現代道路養護技術瀝青專題系列3-2

第四章 路面再生養護技術

第一節 瀝青路面再生技術及機理

（機理部分）

一、瀝青路面再生技術的原理

舊瀝青再生的機理分為宏觀機理和微觀機理。

目前有“相容性理論”和“組分調節理論”兩種理論。

前者是從瀝青內部結構的化學能來解釋，后者是從宏觀化學組成量來解釋。

“相容性理論”從化學和熱力學出發，認為瀝青產生老化的原因是瀝青膠體物質中各組分相容性降低，導致組分間溶度參數差增大。如能摻入一定的再生劑使其溶度參數差減小，則瀝青即能恢復到（甚至超過）原來的性質。

“組分調節理論”是從化學組分移行出發，認為由于組分的移行，瀝青老化后，某些組分偏多，而某些組分偏少，各組分間比例不協調，所以導致瀝青路用性能降低，如能通過摻加再生劑調節其組分，則瀝青將恢復原來的性質。

相容性理論將瀝青分為以大分子瀝青質為溶質和以軟瀝青質為溶劑的兩個部分，溶劑和溶質的相容性決定了瀝青結構的穩定性。

組分調節理論認為：瀝青是一個膠體分散體系，其分散相是以瀝青質為核心吸附部分膠質而形成的膠束，并分散在芳烴、飽和烴組成的分散介質中。向瀝青中加入適當比例的新軟瀝青，補充失去的組分，組分調和的實質是通過調整瀝青各組分之間的比例，獲得滿足路用性能要求的瀝青。

（一）冷再生原理

廠拌冷再生一般有乳化瀝青冷再生和泡沫瀝青冷再生兩種。它們分別以乳化瀝青和泡沫瀝青作為再生結合料。

1、 乳化瀝青冷再生原理

所謂乳化瀝青，是將熱熔的石油瀝青，經過機械作用，以細小的微粒分散到乳化劑水溶液中，形成的水包油的乳狀液。

乳化瀝青是將黏稠瀝青加熱至流動狀態，再經高速離心攪拌及剪切等機械作用，使瀝青形成細小的微粒（2~5μm），且均勻分散在含有乳化劑和穩定劑的水中，形成水包油（O/W）型瀝青乳液。

乳化瀝青常溫下具有較好的流動性，能保證灑布的均勻性。乳化瀝青與礦料表面具有良好的工作性和黏附性，可冷態施工，節約能源，減少環境污染。乳化瀝青的組成材料主要由瀝青、乳化劑、穩定劑和水等組成，各組成成分在乳化瀝青中各具功能。

首先，乳化瀝青中的瀝青選擇。

其次，乳化瀝青中的乳化劑。

乳化劑按其親水基在水中是否電離而分為離子型乳化劑和非離子型乳化劑兩大類，前者又可分為陽離子型、陰離子型和兩性離子型。

穩定劑通常包括有機穩定劑和無機穩定劑兩種，其作用是防止已經分散的瀝青乳液在儲存期間內彼此凝聚，以保證在施工噴灑或機械拌和作用下具有良好的穩定性。穩定劑對乳化劑的協同作用必須通過試驗來確定，其用量一般以瀝青乳液的0.1~0.15%為宜。

水是乳化瀝青的主要組成部分，在乳化瀝青中起著潤濕、溶解及化學反應的作用。水的用量一般為30~70%。

再次，乳化瀝青的形成與破乳機理。

形成機理揭示瀝青能夠均勻穩定地分散在乳化劑水溶液中的原因是，乳化降低界面能作用和增強界面膜的保護作用以及界面電荷穩定作用。

其一是，乳化降低界面能作用。

其二是，增強界面膜的保護作用。

其三是，界面電荷穩定作用。

第四是，分裂（破乳）機理。為了發揮瀝青的黏結功能，必須將其從乳液中分離出來，并在集料表面形成連續的薄膜覆蓋，這一過程稱為分裂，亦稱破乳。破乳是借助于蒸發作用和乳液與集料的吸附作用完成的。前者是指乳液中的水分由于蒸發或被集料吸收而產生分解，多孔、粗糙、干燥的集料易破壞乳液的平衡，加速破乳。后者是指瀝青與礦料之間吸附作用。對于陰離子型乳液（帶負電荷）與帶正電荷的堿性集料（如石灰巖、玄武巖等）具有較好的黏結性，陽離子型乳液（帶正電荷）與帶負電荷的酸性集料（黃崗巖、石英石等）具有較好的黏結性。

道路用乳化瀝青的技術要求見表

道路用乳化瀝青的技術要求

注：

①、第4欄恩氏黏度是指恩格拉黏度計測定的黏度；

②、第10欄黏附性是指瀝青與粗集料黏附性；

③、第11欄拌和試驗是指與粗集料拌和試驗；

④、第12欄篩上篩余是指與水泥拌和試驗篩上篩余；

⑤、表中“慢中”是指慢裂或中裂乳化瀝青；“快中”指快裂或中裂乳化瀝青。

2、 泡沫瀝青冷再生原理

所謂泡沫瀝青，是指在高溫的瀝青中加入少量的冷水，由于水的急速氣化形成爆炸性泡沫，使瀝青表面積大量增加，體積膨脹數倍至數10倍，然后在近1min內瀝青又恢復原狀，這種膨脹成泡沫的瀝青稱為泡沫瀝青。

泡沫瀝青是使用專門的瀝青發泡設備，向高溫瀝青中加入少量的水和氣，使瀝青產生細微的泡沫，形成一種膨脹狀態的瀝青。泡沫瀝青多與水泥一起作為穩定劑，常用于瀝青路面的冷再生工程中。

泡沫瀝青冷再生技術，需要對瀝青進行發泡試驗，確定瀝青的發泡性。對泡沫瀝青的性能進行評價，通常采用膨脹率和半衰期兩個指標。

（二）溫再生機理

舊瀝青混合料溫再生的機理基于三個方面：首先，加速剝離。其次，降低黏度。再次，瀝青再生。

溫再生機理還取決于采用再生設備類型。以前的溫再生一般采用紅外或電加熱的方式加熱瀝青、集料及瀝青混合料，而現行的溫再生是基于輔助滲透軟化路面作用機理，分為：

1、 微波輔助滲透軟化路面作用機理：

包括：孔道滲透、分項相溶解、微爆擴孔、持續軟化機理。

2、 紅外光譜機理

紅外光譜分析法是研究物質化學結構最常用的方法之一，可有效降低瀝青混合料拌和溫度。它的主要原理是指當連續波長的紅外光（波數1600~650cm^-1）照射物質時，引起物質分子振動—轉動能級的躍遷，物質吸收了某些特定波長的光，通過儀器記錄不同波長處的吸光度變化曲線，稱為該物質的紅外吸收光譜。

（三）熱再生機理

1、熱再生瀝青路面機理中，舊瀝青黏結劑的再生是瀝青路面再生的關鍵。

舊瀝青與新瀝青以及再生劑結合取得再生效果取決于擴散滲透特征、相容特性和混合條件三個因素。

2、詮釋熱再生機理的四個方面：

其一，舊瀝青向新集料的傳遞和分散的對流傳導。

其二，添加再生劑對舊瀝青的擴散和滲透。

其三，瀝青組分調和再生。

其四，瀝青組分復合再生。