泡沫瀝青冷再生技術分析

周戰武

近些年來我國修筑的高等級路面大多為瀝青路面，經過一定年限的使用后產生了各種類型和不同程度的病害。與此同時，瀝青價格的上漲，許多地方石料匱乏，單價也日趨上升，原材料成本在整個路面工程中的比例也越來越大。

道路的現場冷再生可以處治多種路面病害類型，可以防止路面翻挖、銑刨的瀝青混合料廢棄造成的環境污染和資源的極大浪費，節約了工程成本。從社會效益和環境效益上看，冷再生符合可持續發展的要求，是具有廣闊發展前景的技術，這些年來得到了廣泛關注。

1 泡沫瀝青冷再生適用條件

泡沫瀝青冷再生優于傳統的加鋪瀝青混凝土層或重修這些維修養護方法，但各種再生方法各有優缺點，各有其適用的范圍。根據ARRA提供的再生方法選用指南［1］，發現深車轍、荷載型裂縫(龜裂、縱向裂縫、路緣裂縫)、非荷載型裂縫(網裂、橫向裂縫、反射裂縫)這些病害類型可以選擇冷再生技術，對于一些表面類的病害類型(松散、泛油、磨光)和波浪、淺車轍，適用于熱再生。

按表1確定冷再生添加劑的選擇。

表1 瀝青路面冷再生添加劑選擇參照表

從表1我們可以看出當再生RAP料為ACⅠ和SMA時，我們可以采用泡沫瀝青添加劑穩定再生RAP料。

2 泡沫瀝青的原理

瀝青發泡的原理如圖1所示。當冷水滴(環境溫度)與高溫140℃瀝青接觸時，將發生以下反應:熱瀝青與冷水滴表面發生能量(熱量)交換，這樣水滴的溫度升高，瀝青的溫度降低。當水滴加熱至100℃，產生蒸汽，進一步降低了瀝青的溫度，導致體積膨脹。蒸汽泡在一定壓力下壓入瀝青的連續相，從而形成泡沫瀝青;隨著融有大量蒸汽泡的瀝青從噴嘴噴出，蒸汽膨脹，從而使略微變涼的瀝青相處于薄膜狀，并依靠薄膜的表面張力將氣泡完全裹覆。

此時，在蒸汽膨脹過程中，瀝青膜產生的表面張力與蒸汽壓力相互抵抗，隨著泡沫的膨脹，蒸汽壓力逐漸減小，直到達到一種平衡狀態，一般能夠維持數秒的時間;發泡過程中產生的大量氣泡以一種亞穩態的形式存在，泡沫容易破滅［7］。

隨著瀝青膜在常溫下冷卻和氣泡中蒸汽的冷凝，瀝青膜表面張力與蒸汽壓力的平衡狀態被打破，最終導致氣泡破滅。

3 泡沫瀝青混合料設計

3.1 泡沫瀝青的發泡特性

目前，對于瀝青的發泡效果，主要用膨脹率(發泡體積倍數)和半衰期兩個指標加以評價。膨脹率是指瀝青發泡膨脹時達到的最大體積與泡沫完全消失的體積之比。所測量的最大發泡體積要小于實際的最大值。膨脹率越大，拌制的泡沫瀝青混合料質量越好。半衰期是指泡沫瀝青從最大體積縮小至該體積一般所用的時間。該指標實際上描述了瀝青泡沫的穩定性，以s來記。半衰期長，說明泡沫不容易衰減，可以與集料有較長時間的接觸與拌和，提高了泡沫瀝青混合料的質量。

通過改變發泡溫度和用水量，來研究膨脹率與半衰期的變化關系，找到最佳的發泡效果。發泡試驗溫度一般取150℃，160℃，170℃，用水量選擇1%，2%，3%，4%。試驗結果可以在以半衰期為橫坐標，膨脹率為縱坐標的圖上得到同一溫度下不同用水量的發泡效果的三條曲線，取位于圖中最上方的發泡曲線所對應的溫度作為最佳發泡溫度，然后在此曲線上找出膨脹率和半衰期都較高的位置，可得出這種瀝青的最佳發泡溫度和用水量。以中海36-1 90號瀝青進行發泡試驗為例［2］，見圖2。

3.2 RAP 料的級配

對原銑刨料進行抽提試驗，確定原銑刨料的油石比，進行篩分試驗，確定RAP料的顆粒組成狀況。RAP料的級配情況與銑刨速度關系密切，銑刨速度超過10 m/min時，RAP料級配偏粗，還容易產生超粒徑材料。速度在6 m/min～8 m/min時，銑刨材料的級配差異性不大，材料的級配穩定。一般要求銑刨速度控制在6 m/min～8 m/min。

通常，0.075 mm通過率應不小于5%，基本控制在5%～20%之間。細料含量不足時，可以加入部分新石屑，以調整細料含量滿足要求。另外，還要加入1%～1.5%的細度較大的425號普通硅酸鹽水泥或石灰石礦粉，以促進混合料中泡沫瀝青的分散并提高混合料的早期強度。

適當增加材料的粗集料的含量可以增強材料的穩定性，同時改善再生層的抗車轍能力，增強材料的抗壓強度。設計的級配組成應該滿足Wirtgen推薦的泡沫瀝青穩定材料級配范圍，如圖3所示。

3.3 拌和與擊實用水量

采用Wirtgen公司提供的經驗公式確定拌和用水量。

其中，Wadd為需要加入集料中的含水量，%;Womc為最佳含水量，%;Wmoist為集料含水量，%;Wreduce為水分散失量，其值取0.3×Womc－0.6，%;Mwater為需加入水的質量，g;Msample為集料的干質量，g;Mcenent為需加入水泥的質量，g。Womc可以通過擊實試驗獲得，同時得到最大干密度。

3.4 最佳泡沫瀝青用量

3.4.1 馬歇爾試件的制備與養生

首先，制備馬歇爾試件。對每種級配分別選擇5種泡沫瀝青用量:1%，2%，2.5%，3%，3.5%。在室溫25℃左右將料倒入拌和筒，采用低速擋拌和均勻，然后緩慢注入所需的最佳用水量，水溫在25℃左右，接著變換攪拌機至高速擋，拌和同時噴灑泡沫瀝青。噴灑結束繼續拌和約30 s，再將泡沫瀝青混合料移至一密閉容器中存放，成型馬歇爾標準試件(每面擊實75次)。將剛制備的泡沫瀝青混合料稱量，裝模。一個試件所需混合料質量，可通過試打來確定。泡沫瀝青混合料試件孔隙率較普通瀝青混合料大，需料較少，一般用量為1 100 g左右。

然后，對按照規范要求拌和并制成的標準馬歇爾試件養生，試件擊實后在室溫下養生24 h后脫模，再置于40℃的通風烘箱中進一步養生72 h，以確保混合料中不含水分。濕試件則還需在24℃～26℃下浸水24 h。

3.4.2 最佳泡沫瀝青用量確定

對不同泡沫瀝青用量的試件測試其干間接抗拉強度(干ITS)，濕間接抗拉強度(濕ITS)。對試驗結果進行分析，繪制以瀝青用量為橫坐標，干(或濕)ITS為縱坐標的坐標圖，選擇濕ITS最大值對應的瀝青用量作為設計值，同時根據實驗結果范圍泡沫瀝青用量范圍內殘留ITS(濕與干試件ITS比值)大于0.70，可以滿足抗水損壞的要求［3］。

4 施工工藝

4.1 破碎及整形

如果路面損壞嚴重且變形較大時，應先進行破碎和整形。這一工序能夠恢復路面形狀便于后續的再生施工。破碎后，由平地機和壓路機完成整形。

4.2 撒布水泥

將1%～1.5%的水泥撒布在預先破碎并整形后的路面上。

4.3 拌和與攤鋪

泡沫瀝青就地再生施工的拌和過程是通過一套再生機組完成的，包括再生機、瀝青罐車和水車。拌和好后進入到WR4200帶振動、夯實功能的熨平板進行攤鋪，形成一條新的行車道。3個噴灑系統(泡沫瀝青、水泥稀漿和水)都由WR4200冷再生機機載的微處理器控制、調節，因此能確保根據相應的行進速度，進入攪拌鍋內的噴灑量與再生混合料的設計保持一致。

4.4 壓實

再生后的基層材料的壓實是決定維修路面未來性能的重要因素之一。壓實效果差容易導致早期車轍。而且，再生料得不到適當的壓實，除了強度達不到要求外，差的壓實度增加了透水性，所以將加速水損害、泡沫瀝青的老化，就不可避免的引起早期損害。可以根據再生層的級配組成的粗細和層厚去定壓路機的形式［4］。

4.5 加鋪上覆層

完工的再生層必須加鋪上覆層，有以下方案可以選擇:

1)石屑封層。

2)攤鋪瀝青混合料。

3)稀漿封層。

4)砂封層。

5 結語

再生混合料的組成設計主要是確定泡沫瀝青的發泡溫度和發泡用水量，混合料級配，泡沫瀝青混合料拌和用水量，泡沫瀝青用量。這需要綜合考慮舊料性質，混合料性能后加以確定。瀝青路面現場冷再生施工方法采用機械一體化施工，是一種非常適宜的道路維修改造方式，應該在瀝青路面大中修工程中，尤其是缺乏砂石材料的平原地區推廣應用。對于節約投資和保護環境具有重要的意義。同時，泡沫瀝青冷再生技術可以很有效的使我國路面結構由半剛性結構變為半柔性結構，解決我國路面結構基層剛度過大引起的損害問題。

［1］An Overview of Recycling and Reclamation Methods for Asphalt Pavement Rehabilitation［C］.Asphalt Recycling and Reclaiming Association，Annapolis，MD，1992.

［2］徐金枝，郝培文，崔文社，等.泡沫瀝青廠拌冷再生技術在高速公路中的應用［J］.武漢理工大學學報，2006(3):19.

［3］Theriault，Y.Some Laboratory and field investigation on combining lime or cement with foamed bitumen［C］.Procedings，Canadian Technical Asphalt Association，1998.

［4］Asphalt Academy，Interim Technical Guidelines(TG2)［C］.The design and use of foamed bitumen treated materials.Pretoria，South Africa，2002.

［5］沈金安.瀝青及瀝青混合料路用性能［M］.北京:人民交通出版社，2001:263-495.

［6］郝合瑞.舊瀝青路面材料冷再生技術研究［D］.西安:長安大學學位論文，2004:1-58.

［7］拾方治，呂偉民，赫振華，等.瀝青發泡原及發泡特性的試驗研究［J］.建筑材料學報，2004(4):31-32.