张军仁（甘肃省张掖公路管理局，甘肃 张掖 734000）

水泥-乳化沥青冷再生技术破乳时间评价方法研究

张军仁（甘肃省张掖公路管理局，甘肃 张掖 734000）

现有的乳化沥青破乳时间通过人为观测来确定，会因个人及环境等条件的不同，致使破乳时间存在不准确性。本文在不同养护时间下，通过旋转压实方法成型多组马歇尔平行试件，记录不同养护条件下试件的压实圈数、压实高度及曲线变化，通过不同压实圈数对应的压实高速曲线，及不同养护时间下的15℃劈裂强度曲线拐点，确定冷再生技术的破乳时间。结果表明，与人为定性观测4小时破乳相比，养护时间在5小时成型的试件，压实高度递减至最小，15℃劈裂强度递增至最大，出现破乳时间拐点。因此，通过该种方法定量表征水泥-乳化沥青冷再生技术破乳时间更精确。

冷再生技术；破乳时间；压实曲线；评价方法

1 引 言

近年来，我国高速公路建设渐进饱和，高速公路建设全面进入养护维修阶段，在路面养护维修过程中产生大量的路面旧料，采取合适的再生技术妥善应用回收沥青混合料，对保护环境、实现可持续发展具有重大的意义。因此，采用再生技术合理利用现有旧料将发挥巨大的经济效益和社会效益[1~2]。

宋哲玉[8]等根据乳化剂分子化学组成和结构特点对阳离子乳化沥青和阴离子乳化沥青的破乳机理分别进行了研究和探讨。结果表明，阳离子乳化剂和阴离子乳化剂分子组成和结构的不同决定了阳离子乳化沥青和阴离于乳化沥青破乳机理的不同。李云良[9]等将CA砂浆中乳化沥青的破乳过程分成了3个阶段：水泥与乳化沥青的接触阶段、动态平衡阶段及加速破乳阶段。当水泥含量较多时，水泥颗粒被沥青包裹程度较小，水化速率较快，促进了乳化沥青的破乳和聚集。NADIA P[10]等将水泥与乳化沥青拌合后的体系固化过程分为两个方面：乳化沥青的破乳和水泥的水化，这两个过程同时发生且相互影响。但现有的人为定性观测乳化沥青冷再生混合料破乳时间不够严谨，存在不确定性。本文通过旋转压实方法成型多组马歇尔平行试件，记录不同养护条件下试件的压实圈数、压实高度及曲线变化，通过不同压实圈数对应的压实高速曲线，及不同养护时间下的15℃劈裂强度曲线拐点，确定冷再生技术的破乳时间。

2 材料与方法

2.1 原材料

2.1.1 铣刨料

采用兰州公路总段树屏料场铣刨料，为G6兰海高速养护工程废料，其筛分结果如表1、表2所示：

表1 铣刨料含水率及油石比

2.1.2 乳化沥青

采用龙孚乳化剂LXF2105制备的乳化沥青，乳化沥青符合如下指标，如表3所示：

2.1.3 水泥

采用甘肃祁连山水泥有限公司生产的P·C32.5复合硅酸盐水泥，指标如表4所示：

表2 铣刨料筛分

表3 乳化沥青相关指标

表4 水泥相关指标

所用原材料如图1所示。

图1 水泥-乳化沥青冷再生技术原材料

2.2 试验方法及方案

将不同养护时间的松散混合料，成型为80mm等高试件，在25℃室温条件下养生不同时间，然后按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTG E20-2011）[11]标准试验方法测其15℃劈裂强度，具体试验流程如下：

首先确使冷再生混合料中所有水量之和保持在4.1%~4.3%之间，掺水量为定量。将13组拌合好的冷再生混合料放入密封容器中，分别放置0.5h，1h，1.5h，2h，2.5h，3h，3.5h，4h，5h，6h，7h，36h，48h 养护，来模拟车辆运输过程。静置完后，利用旋转压实成型仪，成型直径为150mm马歇尔试件，记录4，5，6，8，10，100旋转压实圈数下试件高度的变化及不同养护时间成型试件的5℃劈裂强度变化。

3 试验结果分析

按照定性观测等级（表1），养护时间在4h时，拌合后混合料状态出现由B向A转变的迹象，定性评价4h为破乳时间，破乳现象如图2所示：

图2 4h养护时间的破乳现象

3.1 不同圈数下养护时间与压实高度

图3为不同圈数对应的养护时间与压实高度的关系，不同圈数下的压实高度随养护时间的变化趋势基本一致，且随着养护时间的增加，压实高度呈现先减后增的趋势。这是由于乳化沥青与集料拌和时，集料是潮湿的，即在集料表面已形成了吸附水膜，则在乳液与集料接触时，乳液中水相和吸附水膜之间存在着乳化剂浓度差，乳化剂分子首先移动直至达到乳化剂浓度平衡。由于沥青微珠界面膜上乳化剂分子向集料表面移动，也牵拉着沥青微珠向集料表面靠近。沥青微珠在向集料表面靠近过程中不断产生形变，逐渐趋向薄膜状，原来的平衡被打破，界面膜破裂，乳化剂分子重排，乳化剂分子亲水基端向着集料表面方向插入水中，亲油基端向着沥青薄膜方向插入沥青中。当养护时间在5h时，压实高度出现最低点，此刻是由于沥青微珠通过乳化剂分子到达集料表面，在众多的乳化剂分子的“桥梁”作用和“牵拉”作用下，使得沥青微珠与集料表面的结合力远远大于水与集料表面的结合力，于是在沥青微珠通过桥梁到达集料表面与集料接触的瞬间，将产生一个较大的挤压力。这个挤压力把集料表面吸附的水份挤出去，让位于沥青。被挤出的水份相互聚集，聚结成为连续水相。若干个沥青微珠都产生这样的作用，水份从微珠与微珠界面之间被挤出去。于是沥青微珠间相互吸附、扩散、渗透，最后融合到一起，界面消失，集料表面被沥青完全裹覆，形成一层薄膜。在薄膜完全形成之时，聚结的水相全部被挤出来处于沥青薄膜之上，大气之中，因此冷再生混合料难以继续压实；该结论与定性观结果对比，在静置5h后仍能继续压实，说明4h仍未破乳，故实际的破乳时间应为5h；而定性观测破乳时间产生偏差的原因应在于，人为定性观测导致的误差，环境温度、湿度产生的影响以及破乳“假象”（如图2右图所示）导致的误判。

图3 不同圈数下养护时间与压实高度关系图

3.2 养护时间与15℃劈裂强度

图4为不同养护时间与15℃劈裂强度的关系。可见，当养护时间逐渐增加，劈裂强度呈现先增后减的趋势。当养护时间在5h时，15℃劈裂强度为7.63MPa，达到峰值，此刻乳化沥青冷再生混合料中水份被完全挤出，如果气温较高，湿度较小，而且有风时，水份就很快挥发，沥青膜粘聚力与粘附力达到最大。与定性观测破乳时间为4h时对比，此时15℃劈裂强度为6.96MPa，未达到劈裂强度最大值，说明4h时破乳过程仍未完成。

图4 养护时间与15℃劈裂强度关系图

在5h养护时间条件下，压实高度递减至最小，且15℃劈裂强度递增至最大，综合两者曲线变化得知，5h为水泥-乳化沥青冷再生技术真正的破乳时间，通过这种评价方法可以定量表征水泥-乳化沥青冷再生混合料破乳时间。

4 结 语

定性观测破乳时间时，会因个人及环境等条件的不同，致使破乳时间存在不准确性。当人为定性观测破乳时间为4h时，通过与破乳前后的压实高度和15℃劈裂强度综合曲线对比，压实高度递减至最小，15℃劈裂强度递增至最大，确定5h为水泥-乳化沥青冷再生技术真正的破乳时间。由此可见，该评价方法对于定量表征水泥-乳化沥青冷再生混合料破乳时间是可行的。

[1]胡时永.水泥-乳化沥青冷再生技术在沥青面层维修中的应用[J].淮北职业技术学院学报,2010,19(1);12-13.

[2]宋 平,罗晓辉.养生龄期对乳化沥青冷再生混合料性能的影响[J].公路交通科技,2010,27(11):65-69.

[3]李 纲.浅谈冷再生与热再生的特点[J].黑龙江交通科技，2010,192(2).

[4]黄 杰,唐 皓. 乳化沥青厂拌冷再生节能效益里化与评价[J].道路工程.2014:33-35.

[5]程毅.乳化沥青厂拌冷再生混合料设计与施工技术研究[D]. 山东建筑大学.2013

[6]丁武洋,刘 强,吴 旻.乳化沥青厂拌冷再生混合料关键技术研究及应用[J].中外公路.2012,32(5):216-219.

[7]姜 舒.乳化沥青混合料破乳条件的浅析[J].石油沥青，2007,21(3);28-31.

[8]宋哲玉,徐培华,陶家朴.乳化沥青破乳机理研究[J].石油沥青，1995,9(3);23-29.

[9]李云良,欧阳剑,王山山,纪 伦,赵九野,谭忆秋.水泥沥青复合砂浆拌合物乳化沥青破乳过程研究[J]. 哈尔滨工程大学学报.2015,36(7):1-5.

[10]NADIA P, JACQUES M, MICHEL P. Hydration mechanisms, microstructure, and mechanical properties of mortars prepared with mixed binder cement slurry-asphalt emulsion[J]. J. Mater. Civ. Eng. 2003.15:54-59.

[11]交通运输部公路科学研究院.JTG E20-2011公路工程沥青及沥青混合料试验规程[S].北京:人民交通出版社，2011.

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