泡沫沥青与其在冷再生中应用.docVIP

公路路面再生利用与养护新技术研讨会论文集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11. 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 应用共7页，第5页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（150180）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。1111111112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、半衰期与发泡指数。2.1膨胀率(ERmax)与半衰期(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。发泡指数与在一定拌与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与集料温度越高，混合料的质量越好，见表1。3影响发泡特性的因素沥青的温度（Temp）：沥青的温度越高沥青的发泡性能越好；喷射压力(AP)：包括气压与水压两个方面。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；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 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：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；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（13月）；施工受季节影响小；泡沫沥青的缺点：需要在较高的温度条件下进行发泡；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、热沥青水与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、与各项喷射压力，实现最佳的发泡条件，以确保所要求的膨胀率与半衰期。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:可以促进集料结团的分解；在拌与过程中有利于沥青的扩散；在集料基体间充当润滑的作用。因此，含水量太小在拌与时就会出现花白料，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：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与最大干密度，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。经验公式法：Wadd=Womc-Wmoist-WreduceMwater= Wadd/100(Msaple+Mcement)式中：Wadd需要加入集料中的含水量，%；Womc最佳含水量，%；Wmoist集料中的含水量，%；Wreduce水分的散失量，其值取0.3Womc-0.6，%；Mwater需加入水的质量，g；Msaple集料的干质量，g；Mcement需要加入水泥的质量，g；计算泡沫沥青达到最大密度时的含水量计算公式：MMC=8.92+1.48(OMC)+0.40(PF)-0.39(BC)OMC修订AASHTO方法测定的（最佳含水量）；式中：PF填料的含量；BC沥青含量；MMC混合料最大压实含水量；5.3.4 最佳泡沫沥青用量的确定及试验方法泡沫沥青用作基层处治时，由于基层主要承受竖向压应力以及水平拉应力，而基层破坏主要是由于其拉应力不足，集料间的粘结力不强而造成。因此，宜采用间接拉伸强度（ITS）作为混合料设计的控制指标。通过试验在同一坐标轴上建立所有（干、湿）试件的有关间接拉伸强度与沥青含量的关系曲线图，以浸水条件下试件的最大间接拉伸试验强度对应的沥青用量作为最佳的泡沫沥青用量。间接拉伸试验过程简述如下：按照热拌沥青混合料进行标准击实，制标准试件（两面各75次）；养生；（试件击实后室温静置24小时后脱模，在置于通风烘箱中养生72小时，分为干、湿两种状态，试验温度为25）；备注:1.浸水间接拉伸试件需在50mmHg真空度的干燥箱内维持（601）min或者直接在水浴中浸水24h2.烘箱的温度设定有两种即40或者60，由于一般沥青的软化点低于60因此，选择40养生比较适宜。试验：试验前将养生好的试件室温放置1夜，测定试件的高度、直径，以50mm/min的速度施加荷载直至最大荷载，记录最大破坏荷载P；数据处理： ITS=2P/(hd)式中：P最大破坏荷载，N； h试件的高度，mm； d试件的直径，mm；5.3.5混合料性能验证泡沫沥青混合料处治不同结构层时需要验证的项目不同，由于泡沫沥青的发展比较晚，因此还没有一个确切指标来控制，这就需要通过大量的试验，提出相应指标的要求。泡沫沥青混合料试验表明：用作处治基层时需要进行无侧限抗压强度试验，确保路面基层强度，一般规定泡沫沥青混合料的抗压强度宜控制在1.85.4 MPa ，抗拉强度在0.20.55 MPa；回弹模量、弯曲模量: 大量的研究资料表明30时的泡沫沥青混合料模量较相当级配的热拌沥青混合料值高，一般控制在5002000 MPa，粒料类8001200 MPa，沥青混合料12001500MPa； 密度以及空隙率：受含水量的影响很大，在养生的过程中水分不断的蒸发，空隙就会增大，有可能造成水损坏，空隙率通常为10%以上； 抗疲劳抗车辙：在试验室成型试件后立即进行试验，轮碾不足2000次，车辙现象就很严重，静置24小时后，经轮碾10000次，车辙深度不足1mm。； 在德国维特根公司冷再生手册中提出了一些指标要求，可供参考（表3）；5.4 泡沫沥青冷再生的施工工艺泡沫沥青的生产工艺分为就地冷再生与厂拌冷再生两种，分别如图5、图6所示：图5 沫沥青就地冷再生工艺流程图图6 厂拌冷再生泡沫沥青混合料搅拌设备工艺流程图5.5 质量验收泡沫沥青冷再生用于处治基层时，可以立即开放交通，同半刚性基层，其强度随着龄期的增长而增长，施工过程中应进行质量追踪调查，进行钻芯取样测定试件的劈裂强度以及抗压回弹模量，评价其使用性能。结 论泡沫沥青冷再生具有成本低，性能优，节约资源，污染小，操