泡沫沥青再生混合料配合比设计及路用性能研究

孙 众，韩 雨

（中国市政工程中南设计研究总院有限公司，湖北武汉 430014）

随着沥青路面公路里程和在役沥青路面公路数量的增加，老旧公路沥青路面养护维修任务逐渐增多，公路沥青路面养护要求不再仅限于经济性、合理性、时效性，对养护技术的节能、环保提出了新的要求，在此趋势下，泡沫沥青冷再生技术作为一种循环使用沥青路面废料的可再生技术，逐渐成为应用和研究热点。该技术通过将公路老旧沥青路面回收后，经破碎机破碎成粒料，再将粒料进行筛分，最后将可用旧料添加新骨料、沥青材料以及再生剂后，生成用于沥青路面养护的再生混合料[1]。为解决新旧废料之间的粘合问题，该材料以泡沫沥青作为粘结剂，通过沥青发泡设备将沥青发泡，使沥青便于喷洒并增加其在细骨料之间的粘结作用，再经传送设备至喷洒系统，最终在集料拌和罩壳内完成喷洒、搅拌、成料流程。泡沫沥青混合再生料养护技术作为一种节能环保、废旧利用、可再生的沥青路面养护模式，运用前景广泛[2]。

1 泡沫沥青生产工艺

泡沫沥青冷再生混合料养护技术的优势在于废旧料的利用。随着国家低碳、绿色、环保的新发展战略理念的提出，工程行业特别是交通行业着力于改变过去粗放、污染的生产模式，逐渐向节能、低碳、可持续方向发展。为降低石料开采对江河生态系统及自然环境的破坏，大部分采石采砂流域已被禁采或限采，在此情况下，通过利用废旧料的泡沫沥青再生混合料路面养护技术不仅能节约砂石资源，同时大大降低了工程成本，缩短了施工周期[3]。另一方面，该技术通过改造路面结构为柔性基层路面结构改善了路面的受力性能，延长了沥青路面的在役时间。沥青泡沫冷再生混合料养护技术见图1 所示。

图1 泡沫沥青冷再生技术生产工艺

2 泡沫沥青冷再生技术应用实例

2.1 工程概况

本文以湖北某省道公路路面维修改造项目为例，探讨泡沫沥青冷再生技术在工程中的技术特点及优势。

2.2 混合料的目标配合比设计

2.2.1 材料检验与配合比设计

（1） 旧料 泡沫沥青冷再生料在对沥青老旧路面材料进行回收利用前，首先要对回收的旧料进行检验，测定旧料的级配，在此基础上测定含水量，其目的是为混合料配比提供参考，尽量优化沥青路面材料配合比，检验结果见表1、图2 所示。

图2 回收旧料筛分级配曲线

表1 旧料基本性质

根据筛分试验得到原老旧沥青路面材料级配，4.75 mm 以下粒料过筛率为42.4%，可以看出原老旧沥青路面材料粗集料偏多，细集料含量相对较低，考虑使用更多的细集料以改善材料级配。

（2） 泡沫沥青 为保证旧料与新加矿料之间良好的粘结性，泡沫沥青必须具有较好的发泡性能，并且满足常用沥青的各项质量要求。对沥青的发泡性能进行评价的主要指标为半衰期及膨胀率，通过对这两项性能指标的评价，确定泡沫沥青发泡率是否到达要求[4]。

本次沥青发泡试验的气压和水压分别为4.0 MPa和5.0 MPa，选用中海90#基质沥青作为发泡材料，其发泡试验结果见表2 所示，各项指标均符合要求[5]。

表2 中海90#沥青性能指标检测及发泡效果

（3） 水泥 泡沫沥青混合料自身缺乏水稳性，早期强度也不足，因此需要添加一定量的活性填料剂。工程中一般选用水温性较好，能增加早期强度的水泥最为活性填料剂[6]。根据规范要求，沥青混合料中活性填料剂含量在通常情况下不超过1.5%，故本次试验选用标号为32.5 的矿渣水泥作为活性填料剂，其添加量控制在1%。

（4） 水 泡沫沥青混合料中通过加入少量的水提升混合料的和易性，并促进水泥的水化作用。为保证水质，本次使用饮用水，材料的最佳含水量通过土工击实试验确定。

为了给水泥水化和形成初期强度提供必要的水环境，为使混合料具有更好的和易性，采用的冷再生技术在操作中加入少量的水。该次试验所用水为普通饮用水，通过土工击实试验确定最佳含水量，同时确定最大干密度。

（5） 新集料 发泡沥青冷再生混合料在使用原老旧路面材料的基础上，需加入新矿料提升混合料性能，增加混合料强度并使其级配得到改善。本试验采用添加细集料的方式改善混合料级配，细集料粒径约在10 mm 以下，30 mm 以下，并添加0～3 mm 的机制砂。

2.2.2 目标配合比的确定

为保证合理的沥青混合料级配，生成最佳油石比，沥青混合料的配合比设计一般通过马歇尔试验确定[7]。本次沥青混合料以泡沫沥青作为粘合剂，因此设计出的沥青混合料为半柔性沥青混合料，与一般的沥青混合料设计方法有所差别。计划采用土工击实试验测试最大含水量与最大干密度；最佳油石比以强度劈裂试验测得的最大劈裂强度对应的油石比确定。

（1） 矿料组成设计和合成级配 由原老旧路面沥青混合料的筛分结果可以看出，旧料需添加一定的细集料，其原细集料粒径在2.4～13.2 mm，同时作为基层材料，泡沫沥青混合再生料还要添加一定量的粗集料，综上所述，本工程以粒径3 mm以下的机制砂和粒径10～30 mm 的石灰岩最为新加矿料，最终生产混合料的级配曲线见图3 所示。

图3 泡沫沥青冷再生混合料合成级配曲线

（2） 土工击实试验 得到级配曲线后，为确定混合料的最大干密度和最佳含水量，还需对泡沫沥青再生混合料进行土工技术试验，得到最大干密度和最佳含水分别为2.11 g/cm3和6.56%。

（3） 最佳沥青用量的确定 初步选用1.5%、2.0%、2.5%、3.0%四个用量等级作为泡沫沥青试验用量，将混合料拌和后进行强度劈裂试验[8]，其结果见图4。

图4 劈裂强度曲线

（4） 再生混合料性能检验 根据试验，确定发泡沥青的使用量为2.4%，并在此基础上制作马歇尔试验试件，经检验，各项力学性能均符合规范要求。

2.3 混合料的生产工艺

泡沫沥青再生混合料养护技术中，混合料的拌和是极为关键的一环。拌合料的质量将直接影响养护工程的效果。为使混合料各项指标满足要求，要准确把握新加矿料及各种添加剂的用量，严格按照试验所缺的的配合比进行拌和作业，在拌和过程中要全程监测，混合料生成后要第一时间进行试验检测，保证混合料质量。

2.4 混合料的施工工艺

2.4.1 摊铺

在沥青再生料拌和完成后，需要用运输车辆将其运送至施工现场，在运输过程中应尽量避免混合料水分流失，否则会对下一步摊铺作业以及碾压作业造成影响。一般采用防水帆布对运输车内的拌合料进行覆盖。泡沫沥青摊铺过程与普通沥青摊铺过程基本一致，但要注意熨平板不必加热，在摊铺过程中要检查成型基层标高及松铺系数。

2.4.2 碾压

碾压方案应根据工程实际情况的不同制定，本工程制定的碾压方案如下：

根据压路机组合和试验段情况碾压方案如下：

（1） 初压 使用CC552 型双钢轮压路机进行一次静压，再进行2 遍高幅低频振动碾压。

（2） 复压 使用XS182J 型单钢轮压路机高幅低频振动碾压1 遍，低幅高频振动碾压2 遍。

（3） 终压 使用YL20XCMG 型胶轮压路机进行10 次静压。

2.4.3 养生

泡沫沥青再生混合料摊铺后，为使其强度得到提升，专业机具将对其进行碾压作业，碾压后内部水分会渗出、蒸发，因此在碾压后需要对混合料不断洒水，使其自然养生并达到规定强度。

2.5 路面检测

泡沫沥青冷再生混合料在作业区内完成铺筑后，再加铺AC-16 细粒式沥青混凝土作为上面层。为保证路面平整性和行车舒适度，混合料之间应连接紧密，因此，工程竣工后要进行必要的外观检测，并在使用过程中定期开展检查和观测。

3 结论

综上，老旧沥青路路面修复技术是当前道路养护工程研究的热点，泡沫沥青冷再生技术作为一种回收利用老旧高速公路废料进行路面养护的可再生方式，具有广阔的发展前景。本文以湖北某省道沥青路面为例，对其老旧沥青路面进行试验检测的基础上，得出其级配与含水率，并以此为基础改善泡沫沥青混合料级配，对泡沫沥青混合料的最佳油石比也进行了相应研究，改善了沥青混合料的力学性能，并从工程实际入手，对泡沫沥青冷再生技术的施工队伍、施工工艺、施工流程方面都给出了配套方案。随着对其粘合剂泡沫沥青研究的不断深入，泡沫沥青冷再生混合料的力学性能也将不断改善，其环保、可持续、低成本的沥青路面养护模式将取得更大的应用前景。