乳化沥青厂拌冷再生技术的研究与应用

郭彬

宁夏公路桥梁建设有限公司 宁夏 银川 750016

引言

公路行业的快速发展为国民经济的可持续发展注入了活力和动力。为了实现环境的平衡与和谐，实现交通运输业的转型升级，建设资源节约型、环境友好型模式，促进交通可持续发展是“十二五”科技发展总体规划的重要组成部分，交通运输业具有重要意义[1]。

1 乳化沥青冷再生技术的发展过程

众所周知，沥青在室温和半固态状态下没有良好的结构。冷再生技术要解决的主要问题是使黏结剂在室温下仍具有良好的工作性能。乳化沥青通过机械和化学方法形成水包油乳液来实现这一目标。沥青颗粒悬浮在水相中，所有乳化液的流动都取决于水的流动，水了解水泥的常温性能。而胶结料的常温工作特性借此实现了[2]。

1.1 乳化剂结构

乳化沥青和再生材料搅拌时，在合理时间内保证必要的乳化程度是混合过程与施工中的关键问题，主要包括了乳化液与除雾步骤等。当乳化沥青和再生材料发生结合时，乳化剂被石料表面上的各向异性电荷所吸收，该电荷将在沥青粒子中析出或聚集于石料表层。而失去了乳化物膜保护的沥青粒子则将慢慢聚集组成连续相，这就是乳化沥青的破乳过程。破乳过程也意味着将在室温下丧失总体功能稳定性。因此如果将整个过程提前进行，将不能够充分涂覆乳化沥青。但如果在整个施工过程的最后一个阶段进行，即使搅拌达到表面涂层，摊铺和压实过程也会产生严重问题。考虑到再生材料和新岩石的性能不可预测，且阳光、气温、风和其他天气条件对这个过程有重大影响，乳化沥青配方必须在项目层面设计，或者必须根据经验确定代表性配方。如果之前未获得沥青样品且难以更换，则乳化剂非常重要。乳化剂是一种可变的化学控制剂，因为乳化剂的组合，特别是不同的组合。极性基团的相对大小和数量以及非极性基团的组合对乳化沥青破乳过程有很大影响[3]。

1.2 乳化沥青冷再生技术特点和应用方向

从建筑材料种类上来说，道路沥青生产所用建筑材料的低温再生主要有三个类别：混凝土冷却循环、乳化沥青冷却再生和泡沫冷却再生。由于再生混凝土通常被认为完全骨料，因此产生的再生层也被归类为半刚性。乳化沥青再生材料主要用于为道路沥青生产乳化沥青，搅拌过程相似于热沥青。在撞击前，它用石头、回收料包裹，不同之处在于乳化沥青结合力并非立即产生的，原则上分类于与沥青有关的柔性材料。沥青采用大量粉末和沥青砂浆的点修整模式，通常混合2%的水泥，以确保水稳定性。水泥和沥青砂浆有水泥在一起。外观接近水泥稳定半刚性材料，破坏形式以明显的脆性缺陷为特征。可以说，再生泡沫材料的类型是柔性和半刚性的[4]。

1.3 乳化沥青的注意事项

1.3.1 溶剂渗透作用。乳化沥青含有一种渗透性材料，该渗透性材料可穿透水泥的孔隙，其深度为3～5mm。不仅能修复沥青混凝土表面的细小缺陷，而且能起到良好的毛细防水作用。在渗透过程中形成并牢固地附着在水泥表面上的防水罩能有效防止防水层的剥离和分层，不易损坏车辆和路面设备。

1.3.2 反应固化作用。在高温（100℃以上）下，沥青质通过使用最初磨损的不渗透黏合剂层产生微熔分布。滑动时，将大颗粒放入防水胶层中，形成均匀分布的形状。冷却后，增加了防水胶层的弹塑性黏结强度，黏结强度可达到10MPa以上。

1.4 沥青路面的冷再生技术

再生技术是20世纪80年代末国外迅速发展起来的一项新技术。此外，更容易控制回收搅拌站的质量。除了少量的额外成本外，无须运输原材料，可节省大量运输成本，同时具有施工效率高、行车速度快的优点[5]。通过对旧路铣刨后，将沥青回收材料（主要是路面材料，有时是一些基础材料）、添加剂（水泥、石灰、泡沫沥青、乳化沥青或改性乳化沥青等），通过粉碎和筛分被加入到它的特定部分。如有需要，还应加入若干新集料，经拌和形成冷再生混合料。结构冷再生主要用作道路基层和低质量道路。

2 施工工艺

2.1 乳化沥青生产工艺阶段

2.1.1 准备阶段。准备阶段，将水温和沥青温度加热到工艺温度。普通乳化沥青的水温为55～60℃，如果使用90℃的沥青，则可以控制道路沥青的温度130～134℃，如果使用70℃的沥青，则必须控制道路沥青的温度135～140℃。上述温度仅为最常见的常温，其他乳化剂可能不同，使用温度不同，或参照实验室的具体配方。水温好，到达搅拌槽后，如要配制1m乳状液，先打0.6m水，然后将乳状液放入搅拌槽或稀释泵送入搅拌槽。然后在搅拌罐中加入其他添加剂，如酸、碱、增稠剂、稳定剂等，然后加水1m。乳化整理，沥青也被加热到操作温度。打开预热管，打开阀门，泵阀，预热管。沥青，乳化液，管道回收，没有问题，可以下一步进行生产。

2.1.2 生产阶段。生产阶段从乳化泵、胶体磨、沥青泵开始。三台发动机正常启动后，看其性能是否正常，最好是咖啡色。调整乳化沥青泵转速，调整目标固体含量。在调整过程中，先对乳化沥青进行改性，再对其进行改性。注意，在改性沥青过程中，乳化液的流速会发生变化。始终注意临界值。在生产过程中，始终要注意乳化状态，避免只有沥青在胶体磨内，防止出现乳化现象。

2.1.3 结束阶段。阶段结束时，先停止沥青泵，沥青泵完全停止，停止磨浆机，停止乳化液泵。所有设备停机后，用热水或清水清洗混合罐，然后用清水启动乳化泵，清洗乳化管和胶体磨。注意冬季防寒措施。

2.2 施工现场准备

2.2.1 清理道路。在辅助冷再生层之前，应对支撑层的底面进行以下处理：用硬扫帚或扫路机清洗底面时，有污垢等物质污染肮脏的。应该用硬扫帚清扫，水在下层表面蒸发后，下层表面不光滑，必须用冷水或再生混合物磨平或稳定，恢复断面。

2.2.2 撒有造层油。待路面完全清相干净后开始撒布透层油。适层油喷洒量为纯沥青用量按0.2～0.3kg/2控制。撒布车在撒布过程中要缓慢且匀速行驶。撒布完成后对不均匀且有堆积的透层油用扫帚扫开。

2.2.3 撒线并安装侧模。撒完透层油及光全破乳后开始撒线，并按照路基的零点五幅宽度撒出边条和中线，以调节工作区城。侧模选用国标标准抗拉强度较高的糟钢，将糟钢内倒并与撒好的边条重合后，向外侧钉上钢钎，同时用铅丝将钢钎与槽钢紧缩声。槽钢管单条宽度约为6m。在槽钢管与槽钢连接点加钉二根钢轩，或用毎根长约6m的糟钢钉4根钢轩。

2.3 工艺流程

乳化沥青厂拌冷再生施工工艺与常规路面施工工艺相同，但大致有如下几个过程。铣刨料的回收-铣刨料破碎筛分-再生混合料进行配合比设计-再生料拌合、运输→现场摊铺、 碾压-养生等环节，这些环节都要按要求进行规范操作。

3 乳化沥青冷再生的工艺与设备

3.1 乳化沥青混合料工作性和胶结原理

乳化沥青破乳过程的质量监控，是乳化沥青冷再生工程能够顺利完成的重要基础，在乳化沥青冷再生工程中，有两个很重要的过程必须要进行：首先，极性基团的化学乳液在与石子表面结合后，比混凝土与石子表面所结合的氢键更强。众所周知，沥青混凝土与石子表面的黏结强度远远低于混凝土与石头表面的黏结强度。不过，由于黏附在旧石头表面上的极性基团乳液中的亲油性部分仍会在沥青池内，因而可以将沥青拉近石头表面，同时又从石头表面除去了水。而这二个过程就称为凝聚过程。如果成功地实现了混凝过程，即可得到乳化沥青对旧石面层有很强的稳定效果。完成再生沥青路面，即使经过一段时间，也要铺层，甚至更长时间，这可能是乳化沥青的凝结过程。结块过程不是最快最好的，结块过程相对较慢，但最终形成的黏结强度可能更大。然而，在实际的回收环境中，不允许冷凝过程过慢，往往是因为临时交通或施工期需要一定的初凝强度。最终破乳强度和初始破乳强度似乎是两个矛盾，但幸运的是它们并不矛盾。通过选择合适的材料，采用活性控制填料，更准确有效地解决了乳化液的调配问题，有效地平衡了两者之间的关系，从而得到了理想的使用性能[6]。

4 乳化沥青厂拌冷再生混合料运输及施工

4.1 再生混合料的运输

冷再生混合料拌和后不得存放，应立即运至施工现场进行施工。卡车的运输必须清洁，以避免混合料受到污染。在运输过程中避免混合料过早破乳。

4.2 再生混合料的摊铺和碾压

传统的摊铺设备可用于冷再生沥青混合料的摊铺碾压，施工方便快捷。混合料摊铺过程需缓慢、均匀、连续，松铺系数和高度必须根据试验段的要求进行充分的设计和调整。在平整和碾压过程中，压实是保证混合料质量的必要条件。乳化沥青混合料的碾压过程必须根据日温度、风速和结构层厚度进行准确的确定和动态的调整，以保证设计质量。

5 乳化沥青冷再生的直接经济效益与社区环境效益分析

5.1 实际生产与施工

直接效益分析比较与评价已经成为建设项目中很重要的组成部分。在许多情况下，直接效益分析方法已经成为比较与评价工程项目建设体系质量的关键因素。乳化沥青厂通过拌冷再生技术的应用，引入了低碳和可持续乳化沥青的冷却再生技术，来处理沥青抛光研磨材料。这种技术不仅可以更经济地降低成本，同时也可以处置废旧沥青路面垃圾，进而有效降低污染，对节能减排产生了积极影响。

5.2 统计数据

统计数据表明，与传统的热拌沥青混合料（AC-25）比较，乳化沥青装置和冷再生技术的混合可直接减少近30%的项目成本，节约了80%以上的燃料能源，降低了80%以上的二氧化碳排放量，从而大幅度降低了项目施工成本，降低了对原料运输和人力资源的要求，并减少了施工过程中的环境污染。与传统施工技术和新型的施工方法比较，该技术的实施将产生可观的经济效益和环境效益。减少不可再生资源的开发和回收旧的材料肯定会为道路建设节省许多不可再生资源，此外，新石材的使用还将导致严重的环境破坏，如减少森林植被和土地侵蚀。

6 项目保证措施

确保前期的勘察工作落到实处，以保证设计品质。提高乳化沥青的加工质量，以保证再生混合料性能；提高设备的准确度，并保证混合料的品质，加强施工工艺，保证成型质量。由于乳化沥青厂拌冷再生沥青混合料必须是冷拌的，在制备与碾压过程中要注意碾压过程，以保证再生混合料的相容性[7]。

7 结束语

经济社会发展与人类文明进步，日益强调经济社会发展与自然环境的和谐统一，节能环保意识已成为体现人类进步水平的关键指标。开发新技术与否，也是开发新技术存在问题和进展的前提。乳化沥青厂拌冷再生技术具有良好的经济性与施工性，且能够高效利用旧路资源，变废为宝，符合绿色交通发展，因此有着巨大的潜力。