泡沫瀝青發(fā)泡機(jī)理及冷再生技術(shù)機(jī)理研究

易文豪

(重慶交通大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院 重慶 400074)

隨著國內(nèi)外理論研究內(nèi)容的逐漸深入、實(shí)體工程應(yīng)用的大范圍展開，以及各地區(qū)規(guī)范性標(biāo)準(zhǔn)的陸續(xù)頒布和持續(xù)完善，標(biāo)志著公路瀝青路面再生技術(shù)日益成熟。

在各種公路瀝青路面再生方式中，泡沫瀝青冷再生技術(shù)具有結(jié)構(gòu)層強(qiáng)度增長相對(duì)較快，施工過程污染小、節(jié)能環(huán)保的特點(diǎn)，具有相對(duì)獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，已成為國內(nèi)瀝青路面維修養(yǎng)護(hù)的一種重要的方式[1]。

一、泡沫瀝青發(fā)泡機(jī)理

瀝青的發(fā)泡是由熱瀝青、水和壓縮空氣在膨脹室完成，見圖1。發(fā)泡室頂部是高溫瀝青入口，兩側(cè)設(shè)置有空氣和水的入口，高溫液態(tài)瀝青在泵送管道中循環(huán)流動(dòng)，而水和空氣是由氣壓噴入發(fā)泡腔。當(dāng)下達(dá)發(fā)泡指令后，噴嘴和水、氣閥門將同時(shí)開啟，高溫瀝青(140℃以上)、水和空氣在膨脹室內(nèi)發(fā)生水的蒸發(fā)汽化和各相的裹附混合。

圖1 發(fā)泡裝置示意圖

膨脹室內(nèi)的三種物質(zhì)將短時(shí)間完成相互作用過程：高壓水流會(huì)在壓縮空氣的沖擊作用下發(fā)生霧化，并瞬間在高溫瀝青中分散成大量均勻的微小水滴。由于存在較大溫度差，熱瀝青與冷水滴之間會(huì)發(fā)生熱量交換，瀝青傳遞的熱量足夠水滴蒸發(fā)變成水蒸氣，瀝青因包裹汽泡而發(fā)生膨脹。在壓縮氣體的作用下，膨脹室里的蒸汽進(jìn)入瀝青中形成大量的蒸汽泡，最后隨著瀝青從發(fā)泡噴嘴噴出。由于溫度的作用，瀝青內(nèi)蒸汽泡開始膨脹，使瀝青和蒸汽之間逐漸形成薄膜。瀝青薄膜的表面張力可將氣泡完全包裹。

瀝青和水汽之間形成的界面膜的表面張力與氣泡內(nèi)部的壓力在瀝青發(fā)泡過程中相互作用，使宏觀的泡沫瀝青發(fā)生體積變化。瀝青和水汽形成的泡沫狀物質(zhì)在噴出發(fā)泡腔后，由于瀝青水汽泡的破裂和泡沫狀物質(zhì)熱量流失，溫度降低，瀝青泡沫逐漸消失。泡沫狀瀝青存在的時(shí)間比較短，一般能達(dá)到數(shù)秒。這種噴出的泡沫狀混合物質(zhì)，即為宏觀的泡沫瀝青。

二、泡沫瀝青冷再生技術(shù)機(jī)理

瀝青混合料的冷再生過程,實(shí)際上是通過添加再生結(jié)合料來改善舊瀝青混合料的粘稠性,使己老化瀝青薄膜和集料表面均附著上具有粘結(jié)性的新材料，經(jīng)過物理化學(xué)變化過程，從而實(shí)現(xiàn)路用性能的恢復(fù)。

在混合料的拌合過程中，泡沫瀝青膜將迅速地破裂，破裂后的泡沫瀝青在水的潤濕和裹附作用下，表現(xiàn)得粘性降低，能夠均勻地分散于混合料中，經(jīng)過一定的養(yǎng)生期，混合料內(nèi)部的水分因蒸發(fā)以及水泥的水化反應(yīng)而不斷地散失，泡沫瀝青待水分消散后，在舊瀝青混合料和新礦料之間起“點(diǎn)焊”般(見圖2)的粘結(jié)作用。

圖2 點(diǎn)焊般的泡沫瀝青

由于泡沫瀝青冷再生混合料中并沒有形成完整連續(xù)的瀝青膜裹覆在集料表面，且再生材料的水敏感性較強(qiáng)，因此需向其中摻加少量水泥，以提高混合料的水穩(wěn)定性。

在整個(gè)泡沫瀝青冷再生的過程中，泡沫瀝青和水泥作為再生結(jié)合料，在回收料和新礦料之間發(fā)揮著關(guān)鍵的粘結(jié)和填充作用，從而獲得具有一定強(qiáng)度的冷再生混合料。

三、結(jié)論

(1)泡沫瀝青是利用專門的機(jī)械設(shè)備將瀝青進(jìn)行物理發(fā)泡而獲得的一種泡沫態(tài)的瀝青類混合物，其泡沫狀態(tài)下的整體包含瀝青、水和空氣。

(2)泡沫瀝青內(nèi)包裹一部分水，其與RAP料和礦料等完成拌合后，可均勻地分散在混合料中，待內(nèi)部水分蒸發(fā)后而發(fā)揮其粘結(jié)作用。

(3)破裂后的泡沫瀝青在舊瀝青混合料和新礦料之間主要起“點(diǎn)焊”般的粘結(jié)作用。