簡(jiǎn)述泡沫瀝青混合料冷再生施工技術(shù)

高 翔，韓嬈嬈

（1.武漢市政工程設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司，湖北武漢 430015；2.長(zhǎng)安大學(xué)公路學(xué)院，陜西西安 710064）

1 泡沫瀝青

1.1 泡沫瀝青的概念

泡沫瀝青是在高溫條件下（一般為160℃左右）的瀝青中加入少量（2%左右)的水，由于水的急速氣化，使瀝青劇烈膨脹，發(fā)生“爆炸”產(chǎn)生大量泡沫，同時(shí)瀝青表面積迅速增大，體積膨脹數(shù)倍至數(shù)十倍，但在很短的時(shí)間內(nèi)（約1 s）瀝青又恢復(fù)原狀，這種膨脹形成泡沫的瀝青稱(chēng)為泡沫瀝青。瀝青在這個(gè)過(guò)程中只發(fā)生物理變化，沒(méi)有發(fā)生化學(xué)變化。

1.2 泡沫瀝青的特點(diǎn)

與乳化瀝青相比，泡沫瀝青養(yǎng)護(hù)時(shí)間短，且不用乳化劑。與其他穩(wěn)定劑相比，泡沫瀝青的優(yōu)點(diǎn)主要有：（1）增強(qiáng)材料的剪切強(qiáng)度和水穩(wěn)定性，其處治的材料比水泥處治的材料更具柔性和耐疲勞性；（2）僅需要加熱瀝青，不需加熱和烘干集料；（3）存放時(shí)間比較長(zhǎng)，一般可放置1～3個(gè)月；（4）施工受季節(jié)和氣候影響小。另外泡沫瀝青的道路適用范圍非常廣，故泡沫瀝青在冷再生施工中得到青睞。

1.3 泡沫瀝青發(fā)泡特性及工藝原理

當(dāng)高溫（150℃～170℃）的瀝青與水相遇時(shí)，熱瀝青與水滴表面發(fā)生能量交換，水滴被加熱到100℃以上迅速氣化，同時(shí)瀝青冷卻。蒸汽泡在一定的壓力下被壓入瀝青的連續(xù)相而迅速膨脹，此時(shí)瀝青的物理性質(zhì)發(fā)生變化，其粘度顯著降低，瀝青在蒸汽泡的壓力下體積也急劇膨脹，產(chǎn)生大量泡沫（泡沫瀝青）并在很短時(shí)間內(nèi)（1 s）破裂并吸附在細(xì)料（小于0.075 mm）的表面形成粘有大量瀝青泡沫的細(xì)填縫料，填充濕冷粗骨料之間的空隙，經(jīng)過(guò)拌和壓實(shí)使混合料達(dá)到密實(shí)、穩(wěn)定并有一定強(qiáng)度的結(jié)構(gòu)層。圖1為泡沫瀝青的發(fā)泡示意。

圖1 泡沫瀝青的發(fā)泡示意圖

2 泡沫瀝青冷再生

2.1 概念

泡沫瀝青冷再生是瀝青混凝土路面再生利用的一種方法，泡沫瀝青冷再生混合料是指瀝青混凝土路面經(jīng)過(guò)銑刨后，將銑刨料篩分并按一定比例加入石屑、水泥等外摻劑，另外噴入由專(zhuān)用設(shè)備對(duì)瀝青進(jìn)行發(fā)泡后的泡沫瀝青，邊拌和邊噴灑組成的拌和均勻的混合料。

2.2 泡沫瀝青冷再生混合料配合比設(shè)計(jì)

2.2.1 合成級(jí)配設(shè)計(jì)

（1）取有代表性的銑刨料樣品，進(jìn)行篩分試驗(yàn)，分析其級(jí)配組成。

（2）若銑刨料級(jí)配組成不能滿(mǎn)足泡沫瀝青混合料的級(jí)配范圍的要求，則需加入部分新料（石屑），將級(jí)配調(diào)入該級(jí)配范圍。

（3）將上面的泡沫瀝青混合料制件，進(jìn)行試驗(yàn)檢測(cè)，若各項(xiàng)指標(biāo)符合要求，則經(jīng)過(guò)綜合比較確定設(shè)計(jì)合成級(jí)配；若有的指標(biāo)不符合要求，則要調(diào)整級(jí)配，直到符合要求。

2.2.2 瀝青發(fā)泡室內(nèi)試驗(yàn)

利用維特根WLB10型便攜式瀝青發(fā)泡設(shè)備，在室內(nèi)對(duì)選用的瀝青在不同溫度、不同用水量條件下進(jìn)行發(fā)泡試驗(yàn)，測(cè)定泡沫瀝青的膨脹比和半衰期。經(jīng)對(duì)這兩個(gè)指標(biāo)進(jìn)行綜合分析后，確定瀝青發(fā)泡的最佳溫度和最佳用水量。

2.2.3配合比設(shè)計(jì)

（1）采用重型擊實(shí)試驗(yàn)確定合成級(jí)配的最佳含水量及最大干密度。該工程中再生混合料的最佳含水量為5.1%，最大干密度為2.163 g/cm3。

（2）確定合成級(jí)配，原則是應(yīng)盡量使合成級(jí)配滿(mǎn)足泡沫瀝青混合料級(jí)配范圍的要求，特別是0.075 mm的通過(guò)率應(yīng)保證在6%以上。

（3）最佳瀝青用量的確定：

a.根據(jù)試驗(yàn)確定的混合料最佳含水量，對(duì)合成級(jí)配加入適量的水，并加入4～5種不同的泡沫瀝青用量，分別進(jìn)行混合料的拌和，再以馬歇爾擊實(shí)儀雙面擊實(shí)75次成型試件；試件成型后于室溫下放置24 h，而后放入40℃恒溫鼓風(fēng)干燥箱養(yǎng)生72 h。

b.將試件分為兩組，一組放置在空氣中24 h，同時(shí)另一組放置于25±1℃的水浴中保溫24 h，再按照現(xiàn)行《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》規(guī)定的方法測(cè)定試件干、濕狀態(tài)下的劈裂強(qiáng)度，并計(jì)算相應(yīng)的殘留劈裂強(qiáng)度比。

c.根據(jù)干、濕劈裂強(qiáng)度及殘留劈裂強(qiáng)度比，經(jīng)綜合分析確定最佳泡沫瀝青用量。

2.2.4混合料的性能驗(yàn)證試驗(yàn)

根據(jù)上述配合比及最佳瀝青含量成型試件，進(jìn)行以下性能試驗(yàn)：高溫抗變形性能（車(chē)轍試驗(yàn)）、抗水損害性能（凍融劈裂、浸水馬歇爾）、低溫抗裂性能，以及抗疲勞性能，以評(píng)價(jià)泡沫瀝青冷再生混合料與路用相關(guān)的性能。

2.3 泡沫瀝青混合料冷再生施工工藝

（1）投入的主要機(jī)械設(shè)備

刨機(jī)、瀝青發(fā)泡設(shè)備、拌和機(jī)、山貓清掃車(chē)、攤鋪機(jī)、壓路機(jī)，以及自卸汽車(chē)。

（2）施工工藝流程

泡沫瀝青混合料冷再生施工工藝流程圖如圖2所示。

圖2 泡沫瀝青混合料冷再生施工工藝流程圖

銑刨：銑刨速度要保持恒定，以4～6 m/min為宜，避免速度過(guò)快或過(guò)慢影響銑刨料級(jí)配組成；銑刨要注意深度，既不要銑刨過(guò)深導(dǎo)致超銑，也不能銑刨過(guò)淺而留下夾層；同時(shí)銑刨側(cè)面要清理干凈，不能留有松動(dòng)顆粒。

銑刨面清掃、病害調(diào)查和路面補(bǔ)強(qiáng)：采用山貓清掃車(chē)進(jìn)行初步清理，然后再用空壓機(jī)吹凈，銑刨面要求整潔、無(wú)污染；清理干凈后的銑刨面要進(jìn)行病害調(diào)查，對(duì)彎沉大于38.5的路段要進(jìn)一步銑刨基層，清理干凈后用泡沫瀝青再生混合料進(jìn)行基層補(bǔ)強(qiáng)；對(duì)彎沉滿(mǎn)足要求的路段進(jìn)行銑刨面清掃，若發(fā)現(xiàn)有橫縫，采用熱瀝青貫縫；縱縫兩側(cè)采用干拌水泥碎石樁加固后用熱瀝青灌縫。

拌和：泡沫瀝青混合料采用維特根KMA200連續(xù)式拌和機(jī)拌和，KMA200上裝有計(jì)量裝置，能保證ARP料、石屑、瀝青和水泥的精確計(jì)量；加入KMA200的ARP料、石屑及瀝青（2.3%）、水泥（1.7%）等通過(guò)電子控制系統(tǒng)能自動(dòng)調(diào)整比例；在拌和缸中邊噴瀝青邊拌合，以保證泡沫瀝青混合料連續(xù)拌和的均勻性；銑刨料中的超粒徑顆粒由料斗上的過(guò)濾網(wǎng)清除；在KMA200出料口加裝一個(gè)成品料倉(cāng)，以保證泡沫瀝青混合料的拌和連續(xù)不間斷地進(jìn)行，減少離析。應(yīng)注意泡沫瀝青混合料生產(chǎn)時(shí)，瀝青的溫度要控制在最佳發(fā)泡溫度±5℃的范圍之內(nèi)，低于發(fā)泡溫度不得開(kāi)拌。

運(yùn)輸：泡沫瀝青混合料的運(yùn)輸和水泥穩(wěn)定碎石混合料的運(yùn)輸基本相同，混合料由成品料倉(cāng)裝到自卸車(chē)上，再運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行攤鋪。應(yīng)注意自卸車(chē)應(yīng)前后移動(dòng)按前、后、中分三部分裝料；泡沫瀝青混合料的運(yùn)輸車(chē)輛應(yīng)采用干凈、有金屬底板的自卸汽車(chē)運(yùn)輸，車(chē)槽內(nèi)不得沾有有機(jī)物質(zhì)，車(chē)輛底部及兩側(cè)均應(yīng)清掃干凈；運(yùn)輸過(guò)程中，運(yùn)料車(chē)輛均有蓬布覆蓋并扣牢，重要目的是防止泡沫瀝青再生混合料在運(yùn)輸過(guò)程中水分散失。

攤鋪：泡沫瀝青混合料的攤鋪和水泥穩(wěn)定碎石混合料的攤鋪基本相同，采用攤鋪機(jī)半幅全寬鋪筑方案；攤鋪機(jī)速度宜為2～3 m/min，應(yīng)保證連續(xù)、均勻、不間斷攤鋪，并使混合料在布料槽中的高度保持在中軸以上。對(duì)于攤鋪過(guò)程中出現(xiàn)的局部離析和彈簧現(xiàn)象應(yīng)設(shè)專(zhuān)人及時(shí)處理。

碾壓：初壓的目的是穩(wěn)定泡沫瀝青混合料，避免泡沫瀝青混合料產(chǎn)生推移，采用一臺(tái)雙鋼輪壓路機(jī)靜壓1遍，高頻低幅振壓各1遍，共2遍；復(fù)壓是達(dá)到壓實(shí)度的關(guān)鍵。采用兩臺(tái)鋼輪壓路機(jī)進(jìn)行，每臺(tái)壓路機(jī)低頻高幅振壓各3遍，共6遍；終壓的目的是進(jìn)一步穩(wěn)定表面細(xì)料，消除表面輪跡。采用兩臺(tái)膠輪壓路機(jī)灑水碾壓各4遍，共8遍。碾壓時(shí)應(yīng)從低側(cè)到高側(cè)，從外側(cè)到內(nèi)側(cè)進(jìn)行。

養(yǎng)生：泡沫瀝青冷再生瀝青混合料基層鋪筑完成后，一般應(yīng)養(yǎng)生2～5 d，使混合料中的水分進(jìn)一步蒸發(fā)。在較好的氣候條件下，養(yǎng)生3 d即可。在養(yǎng)生過(guò)程中應(yīng)及時(shí)檢測(cè)路面中的含水量，當(dāng)路面含水量不大于2%時(shí)，可鋪筑上面的結(jié)構(gòu)層。

瀝青面層的鋪筑：進(jìn)行瀝青面層鋪筑之前，為了保證再生層和瀝青面層之間有良好的層間粘結(jié)，并防止再生層頂面水下滲，應(yīng)在再生層頂面灑布粘層油。瀝青面層的鋪筑采用常規(guī)的方法和施工工藝。

3 結(jié)論

泡沫瀝青混合料冷再生技術(shù)是通過(guò)將原路面材料集中廠拌后再生使用，該技術(shù)適用范圍廣，施工受季節(jié)和氣候的影響小，節(jié)約能源，處治材料存放方便，因此，泡沫瀝青混合料冷再生技術(shù)是一項(xiàng)環(huán)保和可持續(xù)發(fā)展的筑路技術(shù)。它可以很好地利用銑刨的瀝青材料，解決了RAP的堆放和現(xiàn)場(chǎng)再生利用的問(wèn)題；更為重要的是泡沫瀝青再生的新基層較原有的半剛性基層更具柔性和耐疲勞，對(duì)于抑制和延緩裂縫反射到新的瀝青面層有很大的好處。

[1]何桂平，曹翠星，韓海峰，路面冷再生用瀝青的發(fā)泡性能影響因素研究[J]，公路交通科技，2004（10）：22-25.

[2]杭州市公路管理局，同濟(jì)大學(xué).泡沫瀝青冷再生技術(shù)的應(yīng)用研究[R].杭州：杭州市公路管理局，同濟(jì)大學(xué)，2007.

[3]栗關(guān)裔.泡沫瀝青冷再生技術(shù)的應(yīng)用研究[D].上海：同濟(jì)大學(xué)，2008.

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