基于泡沫沥青的低碳绿色冷再生技术的应用研究

摘 要：本文依托海南西线高速公路路面改建工程，对泡沫沥青厂拌冷再生配合比设计和施工工艺进行研究。通过室内配合比设计，确定了工程应用的最终级配组成，结合具体工程，简述了泡沫沥青厂拌冷再生的施工工艺以及施工过程中的关键控制环节，并对西线高速公路路面改建工程的再生效果进行了评价。

关键词：泡沫沥青 冷再生 施工工艺 质量控制

中图分类号：U412 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2013）07（c）-0054-02

随着我国的经济在不断快速的发展，其中交通量也在日益繁重起来，交通轴载在不断的增加的背景下，国内道路行业的重心在一部分经济发达地区已经从道路的修建逐渐转变为大中修养和护理上转移了。我国主要以半刚性基层柔性的路面结构形式为主要形式，如今两种主要道路维修方案为直接加铺和翻挖重建，而这两种方式不仅会造成经济上的浪费，同时也会进一步抬高路面标高，使路面结构更趋于复杂。泡沫沥青厂拌冷再生技术作为路面再生技术的一个重要分支，能够很好的解决这些问题，同时利用泡沫沥青冷再生铺筑的基层也拥有良好的路用性能，在国内道路行业越来越受到重视。交通部发布的《交通运输“十二五”发展规划》中，已经明确提出要加快建立以低碳为特征的交通运输体系，强化节能减排，集约节约利用资源，促进资源循环利用，加强生态和环境保护，实现交通运输绿色发展[1]。

本文介绍了低碳绿色泡沫沥青冷再生在西线高速公路路面改建工程中的设计、施工及应用情况，这是海南省内第一次大规模将泡沫沥青厂拌冷再生技术应用于路面大修工程中，供今后类似项目参考。

1 沥青发泡的原理

沥青发泡的基本过程是当冷水滴与高温沥青（140 ℃以上）接触时，水转化成蒸汽，形成大量气泡，使沥青的体积发生膨胀，形成大量的沥青泡沫，经过很短的时间沥青泡沫破裂，在近1 min内沥青又恢复原状。整个过程仅仅是沥青暂时的物理变化，没有发生化学反应。Walt等人对泡沫沥青的机理进行了分析，指出泡沫沥青是一种水饱和沥青。而当泡沫沥青与集料接触时，沥青泡沫瞬间化为数以百万计的“小颗粒”，散布于细粒料（特别是粒径小于0.075 mm）的表面，形成粘有大量沥青的细料填缝料，经过拌和压实，这些细料能填充于湿冷的粗料之间的空隙并形成类似砂浆的作用，使混合料达到稳定。

2 泡沫沥青混合料室内配合比设计

通过室内配合比试验表明，本项目中使用SK70#沥青的适宜发泡温度为165 ℃，发泡用水量为3.5%，配合比为RAP：新集料：水泥=80%∶18.5%∶1.5%，泡沫沥青的用量为2.5%、含水量为5.3%（泡沫沥青和水均为外掺）。所设计的冷再生混合料15℃浸水劈裂强度为0.66 MPa，强度满足JTGF41-2008规定的15℃劈裂强度不小于0.5 MPa强度指标。

3 泡沫沥青厂拌冷再生施工工艺

（1）铣刨现有路面。冷再生的第一步是在设计厚度下刨除现有的沥青路面，铣刨时尽量不得混入水泥稳定碎石基层废料，然后将RAP材料运至拌和厂。

（2）RAP材料的破碎和贮存。RAP材料经破碎、筛分后，可达到生产所需的尺寸及级配，RAP材料在破碎后即可送至拌和楼生产，也可以贮存起来以后使用。由于在RAP自重和高温的作用下，RAP材料可重新粘结起来形成尺寸较大的颗粒，因此RAP料堆的高度不能太高，机械设备也不得在料堆上停留或行走。可协调好破碎筛分设备和拌和设备的生产速度，使RAP料堆的高度减至最小。对于较小粒径的RAP材料，为了减少RAP材料中的含水量对冷再生混合料质量的影响，应将粒径较小的RAP材料采取覆盖的措施。RAP材料尽量按照“先到先用”的原则，一是保证RAP材料中的含水量稳定；二是防止混合料储存时间过长出现粘结。

（3）拌和。泡沫沥青的生产设备要有精确的计量装置，基质沥青的温度要控制在最佳发泡温度±10 ℃的范围之内。要定时检测泡沫沥青的性能，包括泡沫沥青的膨胀比和半衰期。

冷厂拌的拌和楼通常不设置筛分板，因此RAP和新鲜集料的用量就由冷料仓进料速度来控制。可在冷料输送带上取样分析混合料级配来控制混合料的级配。拌和楼需有泡沫沥青和水泥的精确计量装置。

（4）摊铺、通风、碾压。传统的摊铺机即可摊铺冷厂拌再生的混合料，混合料中适度的水分可防止熨平板下的混合料发生“撕裂”、“脱空”等现象，熨平板不必预热，以防止混合料中水分散失过快而影响混合料的和易性。连续稳定的摊铺是提高路面质量、减少路面离析的主要措施之一。对于泡沫沥青混合料，摊铺机的摊铺速度应根据拌和楼的产量、施工机械的配套情况及摊铺厚度、摊铺宽度按1～3 m/min予以调整，做到缓慢、均匀，不间断的摊铺。

碾压的组合应根据试验路段决定，建议初压采用1台DD130双钢轮压路机前静后振碾压2遍，复压用1台18 t单钢轮振动压路机振压4遍，然后用26 t轮胎压路机碾压4～6遍，终压采用双钢轮压路机静压2遍。终压采用钢轮压路机碾压，以消除轮迹。施工过程中要注意碾压不能过量，否则可能使泡沫沥青再生料中的细料上浮，形成软弱夹层，最终影响路面的使用。本工程中各标段使用的碾压组合方案如下表所示，从现场情况来看，只要保证单钢轮压路机的碾压遍数，整体的压实效果都较好。压路机碾压时可喷少量的水雾，以防止压路机轮粘结冷再生混合料。冷厂拌再生混合料常是“篷松”状，因此需要增大松铺厚度以保证压实厚度满足要求。混合料中的含水量对压实至关重要，合适的水分含量可润滑集料，有助于压实。但过度的水分会导致混合料密度低，且水分会长时间的滞留在结构层中。混合料中过度的水分使摊铺后混合料的养生期间延长。

（5）养生。泡沫沥青冷再生在加铺沥青下面层前必须进行养生，养生时间不易少于7 d。当满足以下两个条件之一时，可以提前结束养生：泡沫沥青再生层可以取出完整的芯样；泡沫沥青再生层含水量低于2%。在封闭交通的情况下养生时，可进行自然养生，一般不需采取措施；在开放交通的的条件下养生时，泡沫沥青再生层在完成压实至少1 d后方可开放交通，但应严格限制重型车辆通行，行车速度控制在40 km/h以内，并严禁在再生上掉头和急刹车，为避免车轮对表层的破坏，可在再生层上均匀喷洒慢裂乳化沥青，喷洒用量折合纯沥青后宜为0.05～0.2 kg/m2。

本项目所在地属于高温多雨地区，为了研究适合雨季养生的方式，本次通过不同的方案进行养生，分别采取自然养生、覆盖薄膜养生和撒布封层养生均收到很好的效果。养生3天后对不同方案进行取芯，基本都能取出完整的芯样，同时不同方案之间的芯样完整程度没有显著差异。从现场情况来看，在高温下碾压完成后的泡沫沥青冷再生表面在几小时内就已经变干发白，这是造成本次试验结果的主要原因。因此在高温多雨地区并不存在泡沫沥青冷再生养生困难的问题，只要保证施工过程中避开雨水，在施工完成后数小时后即可以通过撒布封层的方式进行进一步的封水，同时也不会延长强度形成的时间。

4 施工效果评价

4.1 室内试验检测

在室内进行了干湿劈裂强度及水稳定性试验，从试验指标来看，各标段试验结果均能满足规范对泡沫沥青作为下面层的要求。

4.2 现场压实度检测

从各标段现场压实度的检测结果可以看出，各标段压实度均能满足规范要求，碾压效果较好。

4.3 取芯检测

从取芯检测情况来看，均能在养生3～7天内取出完整芯样，部分标段在养生2～3天后即能取出完整芯样，且芯样外观、完整性情况均较优。

5 结语

西线高速公路路面改建工程在海南省内第一次采用了泡沫沥青厂拌冷再生技术，施工取得了非常良好的应用效果，路面平整密实，至今未出现任何病害。泡沫沥青厂拌冷再生技术以其具有的良好的环保经济性，符合国家的发展环境友好型技术的政策方针，同时具有施工方便，养生时间短等优势，在路面大修改造工程中具备较为广阔的应用前景。

参考文献

[1]交通部.交通运输“十二五”发展规划.2011.

[2]徐金枝，崔文社，郝培文，等.泡沫沥青厂拌冷再生技术在高速公路中的应用[J].武汉理工大学学报，2006.

[3]拾方治，孙大权，罗芳艳，等.泡沫沥青混合料物理力学特性的试验研究[J].公路，2004.

[4]Wirtgen Group.Wirtgen Cold Recycling Manual[S].2004.

[5]拾方治，马卫民.沥青路面再生技术手册[M].北京：人民交通出版社，2006.

[6]同济大学，杭州市公路局.泡沫沥青冷再生技术的应用研究[R].公路，2007.