泡沫沥青冷再生混合料试验探讨范文

摘要:以某线路为例，在公路施工应用中使用泡沫沥青就地冷再生工艺，分析混合料级配比、沥青种类及用量、拌和用水量等因素对泡沫沥青冷再生混合料干、湿劈裂强度的影响。试验结果表明:中海泡沫沥青用量为2.5%时，泡沫沥青的性能最优，且与粗细集料搭配时能有效地增加泡沫沥青干、湿劈裂强度，当两者拌和用水量为70%～80%时，混合料性能最佳。为后续泡沫沥青冷再生混合料的应用于推广提供技术指导。

关键词:泡沫沥青;冷再生;劈裂强度;施工工艺

0引言

泡沫沥青是在一定温度条件下，往基质沥青中注入水，水遇热膨胀，与沥青混合形成气泡，并与冷湿集料充分混合，从而形成具有稳定性能的泡沫沥青冷再生混合料。泡沫沥青冷再生技术作为一种新型绿色工艺，在材料性能、环保、能源节约等方面具有不可替代的优点，被广泛用于道路工程建设［1，2］。我国的标准性文件《公路沥青路面泡沫沥青冷再生技术规范》对冷再生技术进行统一规范。史成武［3］等人对泡沫沥青冷再生技术的工艺及质量控制要点进行了研究。李秀君［4］探讨了不同温度和发泡用水量对常用沥青的发泡效果;栗关裔［5］在沥青发泡测试中发现，膨胀比大于8倍，半衰期大于8s时发泡效果最佳。我国在沥青冷再生方面的研究相对较少，没有形成完整的理论体系，在工程施工中难以保证施工质量。针对现存问题，总结已有经验，在已有评价指标基础上，以3种常见普通沥青进行发泡试验，讨论温度、发泡用水量、气压因素对发泡效果的影响，确定不同组合的最佳发泡条件。

1泡沫沥青冷再生原理

泡沫沥青冷再生首先得经过沥青的发泡，将沥青加热至150℃，利用高压沥青泵将其压入发泡腔，高压水流在水压500kPa、气压400kPa的作用下，与热沥青充分接触，形成细小的蒸汽泡，随着混合气体的不断膨胀，细小蒸汽泡从喷嘴喷出形成宏观上的沥青泡沫。泡沫沥青膨胀到一定程度后，产生破灭现象。产生破灭的原因大致有:一是泡沫沥青液泡膜在膨胀过程中产生位移，导致破裂;二是蒸汽泡内部温度和压力下降速率大于沥青膜张力增大速率，引起压力与张力失衡导致破灭。泡沫沥青在蒸汽泡破灭后，与冷湿混合料充分搅拌，形成的细小颗粒能填充矿料间的间隙达到类似沥青胶浆的效果。常用的冷再生混合料有水泥和铣刨料，与沥青混合得到的混合料兼具水泥和沥青的特性。常见的冷再生技术有厂拌冷再生和就地冷再生两种。厂拌冷再生即在搅拌厂完成物料混合，然后运至施工地点的施工工艺，而就地冷再生是在路面冷铣刨工艺基础上，以水泥等冷再生混合料为再生结构层的施工工艺。厂拌冷再生工艺适用于工程质量要求高或者旧料变异性小的情况，就地冷再生适用于各类道路的结构层翻修。

2泡沫沥青混合料性能影响因素

2.1沥青种类不同沥青其发泡效果不同，主要影响其发泡的膨胀比和半衰期两个评价指标，一般而言，高粘度沥青相比于低粘度沥青其膨胀比较大，但半衰期小。

2．2沥青温度当沥青发泡温度低于140℃时，其发泡效果不佳，随着温度的升高，沥青的发泡率增大，但沥青的表观粘度和蒸汽泡膜的弹性明显降低，容易破灭，在一定程度上阻碍了沥青的发泡效果，因此，沥青的发泡温度一般控制在150～170℃。

2．3发泡用水量沥青发泡所需用水量直接影响发泡沥青的膨胀比和半衰期，用水量越多，膨胀比增大，直接导致蒸汽泡膜的厚度变薄，容易破灭，从而缩短半衰期，应根据实际情况确定发泡用水量。

2．4矿料级配比粗集料是再生路基的基本骨架支撑，能确保混合料具有良好的水稳定性，细集料保证泡沫沥青的粘附性，合适的配比方案是改善混合料整体性能的关键因素之一。

3泡沫沥青冷再生试验研究

3.1试验路基本概况以某线路为例，该段全长37km，采用4cm改性沥青+18cm普通沥青基层+20cm泡沫沥青底基层结构设计，其中，泡沫沥青底基层采用就地冷再生工艺。

3.2试验材料

3．2．1沥青选用差异性较大的SK70#沥青与中海A级70#沥青作为试验材料。

3．2．2铣刨料铣刨料又称RAP料，在发泡沥青后期与之混合，根据《公路沥青路面再生技术规范》要求，铣刨料应具有均匀性，能与各矿料均匀混合;0.075mm以下筛孔通过率大于5%。由于铣刨设备与施工环境的不同，使得铣刨料级配难以控制，影响泡沫沥青冷再生混合料的强度，工程上需要对铣刨料进行二次破碎，分为RAP细料(0～10mm)和RAP粗料(10～30mm)。泡沫沥青与RAP细料混合形成胶状沥青，然后粘结粗集料，得到初期的泡沫沥青冷再生混合料，但强度不满足要求，需添加水泥或者矿粉等。

3.3试验方案

泡沫沥青冷再生混合料性能优越，尤其是在道路铺筑方面，其级配设计、沥青种类以及拌和用水量等因素对泡沫沥青冷再生混合料性能存在一定的影响。发泡沥青用量不同时，形成的混合料性能不同，当使用量过少时，混合料强度不够，只有在合理的配比下，才能使发泡沥青表面全部包裹集料，获得良好的粘聚力。本文从级配设计、沥青种类以及拌和用水量3个方面设计实验方案，探讨其配比对泡沫沥青混合料性能的影响。

3.3.1矿料级配比不同的矿料级配比形成的泡沫沥青混合料性能有所差异，矿料中的细集料能增加泡沫沥青的粘结性，而粗集料则能有效地提高其水稳定性。根据《公路沥青路面施工技术规范》以及维特根冷再生技术手册选择混合料的级配范围，设置3种级配方案，其中水泥用量应小于2%。

3.3.2沥青种类为研究不同泡沫沥青用量对混合料的性能影响，选择表1所示2种沥青，分别设置1.0%、1.5%、2.0%、2.5%、3.0%5个试验梯度，在15℃环境温度下进行试验，试验遵循《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》规范。

3.3.3拌和用水量国内外大量学者对泡沫沥青冷再生混合料拌和用水量进行了大量的研究，取得了一定的成果，研究发现拌和用水量会影响泡沫沥青的分散性，当拌和用水量过少时，分散性差，不利于施工，而过多的拌和用水量，又会降低泡沫沥青对集料的粘结性，为确定最佳拌和用水量，取发泡条件较优的中海A级70#沥青，拌和用水量分别设为30%、50%、60%、70%、80%、90%、110%。

4试验结果

将不同的试验组在15℃恒温条件下水浴至少24h，进行湿劈裂试验;在15℃恒温条件下空气浴至少6h，进行干劈裂试验，测得干、湿劈裂强度，并绘制图表与曲线。

4.1不同级配比试验结果分析在发泡沥青的最佳发泡条件下，按照《公路沥青路面再生技术规范》(JTGF41－2008)测得各级配比下的干、湿劈裂强度。从表3可以看出，无论何种级配比，随着油石比的增大，干、湿劈裂强度先增大后减小，存在最大值;对比方案A、B、C可知，不同的级配比会造成泡沫沥青混合料的性能差异较大，无论何种油石比，对于干、湿劈裂强度而言，方案C的效果最好，方案B效果次之，方案A效果最差。这主要是方案A粗集料占主要部分，细集料的通过率较差，泡沫沥青不能有效地包裹细集料形成沥青胶浆，导致干、湿劈裂强度较差。

4.2不同沥青用量试验结果分析由上分析可知方案C级配比效果最佳，在方案C级配比条件下。

4.3不同拌和用水量试验结果分析泡沫沥青能否良好地分散到混合料中，与拌和用水量密切相关。拌和用水量的多少直接影响再生混合料的压实性和养生时间，为得到最佳拌和用水量，按照3.3节试验方案，方案C级配比，中海A级70#沥青作为发泡沥青，同时采用洁净自来水进行试验，将得到的结果绘制成图表。从图2试验结果可以看出，混合料的干劈裂强度以及干湿劈裂强度比随着沥青含水量的增加出现先增大后减小的趋势，当拌和用水量在70%～80%范围内时，干劈裂强度以及干湿劈裂强度比出现最大值，分别为0.52MPa和80.4%，拌和效果最佳。在含水量较低的情况下时，泡沫沥青分散性差，泡沫沥青容易团结，不利于混合料的压实，而过多的沥青含水量会降低对集料的吸附性，压实后会出现溢水现象，导致强度降低。

5结论

本文以某线路为试验对象，通过分析级配比、发泡沥青种类及用量、拌和用水量等试验影响因素，得到相关结论如下:1)泡沫沥青冷再生混合料性能与混合料的级配比有关，分析试验给出的3种级配比试验方案可知，泡沫沥青与粗集料、细集料混合能使混合料性能最大化。2)同一泡沫沥青，干、湿劈裂强度与泡沫沥青的用量有关，随着泡沫沥青用量的增加，干、湿劈裂强度存在最大值，因此，合理分配泡沫沥青用量能提高泡沫沥青冷再生混合料的性能;对于同一泡沫沥青用量，中海A级70#沥青性能优于SK70#沥青。3)拌和用水量影响冷再生混合料中泡沫沥青的分散性，当拌和用水量为70%～80%时，干劈裂强度与干湿劈裂强度比存在最大值，分散性能最好。

参考文献:

［1］河南省交通运输厅公路管理局.公路沥青路面泡沫沥青冷再生技术规范［M］.北京:人民交通出版社股份有限公司，2015.

［2］张春燕，肖桂清.泡沫沥青混合料技术参数与路用性能研究［J］．山西建筑，2016，42(3):112－114.

［3］史成武，郭瑾.泡沫沥青冷再生技术要求及施工工艺［J］.公路交通科技(应用技术版)，2016(7).

［4］李秀君，拾方治，张永平.拌和用水量对泡沫沥青混合料性能的影响［J］.建筑材料学报，2008，11(1):64－69.

［5］栗关裔，LIGuanyi.泡沫沥青再生混合料的配合比设计［J］.公路工程，2009，34(6):76－81.

［6］熊家元.泡沫沥青温拌沥青混合料配合比设计方法及路用性能研究［J］.公路工程，2016，41(5):128－132.

作者：张任军 单位：湖南湘潭公路桥梁建设有限责任公司