道路施工中泡沫沥青的机理及性能评价指标 - 市政工程知识 - 广东抗震支架厂家

 沥青发泡装置是温拌泡沫沥青技术的关键机械设备，其核心部件是沥青发泡腔。沥青发泡腔的形状、沥青入口尺寸以及泡沫沥青喷嘴尺寸都会影响沥青发泡的效果。文章通过分析泡沫沥青的形成和破灭机理开展不同结构沥青发泡腔的试验研究，根据温拌泡沫沥青技术的特点，结合强制间歇式搅拌设备的生产工艺提出沥青发泡腔结构的改进措施。

近年来，我国道路建设取得了显著成效，但在道路施工和养护过程中，不仅消耗了过多的能源、排放了大量的有害气体，还产生了大量的废沥青混合料，影响了公路建设的可持续发展1。

泡沫沥青温拌技术被认为是节能、减排和提升经济效益的关键技术。该技术可实现沥青在相对较低的温度下对物料进行良好的裹覆，并且沥青混合料的性能不受影响。由于该技术实现过程只需加入少量的水，不需要添加其他材料，因此该技术的应用成本较低。同时该技术还可以节省燃料，减少有害气体排放。

泡沫沥青发泡装置是生产泡沫沥青的机械装备。该装置的核心部件是沥青发泡腔，其结构直接影响沥青发泡的性能参数2，3。本文针对不同结构发泡腔进行试验研究，提出沥青发泡腔结构的改进措施，为该技术应用及设备制造提供参考。

泡沫沥青的机理及性能评价指标

泡沫沥青的形成及破灭机理

沥青发泡过程是水和沥青的混合，是1个复杂的物理过程，是常温水和高温沥青在高温高压作用下混合后形成的1种表现状态4。沥青发泡过程可描述为以下3个步骤：

(1)因为发泡用水为常温水，沥青的发泡温度在100℃以上，所以水与高温沥青混合时会产生能量传递，水吸收热量后变成水蒸气，水蒸气体积迅速膨胀，此时沥青的温度降低5。图1为沥青发泡过程图。

(2)汽化后的水蒸气被液态沥青裹覆，需要克服沥青膜的表面张力以及沥青分子团之间的黏聚力。水蒸气这一克服张力过程使沥青体积迅速增大，形成沥青泡沫5，如图2所示。

(3)泡沫沥青对比原来沥青体积膨胀了数倍甚至数十倍。随着泡沫沥青体积的膨胀，内能得到释放后的水蒸气温度逐渐降低，使沥青泡沫的内压力逐渐减小，沥青内压力与表面张力达到了短暂的平衡5。

(4)泡沫沥青的稳定性较低，表现为泡沫沥青体积不断增大，体积达到最大后迅速衰减，并且在几十秒内泡沫沥青恢复至原来的体积6。

泡沫沥青的性能评价指标

通过对JTGF5521-2019《公路沥青路面再生技术规范》中第5章节5.3.1条规定的解读(第5章节5.3.1条规定冷再生用泡沫沥青性能：膨胀率(倍)大于10，半衰期(s)大于8)，泡沫沥青的性能评价有2个指标：沥青膨胀率和半衰期。

强制间歇式沥青搅拌设备的整个拌和周期一般为45s左右，其中加入沥青后的有效拌和时间一般为25s左右。为了泡沫沥青体积衰减之前完成整个拌和过程，沥青发泡装置生产的泡沫沥青应保证半衰期为10s左右7。

泡沫沥青发泡影响因素

在实际的工程应用中，影响发泡效果的准备因素是沥青发泡装置，该装置的核心部件为沥青发泡腔，因此在其它条件不变的情况下，沥青发泡腔结构直接影响着沥青发泡的膨胀率和半衰期2个性能指标8。

泡沫沥青发泡试验

研究表明：发泡腔(泡沫沥青反应室)的结构直接影响沥青发泡效果9。本文试验采用圆形和椭圆形2种结构的发泡腔，2种发泡腔的沥青入口尺寸、泡沫沥青喷口尺寸、水喷射入口尺寸以及发泡腔内体积均相同。试验过程保证沥青的流量和水的压力均相同，根据沥青特性调节不同的沥青温度。在改变发泡用水量的条件下，试验材料选用70#、90#和SBS改性沥青，分别对沥青进行发泡并测量泡沫沥青的膨胀率和半衰期10，并将试验数据填入表1-表6。2种不同结构发泡腔的建模如图3和图4所示。