泡沫沥青冷再生技术在公路养护中的应用

河南省交通科学技术研究院有限公司 / 吴铭轩

引言

近年来，越来越多的公路逐渐进入到升级改造和维修阶段，但在改造的过程中往往会产生较多的废旧沥青路面材料。如果丢弃这些废旧材料，就需要采用全新的路面材料予以铺筑。事实上废旧沥青路面材料的存放需要占据大量的土地资源，既浪费土地又污染环境，同时，运用新的材料铺筑路面会使矿产资源和能源消耗大幅度增加，与“节能减排、低碳环保”的政策相背离。泡沫沥青冷再生技术主要是将原有的路面材料进行重复利用，最大限度地节约资源，使工程造价明显降低，有利于保护环境。泡沫冷再生技术对于各种废旧沥青公路路面的养护均可适用，不仅可以节省大部分的集料，还能使铺筑的新基层更具柔性、耐疲劳性，进而达到抑制和延缓反射裂缝的目的。

一、泡沫沥青的发泡原理

泡沫沥青发泡的基本过程为环境温度下冷水滴与140℃的高温沥青接触时产生的连锁反应：高温沥青与水滴表面产生能量交换，将水滴加热至100℃，并使沥青逐渐冷却；高温沥青所传递的热量远远高于蒸汽潜热，致使沥青体积膨胀，形成蒸汽。在一定压力下膨胀腔中的蒸汽泡会压入沥青的连续箱；当溶有大量蒸汽泡的高温沥青从喷嘴喷出，压缩蒸汽膨胀会使逐渐变凉的沥青形成一种薄膜状，同时依靠着沥青薄膜表面张力完全裹附气泡；在膨胀的过程中，沥青薄膜所产生的表面压力会一直抵抗蒸汽压力直至达到平衡状态，再加上水与沥青的低导热性，这种平衡状态通常可以维持数秒；在发泡过程中所产生的气泡会以一种亚稳定的方式存在，因为该泡沫极易破灭。除此之外，泡沫沥青发泡的评价指标是根据沥青的发泡体积倍数与半衰期来衡量沥青的发泡效果。发泡体积倍数又称膨胀率，是指沥青在发泡状态下所衡量的最大体积与未发泡的状态下衡量体积之比，其发泡体积倍数越大，所拌制的泡沫混合料的质量就越好。而半衰期则是指泡沫沥青在发泡状态下由最大体积缩小到该体积一半所耗费的时间，半衰期的实际意义是对沥青泡沫的稳定性予以描述，半衰期越短，说明泡沫越容易衰减，为此，可以通过与集料进行长时间的接触和混合，进而使泡沫沥青混合料的质量有所提高。

二、泡沫沥青冷再生配合比设计

（一）原材料的实验设计

首先，沥青作为泡沫沥青冷再生中的核心稳定剂，其质量的高低与再生混合料的性能有着直接的影响，甚至关系到再生工程的整体施工质量。就拿A-70沥青举例，对该种类沥青进行发泡性能试验，其发泡温度调整到150℃-170℃之间，间隔为10℃；所设置的发泡用水量为1.5%-3.0%之间，间隔为0.5%，并且要在一定的喷射压力条件下测试沥青的发泡性能。经试验证明，发泡体积倍数与发泡温度、发泡用水量成正比，而半衰期与发泡用水量、发泡温度成反比。由此可见，只有极高的发泡体积倍数和较长的半衰期才能使泡沫沥青与废旧路面材料得到更好的混合效果。其次，我国公路原路面所铣刨的回收沥青路面材料作为再生混合料的关键原材料，其级配状态直接关系着再生混合料自身的性能与全新集料的混合比例。回收沥青路面材料主要是由铣刨机对路面进行铣刨而来，而铣刨的速率对铣刨后废旧路面材料的级配有一定的影响，所以要确定铣刨速率是确保回收沥青路面材料自身性能的稳定以及再生混合料的整体质量。

（二）混合料的级配设计

通过水洗法对回收沥青路面材料和集料予以筛分实验，要依照回收沥青路面材料的级配状况，确定泡沫沥青冷再生混合料的级配设计采用中粒式级配，同时要在正式施工前对回收沥青路面材料中26.5mm以上的材料予以剔除。需要注意的是，在泡沫沥青冷再生混合料中的石屑比例应为18%。只有这样，才能使设计出的泡沫沥青冷再生混合料合成级配各筛孔的通过率充分满足相关的规定。

三、泡沫沥青冷再生技术在公路养护中的具体应用

（一）施工前的准备工作

应用泡沫沥青冷再生技术施工前的准备工作主要分为四步。具体而言:（1）对回收沥青路面材料与石屑的存储场地予以硬化处理，要为其搭建防雨罩棚，布置良好的排水系统。在堆放材料的过程中，为了避免发生离析问题，可以采用推土机按照一定的批次顺序进行整齐堆放，同时堆放高度不应高于3m，防止出现事故。除此之外，不同规格的材料之间要修筑高为1.5m的隔墙，杜绝混料现象；对水泥进行存放时，应选择密封罐装，防止受潮；沥青应储存在带有加热与保温的贮罐中，并且要将施工前的温度应控制在140℃至150℃之间。（2）要确保回收路面材料的干净程度，铣刨前需要通过专用的清扫设备对原路面予以清扫。（3）设置专门的工作人员对下承层的质量进行检查。下承层主要为再生水泥，用来稳定碎石基层，其效果是不仅再生水泥与泡沫沥青冷再生层的粘结，同时应该在碎石基层和泡沫沥青再生层见设置透层沥青，所使用的透层沥青应为乳化沥青。

（二）混合料的拌制

对于泡沫沥青再生混合料的拌制具体分为四步：首先，需要按照公路工程的规模大小配备充足的水泥罐、沥青罐等一系列设备，确保在施工中能够正常供水，使泡沫沥青的混合料能够稳定生产。其次，对泡沫沥青混合料进行生产前，应该详细检测回收沥青路面材料的铣刨料以及添加新集料本身的含水量，及时调整生产过程中所需要的拌和加水量。在拌和生产期间，需要对运输、摊铺时水分损失以及天气加以考虑，合理的加大拌和用水量，确保泡沫沥青混合料可以在最佳含水量进行碾压工作。再者，对泡沫沥青混合料进行拌和时，要依照实际的配合比供料，同时要安排专门的工作人员检查料仓，一旦料仓出料口发生堵塞现象，应该及时对其予以处理，进而确保所生产的泡沫沥青冷再生混合料的级配符合相关标准。在生产泡沫沥青再生混合料之前，应该预热沥青输送管道，生产过程中需安排人员随时关注沥青供给的情况。最后，泡沫冷再生混合料需要拌和均匀，确保没有花白料、结块成团现象以及和易性良好。在生产期间应该不定期检查出料情况，如果出现异常情况需立刻查询原因泵解决。

（三）混合料摊铺与碾压

泡沫沥青冷再生混合料在摊铺之前应对下承层表面进行清洁，并按照相关规定对表面喷洒透层油或是粘层油。对公路进行全方位施工时，尽量采用两台沥青摊铺机通过前后交错或梯队联合的形式进行泡沫沥青混合料的摊铺工作。在摊铺过程中，要想对摊铺层的厚度进行有效控制，可以采用内侧沥青摊铺机的外侧走钢丝，而另一侧则自动找平；外侧沥青摊铺机的其中一侧有钢丝，另一侧只需在完成摊铺的层面上走“雪橇”的形式。除此之外，混合料摊铺的施工必须确保不间断，并匀速进行，在摊铺的过程中不可随意改变进行速度或停顿。通常情况下，摊铺速度为2-4m/min为最佳。需要注意的是两台沥青摊铺机的距离要尽量保持在10m左右，轨道重叠程度大概为10cm，并且要确保接缝处的平整性、密实性。对于混合料的碾压可以采用初压、复压，以及终压。具体而言：选用初压的方式通常为两台30t的轮胎压路机，其碾压速度为2-4km/h进行两遍碾压；复压则是通过两台25t的单钢轮振动压路机，其碾压速度为1.5-3km/h进行两遍强振碾压，一遍静压；而终压需选用两台t的双钢轮振动压路机，其碾压速度为3-5km/h进行两遍振荡碾压，一遍静压，保证碾压后的路面平整、密实。在碾压的过程中需要安排专门的工作人员对压路机的起步与制动予以监督，确保慢速启动、慢速刹车。工作人员应重点检查纵向碾压区间的接茬位置，并且要根据公路表面的干湿情况合理洒水，确保整个碾压过程中公路表面的湿润度。

四、结语

随着社会主义建设制度的不断完善和深入，在一定程度上推动了我国公路工程的日益完善，而泡沫沥青冷再生混合材料具有一定的施工性能，在路面养护过程中能够充分利用废料，可以降低环境污染。与此同时，泡沫沥青冷再生技术对于原材料并没有过多要求，能够最大限度地对旧铣刨料予以包容，适用于各种旧沥青路面的再生，从而促进公路养护工作的进步。