泡沫沥青

泡沫沥青
热拌沥青
慢
慢
中等
快
初始强度增长速率的差别
泡沫青复拌冷再生技术的特点 —— 小结
泡沫青复拌冷再生技术的特点
• 经破碎后的沥青路面回收材料是作为集料颗 粒(黑色集料)加入到混合料中去的，因而不 要求已老化的旧沥青恢复至新沥青的性能； • 集料颗粒之间的粘结不是靠裹覆在颗粒上的 沥青膜连接的，而是依靠带有沥青的粉料粘 在粗集料表面而形成点状的粘结； • 混合料的强度在相当程度上要靠粗集料之间 的嵌挤结构和内摩擦力；
影响泡沫沥青发泡质量的因素
160~170℃℃70#沥青的发泡曲 线
160~170℃℃90#沥青的发泡曲 线
泡沫沥青的衰减曲线
泡沫沥青的衰减曲线
• Jenkins教授的衰减方程：
ER(t ) ERme
式中： ER(t)—在时刻的膨胀率; ERm—最大膨胀率; τ — 半衰期。
ln 2 ( t )
泡沫沥青基层的优缺点
• 采用普通沥青，而且用量较少，在费 用上比热拌沥青和乳化沥青混合料节 省； • 强度增长速率较乳化沥青基层快； • 抗水损害能力较差。
泡沫沥青冷再生混合料的 设计和技术标准
泡沫沥青冷再生混合料的 设计方法
泡沫沥青冷再生混合料设计
• • • • • • • 原材料的质量检验和回收料的处理 矿料级配设计 确定冷再生混合料最佳含水量 马歇尔试件的制作与养生 试件密度测定 马歇尔试验和间接拉伸试验 确定最佳用水量与最佳泡沫沥青用量
泡沫形成机理
• 水蒸气形成的压力将沥 青吹成一个个被沥青膜 包围的气泡， • 气泡在蒸汽膨胀压力下 继续吹大直至沥青膜的 表面张力与蒸汽压力相 平衡； • 随着水蒸气热量的消失， 压力在下降，气泡的体 积也随之缩小，直至消 失。 • 由于沥青的导热性很差， 所以泡沫可以在一定的 时间内保持稳定。
泡沫破灭机理
1500~6000
≮20
Wirtgen1998的技术标准
试验指标 试验条件 技术要求
间接拉伸强度ITS (劈裂强度),kPa
干试件：25℃试验 温度 湿试件：（50mm 干试件： 真空下60min）下 ≮350 或25℃水温调节 24小时 ；
≮75 2500~500 0
残留强度比TSR,% 同上 回弹模量,MPa 同上
技术要求
≮400
≮75 ≮5 ≮75 ≮70
南非CSIR的技术标准
试验指标 试验条件 干试件：25℃试 验温度 湿试件：（50mm 真空下60min）下 或25℃水温调节 24小时 同上 技术要求
间接拉伸强度ITS (劈裂强度),kPa
≮200
残留强度比TSR,% 同上
≮50
回弹模量,MPa
动态蠕变模量,MPa
导致泡沫破灭的形式和原因可以从两方面 来分析： • 气泡内压力过大或沥青膜的强度不足，使 气泡的体积不断增大，沥青膜的厚度不断 减薄，气泡的膨胀压力与表面张力无法保 持平衡而导致气泡破裂； • 由于边界传热的效果使气泡内温度和压力 不断下降，气泡的体积缩小、变瘪而最终 消失。
泡沫沥青的特性 与发泡质量的评价指标
泡沫沥青的历史发展
• 1971年澳大利亚的美孚石油公司（Mobil Oil）发明并注册了用喷水代替蒸汽的泡沫 沥青发生装置，使泡沫沥青的生产更加实 用而经济。 • 1991年美孚公司的专利终结，泡沫沥青技 术在世界范围内得到了更为广泛的应用， 并开发了许多新的泡沫沥青系统。
泡沫沥青的历史发展
• 在上世纪70年代泡沫沥青主要作为稳定剂 用于土壤等筑路材料的稳定处理。 • 上世纪90年代泡沫沥青开始用于厂拌冷再 生技术和就地冷再生技术中。 • 21世纪初泡沫沥青将它的应用领域扩展至 温拌沥青技术中，用于降低沥青混合料的 和易性。
设备
工作原理
泡沫沥青厂拌冷再生技术
设备
泡沫沥青
热拌沥青
不用再生剂
用再生剂
不用再生剂
用再生剂
柔性程度的差别
乳化沥青
稳定处理 冷再生 (Reclaiming (ColdRecycli &Stabilizati ng) on)
泡沫沥青
加 不加 水泥 水泥
接近 半柔 半刚 性 性
热拌沥青
半柔性
接近柔性
柔性
初始强度增长速率的差别
乳化沥青
稳定处理 冷再生 (Reclaiming (ColdRecycli &Stabilizati ng) on)
泡沫沥青冷再生技术
泡沫沥青冷再生技术
• 泡沫沥青的历史发展 • 泡沫沥青的工作原理 • 泡沫沥青的特性与发泡质量的评价 指标 • 泡沫沥青冷再生技术的特点 • 泡沫沥青冷再生混合料的设计和技 术标准 • 泡沫沥青冷再生的施工工艺与设备
泡沫沥青的历史发展
泡沫沥青的历史发展
• 泡沫沥青并不是一项新技术，早在40余年 前泡沫沥青已经有了工程应用。 • 1928年August Jacobi在德国开发了第一 个热沥青的泡沫系统并注册了专利。 • 1957年美国IOWA州立大学的Ladis Casanyi教授用水蒸气喷射到热沥青中来产 生泡沫沥青并第一个指出其用作冷拌混合 料粘结剂的潜力。
沥青与集料裹覆特点的差别
乳化沥青
稳定处理 冷再生 (Reclaiming (ColdRecyclin &Stabilizatio g) n)
泡沫沥青
热拌沥青
粗集料部分 裹覆，沥青 -细料砂浆 粘结粗料
集料沥青膜 裹覆
沥青-粉料 砂浆与粗料 集料由沥青 形成点状的 膜连续裹覆 粘结
沥青与集料裹覆特点的差别
泡沫沥青的的工作原理
泡沫沥青的工作原理 • 早期的泡沫沥青是由一定压力和温度 的水蒸气喷射进热沥青而生成的。 • 由于需要蒸汽锅炉等专门的设备，在 经济上增加了生产成本，使用也很不 方便。 • 尤其是对于要移动的现场施工机械用 水蒸气来生产泡沫沥青是很不实用的。
泡沫沥青的工作原理
• Mobile Oil的专 利技术第一个提 出了用喷水代替 水蒸气的泡沫沥 青发生装置

沥青可发泡性的评价指标
发泡指数FI = A1+A2
泡沫沥青 冷再生技术的特点
泡沫沥青冷再生技术的特点
• 泡沫沥青复拌冷再生混合料（Foamed Asphalt Cold Reclaiming Mix）是一种用 于半刚性（半柔性）基层的沥青稳定材料， 它可以用路拌的方法也可以用厂拌的方法 来生产。 • 它与热拌沥青碎石柔性基层（ATB）和用 于柔性基层的冷再生沥青混合料（Cold Recycling Mix），在形成机理、材料要求、 配合比的设计等方面都有很大差别 。
美国Iowa州的技术标准
试验指标 试验条件 干试件：25℃试 验温度 湿试件： 25℃水 20min, 50mm真 空50min,25℃水 10min 技术要求
间接拉伸强度ITS (劈裂强度),kPa
≮200
残留强度比TSR,% 同上
≮50
三种试验工况的比较
如何鉴别泡沫沥青混合料的质量
如何鉴别泡沫沥青混合料的质量
泡沫沥青的特性
----膨胀率衰减曲线
泡沫沥青的特性
----膨胀率衰减曲线
泡沫沥青发泡质量的评价指标 • 最大膨胀率 — 泡沫沥青在发泡过程中 的最大体积与泡沫完全消失后粘结剂 的体积之比； • 半衰期 — 泡沫沥青在发泡过程中从最 大体积衰减到最大体积的一半时所经 历的时间； • 发泡指数 — 衰减曲线下与泡沫沥青最 小膨胀率水平线之间的面积 。
影响泡沫沥青发泡质量的因素
• • • • 加水量 沥青温度 沥青、水、空气的喷射压力 沥青的性质
影响泡沫沥青发泡质量的因素
• 在上述因素中注入热沥青中的水量和 热沥青的温度是对发泡质量影响最大 的因素。 • 沥青、水、空气 喷射压力主要影响沥 青和水滴的雾化和均匀的程度，对发 泡过程起辅助的作用。
泡沫沥青的工作原理
• 上世纪90 年代新开发 的泡沫沥青 发生装置增 加压缩空气 的喷射，使 水滴与沥青 混合更好而 有助于泡沫 沥青的形成。
泡沫形成机理 • 微小的水滴与热沥青接触； • 高温的沥青将热量传给水滴表面将其 加热至100℃以上，而自身的温度随之 降低； • 当传递给水的热量大大超过水的蒸发 潜热时，导致爆发般地产生大量水蒸 气，并在发泡室内急剧膨胀；
影响泡沫沥青发泡质量的因素
• 对于膨胀率和半 衰期来说通常是 存在矛盾的，高 的膨胀率，随拌 着低的半衰期， 而高半衰期则随 拌着低的膨胀率。
影响泡沫沥青发泡质量的因素
• 沥青的性质对发泡质量的影响主要是由 沥青中硬沥青质与软沥青质的比例决定 的。 • 沥青质多的硬沥青不利于发泡，轻质油 分多的软沥青则更容易发泡。 • 通常认为用于泡沫沥青的应为90~110# 较软的沥青，但70#沥青的效果也很好。
如何鉴别泡沫沥青混合料的质量
如何鉴别泡沫沥青混合料的质量
泡沫沥青冷再生混合料 的施工工艺与设备
泡沫沥青冷再生技术
• 泡沫沥青就地复拌（In-Site Reclamation）冷再生技术； • 泡沫沥青厂拌（Plant Reclamation）冷再生技术.
泡沫沥青就地冷再生技术
施工工艺
施工工艺
裹覆着沥青的粉料形成“焊接点”
沥青与集料裹覆特点的差别
材料类型的差别
乳化沥青
稳定处理 泡沫沥青 冷再生 (Reclaiming (ColdRecyclin &Stabilizatio g) n)
热拌沥青
碎石 天然砾石 RAP
碎石 RAP
碎石 碎石 天然砾石 0~50%RA RAP P 填料
含水量的差别
无结合料基层结构强度的形成机理
泡沫青复拌冷再生技术的特点
• 沥青的加入量较少，通常最佳沥青用量在 2.5%~3.5%之间，过多的沥青会导致细料 结团而降低混凝土的强度； • 集料之间的润滑不是靠沥青，主要靠添加 水分来实现。混合料摊铺、碾压过程的和 易性较差，要求更大的压实功； • 不像常规的沥青碎石基层（ATB）那样， 通常是密级配的混合料其空隙率只有 3%~6%，而泡沫沥青混合料的基层其空隙 率很少会低于10%。
矿料级配料设计
泡沫沥青冷再生混合料的 设计的技术标准
我国的技术标准
试验指标
间接拉伸强度ITS (劈裂强度),kPa 残留强度比TSR,% 马歇尔试验稳定度， kN 残留稳定度，% 冻融劈裂TSR，%
试验条件
干试件：15℃试验温 度 湿试件： 25℃水温 调节24小时 同上 40℃试验温度 湿试件： 25℃水温 调节24小时 同上
泡沫青复拌冷再生技术的特点
• 泡沫沥青混合料对水分非常敏感，因 此混合料对抗水损害的能力较差；
• 在泡沫沥青混合料的配合比设计中， 需要对两个参数进行优化，即最佳的 用水量和最佳的泡沫沥青用量。
泡沫沥青基层的优缺点
• 半柔性 ---- 与水泥稳定基层比有一定 柔性但比密级配沥青基层柔性差，但 有较强的抗变形能力； • 应用简单、容易 ---- 不需像热拌沥青 搅拌设备那样庞大而复杂的机组；
乳化沥青
稳定处理 冷再生 (Reclaiming (ColdRecyclFra Baidu bibliotek &Stabilizati ng) on)
泡沫沥青
热拌沥青
90% OMC 90% OMC + 50%乳化 + 50%乳化 沥青用量 沥青用量
70~90% OMC
干
应用再生剂的差别
乳化沥青
稳定处理 冷再生 (Reclaiming (ColdRecycli &Stabilizati ng) on)
沥青与集料裹覆特点的差别
泡沫与冷集料接触后破碎成碎片
沥青与集料裹覆特点的差别
• 泡沫沥青在应用过程中对集料的级配 要求有较多的细料，粉料的含量应至 少在5%以上。 • 缺少0.075mm以下的粉料会导致沥青 泡沫破裂后粘在细料上而使细料结团， 不能均匀地形成粗集料之间的粘结点， 而导致混合料强度和稳定性的削弱。