本发明涉及道路工程技术领域，具体涉及一种改善混合料水稳定性的泡沫温拌沥青及其制备方法。
背景技术：
泡沫温拌沥青混合料是利用低粘度泡沫沥青对集料进行拌合的路面材料，能实现较低温度下的拌合及压实，发泡过程中只需少量的水分，具有经济及环保优势。然而，大多数沥青的发泡效果并不理想，并且泡沫沥青中的水分在拌合过程中无法蒸发完全，有一部分水分及气泡可能会残留在沥青之中，增加混合料的水分敏感性，造成集料界面与泡沫沥青的黏附性能降低，最终导致泡沫温拌沥青混合料的水稳定性能受损。水稳定性已成为泡沫温拌沥青混合料技术推广运用的瓶颈。本技术通过十六烷基三甲基溴化铵改善沥青发泡性能，利用该方法制备的泡沫沥青与集料界面粘附强度较高，有利于增强泡沫温拌沥青混合料的劈裂强度及水稳定性能。十六烷基三甲基溴化铵分子式c19h42brn，其是一种阳离子表面活性剂，具有较好的表面活性，亲水性较强。
水稳定性是泡沫温拌沥青混合料技术推广运用的瓶颈，一直是研究者们关注的焦点。实际上，泡沫沥青中的水分在拌合过程中无法蒸发完全，有一部分水分、气泡可能会残留在胶结料之中，泡沫沥青对集料的裹附程度虽高，但胶结料中的微粒气泡、水分会加大混合料的水分敏感性。另一方面，集料的干燥度对混合料的水稳定性也有较大影响，泡沫温拌沥青混合料中集料的加热温度较低，集料中的水分可能未蒸发完全，如此对集料-沥青的黏附性具有一定影响，造成泡沫温拌沥青混合料水稳定性能的降低。通常选取表面活性剂作为泡沫沥青的泡沫稳定剂。表面活性剂可以降低沥青的表面张力，有利于泡沫的产生，并且可以减缓液体沥青由小曲率半径液面处向plateau边界移动，降低沥青膜变薄的速率。
技术实现要素：
本发明的目的是针对上述问题提供一种改善混合料水稳定性的泡沫温拌沥青及其制备方法。
实现该目的的技术方案是：
一种改善混合料水稳定性的泡沫温拌沥青，由以下重量配比的原料制备而成：基质沥青100份、水1～3份、十六烷基三甲基溴化铵0.5～1.25份。
前述泡沫温拌沥青由以下重量配比的原料制备而成：基质沥青100份、水1.5～2.5份、十六烷基三甲基溴化铵0.6～1.0份。
所述基质沥青为70号或90号沥青。
上述的改善混合料水稳定性的泡沫温拌沥青的制备方法，包括如下步骤：
(1)将基质沥青加热到熔融状态，倒入发泡机的沥青罐内循环流动；
(2)往沥青罐的基质沥青中加入十六烷基三甲基溴化铵，搅拌，混匀；
(3)当沥青达到发泡温度时，对发泡机下达发泡指令，向热沥青中注入水，进行发泡，得到泡沫温拌沥青。
所述步骤(1)中将基质沥青加热到熔融状态，即加热到130℃～160℃。
所述步骤(2)中在基质沥青中加入十六烷基三甲基溴化铵后搅3～5min，然后让热沥青在循环泵的带动下流动5～7min，再进行步骤(3)。
所述步骤(3)中沥青的发泡温度为150℃～170℃。
本发明的有益效果是：在沥青中添加十六烷基三甲基溴化铵对泡沫沥青进行改性，增强沥青的内聚功，通过添加十六烷基三甲基溴化铵增强了集料-沥青的黏附性能，提高了泡沫温拌沥青混合料的水稳定性。
附图说明
图1为不同十六烷基三甲基溴化铵掺量下的泡沫温拌沥青混合料tsr值。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明，但并不因此而限制本发明。
下述实施例中的实验方法，如无特别说明，均为常规方法。
实施例1
一、制备泡沫温拌沥青
该泡沫沥青由水、基质沥青、十六烷基三甲基溴化铵制成，其中水用量为基质沥青质量的1％～3％，十六烷基三甲基溴化铵用量为基质沥青质量的0.5％～1.25％，按照如下步骤操作：
(1)将基质沥青加热到熔融状态(130℃～160℃)，然后倒入发泡机的沥青罐内，沥青罐中的沥青在循环泵的带动下开始循环流动；
(2)往沥青罐的沥青中加入沥青质量0.5％～1.25％的十六烷基三甲基溴化铵，并利用玻璃棒搅动3～5min，然后让热沥青在循环泵的带动下流动5～7min再发泡，促使十六烷基三甲基溴化铵与沥青混合均匀，直到沥青达到发泡温度，发泡温度为150℃～170℃；
(3)当沥青达到发泡温度时，对发泡机下达发泡指令，将占沥青质量1％～3％的水注入热沥青中，与此同时，气流量为0.5m3/h～2.5m3/h的气体会对水分进行分散，以提高沥青发泡的均匀性；最后，泡沫温拌沥青通过沥青喷嘴喷出。
按照上述方法，制备泡沫温拌沥青样品1～5，各样品的组分及其配比见表1：
表1样品1～5的组分及其配比
二、沥青发泡效果
通过实验摸索得到基质沥青的最佳发泡条件：发泡用水量1.5％，沥青温度150℃，气流量1.5m3/h，在此条件下对不同十六烷基三甲基溴化铵掺量的沥青进行发泡效果对比，结果见表2所示：
表2沥青发泡效果对比
注：发泡用水温度为常温
由表2可知，十六烷基三甲基溴化铵有利于沥青的发泡稳定性，显著降低了泡沫沥青的衰落速度，而对沥青发泡的最大膨胀率基本无影响。沥青发泡稳定性的提高，可以延长有效拌和时间，改善泡沫混合料的拌和压实效果，有利于泡沫混合料路用性能的提高。
实施例2
一、制备沥青混合料
取实施例1制备的泡沫温拌沥青样品1～5，分别制备5份沥青混合料，所用的原料如下：
沥青：泡沫温拌沥青样品；
矿料：石灰岩、石灰岩矿粉；矿料包含石灰岩(粒径大于0.075mm)、石灰岩矿粉(粒径小于0.075mm)
矿料级配：ac-13型
油石比：4.7～5.0％(即泡沫温拌沥青重量：矿料重量为4.7～5.0％)，油石比中的“石”即指矿料(石灰岩、石灰岩矿粉的质量总和)，油指泡沫温拌沥青。
制备沥青混合料的步骤如下：
(1)将矿料加热到140℃～150℃，并在搅拌锅中拌和90s，达到矿料分布均匀的目的；
(2)将140℃～160℃的泡沫温拌沥青喷入搅拌锅中，与石灰岩一起搅拌90s(拌和温度120℃～140℃)；
(3)最后加入石灰岩矿粉填料搅拌90s(拌和温度120℃～140℃)制成泡沫温拌沥青混合料。
二、混合料性能测试
沥青-集料黏附强度评价指标：沥青内聚功、有水状态下集料-沥青的黏附功，沥青内聚功、有水状态下集料-沥青的黏附功越大，说明集料-沥青黏附性越好。
混合料水稳定性能评价指标：混合料冻融劈裂试验中的tsr指标，tsr即混合料冻后劈裂强度与冻前劈裂强度之比，tsr越大，说明混合料抗水损害能力越强。
(1)集料-沥青黏附性
沥青-集料黏附性测试方法：基于表面自由能原理，分别利用躺滴法和灯芯柱法测量沥青、集料与已知表面自由能参数液体的接触角，根据owrk方法计算沥青、集料的表面自由能、沥青内聚功及有水状态集料-沥青的黏附功。
试验沥青样品包括70#基质沥青、未掺入十六烷基三甲基溴化铵的泡沫沥青、掺入0.75％十六烷基三甲基溴化铵的泡沫温拌沥青(即实施例1中的样品2)，这三个样品在后续表中依次用v-asphalt、fv-asphalt、fv-s-asphalt表示，测得这三个样品的性能如表3、4所示：
表3沥青内聚功
表4有水状态下集料-沥青的黏附功
由表3可知，泡沫沥青内聚功比基质沥青小，说明水分更容易侵入泡沫沥青，进而将泡沫沥青从集料表面剥离，而用本申请方法制备的泡沫温拌沥青的内聚功在泡沫沥青的基础上有大幅增长。
由表4可知，发泡过程会降低集料-沥青的有水黏附功，掺入0.75％十六烷基三甲基溴化铵的泡沫温拌沥青与集料的有水黏附功比未掺入十六烷基三甲基溴化铵的泡沫沥青与集料大5.5mj/m2左右，说明掺入0.75％十六烷基三甲基溴化铵的泡沫温拌沥青与集料的黏附性更好，有利于泡沫温拌沥青混合料水稳定性的提高。
(2)混合料的冻融劈裂强度比tsr
参考《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(jtge20-2011)，根据t0729-2000中的试验步骤进行泡沫温拌沥青混合料冻融劈裂试验，表5为混合料冻融劈裂试验结果。
表5泡沫温拌沥青混合料的tsr值
注：图表中fw-ac13+0.5％s中的“s”代表十六烷基三甲基溴化铵，“0.5％”表示十六烷基三甲基溴化铵在沥青中的掺量。h-ac13(150℃)中的“(150℃)”代表混合料的压实温度，h表示热拌，fw表示泡沫温拌。
由上表5可知，较热拌沥青混合料而言，未添加十六烷基三甲基溴化铵的泡沫沥青混合料的tsr会有一定程度降低。通过对泡沫沥青进行改性，在其中添加沥青质量0.5％～1.25％的十六烷基三甲基溴化铵，改性后的泡沫温拌沥青混合料的冻融前后劈裂强度及tsr得到显著上升，随着十六烷基三甲基溴化铵掺量的提升，泡沫温拌沥青混合料的劈裂强度及tsr逐渐增大，说明十六烷基三甲基溴化铵有利于泡沫温拌沥青混合料抗水损害能力的提升，通过对泡沫沥青进行改性以提高泡沫温拌再生沥青混合料的水稳定性是可行的。
表6～8中显示了沥青混合料在140℃拌和条件下的实验数据，可见在140℃拌和条件下混合料的冻融前后劈裂强度及tsr得到显著上升。样品1、3、4、5按照前述方法制得的泡沫温拌沥青混合料冻融劈裂试验结果也显示混合料的冻融前后劈裂强度及tsr得到显著上升，混合料的tsr都达到80％以上，符合沥青路面施工技术规范要求。图1显示了不同十六烷基三甲基溴化铵掺量下的泡沫温拌沥青混合料tsr值，对于fw-ac13(130℃)，其tsr不符合规程要求，但利用十六烷基三甲基溴化铵对泡沫沥青改性可以很好的解决泡沫温拌沥青混合料的水稳定性问题，当十六烷基三甲基溴化铵的掺量在0.5％以上时，泡沫温拌沥青混合料的tsr基本都达到80％以上。
沥青中有沥青酸，沥青酸中有大量的阴离子，阳离子表面活性剂在帮助沥青发泡的同时，还能与沥青加强黏附，具有抗剥落的能力；阳离子表面活性剂具有亲水基和亲油基(极性键、非极性键)，泡沫沥青中含有一定水分，表面活性剂的极性键与集料黏附性较好，非极性键与沥青的黏附性较好，表面活性剂似乎就是一个“桥梁”，加强集料与沥青的粘接。
表6泡沫温拌沥青混合料冻融劈裂试验结果
表7泡沫温拌沥青混合料劈裂强度
表8泡沫温拌沥青混合料的tsr值