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摘要:以某線路為例，在公路施工應用中使用泡沫瀝青就地冷再生工藝，分析混合料級配比、瀝青種類及用量、拌和用水量等因素對泡沫瀝青冷再生混合料干、濕劈裂強度的影響。試驗結(jié)果表明:中海泡沫瀝青用量為2.5%時，泡沫瀝青的性能最優(yōu)，且與粗細集料搭配時能有效地增加泡沫瀝青干、濕劈裂強度，當兩者拌和用水量為70%～80%時，混合料性能最佳。為后續(xù)泡沫瀝青冷再生混合料的應用于推廣提供技術指導。

關鍵詞:泡沫瀝青;冷再生;劈裂強度;施工工藝

0引言

泡沫瀝青是在一定溫度條件下，往基質(zhì)瀝青中注入水，水遇熱膨脹，與瀝青混合形成氣泡，并與冷濕集料充分混合，從而形成具有穩(wěn)定性能的泡沫瀝青冷再生混合料。泡沫瀝青冷再生技術作為一種新型綠色工藝，在材料性能、環(huán)保、能源節(jié)約等方面具有不可替代的優(yōu)點，被廣泛用于道路工程建設［1，2］。我國的標準性文件《公路瀝青路面泡沫瀝青冷再生技術規(guī)范》對冷再生技術進行統(tǒng)一規(guī)范。史成武［3］等人對泡沫瀝青冷再生技術的工藝及質(zhì)量控制要點進行了研究。李秀君［4］探討了不同溫度和發(fā)泡用水量對常用瀝青的發(fā)泡效果;栗關裔［5］在瀝青發(fā)泡測試中發(fā)現(xiàn)，膨脹比大于8倍，半衰期大于8s時發(fā)泡效果最佳。我國在瀝青冷再生方面的研究相對較少，沒有形成完整的理論體系，在工程施工中難以保證施工質(zhì)量。針對現(xiàn)存問題，總結(jié)已有經(jīng)驗，在已有評價指標基礎上，以3種常見普通瀝青進行發(fā)泡試驗，討論溫度、發(fā)泡用水量、氣壓因素對發(fā)泡效果的影響，確定不同組合的最佳發(fā)泡條件。

1泡沫瀝青冷再生原理

泡沫瀝青冷再生首先得經(jīng)過瀝青的發(fā)泡，將瀝青加熱至150℃，利用高壓瀝青泵將其壓入發(fā)泡腔，高壓水流在水壓500kPa、氣壓400kPa的作用下，與熱瀝青充分接觸，形成細小的蒸汽泡，隨著混合氣體的不斷膨脹，細小蒸汽泡從噴嘴噴出形成宏觀上的瀝青泡沫。泡沫瀝青膨脹到一定程度后，產(chǎn)生破滅現(xiàn)象。產(chǎn)生破滅的原因大致有:一是泡沫瀝青液泡膜在膨脹過程中產(chǎn)生位移，導致破裂;二是蒸汽泡內(nèi)部溫度和壓力下降速率大于瀝青膜張力增大速率，引起壓力與張力失衡導致破滅。泡沫瀝青在蒸汽泡破滅后，與冷濕混合料充分攪拌，形成的細小顆粒能填充礦料間的間隙達到類似瀝青膠漿的效果。常用的冷再生混合料有水泥和銑刨料，與瀝青混合得到的混合料兼具水泥和瀝青的特性。常見的冷再生技術有廠拌冷再生和就地冷再生兩種。廠拌冷再生即在攪拌廠完成物料混合，然后運至施工地點的施工工藝，而就地冷再生是在路面冷銑刨工藝基礎上，以水泥等冷再生混合料為再生結(jié)構(gòu)層的施工工藝。廠拌冷再生工藝適用于工程質(zhì)量要求高或者舊料變異性小的情況，就地冷再生適用于各類道路的結(jié)構(gòu)層翻修。

2泡沫瀝青混合料性能影響因素

2.1瀝青種類不同瀝青其發(fā)泡效果不同，主要影響其發(fā)泡的膨脹比和半衰期兩個評價指標，一般而言，高粘度瀝青相比于低粘度瀝青其膨脹比較大，但半衰期小。

2．2瀝青溫度當瀝青發(fā)泡溫度低于140℃時，其發(fā)泡效果不佳，隨著溫度的升高，瀝青的發(fā)泡率增大，但瀝青的表觀粘度和蒸汽泡膜的彈性明顯降低，容易破滅，在一定程度上阻礙了瀝青的發(fā)泡效果，因此，瀝青的發(fā)泡溫度一般控制在150～170℃。

2．3發(fā)泡用水量瀝青發(fā)泡所需用水量直接影響發(fā)泡瀝青的膨脹比和半衰期，用水量越多，膨脹比增大，直接導致蒸汽泡膜的厚度變薄，容易破滅，從而縮短半衰期，應根據(jù)實際情況確定發(fā)泡用水量。

2．4礦料級配比粗集料是再生路基的基本骨架支撐，能確保混合料具有良好的水穩(wěn)定性，細集料保證泡沫瀝青的粘附性，合適的配比方案是改善混合料整體性能的關鍵因素之一。

3泡沫瀝青冷再生試驗研究

3.1試驗路基本概況以某線路為例，該段全長37km，采用4cm改性瀝青+18cm普通瀝青基層+20cm泡沫瀝青底基層結(jié)構(gòu)設計，其中，泡沫瀝青底基層采用就地冷再生工藝。

3.2試驗材料

3．2．1瀝青選用差異性較大的SK70#瀝青與中海A級70#瀝青作為試驗材料。

3．2．2銑刨料銑刨料又稱RAP料，在發(fā)泡瀝青后期與之混合，根據(jù)《公路瀝青路面再生技術規(guī)范》要求，銑刨料應具有均勻性，能與各礦料均勻混合;0.075mm以下篩孔通過率大于5%。由于銑刨設備與施工環(huán)境的不同，使得銑刨料級配難以控制，影響泡沫瀝青冷再生混合料的強度，工程上需要對銑刨料進行二次破碎，分為RAP細料(0～10mm)和RAP粗料(10～30mm)。泡沫瀝青與RAP細料混合形成膠狀瀝青，然后粘結(jié)粗集料，得到初期的泡沫瀝青冷再生混合料，但強度不滿足要求，需添加水泥或者礦粉等。

3.3試驗方案

泡沫瀝青冷再生混合料性能優(yōu)越，尤其是在道路鋪筑方面，其級配設計、瀝青種類以及拌和用水量等因素對泡沫瀝青冷再生混合料性能存在一定的影響。發(fā)泡瀝青用量不同時，形成的混合料性能不同，當使用量過少時，混合料強度不夠，只有在合理的配比下，才能使發(fā)泡瀝青表面全部包裹集料，獲得良好的粘聚力。本文從級配設計、瀝青種類以及拌和用水量3個方面設計實驗方案，探討其配比對泡沫瀝青混合料性能的影響。

3.3.1礦料級配比不同的礦料級配比形成的泡沫瀝青混合料性能有所差異，礦料中的細集料能增加泡沫瀝青的粘結(jié)性，而粗集料則能有效地提高其水穩(wěn)定性。根據(jù)《公路瀝青路面施工技術規(guī)范》以及維特根冷再生技術手冊選擇混合料的級配范圍，設置3種級配方案，其中水泥用量應小于2%。

3.3.2瀝青種類為研究不同泡沫瀝青用量對混合料的性能影響，選擇表1所示2種瀝青，分別設置1.0%、1.5%、2.0%、2.5%、3.0%5個試驗梯度，在15℃環(huán)境溫度下進行試驗，試驗遵循《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》規(guī)范。

3.3.3拌和用水量國內(nèi)外大量學者對泡沫瀝青冷再生混合料拌和用水量進行了大量的研究，取得了一定的成果，研究發(fā)現(xiàn)拌和用水量會影響泡沫瀝青的分散性，當拌和用水量過少時，分散性差，不利于施工，而過多的拌和用水量，又會降低泡沫瀝青對集料的粘結(jié)性，為確定最佳拌和用水量，取發(fā)泡條件較優(yōu)的中海A級70#瀝青，拌和用水量分別設為30%、50%、60%、70%、80%、90%、110%。

4試驗結(jié)果

將不同的試驗組在15℃恒溫條件下水浴至少24h，進行濕劈裂試驗;在15℃恒溫條件下空氣浴至少6h，進行干劈裂試驗，測得干、濕劈裂強度，并繪制圖表與曲線。

4.1不同級配比試驗結(jié)果分析在發(fā)泡瀝青的最佳發(fā)泡條件下，按照《公路瀝青路面再生技術規(guī)范》(JTGF41－2008)測得各級配比下的干、濕劈裂強度。從表3可以看出，無論何種級配比，隨著油石比的增大，干、濕劈裂強度先增大后減小，存在最大值;對比方案A、B、C可知，不同的級配比會造成泡沫瀝青混合料的性能差異較大，無論何種油石比，對于干、濕劈裂強度而言，方案C的效果最好，方案B效果次之，方案A效果最差。這主要是方案A粗集料占主要部分，細集料的通過率較差，泡沫瀝青不能有效地包裹細集料形成瀝青膠漿，導致干、濕劈裂強度較差。

4.2不同瀝青用量試驗結(jié)果分析由上分析可知方案C級配比效果最佳，在方案C級配比條件下。

4.3不同拌和用水量試驗結(jié)果分析泡沫瀝青能否良好地分散到混合料中，與拌和用水量密切相關。拌和用水量的多少直接影響再生混合料的壓實性和養(yǎng)生時間，為得到最佳拌和用水量，按照3.3節(jié)試驗方案，方案C級配比，中海A級70#瀝青作為發(fā)泡瀝青，同時采用潔凈自來水進行試驗，將得到的結(jié)果繪制成圖表。從圖2試驗結(jié)果可以看出，混合料的干劈裂強度以及干濕劈裂強度比隨著瀝青含水量的增加出現(xiàn)先增大后減小的趨勢，當拌和用水量在70%～80%范圍內(nèi)時，干劈裂強度以及干濕劈裂強度比出現(xiàn)最大值，分別為0.52MPa和80.4%，拌和效果最佳。在含水量較低的情況下時，泡沫瀝青分散性差，泡沫瀝青容易團結(jié)，不利于混合料的壓實，而過多的瀝青含水量會降低對集料的吸附性，壓實后會出現(xiàn)溢水現(xiàn)象，導致強度降低。

5結(jié)論

本文以某線路為試驗對象，通過分析級配比、發(fā)泡瀝青種類及用量、拌和用水量等試驗影響因素，得到相關結(jié)論如下:1)泡沫瀝青冷再生混合料性能與混合料的級配比有關，分析試驗給出的3種級配比試驗方案可知，泡沫瀝青與粗集料、細集料混合能使混合料性能最大化。2)同一泡沫瀝青，干、濕劈裂強度與泡沫瀝青的用量有關，隨著泡沫瀝青用量的增加，干、濕劈裂強度存在最大值，因此，合理分配泡沫瀝青用量能提高泡沫瀝青冷再生混合料的性能;對于同一泡沫瀝青用量，中海A級70#瀝青性能優(yōu)于SK70#瀝青。3)拌和用水量影響冷再生混合料中泡沫瀝青的分散性，當拌和用水量為70%～80%時，干劈裂強度與干濕劈裂強度比存在最大值，分散性能最好。

參考文獻:

［1］河南省交通運輸廳公路管理局.公路瀝青路面泡沫瀝青冷再生技術規(guī)范［M］.北京:人民交通出版社股份有限公司，2015.

［2］張春燕，肖桂清.泡沫瀝青混合料技術參數(shù)與路用性能研究［J］．山西建筑，2016，42(3):112－114.

［3］史成武，郭瑾.泡沫瀝青冷再生技術要求及施工工藝［J］.公路交通科技(應用技術版)，2016(7).

［4］李秀君，拾方治，張永平.拌和用水量對泡沫瀝青混合料性能的影響［J］.建筑材料學報，2008，11(1):64－69.

［5］栗關裔，LIGuanyi.泡沫瀝青再生混合料的配合比設計［J］.公路工程，2009，34(6):76－81.

［6］熊家元.泡沫瀝青溫拌瀝青混合料配合比設計方法及路用性能研究［J］.公路工程，2016，41(5):128－132.

作者：張任軍 單位：湖南湘潭公路橋梁建設有限責任公司