周戰(zhàn)武

近些年來我國(guó)修筑的高等級(jí)路面大多為瀝青路面，經(jīng)過一定年限的使用后產(chǎn)生了各種類型和不同程度的病害。與此同時(shí)，瀝青價(jià)格的上漲，許多地方石料匱乏，單價(jià)也日趨上升，原材料成本在整個(gè)路面工程中的比例也越來越大。

道路的現(xiàn)場(chǎng)冷再生可以處治多種路面病害類型，可以防止路面翻挖、銑刨的瀝青混合料廢棄造成的環(huán)境污染和資源的極大浪費(fèi)，節(jié)約了工程成本。從社會(huì)效益和環(huán)境效益上看，冷再生符合可持續(xù)發(fā)展的要求，是具有廣闊發(fā)展前景的技術(shù)，這些年來得到了廣泛關(guān)注。

1 泡沫瀝青冷再生適用條件

泡沫瀝青冷再生優(yōu)于傳統(tǒng)的加鋪瀝青混凝土層或重修這些維修養(yǎng)護(hù)方法，但各種再生方法各有優(yōu)缺點(diǎn)，各有其適用的范圍。根據(jù)ARRA提供的再生方法選用指南［1］，發(fā)現(xiàn)深車轍、荷載型裂縫(龜裂、縱向裂縫、路緣裂縫)、非荷載型裂縫(網(wǎng)裂、橫向裂縫、反射裂縫)這些病害類型可以選擇冷再生技術(shù)，對(duì)于一些表面類的病害類型(松散、泛油、磨光)和波浪、淺車轍，適用于熱再生。

按表1確定冷再生添加劑的選擇。

表1 瀝青路面冷再生添加劑選擇參照表

從表1我們可以看出當(dāng)再生RAP料為ACⅠ和SMA時(shí)，我們可以采用泡沫瀝青添加劑穩(wěn)定再生RAP料。

2 泡沫瀝青的原理

瀝青發(fā)泡的原理如圖1所示。當(dāng)冷水滴(環(huán)境溫度)與高溫140℃瀝青接觸時(shí)，將發(fā)生以下反應(yīng):熱瀝青與冷水滴表面發(fā)生能量(熱量)交換，這樣水滴的溫度升高，瀝青的溫度降低。當(dāng)水滴加熱至100℃，產(chǎn)生蒸汽，進(jìn)一步降低了瀝青的溫度，導(dǎo)致體積膨脹。蒸汽泡在一定壓力下壓入瀝青的連續(xù)相，從而形成泡沫瀝青;隨著融有大量蒸汽泡的瀝青從噴嘴噴出，蒸汽膨脹，從而使略微變涼的瀝青相處于薄膜狀，并依靠薄膜的表面張力將氣泡完全裹覆。

此時(shí)，在蒸汽膨脹過程中，瀝青膜產(chǎn)生的表面張力與蒸汽壓力相互抵抗，隨著泡沫的膨脹，蒸汽壓力逐漸減小，直到達(dá)到一種平衡狀態(tài)，一般能夠維持?jǐn)?shù)秒的時(shí)間;發(fā)泡過程中產(chǎn)生的大量氣泡以一種亞穩(wěn)態(tài)的形式存在，泡沫容易破滅［7］。

隨著瀝青膜在常溫下冷卻和氣泡中蒸汽的冷凝，瀝青膜表面張力與蒸汽壓力的平衡狀態(tài)被打破，最終導(dǎo)致氣泡破滅。

3 泡沫瀝青混合料設(shè)計(jì)

3.1 泡沫瀝青的發(fā)泡特性

目前，對(duì)于瀝青的發(fā)泡效果，主要用膨脹率(發(fā)泡體積倍數(shù))和半衰期兩個(gè)指標(biāo)加以評(píng)價(jià)。膨脹率是指瀝青發(fā)泡膨脹時(shí)達(dá)到的最大體積與泡沫完全消失的體積之比。所測(cè)量的最大發(fā)泡體積要小于實(shí)際的最大值。膨脹率越大，拌制的泡沫瀝青混合料質(zhì)量越好。半衰期是指泡沫瀝青從最大體積縮小至該體積一般所用的時(shí)間。該指標(biāo)實(shí)際上描述了瀝青泡沫的穩(wěn)定性，以s來記。半衰期長(zhǎng)，說明泡沫不容易衰減，可以與集料有較長(zhǎng)時(shí)間的接觸與拌和，提高了泡沫瀝青混合料的質(zhì)量。

通過改變發(fā)泡溫度和用水量，來研究膨脹率與半衰期的變化關(guān)系，找到最佳的發(fā)泡效果。發(fā)泡試驗(yàn)溫度一般取150℃，160℃，170℃，用水量選擇1%，2%，3%，4%。試驗(yàn)結(jié)果可以在以半衰期為橫坐標(biāo)，膨脹率為縱坐標(biāo)的圖上得到同一溫度下不同用水量的發(fā)泡效果的三條曲線，取位于圖中最上方的發(fā)泡曲線所對(duì)應(yīng)的溫度作為最佳發(fā)泡溫度，然后在此曲線上找出膨脹率和半衰期都較高的位置，可得出這種瀝青的最佳發(fā)泡溫度和用水量。以中海36-1 90號(hào)瀝青進(jìn)行發(fā)泡試驗(yàn)為例［2］，見圖2。

3.2 RAP 料的級(jí)配

對(duì)原銑刨料進(jìn)行抽提試驗(yàn)，確定原銑刨料的油石比，進(jìn)行篩分試驗(yàn)，確定RAP料的顆粒組成狀況。RAP料的級(jí)配情況與銑刨速度關(guān)系密切，銑刨速度超過10 m/min時(shí)，RAP料級(jí)配偏粗，還容易產(chǎn)生超粒徑材料。速度在6 m/min～8 m/min時(shí)，銑刨材料的級(jí)配差異性不大，材料的級(jí)配穩(wěn)定。一般要求銑刨速度控制在6 m/min～8 m/min。

通常，0.075 mm通過率應(yīng)不小于5%，基本控制在5%～20%之間。細(xì)料含量不足時(shí)，可以加入部分新石屑，以調(diào)整細(xì)料含量滿足要求。另外，還要加入1%～1.5%的細(xì)度較大的425號(hào)普通硅酸鹽水泥或石灰石礦粉，以促進(jìn)混合料中泡沫瀝青的分散并提高混合料的早期強(qiáng)度。

適當(dāng)增加材料的粗集料的含量可以增強(qiáng)材料的穩(wěn)定性，同時(shí)改善再生層的抗車轍能力，增強(qiáng)材料的抗壓強(qiáng)度。設(shè)計(jì)的級(jí)配組成應(yīng)該滿足Wirtgen推薦的泡沫瀝青穩(wěn)定材料級(jí)配范圍，如圖3所示。

3.3 拌和與擊實(shí)用水量

采用Wirtgen公司提供的經(jīng)驗(yàn)公式確定拌和用水量。

其中，Wadd為需要加入集料中的含水量，%;Womc為最佳含水量，%;Wmoist為集料含水量，%;Wreduce為水分散失量，其值取0.3×Womc－0.6，%;Mwater為需加入水的質(zhì)量，g;Msample為集料的干質(zhì)量，g;Mcenent為需加入水泥的質(zhì)量，g。Womc可以通過擊實(shí)試驗(yàn)獲得，同時(shí)得到最大干密度。

3.4 最佳泡沫瀝青用量

3.4.1 馬歇爾試件的制備與養(yǎng)生

首先，制備馬歇爾試件。對(duì)每種級(jí)配分別選擇5種泡沫瀝青用量:1%，2%，2.5%，3%，3.5%。在室溫25℃左右將料倒入拌和筒，采用低速擋拌和均勻，然后緩慢注入所需的最佳用水量，水溫在25℃左右，接著變換攪拌機(jī)至高速擋，拌和同時(shí)噴灑泡沫瀝青。噴灑結(jié)束繼續(xù)拌和約30 s，再將泡沫瀝青混合料移至一密閉容器中存放，成型馬歇爾標(biāo)準(zhǔn)試件(每面擊實(shí)75次)。將剛制備的泡沫瀝青混合料稱量，裝模。一個(gè)試件所需混合料質(zhì)量，可通過試打來確定。泡沫瀝青混合料試件孔隙率較普通瀝青混合料大，需料較少，一般用量為1 100 g左右。

然后，對(duì)按照規(guī)范要求拌和并制成的標(biāo)準(zhǔn)馬歇爾試件養(yǎng)生，試件擊實(shí)后在室溫下養(yǎng)生24 h后脫模，再置于40℃的通風(fēng)烘箱中進(jìn)一步養(yǎng)生72 h，以確?；旌狭现胁缓帧裨嚰t還需在24℃～26℃下浸水24 h。

3.4.2 最佳泡沫瀝青用量確定

對(duì)不同泡沫瀝青用量的試件測(cè)試其干間接抗拉強(qiáng)度(干ITS)，濕間接抗拉強(qiáng)度(濕ITS)。對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析，繪制以瀝青用量為橫坐標(biāo)，干(或濕)ITS為縱坐標(biāo)的坐標(biāo)圖，選擇濕ITS最大值對(duì)應(yīng)的瀝青用量作為設(shè)計(jì)值，同時(shí)根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果范圍泡沫瀝青用量范圍內(nèi)殘留ITS(濕與干試件ITS比值)大于0.70，可以滿足抗水損壞的要求［3］。

4 施工工藝

4.1 破碎及整形

如果路面損壞嚴(yán)重且變形較大時(shí)，應(yīng)先進(jìn)行破碎和整形。這一工序能夠恢復(fù)路面形狀便于后續(xù)的再生施工。破碎后，由平地機(jī)和壓路機(jī)完成整形。

4.2 撒布水泥

將1%～1.5%的水泥撒布在預(yù)先破碎并整形后的路面上。

4.3 拌和與攤鋪

泡沫瀝青就地再生施工的拌和過程是通過一套再生機(jī)組完成的，包括再生機(jī)、瀝青罐車和水車。拌和好后進(jìn)入到WR4200帶振動(dòng)、夯實(shí)功能的熨平板進(jìn)行攤鋪，形成一條新的行車道。3個(gè)噴灑系統(tǒng)(泡沫瀝青、水泥稀漿和水)都由WR4200冷再生機(jī)機(jī)載的微處理器控制、調(diào)節(jié)，因此能確保根據(jù)相應(yīng)的行進(jìn)速度，進(jìn)入攪拌鍋內(nèi)的噴灑量與再生混合料的設(shè)計(jì)保持一致。

4.4 壓實(shí)

再生后的基層材料的壓實(shí)是決定維修路面未來性能的重要因素之一。壓實(shí)效果差容易導(dǎo)致早期車轍。而且，再生料得不到適當(dāng)?shù)膲簩?shí)，除了強(qiáng)度達(dá)不到要求外，差的壓實(shí)度增加了透水性，所以將加速水損害、泡沫瀝青的老化，就不可避免的引起早期損害?？梢愿鶕?jù)再生層的級(jí)配組成的粗細(xì)和層厚去定壓路機(jī)的形式［4］。

4.5 加鋪上覆層

完工的再生層必須加鋪上覆層，有以下方案可以選擇:

1)石屑封層。

2)攤鋪瀝青混合料。

3)稀漿封層。

4)砂封層。

5 結(jié)語(yǔ)

再生混合料的組成設(shè)計(jì)主要是確定泡沫瀝青的發(fā)泡溫度和發(fā)泡用水量，混合料級(jí)配，泡沫瀝青混合料拌和用水量，泡沫瀝青用量。這需要綜合考慮舊料性質(zhì)，混合料性能后加以確定。瀝青路面現(xiàn)場(chǎng)冷再生施工方法采用機(jī)械一體化施工，是一種非常適宜的道路維修改造方式，應(yīng)該在瀝青路面大中修工程中，尤其是缺乏砂石材料的平原地區(qū)推廣應(yīng)用。對(duì)于節(jié)約投資和保護(hù)環(huán)境具有重要的意義。同時(shí)，泡沫瀝青冷再生技術(shù)可以很有效的使我國(guó)路面結(jié)構(gòu)由半剛性結(jié)構(gòu)變?yōu)榘肴嵝越Y(jié)構(gòu)，解決我國(guó)路面結(jié)構(gòu)基層剛度過大引起的損害問題。

［1］An Overview of Recycling and Reclamation Methods for Asphalt Pavement Rehabilitation［C］.Asphalt Recycling and Reclaiming Association，Annapolis，MD，1992.

［2］徐金枝，郝培文，崔文社，等.泡沫瀝青廠拌冷再生技術(shù)在高速公路中的應(yīng)用［J］.武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2006(3):19.

［3］Theriault，Y.Some Laboratory and field investigation on combining lime or cement with foamed bitumen［C］.Procedings，Canadian Technical Asphalt Association，1998.

［4］Asphalt Academy，Interim Technical Guidelines(TG2)［C］.The design and use of foamed bitumen treated materials.Pretoria，South Africa，2002.

［5］沈金安.瀝青及瀝青混合料路用性能［M］.北京:人民交通出版社，2001:263-495.

［6］郝合瑞.舊瀝青路面材料冷再生技術(shù)研究［D］.西安:長(zhǎng)安大學(xué)學(xué)位論文，2004:1-58.

［7］拾方治，呂偉民，赫振華，等.瀝青發(fā)泡原及發(fā)泡特性的試驗(yàn)研究［J］.建筑材料學(xué)報(bào)，2004(4):31-32.