張軍仁（甘肅省張掖公路管理局，甘肅 張掖 734000）

水泥-乳化瀝青冷再生技術(shù)破乳時(shí)間評(píng)價(jià)方法研究

張軍仁（甘肅省張掖公路管理局，甘肅 張掖 734000）

現(xiàn)有的乳化瀝青破乳時(shí)間通過(guò)人為觀測(cè)來(lái)確定，會(huì)因個(gè)人及環(huán)境等條件的不同，致使破乳時(shí)間存在不準(zhǔn)確性。本文在不同養(yǎng)護(hù)時(shí)間下，通過(guò)旋轉(zhuǎn)壓實(shí)方法成型多組馬歇爾平行試件，記錄不同養(yǎng)護(hù)條件下試件的壓實(shí)圈數(shù)、壓實(shí)高度及曲線變化，通過(guò)不同壓實(shí)圈數(shù)對(duì)應(yīng)的壓實(shí)高速曲線，及不同養(yǎng)護(hù)時(shí)間下的15℃劈裂強(qiáng)度曲線拐點(diǎn)，確定冷再生技術(shù)的破乳時(shí)間。結(jié)果表明，與人為定性觀測(cè)4小時(shí)破乳相比，養(yǎng)護(hù)時(shí)間在5小時(shí)成型的試件，壓實(shí)高度遞減至最小，15℃劈裂強(qiáng)度遞增至最大，出現(xiàn)破乳時(shí)間拐點(diǎn)。因此，通過(guò)該種方法定量表征水泥-乳化瀝青冷再生技術(shù)破乳時(shí)間更精確。

冷再生技術(shù)；破乳時(shí)間；壓實(shí)曲線；評(píng)價(jià)方法

1 引 言

近年來(lái)，我國(guó)高速公路建設(shè)漸進(jìn)飽和，高速公路建設(shè)全面進(jìn)入養(yǎng)護(hù)維修階段，在路面養(yǎng)護(hù)維修過(guò)程中產(chǎn)生大量的路面舊料，采取合適的再生技術(shù)妥善應(yīng)用回收瀝青混合料，對(duì)保護(hù)環(huán)境、實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展具有重大的意義。因此，采用再生技術(shù)合理利用現(xiàn)有舊料將發(fā)揮巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益[1~2]。

宋哲玉[8]等根據(jù)乳化劑分子化學(xué)組成和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)對(duì)陽(yáng)離子乳化瀝青和陰離子乳化瀝青的破乳機(jī)理分別進(jìn)行了研究和探討。結(jié)果表明，陽(yáng)離子乳化劑和陰離子乳化劑分子組成和結(jié)構(gòu)的不同決定了陽(yáng)離子乳化瀝青和陰離于乳化瀝青破乳機(jī)理的不同。李云良[9]等將CA砂漿中乳化瀝青的破乳過(guò)程分成了3個(gè)階段：水泥與乳化瀝青的接觸階段、動(dòng)態(tài)平衡階段及加速破乳階段。當(dāng)水泥含量較多時(shí)，水泥顆粒被瀝青包裹程度較小，水化速率較快，促進(jìn)了乳化瀝青的破乳和聚集。NADIA P[10]等將水泥與乳化瀝青拌合后的體系固化過(guò)程分為兩個(gè)方面：乳化瀝青的破乳和水泥的水化，這兩個(gè)過(guò)程同時(shí)發(fā)生且相互影響。但現(xiàn)有的人為定性觀測(cè)乳化瀝青冷再生混合料破乳時(shí)間不夠嚴(yán)謹(jǐn)，存在不確定性。本文通過(guò)旋轉(zhuǎn)壓實(shí)方法成型多組馬歇爾平行試件，記錄不同養(yǎng)護(hù)條件下試件的壓實(shí)圈數(shù)、壓實(shí)高度及曲線變化，通過(guò)不同壓實(shí)圈數(shù)對(duì)應(yīng)的壓實(shí)高速曲線，及不同養(yǎng)護(hù)時(shí)間下的15℃劈裂強(qiáng)度曲線拐點(diǎn)，確定冷再生技術(shù)的破乳時(shí)間。

2 材料與方法

2.1 原材料

2.1.1 銑刨料

采用蘭州公路總段樹(shù)屏料場(chǎng)銑刨料，為G6蘭海高速養(yǎng)護(hù)工程廢料，其篩分結(jié)果如表1、表2所示：

表1 銑刨料含水率及油石比

2.1.2 乳化瀝青

采用龍孚乳化劑LXF2105制備的乳化瀝青，乳化瀝青符合如下指標(biāo)，如表3所示：

2.1.3 水泥

采用甘肅祁連山水泥有限公司生產(chǎn)的P·C32.5復(fù)合硅酸鹽水泥，指標(biāo)如表4所示：

表2 銑刨料篩分

表3 乳化瀝青相關(guān)指標(biāo)

表4 水泥相關(guān)指標(biāo)

所用原材料如圖1所示。

圖1 水泥-乳化瀝青冷再生技術(shù)原材料

2.2 試驗(yàn)方法及方案

將不同養(yǎng)護(hù)時(shí)間的松散混合料，成型為80mm等高試件，在25℃室溫條件下養(yǎng)生不同時(shí)間，然后按照《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》（JTG E20-2011）[11]標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法測(cè)其15℃劈裂強(qiáng)度，具體試驗(yàn)流程如下：

首先確使冷再生混合料中所有水量之和保持在4.1%~4.3%之間，摻水量為定量。將13組拌合好的冷再生混合料放入密封容器中，分別放置0.5h，1h，1.5h，2h，2.5h，3h，3.5h，4h，5h，6h，7h，36h，48h 養(yǎng)護(hù)，來(lái)模擬車輛運(yùn)輸過(guò)程。靜置完后，利用旋轉(zhuǎn)壓實(shí)成型儀，成型直徑為150mm馬歇爾試件，記錄4，5，6，8，10，100旋轉(zhuǎn)壓實(shí)圈數(shù)下試件高度的變化及不同養(yǎng)護(hù)時(shí)間成型試件的5℃劈裂強(qiáng)度變化。

3 試驗(yàn)結(jié)果分析

按照定性觀測(cè)等級(jí)（表1），養(yǎng)護(hù)時(shí)間在4h時(shí)，拌合后混合料狀態(tài)出現(xiàn)由B向A轉(zhuǎn)變的跡象，定性評(píng)價(jià)4h為破乳時(shí)間，破乳現(xiàn)象如圖2所示：

圖2 4h養(yǎng)護(hù)時(shí)間的破乳現(xiàn)象

3.1 不同圈數(shù)下養(yǎng)護(hù)時(shí)間與壓實(shí)高度

圖3為不同圈數(shù)對(duì)應(yīng)的養(yǎng)護(hù)時(shí)間與壓實(shí)高度的關(guān)系，不同圈數(shù)下的壓實(shí)高度隨養(yǎng)護(hù)時(shí)間的變化趨勢(shì)基本一致，且隨著養(yǎng)護(hù)時(shí)間的增加，壓實(shí)高度呈現(xiàn)先減后增的趨勢(shì)。這是由于乳化瀝青與集料拌和時(shí)，集料是潮濕的，即在集料表面已形成了吸附水膜，則在乳液與集料接觸時(shí)，乳液中水相和吸附水膜之間存在著乳化劑濃度差，乳化劑分子首先移動(dòng)直至達(dá)到乳化劑濃度平衡。由于瀝青微珠界面膜上乳化劑分子向集料表面移動(dòng)，也牽拉著瀝青微珠向集料表面靠近。瀝青微珠在向集料表面靠近過(guò)程中不斷產(chǎn)生形變，逐漸趨向薄膜狀，原來(lái)的平衡被打破，界面膜破裂，乳化劑分子重排，乳化劑分子親水基端向著集料表面方向插入水中，親油基端向著瀝青薄膜方向插入瀝青中。當(dāng)養(yǎng)護(hù)時(shí)間在5h時(shí)，壓實(shí)高度出現(xiàn)最低點(diǎn)，此刻是由于瀝青微珠通過(guò)乳化劑分子到達(dá)集料表面，在眾多的乳化劑分子的“橋梁”作用和“牽拉”作用下，使得瀝青微珠與集料表面的結(jié)合力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于水與集料表面的結(jié)合力，于是在瀝青微珠通過(guò)橋梁到達(dá)集料表面與集料接觸的瞬間，將產(chǎn)生一個(gè)較大的擠壓力。這個(gè)擠壓力把集料表面吸附的水份擠出去，讓位于瀝青。被擠出的水份相互聚集，聚結(jié)成為連續(xù)水相。若干個(gè)瀝青微珠都產(chǎn)生這樣的作用，水份從微珠與微珠界面之間被擠出去。于是瀝青微珠間相互吸附、擴(kuò)散、滲透，最后融合到一起，界面消失，集料表面被瀝青完全裹覆，形成一層薄膜。在薄膜完全形成之時(shí)，聚結(jié)的水相全部被擠出來(lái)處于瀝青薄膜之上，大氣之中，因此冷再生混合料難以繼續(xù)壓實(shí)；該結(jié)論與定性觀結(jié)果對(duì)比，在靜置5h后仍能繼續(xù)壓實(shí)，說(shuō)明4h仍未破乳，故實(shí)際的破乳時(shí)間應(yīng)為5h；而定性觀測(cè)破乳時(shí)間產(chǎn)生偏差的原因應(yīng)在于，人為定性觀測(cè)導(dǎo)致的誤差，環(huán)境溫度、濕度產(chǎn)生的影響以及破乳“假象”（如圖2右圖所示）導(dǎo)致的誤判。

圖3 不同圈數(shù)下養(yǎng)護(hù)時(shí)間與壓實(shí)高度關(guān)系圖

3.2 養(yǎng)護(hù)時(shí)間與15℃劈裂強(qiáng)度

圖4為不同養(yǎng)護(hù)時(shí)間與15℃劈裂強(qiáng)度的關(guān)系?？梢?jiàn)，當(dāng)養(yǎng)護(hù)時(shí)間逐漸增加，劈裂強(qiáng)度呈現(xiàn)先增后減的趨勢(shì)。當(dāng)養(yǎng)護(hù)時(shí)間在5h時(shí)，15℃劈裂強(qiáng)度為7.63MPa，達(dá)到峰值，此刻乳化瀝青冷再生混合料中水份被完全擠出，如果氣溫較高，濕度較小，而且有風(fēng)時(shí)，水份就很快揮發(fā)，瀝青膜粘聚力與粘附力達(dá)到最大。與定性觀測(cè)破乳時(shí)間為4h時(shí)對(duì)比，此時(shí)15℃劈裂強(qiáng)度為6.96MPa，未達(dá)到劈裂強(qiáng)度最大值，說(shuō)明4h時(shí)破乳過(guò)程仍未完成。

圖4 養(yǎng)護(hù)時(shí)間與15℃劈裂強(qiáng)度關(guān)系圖

在5h養(yǎng)護(hù)時(shí)間條件下，壓實(shí)高度遞減至最小，且15℃劈裂強(qiáng)度遞增至最大，綜合兩者曲線變化得知，5h為水泥-乳化瀝青冷再生技術(shù)真正的破乳時(shí)間，通過(guò)這種評(píng)價(jià)方法可以定量表征水泥-乳化瀝青冷再生混合料破乳時(shí)間。

4 結(jié) 語(yǔ)

定性觀測(cè)破乳時(shí)間時(shí)，會(huì)因個(gè)人及環(huán)境等條件的不同，致使破乳時(shí)間存在不準(zhǔn)確性。當(dāng)人為定性觀測(cè)破乳時(shí)間為4h時(shí)，通過(guò)與破乳前后的壓實(shí)高度和15℃劈裂強(qiáng)度綜合曲線對(duì)比，壓實(shí)高度遞減至最小，15℃劈裂強(qiáng)度遞增至最大，確定5h為水泥-乳化瀝青冷再生技術(shù)真正的破乳時(shí)間。由此可見(jiàn)，該評(píng)價(jià)方法對(duì)于定量表征水泥-乳化瀝青冷再生混合料破乳時(shí)間是可行的。

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Research on evaluation of the cold recycled cement - emulsi fi ed asphalt asphalt process demulsi fi cational time

The transportation and construction time of asphalt mixture are limited by demulsification speed of cement-emulsified asphalt cold recycled technology,and the roller compacted time is affected by the working time,too.The time of demulsification is identified by artificially qualitative observations at current time. It observed artificially and qualitatively is different due to the different people and different environment.False appearance of demulsification can lead to the appearance that the real demulsification time is determined difficultly. In the paper, many marshall specimens form in different curing time, and then observer quantitatively the vary of compaction laps, compaction height ,15℃ splitting strength.The results show that, compared with the 4 hours of artificial qualitative observation, the curing time of the specimens formed in the form of the curing time of 5 hours decreased to the minimum,and the splitting strength increased to the maximum at the temperature of 15 ℃,and the turning point of demulsification time appeared.Therefore,this evaluation method can be used to characterize quantitatively the time of demulsification of cement - emulsified asphalt cold recycled technology.

cold recycling technology；time of demulsification；compaction curve；evaluation methods

U414

B

1003-8965（2017）05-0066-03