泡沫沥青及其冷再生技术的研究

泡沫沥青及其冷再生技术的研究

周显鹏

（重庆交通大学 土木工程学院，重庆）

摘要：随着我国公路建设水平和规模的不断发展和建设时间的增加，每年路面修缮改造会产生大量的沥青废弃料，泡沫沥青冷再生技术能够充分利用这些资源，实现旧沥青混合料的“废物利用”，减少资源的浪费。保护生态环境环境保护和可持续发展是公路今后发展的一个方向。本文回顾了泡沫沥青的发展历史，论述了再生技术并对及优点，分析了泡沫沥青冷再生混合料的目标配合比设计，针对其施工工艺等内容进行了探讨，为干线公路大修工程应用提供了依据。

关键词：泡沫沥青；冷再生；泡沫沥青混合料

1  泡沫沥青及泡沫沥青冷再生技术

1.1  泡沫沥青

泡沫沥青也被称作膨胀沥青，在150℃以上高温沥青中加入适量的水，水突然蒸发，沥青会迅速膨胀，引起爆炸性泡沫，在极短时间内，水和沥青的混合液形成雾状，体积膨胀数倍至数十倍，这些气泡以一种亚稳态的形式存在。这种膨胀成泡沫的沥青称为泡沫沥青。此过程不会改变沥青化学性能，而沥青的物理性能会有所转变，密度、 强度上都有所增强。

1.2  泡沫沥青冷再生技术

泡沫沥青冷再生技术是利将旧路路面废弃材料铣刨、破碎之后，将适量新集料掺加到混合料内，且利用专用机械将泡沫沥青均喷入，在泡沫沥青接触到集料之后，沥青泡沫将转变为大量“小颗粒”，且在细集料表面分布，从而构成粘有数以万计沥青的细填缝料，通过拌和、碾压的一系列工序，湿冷粗料间的空隙可被此类细料充分填充，并起到稳定混合料的作用的一种重新再生利用技，并且在压实力的作用下形成具有一定路用性能的路面结构层。

2  泡沫沥青国内外发展概况

2.1  国内外研究概况

Bowering和Martin 在1976年研究发现沥青发泡性能的好坏会影响泡沫沥 青混合料的粘聚力、稳定度和无侧限抗压强度等性能指标。Lee在198年研究了泡沫沥青的膨胀率和半衰期指标对混合料马歇尔性能指标的影响。

Fenella Long 和Hechter Theyse在2005年根据加速加载试验结果和室内试 验数据，提出了经验-力学法的泡沫沥青混合料结构设计模型。

美国再生沥青协会（ARRA）发布的《沥青再生基础手册》，中国交通运输部发布的《公路沥青路面再生技术规范》等，均纳入了泡沫沥青冷再生技术等内容。近年来 , 交通部公路科学研究院、长安大学、同济大学等多家单位也对泡沫沥青冷再生技术开展了大量的研究工作。

3  泡沫沥青性能的研究

3.1  泡沫沥青混合料性能

3.1.1 高温稳定性能

经过科学设计的泡沫沥青冷再生混合料，动稳定度一般4000次/mm以上，远超过《公路沥青路面施工技术规范》（JTG F40-2004）对改性沥青混合料动稳定度的技术要求，有非常好的高温稳定性。

3.1.2力学性能

经科学设计的泡沫沥青冷再生混合料 , 其15℃劈裂强度指标超过0.4MPa, 满足《公路沥青路面设计规范》（JTG D50-2006）中密级配粗粒式热拌沥青混凝土的强度要求。

3.2  影响泡沫沥青冷再生混合料性能的主要因素

3.2.1 沥青的发泡特性

沥青发泡效果的技术参数主要有膨胀率、半衰期和发泡指数。

膨胀率是指在沥青发泡状态下测量的最大体积与未发泡状态下的体积之比。为了使泡沫沥青与翻腾的集料充分接触，形成良好的裹覆作用，必须使沥青有较大的膨胀率，膨胀率越大，拌制的泡沫混合料质量越好。

半衰期是指泡沫沥青最大体积缩小到该体积一半所用的时间。该指标实际上描述了沥青泡沫的稳定性。半衰期越长，说明泡沫越不容易衰减，可以与集料有较长时间的接触与拌和，提高泡沫沥青混合料的质量。

膨胀率反映泡沫沥青的粘度大小。半衰期反映泡沫沥青的稳定性。评价沥青发泡效果时不能单独采用一个指标来控制。

3.2.2 水泥剂量

研究发现,添加水泥的泡沫沥青冷再生混合料,其自然养生的劈裂强度、浸水劈裂强度都明显增大,这说明水泥可以起到提高泡沫沥青冷再生混合料的早期强度和抗水损坏性能的作用。

3.2.3泡沫沥青用量

泡沫沥青在起到结合料作用的同时 , 也提高了混合料的柔性。研究发现 , 随着泡沫沥青用量提高 , 混合料破坏应变不断提高 , 同时无侧限抗压强度有所下降。

4  泡沫沥青混合料配合比设计

4.1  配合比设计

对铣刨所得旧料进行破碎处理。 然后根据不同级配要求，掺配2～3组泡沫沥青，确定沥青、 粗细集料等原材料用量，为提高混合料配合比设计水平，更好指导工程施工奠定基础。在完成这些工序的前提下，对不同级配的泡沫沥青混合料进行重型击实试验，确定最大干密度和最佳含水量。本工程施工中，根据重型击实试验，最终确定最佳含水量5.8%，最大干密度为2.42g/cm2。

5  泡沫沥青冷再生技术施工要点

5.1  再生料拌和

按照现行试验要求进行再生混合料取样。各个工作班完成之后，需对该工作班材料用量、拌和量等进行打印，并对各类材料用量，如水泥、沥青等准确计算。随后和设计值进行对比分析，如在偏差允许范围以外，则需做好调整工作。完成拌和后的再生材料，必须及时运送到施工现场，避免出现离析现象。

5.2  运输施工

选用自卸汽车进行再生混合料运输，要求车内洁净、有 金属底板，且不得存有有机物质。运送环节，为避免水分蒸 发过快，影响材料含水量，必须覆盖篷布。

5.3  摊铺施工

摊铺时，应保证进料具有连续性，相比摊铺能力，自卸汽车运输能力应略有富余，且详细检测摊铺料质量， 避免因材料质量不合格，影响工程整体质量。待摊铺机就位之后，需在木垫上放置熨平板，并做好预热施工工作。指派专人进行卸料、倒车，运输汽车与摊铺设备之间应保持安全距离，通常为20~30cm。摊铺施工中，应保证其具有连续性，严禁任意转变施工速度。且合理控制摊铺速度，以每分钟2~4m为准，避免出现混合料离析现象。

5.4  碾压施工

碾压施工根据设计要求，可分3阶段进行施工，在泡沫沥青混合料施工中，初压的作用主要是稳定材料，防止产生材料位移情况，此时可选取钢轮振动压路机进行施工，碾压以静压为准，遍数为3遍左右。复压是提高压实质量的重点，根据施工具体情况，可选用单钢轮振动压路机施工，以3遍碾压为准。为彻底消除轮迹，提高路面平整性，需做好终压施工，此时可选用胶轮压路机施工。碾压施工时，如出现振压过量问题，需及时进行压实遍数调整。

6结论

泡沫沥青冷再生具有结构层强度增长相对较快，施工过程污染小、节能环保的特点，在各种沥青路面冷再生技术中具有相对独特的优势。美国、南非、澳大利亚等国家在泡沫沥青冷再生技术方面开展了大量的研究与工程应用。目前，泡沫沥青冷再生技术已成为国内沥青路面维修养护的一种重要手段和方式。

国内对泡沫沥青冷再生混合料的研究和认识还相对有限，配合比设计中仅以劈裂强度和冻融劈裂强度比作为主要指标，相对而言设计指标体系单一，无法实现考虑不同交通及环境条件的科学合理设计，进而也不能有效保障泡沫沥青冷再生工程后期的使用性能与品质。

但是泡沫沥青冷再生技术的优势有目共睹，未来应针对有关技术瓶颈开展研究和实践工作，必能推动该项技术在国内的大规模推广应用，切实发挥该项技术的节能环保优势。

参考文献

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