冷再生技術(shù)穩(wěn)定劑的研究現(xiàn)狀與展望

王輝 王大明

摘 要：冷再生技術(shù)穩(wěn)定劑根據(jù)材料類型的不同可大致分為三類，主要應(yīng)用于面層冷再生和基層冷再生。本文介紹了乳化瀝青、泡沫瀝青、水泥等幾種常用的冷再生穩(wěn)定劑，并作了相應(yīng)的對(duì)比分析。探討了不同類型冷再生技術(shù)穩(wěn)定劑的研究現(xiàn)狀及前景，發(fā)展方向趨向于舊穩(wěn)定劑的優(yōu)化以及新型穩(wěn)定劑的開(kāi)發(fā)。

關(guān)鍵詞：冷再生; 穩(wěn)定劑; 乳化瀝青; 泡沫瀝青; 水泥

中圖分類號(hào)：U416.217? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? 文章編號(hào)：1006-3315（2021）11-077-002

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的穩(wěn)步發(fā)展，全國(guó)公路總里程在2019年底已經(jīng)達(dá)到了501.25萬(wàn)公里，公路養(yǎng)護(hù)方面的總里程也達(dá)到了495.31萬(wàn)公里，占公路總里程98.8%^[1]。普通國(guó)省公路養(yǎng)護(hù)面臨著非常大的挑戰(zhàn)。由于冷再生技術(shù)不僅節(jié)約資源和能源，還有著效率高、低碳環(huán)保的優(yōu)勢(shì)，因此，成為目前普通國(guó)省干道舊路養(yǎng)護(hù)改擴(kuò)建的首選方法，具有廣闊的前景。

瀝青路面冷再生技術(shù)的基本原理就是先對(duì)舊路面進(jìn)行初步的銑刨，再將穩(wěn)定劑以及新集料、水等加入到處理過(guò)的舊路面混合料中拌和（廠拌、就地），再經(jīng)過(guò)攤鋪和碾壓，使其達(dá)到理想的路用性能。其中，冷再生穩(wěn)定劑對(duì)于混合料的性能，包括強(qiáng)度、高溫性能、穩(wěn)定性等都有著非常重要的影響。冷再生穩(wěn)定劑大致分為瀝青類穩(wěn)定劑、膠凝類穩(wěn)定劑和其他類型穩(wěn)定劑三種。不同的冷再生穩(wěn)定劑應(yīng)用范圍有限，為了實(shí)現(xiàn)更好的路用性能，研究和開(kāi)發(fā)新型穩(wěn)定劑對(duì)于冷再生技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用具有重要的意義。

1.瀝青類穩(wěn)定劑

瀝青類穩(wěn)定劑一般用于面層特別是下面層冷再生。目前常見(jiàn)的主要有兩種，一個(gè)是乳化瀝青，一個(gè)是泡沫瀝青。瀝青類穩(wěn)定劑冷再生后的路面不僅柔韌性好，而且收縮開(kāi)裂較少，施工后能立即開(kāi)放交通。

1.1乳化瀝青穩(wěn)定劑

乳化瀝青是瀝青以微粒狀態(tài)分散于含有乳化劑的水溶液中，進(jìn)而形成水包油型的瀝青乳狀液。當(dāng)乳化瀝青在跟集料混合后會(huì)與水分離，隨之附著在集料顆粒的表面，這個(gè)過(guò)程通常被稱為“打破”，也可稱為破乳。

由于骨料的礦物來(lái)源和水分對(duì)破乳也有著非常重要影響，乳化瀝青與舊路面混合料之間的穩(wěn)定結(jié)合存在一定問(wèn)題，使得通過(guò)摻加新材料來(lái)改善乳化瀝青混合料性能的方式成為了研究熱點(diǎn)。其中，最為典型的就是以水泥-乳化瀝青的混合類穩(wěn)定劑應(yīng)用最廣。水泥-乳化瀝青冷再生穩(wěn)定劑主要成分為水泥和乳化瀝青，其引入水泥的目的，就是為了提高瀝青穩(wěn)定材料的綜合性能，將水泥作為活化劑來(lái)提高其強(qiáng)度，同時(shí)又不失乳化瀝青的柔韌性。

嚴(yán)金海^[2]用電鏡掃描技術(shù)發(fā)現(xiàn)水泥的摻加會(huì)使乳化瀝青的破乳速度加快，使其產(chǎn)生的水化物與瀝青膠體形成空間立體網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，從而加固乳化瀝青冷再生混合料，提高混合料的力學(xué)性能。一般而言，水泥范圍在1.5%～2.0%，乳化瀝青的范圍在3.5%～4.0%較佳?？梢钥闯?，乳化瀝青冷再生混合料中的乳化瀝青和水泥摻量并不是越多越好，合理的級(jí)配設(shè)計(jì)至關(guān)重要。

在新材料的研究方面，楊東光^[3]研究發(fā)現(xiàn)了摻加適量的纖維可以顯著提高乳化瀝青冷再生混合料的路用性能、抗松散性能與耐久性。因此，優(yōu)化改進(jìn)乳化瀝青冷再生穩(wěn)定劑，是當(dāng)前乳化瀝青冷再生研究的重點(diǎn)，也是進(jìn)一步的提高乳化瀝青冷再生混合料的路用性能的主要方向。

1.2泡沫瀝青穩(wěn)定劑

泡沫瀝青的瀝青發(fā)泡是將計(jì)量好的冷水與熱瀝青混合，同時(shí)在高壓空氣的作用下產(chǎn)生大量的微小的瀝青氣泡，當(dāng)它在環(huán)境溫度下冷卻時(shí)，氣泡就會(huì)破裂，產(chǎn)生泡沫“衰變”。發(fā)泡效果與發(fā)泡溫度、用水量有著直接聯(lián)系，膨脹率與半衰期是反比例關(guān)系，溫度越高、用水量越大就會(huì)導(dǎo)致膨脹率越大、半衰期越小。

當(dāng)泡沫瀝青與集料接觸時(shí)會(huì)發(fā)生破裂，形成大量的瀝青“小顆?！?，并分散到集料中，與較細(xì)的顆粒結(jié)合形成瀝青膠泥。若泡沫瀝青冷再生料被壓實(shí)，瀝青顆粒就會(huì)像“點(diǎn)焊”一樣與較大的團(tuán)聚顆粒結(jié)合。學(xué)者們?cè)诳吹剿嗳榛癁r青混合料良好的路用性能后，也開(kāi)始考慮水泥與泡沫瀝青混合使用。隨后的研究發(fā)現(xiàn)，水泥是唯一能提供泡沫瀝青冷再生路面最佳力學(xué)性能的膠凝類材料，證明了水泥-泡沫瀝青在作為冷再生穩(wěn)定劑方面的應(yīng)用價(jià)值。

大量研究表明，泡沫瀝青冷再生混合料的高溫性能、抗疲勞性能等會(huì)隨著泡沫瀝青用量的增加而得到改善，而有些性能則會(huì)降低。因此，合理的摻加泡沫瀝青用量，設(shè)計(jì)出合適的泡沫瀝青冷再生混合料配合比才是使泡沫瀝青穩(wěn)定劑發(fā)揮作用的關(guān)鍵。另一方面，舊路面銑刨料的性質(zhì)也是影響泡沫瀝青冷再生路面性能的重要因素。如史藝紅等^[4]的研究發(fā)現(xiàn)提高舊料溫度會(huì)顯著降低泡沫瀝青冷再生混合料的劈裂強(qiáng)度。從不同的舊料性質(zhì)影響因素入手，研究改進(jìn)措施，可進(jìn)一步提高泡沫瀝青冷再生路面性能的穩(wěn)定性。

綜上所述，級(jí)配設(shè)計(jì)，集料來(lái)源，瀝青種類，地區(qū)環(huán)境等等，都會(huì)對(duì)泡沫瀝青冷再生路面產(chǎn)生一定影響。規(guī)范程序，因地制宜，是目前眾多學(xué)者研究泡沫瀝青冷再生技術(shù)的重點(diǎn)。

2.膠凝類穩(wěn)定劑

膠凝類穩(wěn)定劑幾乎都用于基層冷再生，最常用的是水泥，石灰、粉煤灰等的應(yīng)用較少，其主要目的都是為了提高基層抗壓強(qiáng)度以及承載能力。

2.1水泥穩(wěn)定劑

在所有的穩(wěn)定劑中，水泥是最常用的，一般用于基層的全深式冷再生。由于國(guó)內(nèi)外對(duì)水泥的研究較早，各方面的使用都比較長(zhǎng)成熟，因此，在冷再生的研究方面，主要是對(duì)水泥穩(wěn)定劑與再生層位以及再生材料的強(qiáng)度特性，摻加量以及其他的特性等方面的研究。

在基層應(yīng)用于基層冷再生方面，Gao等^[5]的研究發(fā)現(xiàn)，冷再生路面強(qiáng)度和高溫性能隨著水泥摻量（1.5%-2.5%）的增加而增加。在面層應(yīng)用于基層冷再生方面，魯巍巍^[6]發(fā)現(xiàn)當(dāng)壓實(shí)度達(dá)到98.9%后，其相同水泥用量下兩種應(yīng)用模式的冷再生試件強(qiáng)度大小相差不大。在基層和瀝青面層兩種應(yīng)用于基層與普通水泥穩(wěn)定碎石基層的各方面性能對(duì)比方面。王宏^[7]的研究發(fā)現(xiàn)2種半剛性基層的承載能力相差不大，但是冷再生基層在重載下的表現(xiàn)略差，也較為敏感。

以水泥作為基層冷再生的穩(wěn)定劑，在實(shí)際的應(yīng)用過(guò)程中，完全可以達(dá)到規(guī)范的要求，但各方面性能略遜于水泥穩(wěn)定碎石。如何進(jìn)一步提高水泥冷再生基層的各方面性能，也是研究的難點(diǎn)。此外，目前大多數(shù)的基層冷再生的研究都以硅酸鹽水泥為穩(wěn)定劑，在不同水泥或水泥基復(fù)合材料作為穩(wěn)定劑與廢舊路面材料的適配性及性能對(duì)比方面，還有較大的研究空間。

2.2石灰穩(wěn)定劑

石灰很容易與水等其他物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，降低塑性，提高強(qiáng)度石灰石、熟石灰漿都可應(yīng)用于冷再生項(xiàng)目。生石灰在與水發(fā)生熟化可以加速乳化瀝青的破乳，提高乳化瀝青再生混合料的早期強(qiáng)度。因此，添加石灰后的乳化瀝青冷再生混合料在各方面性能均有提升，但效果跟水泥相比較差^[8]。

不可否認(rèn)，以石灰作為冷再生穩(wěn)定劑，效果不及水泥，但在特定條件下，如在低等級(jí)道路冷再生中使用或與新材料混合，還具有一定的適用性。

2.3粉煤灰穩(wěn)定劑

粉煤灰是煤炭燃燒后的產(chǎn)物，可用于路面基層，提高基層的強(qiáng)度，但以粉煤灰穩(wěn)定的冷再生料效果較差。劉強(qiáng)^[9]等則發(fā)現(xiàn)當(dāng)石灰和粉煤灰混合作為二灰土使用時(shí)，穩(wěn)定后的冷再生基層具有良好的抗凍性和防水能力。此外，粉煤灰作為穩(wěn)定劑可進(jìn)一步降低基層冷再生的成本和能耗，適合在低等級(jí)路面基層中使用。

雖然粉煤灰成本低，但粉煤灰同石灰一樣，冷再生應(yīng)用效果不及水泥，應(yīng)用范圍有限。

3.其他類型穩(wěn)定劑

除常見(jiàn)的瀝青類穩(wěn)定劑和膠凝類穩(wěn)定劑，國(guó)內(nèi)外學(xué)者還開(kāi)發(fā)出了一些新型的冷再生穩(wěn)定劑或工藝。Wang^[10]研究發(fā)現(xiàn)使用摻加了Na2S04的水泥，其穩(wěn)定后的冷再生基層早期強(qiáng)度會(huì)得到提升，且強(qiáng)度隨著Na₂SO₄摻量的適量增加而增強(qiáng)。嚴(yán)金海等^[11]發(fā)現(xiàn)SBR改性乳化瀝青穩(wěn)定后的冷再生混合料的高溫性能較傳統(tǒng)的水泥-乳化瀝青相比有所提高。

目前的新型冷再生穩(wěn)定劑，大都只能提高冷再生混合料的少部分性能，優(yōu)勢(shì)不夠明顯，無(wú)法應(yīng)用生產(chǎn)。但開(kāi)發(fā)新型冷再生穩(wěn)定劑和新的工藝，特別是在傳統(tǒng)冷再生穩(wěn)定劑中添加新材料的混合類穩(wěn)定劑，是今后一段時(shí)間內(nèi)的研究熱點(diǎn)。

4.總結(jié)

影響冷再生混合料性能的因素眾多，在選擇最合適的穩(wěn)定劑時(shí)，應(yīng)綜合考慮經(jīng)濟(jì)成本、穩(wěn)定劑的適用性、再生材料性能、預(yù)期的使用性能等等。對(duì)于現(xiàn)有的常見(jiàn)穩(wěn)定劑的現(xiàn)狀及發(fā)展有以下思考：

乳化瀝青和泡沫瀝青作為冷再生技術(shù)中兩種成熟的穩(wěn)定劑，對(duì)廢舊瀝青混合料的重復(fù)利用都起著至關(guān)重要的作用。泡沫瀝青和乳化瀝青冷再生混合料均可用作瀝青路面下面層。其中乳化瀝青冷再生混合料的綜合性能優(yōu)于泡沫瀝青冷再生混合料^[12]。但泡沫瀝青具有經(jīng)濟(jì)環(huán)保的特性，是今后最常用的舊瀝青面層冷再生處理方式。因此具有廣闊的應(yīng)用前景。

瀝青類穩(wěn)定劑都只適用于面層結(jié)構(gòu)，更容易受到自然環(huán)境的影響?？紤]不同自然環(huán)境因素對(duì)冷再生路面路用性能的影響，以及作出優(yōu)化改進(jìn)是目前瀝青類穩(wěn)定劑研究的重點(diǎn)。

目前基層冷再生幾乎都是使用水泥作為穩(wěn)定劑，研究也基本成熟，如何進(jìn)一步提高水泥冷再生基層的各方面性能，值得深入研究。石灰和粉煤灰作為冷再生穩(wěn)定劑，效果不及水泥，但在特定條件下，如低等級(jí)道路中，還具有一定的應(yīng)用范圍。

冷再生混合料中添加適當(dāng)?shù)乃?，與泡沫瀝青混合時(shí)，可以解決混合料嚴(yán)重開(kāi)裂的問(wèn)題;與乳化瀝青混合時(shí)，可以加速乳化瀝青破乳，節(jié)省施工時(shí)間。因此，研究新的水泥復(fù)合型穩(wěn)定劑才是未來(lái)冷再生穩(wěn)定劑的主要發(fā)展方向。

新型冷再生穩(wěn)定劑研究目前都還不夠成熟，無(wú)法進(jìn)行實(shí)際的應(yīng)用，但是道路養(yǎng)護(hù)行業(yè)對(duì)冷再生性能提升的需求使得新型穩(wěn)定劑的應(yīng)用潛力巨大，是未來(lái)冷再生穩(wěn)定劑研究的主要方向和熱點(diǎn)。

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