泡沫沥青冷再生技术分析

周战武

近些年来我国修筑的高等级路面大多为沥青路面，经过一定年限的使用后产生了各种类型和不同程度的病害。与此同时，沥青价格的上涨，许多地方石料匮乏，单价也日趋上升，原材料成本在整个路面工程中的比例也越来越大。

道路的现场冷再生可以处治多种路面病害类型，可以防止路面翻挖、铣刨的沥青混合料废弃造成的环境污染和资源的极大浪费，节约了工程成本。从社会效益和环境效益上看，冷再生符合可持续发展的要求，是具有广阔发展前景的技术，这些年来得到了广泛关注。

1 泡沫沥青冷再生适用条件

泡沫沥青冷再生优于传统的加铺沥青混凝土层或重修这些维修养护方法，但各种再生方法各有优缺点，各有其适用的范围。根据ARRA提供的再生方法选用指南［1］，发现深车辙、荷载型裂缝(龟裂、纵向裂缝、路缘裂缝)、非荷载型裂缝(网裂、横向裂缝、反射裂缝)这些病害类型可以选择冷再生技术，对于一些表面类的病害类型(松散、泛油、磨光)和波浪、浅车辙，适用于热再生。

按表1确定冷再生添加剂的选择。

表1 沥青路面冷再生添加剂选择参照表

从表1我们可以看出当再生RAP料为ACⅠ和SMA时，我们可以采用泡沫沥青添加剂稳定再生RAP料。

2 泡沫沥青的原理

沥青发泡的原理如图1所示。当冷水滴(环境温度)与高温140℃沥青接触时，将发生以下反应:热沥青与冷水滴表面发生能量(热量)交换，这样水滴的温度升高，沥青的温度降低。当水滴加热至100℃，产生蒸汽，进一步降低了沥青的温度，导致体积膨胀。蒸汽泡在一定压力下压入沥青的连续相，从而形成泡沫沥青;随着融有大量蒸汽泡的沥青从喷嘴喷出，蒸汽膨胀，从而使略微变凉的沥青相处于薄膜状，并依靠薄膜的表面张力将气泡完全裹覆。

此时，在蒸汽膨胀过程中，沥青膜产生的表面张力与蒸汽压力相互抵抗，随着泡沫的膨胀，蒸汽压力逐渐减小，直到达到一种平衡状态，一般能够维持数秒的时间;发泡过程中产生的大量气泡以一种亚稳态的形式存在，泡沫容易破灭［7］。

随着沥青膜在常温下冷却和气泡中蒸汽的冷凝，沥青膜表面张力与蒸汽压力的平衡状态被打破，最终导致气泡破灭。

3 泡沫沥青混合料设计

3.1 泡沫沥青的发泡特性

目前，对于沥青的发泡效果，主要用膨胀率(发泡体积倍数)和半衰期两个指标加以评价。膨胀率是指沥青发泡膨胀时达到的最大体积与泡沫完全消失的体积之比。所测量的最大发泡体积要小于实际的最大值。膨胀率越大，拌制的泡沫沥青混合料质量越好。半衰期是指泡沫沥青从最大体积缩小至该体积一般所用的时间。该指标实际上描述了沥青泡沫的稳定性，以s来记。半衰期长，说明泡沫不容易衰减，可以与集料有较长时间的接触与拌和，提高了泡沫沥青混合料的质量。

通过改变发泡温度和用水量，来研究膨胀率与半衰期的变化关系，找到最佳的发泡效果。发泡试验温度一般取150℃，160℃，170℃，用水量选择1%，2%，3%，4%。试验结果可以在以半衰期为横坐标，膨胀率为纵坐标的图上得到同一温度下不同用水量的发泡效果的三条曲线，取位于图中最上方的发泡曲线所对应的温度作为最佳发泡温度，然后在此曲线上找出膨胀率和半衰期都较高的位置，可得出这种沥青的最佳发泡温度和用水量。以中海36-1 90号沥青进行发泡试验为例［2］，见图2。

3.2 RAP 料的级配

对原铣刨料进行抽提试验，确定原铣刨料的油石比，进行筛分试验，确定RAP料的颗粒组成状况。RAP料的级配情况与铣刨速度关系密切，铣刨速度超过10 m/min时，RAP料级配偏粗，还容易产生超粒径材料。速度在6 m/min～8 m/min时，铣刨材料的级配差异性不大，材料的级配稳定。一般要求铣刨速度控制在6 m/min～8 m/min。

通常，0.075 mm通过率应不小于5%，基本控制在5%～20%之间。细料含量不足时，可以加入部分新石屑，以调整细料含量满足要求。另外，还要加入1%～1.5%的细度较大的425号普通硅酸盐水泥或石灰石矿粉，以促进混合料中泡沫沥青的分散并提高混合料的早期强度。

适当增加材料的粗集料的含量可以增强材料的稳定性，同时改善再生层的抗车辙能力，增强材料的抗压强度。设计的级配组成应该满足Wirtgen推荐的泡沫沥青稳定材料级配范围，如图3所示。

3.3 拌和与击实用水量

采用Wirtgen公司提供的经验公式确定拌和用水量。

其中，Wadd为需要加入集料中的含水量，%;Womc为最佳含水量，%;Wmoist为集料含水量，%;Wreduce为水分散失量，其值取0.3×Womc－0.6，%;Mwater为需加入水的质量，g;Msample为集料的干质量，g;Mcenent为需加入水泥的质量，g。Womc可以通过击实试验获得，同时得到最大干密度。

3.4 最佳泡沫沥青用量

3.4.1 马歇尔试件的制备与养生

首先，制备马歇尔试件。对每种级配分别选择5种泡沫沥青用量:1%，2%，2.5%，3%，3.5%。在室温25℃左右将料倒入拌和筒，采用低速挡拌和均匀，然后缓慢注入所需的最佳用水量，水温在25℃左右，接着变换搅拌机至高速挡，拌和同时喷洒泡沫沥青。喷洒结束继续拌和约30 s，再将泡沫沥青混合料移至一密闭容器中存放，成型马歇尔标准试件(每面击实75次)。将刚制备的泡沫沥青混合料称量，装模。一个试件所需混合料质量，可通过试打来确定。泡沫沥青混合料试件孔隙率较普通沥青混合料大，需料较少，一般用量为1 100 g左右。

然后，对按照规范要求拌和并制成的标准马歇尔试件养生，试件击实后在室温下养生24 h后脱模，再置于40℃的通风烘箱中进一步养生72 h，以确保混合料中不含水分。湿试件则还需在24℃～26℃下浸水24 h。

3.4.2 最佳泡沫沥青用量确定

对不同泡沫沥青用量的试件测试其干间接抗拉强度(干ITS)，湿间接抗拉强度(湿ITS)。对试验结果进行分析，绘制以沥青用量为横坐标，干(或湿)ITS为纵坐标的坐标图，选择湿ITS最大值对应的沥青用量作为设计值，同时根据实验结果范围泡沫沥青用量范围内残留ITS(湿与干试件ITS比值)大于0.70，可以满足抗水损坏的要求［3］。

4 施工工艺

4.1 破碎及整形

如果路面损坏严重且变形较大时，应先进行破碎和整形。这一工序能够恢复路面形状便于后续的再生施工。破碎后，由平地机和压路机完成整形。

4.2 撒布水泥

将1%～1.5%的水泥撒布在预先破碎并整形后的路面上。

4.3 拌和与摊铺

泡沫沥青就地再生施工的拌和过程是通过一套再生机组完成的，包括再生机、沥青罐车和水车。拌和好后进入到WR4200带振动、夯实功能的熨平板进行摊铺，形成一条新的行车道。3个喷洒系统(泡沫沥青、水泥稀浆和水)都由WR4200冷再生机机载的微处理器控制、调节，因此能确保根据相应的行进速度，进入搅拌锅内的喷洒量与再生混合料的设计保持一致。

4.4 压实

再生后的基层材料的压实是决定维修路面未来性能的重要因素之一。压实效果差容易导致早期车辙。而且，再生料得不到适当的压实，除了强度达不到要求外，差的压实度增加了透水性，所以将加速水损害、泡沫沥青的老化，就不可避免的引起早期损害。可以根据再生层的级配组成的粗细和层厚去定压路机的形式［4］。

4.5 加铺上覆层

完工的再生层必须加铺上覆层，有以下方案可以选择:

1)石屑封层。

2)摊铺沥青混合料。

3)稀浆封层。

4)砂封层。

5 结语

再生混合料的组成设计主要是确定泡沫沥青的发泡温度和发泡用水量，混合料级配，泡沫沥青混合料拌和用水量，泡沫沥青用量。这需要综合考虑旧料性质，混合料性能后加以确定。沥青路面现场冷再生施工方法采用机械一体化施工，是一种非常适宜的道路维修改造方式，应该在沥青路面大中修工程中，尤其是缺乏砂石材料的平原地区推广应用。对于节约投资和保护环境具有重要的意义。同时，泡沫沥青冷再生技术可以很有效的使我国路面结构由半刚性结构变为半柔性结构，解决我国路面结构基层刚度过大引起的损害问题。

［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.泡沫沥青厂拌冷再生技术在高速公路中的应用［J］.武汉理工大学学报，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.沥青及沥青混合料路用性能［M］.北京:人民交通出版社，2001:263-495.

［6］郝合瑞.旧沥青路面材料冷再生技术研究［D］.西安:长安大学学位论文，2004:1-58.

［7］拾方治，吕伟民，赫振华，等.沥青发泡原及发泡特性的试验研究［J］.建筑材料学报，2004(4):31-32.