泡沫沥青发泡机理及冷再生技术机理研究

易文豪

(重庆交通大学材料科学与工程学院 重庆 400074)

随着国内外理论研究内容的逐渐深入、实体工程应用的大范围展开，以及各地区规范性标准的陆续颁布和持续完善，标志着公路沥青路面再生技术日益成熟。

在各种公路沥青路面再生方式中，泡沫沥青冷再生技术具有结构层强度增长相对较快，施工过程污染小、节能环保的特点，具有相对独特的优势，已成为国内沥青路面维修养护的一种重要的方式[1]。

一、泡沫沥青发泡机理

沥青的发泡是由热沥青、水和压缩空气在膨胀室完成，见图1。发泡室顶部是高温沥青入口，两侧设置有空气和水的入口，高温液态沥青在泵送管道中循环流动，而水和空气是由气压喷入发泡腔。当下达发泡指令后，喷嘴和水、气阀门将同时开启，高温沥青(140℃以上)、水和空气在膨胀室内发生水的蒸发汽化和各相的裹附混合。

图1 发泡装置示意图

膨胀室内的三种物质将短时间完成相互作用过程：高压水流会在压缩空气的冲击作用下发生雾化，并瞬间在高温沥青中分散成大量均匀的微小水滴。由于存在较大温度差，热沥青与冷水滴之间会发生热量交换，沥青传递的热量足够水滴蒸发变成水蒸气，沥青因包裹汽泡而发生膨胀。在压缩气体的作用下，膨胀室里的蒸汽进入沥青中形成大量的蒸汽泡，最后随着沥青从发泡喷嘴喷出。由于温度的作用，沥青内蒸汽泡开始膨胀，使沥青和蒸汽之间逐渐形成薄膜。沥青薄膜的表面张力可将气泡完全包裹。

沥青和水汽之间形成的界面膜的表面张力与气泡内部的压力在沥青发泡过程中相互作用，使宏观的泡沫沥青发生体积变化。沥青和水汽形成的泡沫状物质在喷出发泡腔后，由于沥青水汽泡的破裂和泡沫状物质热量流失，温度降低，沥青泡沫逐渐消失。泡沫状沥青存在的时间比较短，一般能达到数秒。这种喷出的泡沫状混合物质，即为宏观的泡沫沥青。

二、泡沫沥青冷再生技术机理

沥青混合料的冷再生过程,实际上是通过添加再生结合料来改善旧沥青混合料的粘稠性,使己老化沥青薄膜和集料表面均附着上具有粘结性的新材料，经过物理化学变化过程，从而实现路用性能的恢复。

在混合料的拌合过程中，泡沫沥青膜将迅速地破裂，破裂后的泡沫沥青在水的润湿和裹附作用下，表现得粘性降低，能够均匀地分散于混合料中，经过一定的养生期，混合料内部的水分因蒸发以及水泥的水化反应而不断地散失，泡沫沥青待水分消散后，在旧沥青混合料和新矿料之间起“点焊”般(见图2)的粘结作用。

图2 点焊般的泡沫沥青

由于泡沫沥青冷再生混合料中并没有形成完整连续的沥青膜裹覆在集料表面，且再生材料的水敏感性较强，因此需向其中掺加少量水泥，以提高混合料的水稳定性。

在整个泡沫沥青冷再生的过程中，泡沫沥青和水泥作为再生结合料，在回收料和新矿料之间发挥着关键的粘结和填充作用，从而获得具有一定强度的冷再生混合料。

三、结论

(1)泡沫沥青是利用专门的机械设备将沥青进行物理发泡而获得的一种泡沫态的沥青类混合物，其泡沫状态下的整体包含沥青、水和空气。

(2)泡沫沥青内包裹一部分水，其与RAP料和矿料等完成拌合后，可均匀地分散在混合料中，待内部水分蒸发后而发挥其粘结作用。

(3)破裂后的泡沫沥青在旧沥青混合料和新矿料之间主要起“点焊”般的粘结作用。