泡沫沥青及其在冷再生中的应用.docVIP

泡沫沥青及其在冷再生中的应用 张巧宁1 徐培华2 张蔚林2 陈梁1 高文娟1 崔佳1 西安公路材料再生工程技术研究中心 陕西西安 710065 2. 长安大学 陕西西安 710064 摘 要：本文阐述泡沫沥青的形成机理、发泡特性评价参数、影响因素及其在基层处 治中的应用。 关键词:泡沫沥青 冷再生 应用 1.泡沫沥青形成机理 图1 泡沫沥青发泡原理 将水喷入高温液态沥青（150～180℃）水被迅速汽化，沥青膨胀呈泡沫状，其粘度降低，这便是泡沫沥青。持续一段时间后泡沫消失，沥青恢复原状，整个过程沥青的性质没有发生本质性变化。 2评价泡沫沥青发泡特性的参数 泡沫沥青发泡特性的评价参数主要有膨胀率、半衰期和发泡指数。 2.1膨胀率(ERmax)和半衰期(HL) 膨胀率指沥青发泡膨胀时达到的最大体积与原状沥青体积之比；半衰期指泡沫沥青从最大体积降至最大体积的一半时所需要的时间（单位s）。发泡特性没有上限，一般仅设其最低可接受的下限，通常认为二者的最小可接受值：在25℃稳定材料时，膨胀率为10，半衰期为8s。 2.2发泡指数（FI） 发泡指数定义为：膨胀率与半衰期曲线下的区域，用以衡量膨胀率与半衰期的组合效应。发泡指数和在一定拌和时间内集料的温度是影响泡沫沥青分散效果的主要因素：在一定的范围内发泡指数和集料温度越高，混合料的质量越好，见表1。 3影响发泡特性的因素 ①沥青的温度（Temp）：沥青的温度越高沥青的发泡性能越好； ②喷射压力(AP)：包括气压和水压两个 方面。试验表明，气压在5Bar或者7Bar时能够获得最大的半衰期，而气压在1Bar最为不利； ③加水量(WC)：膨胀率随着掺水量的增加而增大，半衰期则相反； 图2 泡沫沥青的加水量、膨胀比与半衰期之间的关系 集料温度与发泡指数对泡沫沥青使用效果的影响 表 1 ④发泡剂的影响：在热沥青中添加发泡剂能够显著提高沥青的膨胀率； 4泡沫沥青的优缺点 泡沫沥青可以增加混合料的剪切强度以及水稳定性能，此外泡沫沥青混合料还有以下优点： ①应用广泛。不仅可以处治道路基层、进行旧路的改造、新建公路基层的施工而且能够用作低等级公路的面层； ②储存性能好。与热沥青、乳化沥青混合料相比，存放时间相对比较长（1～3月）； ③施工受季节影响小； 泡沫沥青的缺点： ①需要在较高的温度条件下进行发泡； ②需要专门的生产设备； 5 泡沫沥青冷再生基层处治 5.1 泡沫沥青混合料冷拌的原理 沥青发泡后体积膨胀，表面张力减小，分散性良好，与细集料结合形成浆体而将粗集料牢固地粘结在一起，因此应保证有足够数量的细集料。 5.2 设计流程（如图3） 图3 泡沫沥青混合料（处治基层）配合比设计流程图 5.3 试验室内配合比设计 5.3.1 材料试验 对于路面铣刨获得的旧料RAP材料应进行材料的筛分试验，由于原路面在铣刨的过程当中通常会有大量的细集料粘在粗集料的表面形成团块或者是在铣刨过程中损失，因此需要在集料中补充一定的细集料，一般建议0.075mm的通过量在5%-20%左右，以满足级配要求（见图4）。此外，在混合料中掺加一定量的石灰可以提高路面的早期强度以及抗车辙性能，有效的减少路面病害，发挥其路用性能。 备注： 1.RAP处于区域B说明材料偏细应该加入一定量的粗集料，使其趋向于区域A； 2.RAP处于区域C说明材料偏粗应该加入一定量细集料，使其趋向于区域A； 3.RAP处于区域A适用于用泡沫沥青进行稳定； 图4 泡沫沥青混合料级配范围 5.3.2 发泡特性 由于影响发泡特性的因素有很多：沥青的温度、加水量、热沥青水和空气的喷射压力以及是否添加发泡剂等，因此在配合比设计时，应进行大量试验，以确定最佳的试验温度、加水量、和各项喷射压力，实现最佳的发泡条件，以确保所要求的膨胀率和半衰期。 5.3.3含水量 泡沫沥青同半刚性基层一样在施工中受含水量的影响很大，确定合适的含水量是一个关键性的因素。适当的含水量在泡沫沥青混合料中主要起了三方面的作用:①可以促进集料结团的分解；②在拌和过程中有利于沥青的扩散；③在集料基体间充当润滑的作用。因此，含水量太小在拌和时就会出现花白料，难以碾压；而含水量过多，强度就不能得到良好的保证。 确定最佳含水量的方法有三种： ①按照《公路土工试验规程》 JTJ051-93 进行重型击实确定混合料的最佳含水量和最大干密度，按照AASHTO T180进行修正。在施工过程中根据气候、温度等条件做适应的调整。 ②经验公式法： Wadd=Womc-Wmoist-Wreduce Mwater= Wadd/100×(Msaple+Mcement) 式中：Wadd—需要加入集料中的含水量，%； Womc—最佳含水量