冷再生技术稳定剂的研究现状与展望

王辉 王大明

摘 要：冷再生技术稳定剂根据材料类型的不同可大致分为三类，主要应用于面层冷再生和基层冷再生。本文介绍了乳化沥青、泡沫沥青、水泥等几种常用的冷再生稳定剂，并作了相应的对比分析。探讨了不同类型冷再生技术稳定剂的研究现状及前景，发展方向趋向于旧稳定剂的优化以及新型稳定剂的开发。

关键词：冷再生; 稳定剂; 乳化沥青; 泡沫沥青; 水泥

中图分类号：U416.217       文献标识码：A        文章編号：1006-3315（2021）11-077-002

随着我国经济建设的稳步发展，全国公路总里程在2019年底已经达到了501.25万公里，公路养护方面的总里程也达到了495.31万公里，占公路总里程98.8%^[1]。普通国省公路养护面临着非常大的挑战。由于冷再生技术不仅节约资源和能源，还有着效率高、低碳环保的优势，因此，成为目前普通国省干道旧路养护改扩建的首选方法，具有广阔的前景。

沥青路面冷再生技术的基本原理就是先对旧路面进行初步的铣刨，再将稳定剂以及新集料、水等加入到处理过的旧路面混合料中拌和（厂拌、就地），再经过摊铺和碾压，使其达到理想的路用性能。其中，冷再生稳定剂对于混合料的性能，包括强度、高温性能、稳定性等都有着非常重要的影响。冷再生稳定剂大致分为沥青类稳定剂、胶凝类稳定剂和其他类型稳定剂三种。不同的冷再生稳定剂应用范围有限，为了实现更好的路用性能，研究和开发新型稳定剂对于冷再生技术的发展与应用具有重要的意义。

1.沥青类稳定剂

沥青类稳定剂一般用于面层特别是下面层冷再生。目前常见的主要有两种，一个是乳化沥青，一个是泡沫沥青。沥青类稳定剂冷再生后的路面不仅柔韧性好，而且收缩开裂较少，施工后能立即开放交通。

1.1乳化沥青稳定剂

乳化沥青是沥青以微粒状态分散于含有乳化剂的水溶液中，进而形成水包油型的沥青乳状液。当乳化沥青在跟集料混合后会与水分离，随之附着在集料颗粒的表面，这个过程通常被称为“打破”，也可称为破乳。

由于骨料的矿物来源和水分对破乳也有着非常重要影响，乳化沥青与旧路面混合料之间的稳定结合存在一定问题，使得通过掺加新材料来改善乳化沥青混合料性能的方式成为了研究热点。其中，最为典型的就是以水泥-乳化沥青的混合类稳定剂应用最广。水泥-乳化沥青冷再生稳定剂主要成分为水泥和乳化沥青，其引入水泥的目的，就是为了提高沥青稳定材料的综合性能，将水泥作为活化剂来提高其强度，同时又不失乳化沥青的柔韧性。

严金海^[2]用电镜扫描技术发现水泥的掺加会使乳化沥青的破乳速度加快，使其产生的水化物与沥青胶体形成空间立体网格结构，从而加固乳化沥青冷再生混合料，提高混合料的力学性能。一般而言，水泥范围在1.5%～2.0%，乳化沥青的范围在3.5%～4.0%较佳。可以看出，乳化沥青冷再生混合料中的乳化沥青和水泥掺量并不是越多越好，合理的级配设计至关重要。

在新材料的研究方面，杨东光^[3]研究发现了掺加适量的纤维可以显著提高乳化沥青冷再生混合料的路用性能、抗松散性能与耐久性。因此，优化改进乳化沥青冷再生稳定剂，是当前乳化沥青冷再生研究的重点，也是进一步的提高乳化沥青冷再生混合料的路用性能的主要方向。

1.2泡沫沥青稳定剂

泡沫沥青的沥青发泡是将计量好的冷水与热沥青混合，同时在高压空气的作用下产生大量的微小的沥青气泡，当它在环境温度下冷却时，气泡就会破裂，产生泡沫“衰变”。发泡效果与发泡温度、用水量有着直接联系，膨胀率与半衰期是反比例关系，温度越高、用水量越大就会导致膨胀率越大、半衰期越小。

当泡沫沥青与集料接触时会发生破裂，形成大量的沥青“小颗粒”，并分散到集料中，与较细的颗粒结合形成沥青胶泥。若泡沫沥青冷再生料被压实，沥青颗粒就会像“点焊”一样与较大的团聚颗粒结合。学者们在看到水泥乳化沥青混合料良好的路用性能后，也开始考虑水泥与泡沫沥青混合使用。随后的研究发现，水泥是唯一能提供泡沫沥青冷再生路面最佳力学性能的胶凝类材料，证明了水泥-泡沫沥青在作为冷再生稳定剂方面的应用价值。

大量研究表明，泡沫沥青冷再生混合料的高温性能、抗疲劳性能等会随着泡沫沥青用量的增加而得到改善，而有些性能则会降低。因此，合理的掺加泡沫沥青用量，设计出合适的泡沫沥青冷再生混合料配合比才是使泡沫沥青稳定剂发挥作用的关键。另一方面，旧路面铣刨料的性质也是影响泡沫沥青冷再生路面性能的重要因素。如史艺红等^[4]的研究发现提高旧料温度会显著降低泡沫沥青冷再生混合料的劈裂强度。从不同的旧料性质影响因素入手，研究改进措施，可进一步提高泡沫沥青冷再生路面性能的稳定性。

综上所述，级配设计，集料来源，沥青种类，地区环境等等，都会对泡沫沥青冷再生路面产生一定影响。规范程序，因地制宜，是目前众多学者研究泡沫沥青冷再生技术的重点。

2.胶凝类稳定剂

胶凝类稳定剂几乎都用于基层冷再生，最常用的是水泥，石灰、粉煤灰等的应用较少，其主要目的都是为了提高基层抗压强度以及承载能力。

2.1水泥稳定剂

在所有的稳定剂中，水泥是最常用的，一般用于基层的全深式冷再生。由于国内外对水泥的研究较早，各方面的使用都比较长成熟，因此，在冷再生的研究方面，主要是对水泥稳定剂与再生层位以及再生材料的强度特性，掺加量以及其他的特性等方面的研究。

在基层应用于基层冷再生方面，Gao等^[5]的研究发现，冷再生路面强度和高温性能随着水泥掺量（1.5%-2.5%）的增加而增加。在面层应用于基层冷再生方面，鲁巍巍^[6]发现当压实度达到98.9%后，其相同水泥用量下两种应用模式的冷再生试件强度大小相差不大。在基层和沥青面层两种应用于基层与普通水泥稳定碎石基层的各方面性能对比方面。王宏^[7]的研究发现2种半刚性基层的承载能力相差不大，但是冷再生基层在重载下的表现略差，也较为敏感。

以水泥作为基层冷再生的稳定剂，在实际的应用过程中，完全可以达到规范的要求，但各方面性能略逊于水泥稳定碎石。如何进一步提高水泥冷再生基层的各方面性能，也是研究的难点。此外，目前大多数的基层冷再生的研究都以硅酸盐水泥为稳定剂，在不同水泥或水泥基复合材料作为稳定剂与废旧路面材料的适配性及性能对比方面，还有较大的研究空间。

2.2石灰稳定剂

石灰很容易与水等其他物质发生反应，降低塑性，提高强度石灰石、熟石灰浆都可应用于冷再生项目。生石灰在与水发生熟化可以加速乳化沥青的破乳，提高乳化沥青再生混合料的早期强度。因此，添加石灰后的乳化沥青冷再生混合料在各方面性能均有提升，但效果跟水泥相比较差^[8]。

不可否认，以石灰作为冷再生稳定剂，效果不及水泥，但在特定条件下，如在低等级道路冷再生中使用或与新材料混合，还具有一定的适用性。

2.3粉煤灰稳定剂

粉煤灰是煤炭燃烧后的产物，可用于路面基层，提高基层的强度，但以粉煤灰稳定的冷再生料效果较差。刘强^[9]等则发现当石灰和粉煤灰混合作为二灰土使用时，稳定后的冷再生基层具有良好的抗冻性和防水能力。此外，粉煤灰作为稳定剂可进一步降低基层冷再生的成本和能耗，适合在低等级路面基层中使用。

虽然粉煤灰成本低，但粉煤灰同石灰一样，冷再生应用效果不及水泥，应用范围有限。

3.其他类型稳定剂

除常见的沥青类稳定剂和胶凝类稳定剂，国内外学者还开发出了一些新型的冷再生稳定剂或工艺。Wang^[10]研究发现使用掺加了Na2S04的水泥，其稳定后的冷再生基层早期强度会得到提升，且强度随着Na₂SO₄掺量的适量增加而增强。严金海等^[11]发现SBR改性乳化沥青稳定后的冷再生混合料的高温性能较传统的水泥-乳化沥青相比有所提高。

目前的新型冷再生稳定剂，大都只能提高冷再生混合料的少部分性能，优势不够明显，无法应用生产。但开发新型冷再生稳定剂和新的工艺，特别是在传统冷再生稳定剂中添加新材料的混合类稳定剂，是今后一段时间内的研究热点。

4.总结

影响冷再生混合料性能的因素众多，在选择最合适的稳定剂时，应综合考虑经济成本、稳定剂的适用性、再生材料性能、预期的使用性能等等。对于现有的常见稳定剂的现状及发展有以下思考：

乳化沥青和泡沫沥青作为冷再生技术中两种成熟的稳定剂，对废旧沥青混合料的重复利用都起着至关重要的作用。泡沫沥青和乳化沥青冷再生混合料均可用作沥青路面下面层。其中乳化沥青冷再生混合料的综合性能优于泡沫沥青冷再生混合料^[12]。但泡沫沥青具有经济环保的特性，是今后最常用的旧沥青面层冷再生处理方式。因此具有广阔的应用前景。

沥青类稳定剂都只适用于面层结构，更容易受到自然环境的影响。考虑不同自然环境因素对冷再生路面路用性能的影响，以及作出优化改进是目前沥青类稳定剂研究的重点。

目前基层冷再生几乎都是使用水泥作为稳定剂，研究也基本成熟，如何进一步提高水泥冷再生基层的各方面性能，值得深入研究。石灰和粉煤灰作为冷再生稳定剂，效果不及水泥，但在特定条件下，如低等级道路中，还具有一定的应用范围。

冷再生混合料中添加适当的水泥，与泡沫沥青混合时，可以解决混合料严重開裂的问题;与乳化沥青混合时，可以加速乳化沥青破乳，节省施工时间。因此，研究新的水泥复合型稳定剂才是未来冷再生稳定剂的主要发展方向。

新型冷再生稳定剂研究目前都还不够成熟，无法进行实际的应用，但是道路养护行业对冷再生性能提升的需求使得新型稳定剂的应用潜力巨大，是未来冷再生稳定剂研究的主要方向和热点。

参考文献：

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