乳化沥青冷再生机理分析研究

肖 燕（西安思源学院）

乳化沥青冷再生机理分析研究

肖 燕
（西安思源学院）

分析乳化沥青冷再生混合料强度以及胶结料胶接强度形成原理，指出强度形成后期内聚力相对于内摩阻力对混合料强度的组成有更大的贡献，有利于控制实验室条件促使混合料达到最优性能，为混合料配合比的设计提供了理论基础。

水泥乳化沥青；冷再生；乳化机理；强度

1 冷再生用乳化沥青机理分析

自然状态下的沥青是不具备施工性能的，在早期的沥青路面施工过程中，人们多采用加热的方法使其具备工作性。而使沥青胶结料能够在常温状态下具备工作性，是冷再生施工的技术体现。乳化沥青技术通过物理的机械动力结合化学分子结构转变，使得沥青颗粒悬浮在水相介质中，实现乳化沥青水包油乳液的状态。乳液中水的流动性使得胶结料在自然状态下具备良好的工作性。

如图1、2、3所示，乳化沥青加工过程是将乳化剂和沥青依次注入胶体磨，胶体磨中的转子定子间隙极小，在转子围绕定子高速旋转的过程中，沥青被剪切表面积和表面能快速增长，形成状态级不稳定的3-10微米的微小颗粒。此时，乳化剂的加入发挥对沥青的稳定作用。乳化剂是由非极性的亲油基团（如烷基）和极性的亲水基团（如胺基）构成，在胶体磨高速运转剪切沥青同时，乳化剂有效分散隔离沥青和水的接触面，集聚在沥青颗粒表面，有效降低了沥青微粒的表面能。同时，由于乳化剂带有同性电荷极性集团，在电荷同性的排斥作用下，乳化后沥青的稳定性能得到有效的维持，使得乳化沥青具备较好的储存性和施工性。

图1 乳化沥青胶体磨工作原理示意图图2乳化剂作用示意图

图3 乳化过程示意图

2 乳化沥青与矿料间作用机理

再生混合料中沥青的粘结性的发挥是混合料强度形成的一个重要原因。在冷再生施工中沥青粘结性的发挥需要经历矿料与乳化沥青的粘附、乳化沥青破乳水分的蒸发，水分蒸干后施工现场的压实养护等过程。

乳化沥青与集料粘结后的再生混合料强度来源主要包括材料间的内摩阻力和内聚力。这两种力在混合料强度形成阶段有不同的贡献，内摩阻力主要作用在混合料强度形成早期，由集料之间的相互摩擦嵌挤形成的作用力。乳化沥青破乳过程中水分较多，水的润滑作用致使沥青的粘结力作用不能很好发挥，此时混合料强度主要依靠嵌挤作用。然而在混凝土养护和碾压过程中，混合料中水分逐渐蒸发，混合料本身集料间更加密实，从乳化沥青中破乳出来的沥青逐渐显现出其粘结特性，沥青微粒逐渐结合将集料包裹起来形成沥青膜，内聚力逐渐显现且发挥更为重要的作用。在养生结束后，两种力共同支持混合料的强度，形成于与热拌沥青混合料结构相一致的沥青包裹集料形式。如图4所示。

图4 乳化沥青与矿料间作用结构示意图

3 水泥乳化沥青强度形成机理

在乳化沥青冷再生配比设计时可以采用加入适量的水泥，水泥能够吸收部分混合料早期水分，产生水化反应，提高冷再生混合料的早期强度。再生混合料中水泥与沥青产生物理和化学的吸附作用形成凝结力，这种凝聚力与混合料中的沥青共同组成复合力，构成了混合料的强度。水泥的水化作用能够吸收破乳前的乳化沥青中的水分，从而加快乳化沥青混合料水分的挥发，提高冷再生混合料的早期强度，缩短早期强度形成时间。同时水泥在混合料强度形成过程中发挥粘结作用，还能起到改善混合料的结构的作用。水泥在乳化沥青混合料强度形成过程中的主要表现有：

（1）水泥水化反应能够吸收乳化沥青中的部分水分加速乳化沥青破乳，水化放出的热量能加快破乳后多余水分的蒸发，水泥水化反应生成扩散的纤维状物质能够填充混合料中水分蒸发后产生的空隙，从而促成混合料早期强度的形成。伴随着水泥水化反应的同时，乳化沥青水分在蒸发后迅速吸附在集料表面的沥青膜，水泥的水化产物与与集料表面的沥青膜互相独立且交织渗透，形成混合料内部将集料紧密包裹粘结的空间立体网络结构，从而提高混合料的强度。水泥水化反应产生的强度能起到增强混合料高温稳定性的作用，而水化产物则能有效填充混合料中空隙，使其变得更加密实，从而增强混合料的水稳定性。

（2）在乳化沥青冷再生生产拌合过程中，混合料中可能存在由于拌合不均匀、水分不足或水分散失过快导致少部分的水泥水化反应不彻底，未能充分水化的水泥在再生混合料中充当活性矿粉的作用，由于水泥具比表面积大、吸附力强的本质特性，在再生混合料能与沥青发生化学的吸附作用，形成一层能够提高集料与沥青粘结作用的力学薄膜，提高再生混合料的强度。

4 结论

通过对冷再生用乳化沥青机理分析和乳化沥青与矿料间作用机理的分析，解释了再生混合料的强度形成原理，指出强度形成后期内聚力相对于内摩阻力对混合料强度的组成有更大的贡献。

从宏观方面及微观角度分析了水泥、乳化沥青共同作用的强度形成机理。混合料中的水泥与沥青产生物理和化学的吸附作用形成凝结力，这种凝聚力与混合料中的沥青本身粘聚力共同组成复合力，构成了混合料的强度。认为水泥水化作用能够提高混合料早期强度，其粘结作用还能起到改善混合料的结构的作用。

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1007-6344（2016）04-0299-01