简述泡沫沥青混合料冷再生施工技术

高 翔，韩娆娆

（1.武汉市政工程设计研究院有限责任公司，湖北武汉 430015；2.长安大学公路学院，陕西西安 710064）

1 泡沫沥青

1.1 泡沫沥青的概念

泡沫沥青是在高温条件下（一般为160℃左右）的沥青中加入少量（2%左右)的水，由于水的急速气化，使沥青剧烈膨胀，发生“爆炸”产生大量泡沫，同时沥青表面积迅速增大，体积膨胀数倍至数十倍，但在很短的时间内（约1 s）沥青又恢复原状，这种膨胀形成泡沫的沥青称为泡沫沥青。沥青在这个过程中只发生物理变化，没有发生化学变化。

1.2 泡沫沥青的特点

与乳化沥青相比，泡沫沥青养护时间短，且不用乳化剂。与其他稳定剂相比，泡沫沥青的优点主要有：（1）增强材料的剪切强度和水稳定性，其处治的材料比水泥处治的材料更具柔性和耐疲劳性；（2）仅需要加热沥青，不需加热和烘干集料；（3）存放时间比较长，一般可放置1～3个月；（4）施工受季节和气候影响小。另外泡沫沥青的道路适用范围非常广，故泡沫沥青在冷再生施工中得到青睐。

1.3 泡沫沥青发泡特性及工艺原理

当高温（150℃～170℃）的沥青与水相遇时，热沥青与水滴表面发生能量交换，水滴被加热到100℃以上迅速气化，同时沥青冷却。蒸汽泡在一定的压力下被压入沥青的连续相而迅速膨胀，此时沥青的物理性质发生变化，其粘度显著降低，沥青在蒸汽泡的压力下体积也急剧膨胀，产生大量泡沫（泡沫沥青）并在很短时间内（1 s）破裂并吸附在细料（小于0.075 mm）的表面形成粘有大量沥青泡沫的细填缝料，填充湿冷粗骨料之间的空隙，经过拌和压实使混合料达到密实、稳定并有一定强度的结构层。图1为泡沫沥青的发泡示意。

图1 泡沫沥青的发泡示意图

2 泡沫沥青冷再生

2.1 概念

泡沫沥青冷再生是沥青混凝土路面再生利用的一种方法，泡沫沥青冷再生混合料是指沥青混凝土路面经过铣刨后，将铣刨料筛分并按一定比例加入石屑、水泥等外掺剂，另外喷入由专用设备对沥青进行发泡后的泡沫沥青，边拌和边喷洒组成的拌和均匀的混合料。

2.2 泡沫沥青冷再生混合料配合比设计

2.2.1 合成级配设计

（1）取有代表性的铣刨料样品，进行筛分试验，分析其级配组成。

（2）若铣刨料级配组成不能满足泡沫沥青混合料的级配范围的要求，则需加入部分新料（石屑），将级配调入该级配范围。

（3）将上面的泡沫沥青混合料制件，进行试验检测，若各项指标符合要求，则经过综合比较确定设计合成级配；若有的指标不符合要求，则要调整级配，直到符合要求。

2.2.2 沥青发泡室内试验

利用维特根WLB10型便携式沥青发泡设备，在室内对选用的沥青在不同温度、不同用水量条件下进行发泡试验，测定泡沫沥青的膨胀比和半衰期。经对这两个指标进行综合分析后，确定沥青发泡的最佳温度和最佳用水量。

2.2.3配合比设计

（1）采用重型击实试验确定合成级配的最佳含水量及最大干密度。该工程中再生混合料的最佳含水量为5.1%，最大干密度为2.163 g/cm3。

（2）确定合成级配，原则是应尽量使合成级配满足泡沫沥青混合料级配范围的要求，特别是0.075 mm的通过率应保证在6%以上。

（3）最佳沥青用量的确定：

a.根据试验确定的混合料最佳含水量，对合成级配加入适量的水，并加入4～5种不同的泡沫沥青用量，分别进行混合料的拌和，再以马歇尔击实仪双面击实75次成型试件；试件成型后于室温下放置24 h，而后放入40℃恒温鼓风干燥箱养生72 h。

b.将试件分为两组，一组放置在空气中24 h，同时另一组放置于25±1℃的水浴中保温24 h，再按照现行《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》规定的方法测定试件干、湿状态下的劈裂强度，并计算相应的残留劈裂强度比。

c.根据干、湿劈裂强度及残留劈裂强度比，经综合分析确定最佳泡沫沥青用量。

2.2.4混合料的性能验证试验

根据上述配合比及最佳沥青含量成型试件，进行以下性能试验：高温抗变形性能（车辙试验）、抗水损害性能（冻融劈裂、浸水马歇尔）、低温抗裂性能，以及抗疲劳性能，以评价泡沫沥青冷再生混合料与路用相关的性能。

2.3 泡沫沥青混合料冷再生施工工艺

（1）投入的主要机械设备

刨机、沥青发泡设备、拌和机、山猫清扫车、摊铺机、压路机，以及自卸汽车。

（2）施工工艺流程

泡沫沥青混合料冷再生施工工艺流程图如图2所示。

图2 泡沫沥青混合料冷再生施工工艺流程图

铣刨：铣刨速度要保持恒定，以4～6 m/min为宜，避免速度过快或过慢影响铣刨料级配组成；铣刨要注意深度，既不要铣刨过深导致超铣，也不能铣刨过浅而留下夹层；同时铣刨侧面要清理干净，不能留有松动颗粒。

铣刨面清扫、病害调查和路面补强：采用山猫清扫车进行初步清理，然后再用空压机吹净，铣刨面要求整洁、无污染；清理干净后的铣刨面要进行病害调查，对弯沉大于38.5的路段要进一步铣刨基层，清理干净后用泡沫沥青再生混合料进行基层补强；对弯沉满足要求的路段进行铣刨面清扫，若发现有横缝，采用热沥青贯缝；纵缝两侧采用干拌水泥碎石桩加固后用热沥青灌缝。

拌和：泡沫沥青混合料采用维特根KMA200连续式拌和机拌和，KMA200上装有计量装置，能保证ARP料、石屑、沥青和水泥的精确计量；加入KMA200的ARP料、石屑及沥青（2.3%）、水泥（1.7%）等通过电子控制系统能自动调整比例；在拌和缸中边喷沥青边拌合，以保证泡沫沥青混合料连续拌和的均匀性；铣刨料中的超粒径颗粒由料斗上的过滤网清除；在KMA200出料口加装一个成品料仓，以保证泡沫沥青混合料的拌和连续不间断地进行，减少离析。应注意泡沫沥青混合料生产时，沥青的温度要控制在最佳发泡温度±5℃的范围之内，低于发泡温度不得开拌。

运输：泡沫沥青混合料的运输和水泥稳定碎石混合料的运输基本相同，混合料由成品料仓装到自卸车上，再运输到现场进行摊铺。应注意自卸车应前后移动按前、后、中分三部分装料；泡沫沥青混合料的运输车辆应采用干净、有金属底板的自卸汽车运输，车槽内不得沾有有机物质，车辆底部及两侧均应清扫干净；运输过程中，运料车辆均有蓬布覆盖并扣牢，重要目的是防止泡沫沥青再生混合料在运输过程中水分散失。

摊铺：泡沫沥青混合料的摊铺和水泥稳定碎石混合料的摊铺基本相同，采用摊铺机半幅全宽铺筑方案；摊铺机速度宜为2～3 m/min，应保证连续、均匀、不间断摊铺，并使混合料在布料槽中的高度保持在中轴以上。对于摊铺过程中出现的局部离析和弹簧现象应设专人及时处理。

碾压：初压的目的是稳定泡沫沥青混合料，避免泡沫沥青混合料产生推移，采用一台双钢轮压路机静压1遍，高频低幅振压各1遍，共2遍；复压是达到压实度的关键。采用两台钢轮压路机进行，每台压路机低频高幅振压各3遍，共6遍；终压的目的是进一步稳定表面细料，消除表面轮迹。采用两台胶轮压路机洒水碾压各4遍，共8遍。碾压时应从低侧到高侧，从外侧到内侧进行。

养生：泡沫沥青冷再生沥青混合料基层铺筑完成后，一般应养生2～5 d，使混合料中的水分进一步蒸发。在较好的气候条件下，养生3 d即可。在养生过程中应及时检测路面中的含水量，当路面含水量不大于2%时，可铺筑上面的结构层。

沥青面层的铺筑：进行沥青面层铺筑之前，为了保证再生层和沥青面层之间有良好的层间粘结，并防止再生层顶面水下渗，应在再生层顶面洒布粘层油。沥青面层的铺筑采用常规的方法和施工工艺。

3 结论

泡沫沥青混合料冷再生技术是通过将原路面材料集中厂拌后再生使用，该技术适用范围广，施工受季节和气候的影响小，节约能源，处治材料存放方便，因此，泡沫沥青混合料冷再生技术是一项环保和可持续发展的筑路技术。它可以很好地利用铣刨的沥青材料，解决了RAP的堆放和现场再生利用的问题；更为重要的是泡沫沥青再生的新基层较原有的半刚性基层更具柔性和耐疲劳，对于抑制和延缓裂缝反射到新的沥青面层有很大的好处。

[1]何桂平，曹翠星，韩海峰，路面冷再生用沥青的发泡性能影响因素研究[J]，公路交通科技，2004（10）：22-25.

[2]杭州市公路管理局，同济大学.泡沫沥青冷再生技术的应用研究[R].杭州：杭州市公路管理局，同济大学，2007.

[3]栗关裔.泡沫沥青冷再生技术的应用研究[D].上海：同济大学，2008.

[4]Iowa Department Transportation.Developmental Specifications For Cold In-place Recycled Asphalt Pavement[R].Iowa：Iowa Department Transportation，2006.