乳化瀝青廠拌冷再生技術(shù)的研究與應(yīng)用

郭彬

寧夏公路橋梁建設(shè)有限公司 寧夏 銀川 750016

引言

公路行業(yè)的快速發(fā)展為國民經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展注入了活力和動力。為了實(shí)現(xiàn)環(huán)境的平衡與和諧，實(shí)現(xiàn)交通運(yùn)輸業(yè)的轉(zhuǎn)型升級，建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型模式，促進(jìn)交通可持續(xù)發(fā)展是“十二五”科技發(fā)展總體規(guī)劃的重要組成部分，交通運(yùn)輸業(yè)具有重要意義[1]。

1 乳化瀝青冷再生技術(shù)的發(fā)展過程

眾所周知，瀝青在室溫和半固態(tài)狀態(tài)下沒有良好的結(jié)構(gòu)。冷再生技術(shù)要解決的主要問題是使黏結(jié)劑在室溫下仍具有良好的工作性能。乳化瀝青通過機(jī)械和化學(xué)方法形成水包油乳液來實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。瀝青顆粒懸浮在水相中，所有乳化液的流動都取決于水的流動，水了解水泥的常溫性能。而膠結(jié)料的常溫工作特性借此實(shí)現(xiàn)了[2]。

1.1 乳化劑結(jié)構(gòu)

乳化瀝青和再生材料攪拌時(shí)，在合理時(shí)間內(nèi)保證必要的乳化程度是混合過程與施工中的關(guān)鍵問題，主要包括了乳化液與除霧步驟等。當(dāng)乳化瀝青和再生材料發(fā)生結(jié)合時(shí)，乳化劑被石料表面上的各向異性電荷所吸收，該電荷將在瀝青粒子中析出或聚集于石料表層。而失去了乳化物膜保護(hù)的瀝青粒子則將慢慢聚集組成連續(xù)相，這就是乳化瀝青的破乳過程。破乳過程也意味著將在室溫下喪失總體功能穩(wěn)定性。因此如果將整個(gè)過程提前進(jìn)行，將不能夠充分涂覆乳化瀝青。但如果在整個(gè)施工過程的最后一個(gè)階段進(jìn)行，即使攪拌達(dá)到表面涂層，攤鋪和壓實(shí)過程也會產(chǎn)生嚴(yán)重問題?？紤]到再生材料和新巖石的性能不可預(yù)測，且陽光、氣溫、風(fēng)和其他天氣條件對這個(gè)過程有重大影響，乳化瀝青配方必須在項(xiàng)目層面設(shè)計(jì)，或者必須根據(jù)經(jīng)驗(yàn)確定代表性配方。如果之前未獲得瀝青樣品且難以更換，則乳化劑非常重要。乳化劑是一種可變的化學(xué)控制劑，因?yàn)槿榛瘎┑慕M合，特別是不同的組合。極性基團(tuán)的相對大小和數(shù)量以及非極性基團(tuán)的組合對乳化瀝青破乳過程有很大影響[3]。

1.2 乳化瀝青冷再生技術(shù)特點(diǎn)和應(yīng)用方向

從建筑材料種類上來說，道路瀝青生產(chǎn)所用建筑材料的低溫再生主要有三個(gè)類別：混凝土冷卻循環(huán)、乳化瀝青冷卻再生和泡沫冷卻再生。由于再生混凝土通常被認(rèn)為完全骨料，因此產(chǎn)生的再生層也被歸類為半剛性。乳化瀝青再生材料主要用于為道路瀝青生產(chǎn)乳化瀝青，攪拌過程相似于熱瀝青。在撞擊前，它用石頭、回收料包裹，不同之處在于乳化瀝青結(jié)合力并非立即產(chǎn)生的，原則上分類于與瀝青有關(guān)的柔性材料。瀝青采用大量粉末和瀝青砂漿的點(diǎn)修整模式，通常混合2%的水泥，以確保水穩(wěn)定性。水泥和瀝青砂漿有水泥在一起。外觀接近水泥穩(wěn)定半剛性材料，破壞形式以明顯的脆性缺陷為特征。可以說，再生泡沫材料的類型是柔性和半剛性的[4]。

1.3 乳化瀝青的注意事項(xiàng)

1.3.1 溶劑滲透作用。乳化瀝青含有一種滲透性材料，該滲透性材料可穿透水泥的孔隙，其深度為3～5mm。不僅能修復(fù)瀝青混凝土表面的細(xì)小缺陷，而且能起到良好的毛細(xì)防水作用。在滲透過程中形成并牢固地附著在水泥表面上的防水罩能有效防止防水層的剝離和分層，不易損壞車輛和路面設(shè)備。

1.3.2 反應(yīng)固化作用。在高溫（100℃以上）下，瀝青質(zhì)通過使用最初磨損的不滲透黏合劑層產(chǎn)生微熔分布。滑動時(shí)，將大顆粒放入防水膠層中，形成均勻分布的形狀。冷卻后，增加了防水膠層的彈塑性黏結(jié)強(qiáng)度，黏結(jié)強(qiáng)度可達(dá)到10MPa以上。

1.4 瀝青路面的冷再生技術(shù)

再生技術(shù)是20世紀(jì)80年代末國外迅速發(fā)展起來的一項(xiàng)新技術(shù)。此外，更容易控制回收攪拌站的質(zhì)量。除了少量的額外成本外，無須運(yùn)輸原材料，可節(jié)省大量運(yùn)輸成本，同時(shí)具有施工效率高、行車速度快的優(yōu)點(diǎn)[5]。通過對舊路銑刨后，將瀝青回收材料（主要是路面材料，有時(shí)是一些基礎(chǔ)材料）、添加劑（水泥、石灰、泡沫瀝青、乳化瀝青或改性乳化瀝青等），通過粉碎和篩分被加入到它的特定部分。如有需要，還應(yīng)加入若干新集料，經(jīng)拌和形成冷再生混合料。結(jié)構(gòu)冷再生主要用作道路基層和低質(zhì)量道路。

2 施工工藝

2.1 乳化瀝青生產(chǎn)工藝階段

2.1.1 準(zhǔn)備階段。準(zhǔn)備階段，將水溫和瀝青溫度加熱到工藝溫度。普通乳化瀝青的水溫為55～60℃，如果使用90℃的瀝青，則可以控制道路瀝青的溫度130～134℃，如果使用70℃的瀝青，則必須控制道路瀝青的溫度135～140℃。上述溫度僅為最常見的常溫，其他乳化劑可能不同，使用溫度不同，或參照實(shí)驗(yàn)室的具體配方。水溫好，到達(dá)攪拌槽后，如要配制1m乳狀液，先打0.6m水，然后將乳狀液放入攪拌槽或稀釋泵送入攪拌槽。然后在攪拌罐中加入其他添加劑，如酸、堿、增稠劑、穩(wěn)定劑等，然后加水1m。乳化整理，瀝青也被加熱到操作溫度。打開預(yù)熱管，打開閥門，泵閥，預(yù)熱管。瀝青，乳化液，管道回收，沒有問題，可以下一步進(jìn)行生產(chǎn)。

2.1.2 生產(chǎn)階段。生產(chǎn)階段從乳化泵、膠體磨、瀝青泵開始。三臺發(fā)動機(jī)正常啟動后，看其性能是否正常，最好是咖啡色。調(diào)整乳化瀝青泵轉(zhuǎn)速，調(diào)整目標(biāo)固體含量。在調(diào)整過程中，先對乳化瀝青進(jìn)行改性，再對其進(jìn)行改性。注意，在改性瀝青過程中，乳化液的流速會發(fā)生變化。始終注意臨界值。在生產(chǎn)過程中，始終要注意乳化狀態(tài)，避免只有瀝青在膠體磨內(nèi)，防止出現(xiàn)乳化現(xiàn)象。

2.1.3 結(jié)束階段。階段結(jié)束時(shí)，先停止瀝青泵，瀝青泵完全停止，停止磨漿機(jī)，停止乳化液泵。所有設(shè)備停機(jī)后，用熱水或清水清洗混合罐，然后用清水啟動乳化泵，清洗乳化管和膠體磨。注意冬季防寒措施。

2.2 施工現(xiàn)場準(zhǔn)備

2.2.1 清理道路。在輔助冷再生層之前，應(yīng)對支撐層的底面進(jìn)行以下處理：用硬掃帚或掃路機(jī)清洗底面時(shí)，有污垢等物質(zhì)污染骯臟的。應(yīng)該用硬掃帚清掃，水在下層表面蒸發(fā)后，下層表面不光滑，必須用冷水或再生混合物磨平或穩(wěn)定，恢復(fù)斷面。

2.2.2 撒有造層油。待路面完全清相干凈后開始撒布透層油。適層油噴灑量為純?yōu)r青用量按0.2～0.3kg/2控制。撒布車在撒布過程中要緩慢且勻速行駛。撒布完成后對不均勻且有堆積的透層油用掃帚掃開。

2.2.3 撒線并安裝側(cè)模。撒完透層油及光全破乳后開始撒線，并按照路基的零點(diǎn)五幅寬度撒出邊條和中線，以調(diào)節(jié)工作區(qū)城。側(cè)模選用國標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)抗拉強(qiáng)度較高的糟鋼，將糟鋼內(nèi)倒并與撒好的邊條重合后，向外側(cè)釘上鋼釬，同時(shí)用鉛絲將鋼釬與槽鋼緊縮聲。槽鋼管單條寬度約為6m。在槽鋼管與槽鋼連接點(diǎn)加釘二根鋼軒，或用毎根長約6m的糟鋼釘4根鋼軒。

2.3 工藝流程

乳化瀝青廠拌冷再生施工工藝與常規(guī)路面施工工藝相同，但大致有如下幾個(gè)過程。銑刨料的回收-銑刨料破碎篩分-再生混合料進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)-再生料拌合、運(yùn)輸→現(xiàn)場攤鋪、 碾壓-養(yǎng)生等環(huán)節(jié)，這些環(huán)節(jié)都要按要求進(jìn)行規(guī)范操作。

3 乳化瀝青冷再生的工藝與設(shè)備

3.1 乳化瀝青混合料工作性和膠結(jié)原理

乳化瀝青破乳過程的質(zhì)量監(jiān)控，是乳化瀝青冷再生工程能夠順利完成的重要基礎(chǔ)，在乳化瀝青冷再生工程中，有兩個(gè)很重要的過程必須要進(jìn)行：首先，極性基團(tuán)的化學(xué)乳液在與石子表面結(jié)合后，比混凝土與石子表面所結(jié)合的氫鍵更強(qiáng)。眾所周知，瀝青混凝土與石子表面的黏結(jié)強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于混凝土與石頭表面的黏結(jié)強(qiáng)度。不過，由于黏附在舊石頭表面上的極性基團(tuán)乳液中的親油性部分仍會在瀝青池內(nèi)，因而可以將瀝青拉近石頭表面，同時(shí)又從石頭表面除去了水。而這二個(gè)過程就稱為凝聚過程。如果成功地實(shí)現(xiàn)了混凝過程，即可得到乳化瀝青對舊石面層有很強(qiáng)的穩(wěn)定效果。完成再生瀝青路面，即使經(jīng)過一段時(shí)間，也要鋪層，甚至更長時(shí)間，這可能是乳化瀝青的凝結(jié)過程。結(jié)塊過程不是最快最好的，結(jié)塊過程相對較慢，但最終形成的黏結(jié)強(qiáng)度可能更大。然而，在實(shí)際的回收環(huán)境中，不允許冷凝過程過慢，往往是因?yàn)榕R時(shí)交通或施工期需要一定的初凝強(qiáng)度。最終破乳強(qiáng)度和初始破乳強(qiáng)度似乎是兩個(gè)矛盾，但幸運(yùn)的是它們并不矛盾。通過選擇合適的材料，采用活性控制填料，更準(zhǔn)確有效地解決了乳化液的調(diào)配問題，有效地平衡了兩者之間的關(guān)系，從而得到了理想的使用性能[6]。

4 乳化瀝青廠拌冷再生混合料運(yùn)輸及施工

4.1 再生混合料的運(yùn)輸

冷再生混合料拌和后不得存放，應(yīng)立即運(yùn)至施工現(xiàn)場進(jìn)行施工。卡車的運(yùn)輸必須清潔，以避免混合料受到污染。在運(yùn)輸過程中避免混合料過早破乳。

4.2 再生混合料的攤鋪和碾壓

傳統(tǒng)的攤鋪設(shè)備可用于冷再生瀝青混合料的攤鋪碾壓，施工方便快捷?；旌狭蠑備佭^程需緩慢、均勻、連續(xù)，松鋪系數(shù)和高度必須根據(jù)試驗(yàn)段的要求進(jìn)行充分的設(shè)計(jì)和調(diào)整。在平整和碾壓過程中，壓實(shí)是保證混合料質(zhì)量的必要條件。乳化瀝青混合料的碾壓過程必須根據(jù)日溫度、風(fēng)速和結(jié)構(gòu)層厚度進(jìn)行準(zhǔn)確的確定和動態(tài)的調(diào)整，以保證設(shè)計(jì)質(zhì)量。

5 乳化瀝青冷再生的直接經(jīng)濟(jì)效益與社區(qū)環(huán)境效益分析

5.1 實(shí)際生產(chǎn)與施工

直接效益分析比較與評價(jià)已經(jīng)成為建設(shè)項(xiàng)目中很重要的組成部分。在許多情況下，直接效益分析方法已經(jīng)成為比較與評價(jià)工程項(xiàng)目建設(shè)體系質(zhì)量的關(guān)鍵因素。乳化瀝青廠通過拌冷再生技術(shù)的應(yīng)用，引入了低碳和可持續(xù)乳化瀝青的冷卻再生技術(shù)，來處理瀝青拋光研磨材料。這種技術(shù)不僅可以更經(jīng)濟(jì)地降低成本，同時(shí)也可以處置廢舊瀝青路面垃圾，進(jìn)而有效降低污染，對節(jié)能減排產(chǎn)生了積極影響。

5.2 統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)

統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，與傳統(tǒng)的熱拌瀝青混合料（AC-25）比較，乳化瀝青裝置和冷再生技術(shù)的混合可直接減少近30%的項(xiàng)目成本，節(jié)約了80%以上的燃料能源，降低了80%以上的二氧化碳排放量，從而大幅度降低了項(xiàng)目施工成本，降低了對原料運(yùn)輸和人力資源的要求，并減少了施工過程中的環(huán)境污染。與傳統(tǒng)施工技術(shù)和新型的施工方法比較，該技術(shù)的實(shí)施將產(chǎn)生可觀的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益。減少不可再生資源的開發(fā)和回收舊的材料肯定會為道路建設(shè)節(jié)省許多不可再生資源，此外，新石材的使用還將導(dǎo)致嚴(yán)重的環(huán)境破壞，如減少森林植被和土地侵蝕。

6 項(xiàng)目保證措施

確保前期的勘察工作落到實(shí)處，以保證設(shè)計(jì)品質(zhì)。提高乳化瀝青的加工質(zhì)量，以保證再生混合料性能；提高設(shè)備的準(zhǔn)確度，并保證混合料的品質(zhì)，加強(qiáng)施工工藝，保證成型質(zhì)量。由于乳化瀝青廠拌冷再生瀝青混合料必須是冷拌的，在制備與碾壓過程中要注意碾壓過程，以保證再生混合料的相容性[7]。

7 結(jié)束語

經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展與人類文明進(jìn)步，日益強(qiáng)調(diào)經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展與自然環(huán)境的和諧統(tǒng)一，節(jié)能環(huán)保意識已成為體現(xiàn)人類進(jìn)步水平的關(guān)鍵指標(biāo)。開發(fā)新技術(shù)與否，也是開發(fā)新技術(shù)存在問題和進(jìn)展的前提。乳化瀝青廠拌冷再生技術(shù)具有良好的經(jīng)濟(jì)性與施工性，且能夠高效利用舊路資源，變廢為寶，符合綠色交通發(fā)展，因此有著巨大的潛力。