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现代道路养护技术沥青专题系列3-2

发布时间:2022-02-19


现代道路养护技术沥青专题系列3-2

第四章 路面再生养护技术

 

第一节 沥青路面再生技术及机理

(机理部分)

 

一、沥青路面再生技术的原理

 

旧沥青再生的机理分为宏观机理和微观机理。

目前有“相容性理论”“组分调节理论”两种理论。

前者是从沥青内部结构的化学能来解释,后者是从宏观化学组成量来解释。

 

“相容性理论”从化学和热力学出发,认为沥青产生老化的原因是沥青胶体物质中各组分相容性降低,导致组分间溶度参数差增大。如能掺入一定的再生剂使其溶度参数差减小,则沥青即能恢复到(甚至超过)原来的性质。

 

“组分调节理论”是从化学组分移行出发,认为由于组分的移行,沥青老化后,某些组分偏多,而某些组分偏少,各组分间比例不协调,所以导致沥青路用性能降低,如能通过掺加再生剂调节其组分,则沥青将恢复原来的性质。

 

相容性理论将沥青分为以大分子沥青质为溶质和以软沥青质为溶剂的两个部分,溶剂和溶质的相容性决定了沥青结构的稳定性。

 

组分调节理论认为:沥青是一个胶体分散体系,其分散相是以沥青质为核心吸附部分胶质而形成的胶束,并分散在芳烃、饱和烃组成的分散介质中。向沥青中加入适当比例的新软沥青,补充失去的组分,组分调和的实质是通过调整沥青各组分之间的比例,获得满足路用性能要求的沥青。

 

(一)冷再生原理

厂拌冷再生一般有乳化沥青冷再生和泡沫沥青冷再生两种。它们分别以乳化沥青和泡沫沥青作为再生结合料。

 

1、 乳化沥青冷再生原理

所谓乳化沥青,是将热熔的石油沥青,经过机械作用,以细小的微粒分散到乳化剂水溶液中,形成的水包油的乳状液。

 

乳化沥青是将黏稠沥青加热至流动状态,再经高速离心搅拌及剪切等机械作用,使沥青形成细小的微粒(2~5μm),且均匀分散在含有乳化剂和稳定剂的水中,形成水包油(O/W)型沥青乳液。

 

乳化沥青常温下具有较好的流动性,能保证洒布的均匀性。乳化沥青与矿料表面具有良好的工作性和黏附性,可冷态施工,节约能源,减少环境污染。乳化沥青的组成材料主要由沥青、乳化剂、稳定剂和水等组成,各组成成分在乳化沥青中各具功能。

 

首先,乳化沥青中的沥青选择。

其次,乳化沥青中的乳化剂。

乳化剂按其亲水基在水中是否电离而分为离子型乳化剂和非离子型乳化剂两大类,前者又可分为阳离子型、阴离子型和两性离子型。

 

稳定剂通常包括有机稳定剂和无机稳定剂两种,其作用是防止已经分散的沥青乳液在储存期间内彼此凝聚,以保证在施工喷洒或机械拌和作用下具有良好的稳定性。稳定剂对乳化剂的协同作用必须通过试验来确定,其用量一般以沥青乳液的0.1~0.15%为宜。

 

水是乳化沥青的主要组成部分,在乳化沥青中起着润湿、溶解及化学反应的作用。水的用量一般为30~70%

 

再次,乳化沥青的形成与破乳机理。

形成机理揭示沥青能够均匀稳定地分散在乳化剂水溶液中的原因是,乳化降低界面能作用和增强界面膜的保护作用以及界面电荷稳定作用。

 

其一是,乳化降低界面能作用。

其二是,增强界面膜的保护作用。

其三是,界面电荷稳定作用。

第四是,分裂(破乳)机理。为了发挥沥青的黏结功能,必须将其从乳液中分离出来,并在集料表面形成连续的薄膜覆盖,这一过程称为分裂,亦称破乳。破乳是借助于蒸发作用和乳液与集料的吸附作用完成的。前者是指乳液中的水分由于蒸发或被集料吸收而产生分解,多孔、粗糙、干燥的集料易破坏乳液的平衡,加速破乳。后者是指沥青与矿料之间吸附作用。对于阴离子型乳液(带负电荷)与带正电荷的碱性集料(如石灰岩、玄武岩等)具有较好的黏结性,阳离子型乳液(带正电荷)与带负电荷的酸性集料(黄岗岩、石英石等)具有较好的黏结性。

 

道路用乳化沥青的技术要求见表

 

道路用乳化沥青的技术要求

沥青品种以及代号

试验项目与技术要求

粒子电荷

破乳速度

筛上残留

黏度

蒸发残留物

黏附性

拌和试验

筛上筛余

存储稳定性

恩氏黏度

道路黏度计

残留物含量

溶解度

针入度

延度

1d,

5d,

栏目

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

单位

+/-


%

s

s

%

%

0.1mm

mm


%

%

%

PC-1

阳离子(+)

快裂

0.1

2~10

10~25

50

97.5

50~200

40

2/3

1

5

PC-2

慢裂

1~6

8~20

50

50~300

PC-3

快中

1~6

8~20

50

45~150

BC-1

慢中

2~30

10~60

55

45~150

_

PA-1

阴离子(-)

快裂

0.1

2~10

10~25

50

97.5

50~200

40

2/3

1

5

PA-2

慢裂

1~6

8~20

55

50~300

PA-3

快中

1~6

8~20

50

45~150

BA-1

慢中

2~30

10~60

55

45~150

_

PN-2

非离子

慢裂

0.1

1~6

8~20

50

97.5

50~300

40

2/3

_

1

5

PN-1

慢裂

2~30

10~60

55

60~300

_

3
















 

注:

、第4栏恩氏黏度是指恩格拉黏度计测定的黏度;

、第10栏黏附性是指沥青与粗集料黏附性;

、第11栏拌和试验是指与粗集料拌和试验;

、第12栏筛上筛余是指与水泥拌和试验筛上筛余;

、表中“慢中”是指慢裂或中裂乳化沥青;“快中”指快裂或中裂乳化沥青。

 

2、 泡沫沥青冷再生原理

所谓泡沫沥青,是指在高温的沥青中加入少量的冷水,由于水的急速气化形成爆炸性泡沫,使沥青表面积大量增加,体积膨胀数倍至数10倍,然后在近1min内沥青又恢复原状,这种膨胀成泡沫的沥青称为泡沫沥青。

 

泡沫沥青是使用专门的沥青发泡设备,向高温沥青中加入少量的水和气,使沥青产生细微的泡沫,形成一种膨胀状态的沥青。泡沫沥青多与水泥一起作为稳定剂,常用于沥青路面的冷再生工程中。

 

泡沫沥青冷再生技术,需要对沥青进行发泡试验,确定沥青的发泡性。对泡沫沥青的性能进行评价,通常采用膨胀率和半衰期两个指标。

 

(二)温再生机理

旧沥青混合料温再生的机理基于三个方面:首先,加速剥离。其次,降低黏度。再次,沥青再生。

 

温再生机理还取决于采用再生设备类型。以前的温再生一般采用红外或电加热的方式加热沥青、集料及沥青混合料,而现行的温再生是基于辅助渗透软化路面作用机理,分为:

 

1、 微波辅助渗透软化路面作用机理:

包括:孔道渗透、分项相溶解、微爆扩孔、持续软化机理。

 

2、 红外光谱机理

红外光谱分析法是研究物质化学结构最常用的方法之一,可有效降低沥青混合料拌和温度。它的主要原理是指当连续波长的红外光(波数1600~650cm-1)照射物质时,引起物质分子振动转动能级的跃迁,物质吸收了某些特定波长的光,通过仪器记录不同波长处的吸光度变化曲线,称为该物质的红外吸收光谱。

 

(三)热再生机理

1、热再生沥青路面机理中,旧沥青黏结剂的再生是沥青路面再生的关键。

旧沥青与新沥青以及再生剂结合取得再生效果取决于扩散渗透特征、相容特性和混合条件三个因素。

 

2、诠释热再生机理的四个方面:

其一,旧沥青向新集料的传递和分散的对流传导。

其二,添加再生剂对旧沥青的扩散和渗透。

其三,沥青组分调和再生。

其四,沥青组分复合再生。

 

 

 


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