肖 燕（西安思源學(xué)院）

乳化瀝青冷再生機(jī)理分析研究

肖 燕
（西安思源學(xué)院）

分析乳化瀝青冷再生混合料強(qiáng)度以及膠結(jié)料膠接強(qiáng)度形成原理，指出強(qiáng)度形成后期內(nèi)聚力相對(duì)于內(nèi)摩阻力對(duì)混合料強(qiáng)度的組成有更大的貢獻(xiàn)，有利于控制實(shí)驗(yàn)室條件促使混合料達(dá)到最優(yōu)性能，為混合料配合比的設(shè)計(jì)提供了理論基礎(chǔ)。

水泥乳化瀝青；冷再生；乳化機(jī)理；強(qiáng)度

1 冷再生用乳化瀝青機(jī)理分析

自然狀態(tài)下的瀝青是不具備施工性能的，在早期的瀝青路面施工過(guò)程中，人們多采用加熱的方法使其具備工作性。而使瀝青膠結(jié)料能夠在常溫狀態(tài)下具備工作性，是冷再生施工的技術(shù)體現(xiàn)。乳化瀝青技術(shù)通過(guò)物理的機(jī)械動(dòng)力結(jié)合化學(xué)分子結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變，使得瀝青顆粒懸浮在水相介質(zhì)中，實(shí)現(xiàn)乳化瀝青水包油乳液的狀態(tài)。乳液中水的流動(dòng)性使得膠結(jié)料在自然狀態(tài)下具備良好的工作性。

如圖1、2、3所示，乳化瀝青加工過(guò)程是將乳化劑和瀝青依次注入膠體磨，膠體磨中的轉(zhuǎn)子定子間隙極小，在轉(zhuǎn)子圍繞定子高速旋轉(zhuǎn)的過(guò)程中，瀝青被剪切表面積和表面能快速增長(zhǎng)，形成狀態(tài)級(jí)不穩(wěn)定的3-10微米的微小顆粒。此時(shí)，乳化劑的加入發(fā)揮對(duì)瀝青的穩(wěn)定作用。乳化劑是由非極性的親油基團(tuán)（如烷基）和極性的親水基團(tuán)（如胺基）構(gòu)成，在膠體磨高速運(yùn)轉(zhuǎn)剪切瀝青同時(shí)，乳化劑有效分散隔離瀝青和水的接觸面，集聚在瀝青顆粒表面，有效降低了瀝青微粒的表面能。同時(shí)，由于乳化劑帶有同性電荷極性集團(tuán)，在電荷同性的排斥作用下，乳化后瀝青的穩(wěn)定性能得到有效的維持，使得乳化瀝青具備較好的儲(chǔ)存性和施工性。

圖1 乳化瀝青膠體磨工作原理示意圖圖2乳化劑作用示意圖

圖3 乳化過(guò)程示意圖

2 乳化瀝青與礦料間作用機(jī)理

再生混合料中瀝青的粘結(jié)性的發(fā)揮是混合料強(qiáng)度形成的一個(gè)重要原因。在冷再生施工中瀝青粘結(jié)性的發(fā)揮需要經(jīng)歷礦料與乳化瀝青的粘附、乳化瀝青破乳水分的蒸發(fā)，水分蒸干后施工現(xiàn)場(chǎng)的壓實(shí)養(yǎng)護(hù)等過(guò)程。

乳化瀝青與集料粘結(jié)后的再生混合料強(qiáng)度來(lái)源主要包括材料間的內(nèi)摩阻力和內(nèi)聚力。這兩種力在混合料強(qiáng)度形成階段有不同的貢獻(xiàn)，內(nèi)摩阻力主要作用在混合料強(qiáng)度形成早期，由集料之間的相互摩擦嵌擠形成的作用力。乳化瀝青破乳過(guò)程中水分較多，水的潤(rùn)滑作用致使瀝青的粘結(jié)力作用不能很好發(fā)揮，此時(shí)混合料強(qiáng)度主要依靠嵌擠作用。然而在混凝土養(yǎng)護(hù)和碾壓過(guò)程中，混合料中水分逐漸蒸發(fā)，混合料本身集料間更加密實(shí)，從乳化瀝青中破乳出來(lái)的瀝青逐漸顯現(xiàn)出其粘結(jié)特性，瀝青微粒逐漸結(jié)合將集料包裹起來(lái)形成瀝青膜，內(nèi)聚力逐漸顯現(xiàn)且發(fā)揮更為重要的作用。在養(yǎng)生結(jié)束后，兩種力共同支持混合料的強(qiáng)度，形成于與熱拌瀝青混合料結(jié)構(gòu)相一致的瀝青包裹集料形式。如圖4所示。

圖4 乳化瀝青與礦料間作用結(jié)構(gòu)示意圖

3 水泥乳化瀝青強(qiáng)度形成機(jī)理

在乳化瀝青冷再生配比設(shè)計(jì)時(shí)可以采用加入適量的水泥，水泥能夠吸收部分混合料早期水分，產(chǎn)生水化反應(yīng)，提高冷再生混合料的早期強(qiáng)度。再生混合料中水泥與瀝青產(chǎn)生物理和化學(xué)的吸附作用形成凝結(jié)力，這種凝聚力與混合料中的瀝青共同組成復(fù)合力，構(gòu)成了混合料的強(qiáng)度。水泥的水化作用能夠吸收破乳前的乳化瀝青中的水分，從而加快乳化瀝青混合料水分的揮發(fā)，提高冷再生混合料的早期強(qiáng)度，縮短早期強(qiáng)度形成時(shí)間。同時(shí)水泥在混合料強(qiáng)度形成過(guò)程中發(fā)揮粘結(jié)作用，還能起到改善混合料的結(jié)構(gòu)的作用。水泥在乳化瀝青混合料強(qiáng)度形成過(guò)程中的主要表現(xiàn)有：

（1）水泥水化反應(yīng)能夠吸收乳化瀝青中的部分水分加速乳化瀝青破乳，水化放出的熱量能加快破乳后多余水分的蒸發(fā)，水泥水化反應(yīng)生成擴(kuò)散的纖維狀物質(zhì)能夠填充混合料中水分蒸發(fā)后產(chǎn)生的空隙，從而促成混合料早期強(qiáng)度的形成。伴隨著水泥水化反應(yīng)的同時(shí)，乳化瀝青水分在蒸發(fā)后迅速吸附在集料表面的瀝青膜，水泥的水化產(chǎn)物與與集料表面的瀝青膜互相獨(dú)立且交織滲透，形成混合料內(nèi)部將集料緊密包裹粘結(jié)的空間立體網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，從而提高混合料的強(qiáng)度。水泥水化反應(yīng)產(chǎn)生的強(qiáng)度能起到增強(qiáng)混合料高溫穩(wěn)定性的作用，而水化產(chǎn)物則能有效填充混合料中空隙，使其變得更加密實(shí)，從而增強(qiáng)混合料的水穩(wěn)定性。

（2）在乳化瀝青冷再生生產(chǎn)拌合過(guò)程中，混合料中可能存在由于拌合不均勻、水分不足或水分散失過(guò)快導(dǎo)致少部分的水泥水化反應(yīng)不徹底，未能充分水化的水泥在再生混合料中充當(dāng)活性礦粉的作用，由于水泥具比表面積大、吸附力強(qiáng)的本質(zhì)特性，在再生混合料能與瀝青發(fā)生化學(xué)的吸附作用，形成一層能夠提高集料與瀝青粘結(jié)作用的力學(xué)薄膜，提高再生混合料的強(qiáng)度。

4 結(jié)論

通過(guò)對(duì)冷再生用乳化瀝青機(jī)理分析和乳化瀝青與礦料間作用機(jī)理的分析，解釋了再生混合料的強(qiáng)度形成原理，指出強(qiáng)度形成后期內(nèi)聚力相對(duì)于內(nèi)摩阻力對(duì)混合料強(qiáng)度的組成有更大的貢獻(xiàn)。

從宏觀方面及微觀角度分析了水泥、乳化瀝青共同作用的強(qiáng)度形成機(jī)理?；旌狭现械乃嗯c瀝青產(chǎn)生物理和化學(xué)的吸附作用形成凝結(jié)力，這種凝聚力與混合料中的瀝青本身粘聚力共同組成復(fù)合力，構(gòu)成了混合料的強(qiáng)度。認(rèn)為水泥水化作用能夠提高混合料早期強(qiáng)度，其粘結(jié)作用還能起到改善混合料的結(jié)構(gòu)的作用。

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