基于泡沫瀝青冷再生方案的公路基層材料試驗分析

摘要 為有效提升泡沫瀝青冷再生技術應用水平，保證道路基層使用性能，該文章結合某公路項目柔性基層施工案例，針對泡沫瀝青冷再生技術的應用展開綜合探究，通過相關試驗，獲得了瀝青穩定碎石基層材料配合比，分析了銑刨料摻量對泡沫瀝青冷再生穩定碎石高溫性能、水穩性能、力學特性、疲勞壽命的影響，確定了銑刨料推薦摻量為30%～40%；通過實際工程應用，總結了泡沫瀝青冷再生穩定碎石施工工藝要點，應用效果顯著，有效驗證了泡沫瀝青冷再生柔性基層材料在工程應用中的可行性，該研究對類似工程具有重要的參考價值。

關鍵詞 公路項目；泡沫瀝青；冷再生；柔性基層

中圖分類號 U414 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2024）14-0114-03

0 引言

泡沫瀝青作為一種新型材料，主要是通過在熱瀝青材料中摻加水分，并充分攪拌，使其與水發生理化反應，從而形成氣泡狀瀝青，在進行混合料拌和時，氣泡瀝青能夠均勻包裹集料，顯著提升混合料拌和質量和使用性能，具有節能環保、性能優良等優點。公路基層施工中，采用泡沫瀝青冷再生材料，能有效增強基層承載性能，保證道路運營能力。為此，該文章結合實際工程案例，系統分析了泡沫瀝青冷再生在道路基層中的應用，以期能有效提升泡沫瀝青應用水平，推動瀝青再生技術的全面發展。

1 原材料與試驗方案

1.1 銑刨料

該研究將廢舊瀝青銑刨料（RAP）通過冷再生方式運用于道路基層施工中，其中銑刨料選用某高速公路瀝青路面養護形成的廢料，通過碎化、篩分、清洗后按照粒徑大小進行分類保存，以備后續使用。

1.2 泡沫瀝青

泡沫瀝青主要是在高溫狀態下，向瀝青內部加入水分，通過連鎖反應形成泡沫瀝青，可顯著增強瀝青和集料之間的黏結性能，并能實現對廢舊瀝青銑刨料的再生利用。結合相關試驗，該文選用150℃溫度條件與2%水摻量配制泡沫瀝青，并對其相關技術指標實施檢測，檢測結果符合標準要求。

1.3 天然集料

集料選用粒徑不小于2.36 mm玄武巖碎石，其壓碎值、堅固性等各項技術指標符合相關標準要求。

1.4 試驗方案

該試驗以銑刨料代替集料進行泡沫瀝青冷再生穩定碎石材料拌和，銑刨料主要用量為0%、10%、20%～60%，并根據相關施工技術標準確定柔性基層材料級配類型。

通過標準馬歇爾試驗獲得瀝青碎石基層最佳油石比，按照試驗檢測規程成型馬歇爾試件，反復擊實112次，孔隙率為3%～6%，穩定度應高于15 kN，試驗得到各種銑刨料摻量條件下的穩定碎石基層材料油石比，如表1所示：

2 泡沫瀝青冷再生穩定碎石性能研究

2.1 高溫穩定性能

瀝青穩定碎石材料為柔性材料，能夠均勻承受及傳遞豎向荷載作用，并且能有效提升瀝青和集料之間的黏附性能，顯著增強結構整體性，防止結構開裂。通過高溫車轍試驗對泡沫瀝青冷再生穩定碎石材料高溫穩定性實施檢測，具體結果如圖1所示：

從上圖1可知：（1）當銑刨料摻量逐漸增大時，泡沫瀝青冷再生穩定碎石材料動穩定度呈現先升后降的變化趨勢，變形率持續下降；（2）當瀝青穩定碎石材料中銑刨摻量超過30%時，其動穩定度增速及變形降速均逐漸減慢，特別當摻量超過50%后，瀝青穩定碎石材料動穩定度出現下降趨勢，說明銑刨料摻量過大時，會在一定程度上影響材料高溫性能。

2.2 水穩性能

普通瀝青路面基層材料在雨水侵蝕作用下，會顯著降低碎石材料結合效果，影響基層整體穩定性，而泡沫瀝青穩定碎石以瀝青為膠結劑，可有效增強材料抗水損能力，通過殘留穩定度與凍融劈裂強度試驗對泡沫瀝青冷再生穩定碎石材料水穩性能實施檢測，具體結果如圖2所示：

從上圖2可知：（1）當銑刨料摻量逐漸增大時，泡沫瀝青冷再生穩定碎石穩定度及劈裂強度比均顯著降低，并且降幅越來越大；（2）當瀝青穩定碎石材料中銑刨摻量超過40%時，其穩定度及劈裂強度比不足70%，因此，瀝青穩定碎石拌和時應嚴格控制攪拌時間，確保材料混合均勻。

2.3 動態模量

基層材料必須具有足夠的承載性能和耐久性，試驗檢測中常以動態模量來評價基層力學性能。根據最新《公路瀝青及瀝青混合料試驗檢測規程》對瀝青碎石動態模量實施檢測，溫度、頻率分別控制在20℃和5 Hz。具體檢測結果，如圖3所示：

由圖3可知：（1）當銑刨料摻量逐漸增大時，泡沫瀝青冷再生穩定碎石材料動態模量先增大后減小；（2）銑刨摻量40%條件下，動態模量達到最大狀態，其值為9 354 MPa，與常規瀝青碎石相比，提高16.62%

2.4 疲勞壽命

瀝青穩定碎石疲勞壽命一直以來是研究的重點內容，路面基層如果能夠具有優良的抗疲勞性能，就能有效保證道路整體穩定性，延長運營年限。瀝青穩定碎石具有良好的彈性性能，能夠自行恢復結構變形。該文通過四點彎曲試驗進行疲勞壽命檢測，溫度計應變水平分別控制在15℃和450 με。疲勞壽命檢測結果，如圖4、圖5所示：

從圖4～5可知：（1）當銑刨料摻量逐漸增大時，泡沫瀝青冷再生穩定碎石疲勞壽命先增大后減小，而勁度模量則先減小后增大；（2）當瀝青穩定碎石材料中銑刨摻量為20.0%時，其疲勞壽命達到最大，其值為29 986次，與常規瀝青碎石相比，提高49.0%；（3）當瀝青穩定碎石材料中銑刨摻量為30.0%時，其勁度模量最小，與常規瀝青碎石相比，下降12.6%。疲勞壽命提升主要取決于瀝青材料均勻度，銑刨摻量較小時，可有效提高各集料之間混合的均勻程度，使瀝青材料充分裹覆于集料表面，顯著增強集料黏附效果；而當銑刨料摻量較大時，各集料混合均勻性降低，集料嵌擠不密實，嚴重影響瀝青黏附效果。

3 泡沫瀝青冷再生穩定碎石施工工藝

銑刨料摻量對瀝青穩定碎石性能具有重要影響，根據該文試驗分析，推薦銑刨料摻量控制在30%～40%范圍內。目前，泡沫瀝青冷再生技術還不夠成熟，實際工程應用中工藝要點把控不到位，該文結合實際工程案例，詳細總結了泡沫瀝青冷再生穩定碎石基層施工工藝要點，具體內容如下：

3.1 施工準備

泡沫瀝青冷再生穩定碎石鋪設前，應做好各項準備工作，具體如下：

對原始道路基層實施處理，清除表面灰塵、積水、雜物等，確保表面潔凈、干燥；

按照施工組織計劃合理安排機械、人員、材料等，確保滿足實際施工需求，同時，應科學規劃好施工路線，設置必要的路面引導標志，保障車輛通行安全；

根據工程實際情況，并結合天氣狀況，合理制訂施工計劃，避免因不良天氣條件，影響工程施工質量。

3.2 銑刨料加工

銑刨料質量直接決定冷再生穩定碎石基層施工質量，為有效提高施工效果，最大限度保證基層使用性能，銑刨料碎化處理后，應實施深加工處理，全面清除內部雜質，確保粒徑、含泥量等相關指標滿足要求。銑刨料加工完成后，按照實際施工需要，選擇合適粒徑的材料運至現場備用。

3.3 泡沫瀝青生產

泡沫瀝青冷再生施工工藝主要分為就地冷再生和廠拌冷再生兩種。泡沫瀝青生產原理主要將瀝青升溫至150℃，再加入冷水產生連鎖反應，從而生成泡沫瀝青。然后在泡沫瀝青中摻加銑刨料、集料充分攪拌均勻，進而制成瀝青穩定碎石材料。

3.4 混合料拌和

嚴格按照確定的生產配合比，稱量出各種材料實際用量，并將材料冷卻3 min，然后將加入泡沫瀝青，根據相關標準要求進行充分拌和，時間約5 min，拌制完成后運至指定位置準備進行攤鋪作業。

3.5 攤鋪及碾壓

因瀝青穩定碎石材料采用冷拌工藝進行生產，泡沫瀝青固結速率較快，拌制完成后應盡快進行攤鋪及碾壓作業，以有效確保柔性基層施工質量。實際攤鋪時，應嚴格控制接縫位置攤鋪質量，保證布料均勻，接縫自然平順；碾壓作業時，應利用大噸位壓實機械進行碾壓，嚴格控制碾壓速率，保持勻速、緩慢運行，以最大限度保證密實度、空隙率滿足施工標準要求。瀝青穩定碎石施工完成后，應按照規范要求進行養生，并對施工質量實施檢測，檢測合格后方能開展后續作業。

4 結論

綜上所述，該文章結合實際工程案例，系統分析了泡沫瀝青冷再生穩定碎石材料路用性能，得出如下結論：

（1）當銑刨料用量增大時，泡沫瀝青冷再生穩定碎石高溫性能、動態模量、疲勞壽命均先增大后減小，水穩性能持續降低。

（2）泡沫瀝青采用冷再生方式與銑刨料、集料實施拌和，可顯著提升材料整體性，但因其采用冷拌工藝進行生產，泡沫瀝青固結速率較快，所拌制完成后應盡快進行攤鋪及碾壓作業，以有效確保柔性基層施工質量。

（3）泡沫瀝青冷再生穩定碎石作為一種新型基層施工材料，實際施工時，應嚴格按照相關標準要求進行施工，科學做好施工準備工作，并加強泡沫瀝青生產、混合料拌和、攤鋪、碾壓等各環節質量把控，從而全面提升柔性基層施工質量；按照推薦銑刨料摻量30%～40%，該工程基層施工質量完全符合標準要求，充分驗證了泡沫瀝青冷再生柔性基層材料在工程應用中的可行性。

參考文獻

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收稿日期：2024-02-23

作者簡介：嚴尚勇（1989—），男，本科，工程師，主要從事公路水運工程試驗檢測技術工作。