李秀君，拾方治，田原

（1.上海理工大學環(huán)境與建筑學院，上海 200093；2.浙江省嘉興市高新交通技術測評研究院，浙江嘉興 314000）

近幾年，能源及環(huán)境問題日益嚴重，泡沫瀝青冷再生技術在國內(nèi)外已被高度關注，并且有了長足發(fā)展.較多的試驗研究及大量試驗路的推廣應用［1－3］，使泡沫瀝青冷再生技術成為目前國內(nèi)道路主要養(yǎng)護技術之一.

氣溫是影響瀝青路面性能的關鍵因素，氣溫太低會嚴重影響瀝青路面的質量.但針對泡沫瀝青冷再生混合料，多數(shù)研究仍停留在常溫拌和、壓實性能上，很少關注它的實際施工溫度.雖然在工程實踐中已初步認識到氣溫對泡沫瀝青冷再生混合料性能會有重要影響，如在烈日炎炎、氣溫較高的夏季進行施工的路段，其取芯時間要比溫度偏低的秋季取芯時間短，而且成型效果好［1］.但這種經(jīng)驗性認識，不利于泡沫瀝青冷再生混合料的正確、合理利用.

本文將通過室內(nèi)試驗，模擬現(xiàn)場拌和與壓實溫度，研究施工氣溫對泡沫瀝青冷再生混合料性能的影響，并給出氣溫較低時提高泡沫瀝青冷再生混合料性能的方法和措施，為工程應用提供參考.

1 材料組成與試驗條件

1.1 材料組成

1.1.1 集料

本文擬定了2種級配組成方案，具體組成情況如下：A 級配：73.5%（質量分數(shù)，本文涉及的含量、用量等除特別說明外均為質量分數(shù)）舊瀝青面層銑刨料＋25%石屑＋1.5%水泥；B 級配：60%舊瀝青面層銑刨料＋38.5%石屑＋1.5%水泥.2種級配組成如表1所示.由表1可以看出，B 級配細料含量明顯高于A 級配.

表1 級配組成Table 1 Gradation（by mass） %

1.1.2 瀝青

采用埃索70＃瀝青制得泡沫瀝青，該瀝青的最佳發(fā)泡條件及發(fā)泡效果見表2.

表2 瀝青最佳發(fā)泡條件及效果Table 2 Optimum foaming condition and effect of the bitumen

1.1.3 拌和用水量

泡沫瀝青穩(wěn)定的集料可以是冷濕料，拌和時需加入一定的水.根據(jù)研究［2］，最佳拌和用水量為最佳含水量的80%較為合適.通過擊實試驗得出2種級配混合料的最佳含水量和最佳拌和用水量，具體數(shù)值見表3.

表3 擊實試驗結果和最佳拌和用水量Table 3 Compacting test results and optimum water content

1.2 試驗條件

1.2.1 拌和成型溫度

為了模擬泡沫瀝青冷再生混合料在偏低氣溫、常溫、炎熱氣溫條件下的施工效果，擬定3個室內(nèi)拌和成型溫度為10，25，40℃.具體試驗方法為：先將配好的集料（包括舊瀝青面層銑刨料、石屑和水泥）分別在3種空氣?。?0，25，40℃）中保溫6h，然后噴入泡沫瀝青進行拌和，拌和好后放入相應空氣浴內(nèi)保溫2h，最后再進行擊實.

1.2.2 成型與養(yǎng)護

泡沫瀝青冷再生混合料采用馬歇爾雙面擊實75次的方法成型，成型后的試件在3種空氣浴中不脫模養(yǎng)護24h，脫模后放入40℃鼓風烘箱中養(yǎng)護72h，養(yǎng)護完畢后進行各項試驗.

2 拌和成型溫度對泡沫瀝青冷再生混合料性能影響

2.1 物理性能

測定3種溫度下拌和成型的A 級配泡沫瀝青冷再生混合料的毛體積密度和空隙率，如圖1所示.由圖1（a），（b）可見，試件的毛體積密度隨著拌和成型溫度的升高而顯著增加，同時空隙率（體積分數(shù)）隨著拌和成型溫度的升高而減小.尤其當溫度從25℃增加到40℃時，試件的毛體積密度增加了5.8%，空隙率減少了52%.常溫下成型的混合料空隙率在10%左右，當溫度降至10℃，空隙率達到11.5%以上；相反成型溫度增加至40℃，空隙率降至4.85%，該空隙率與熱拌瀝青混合料空隙率相當，這說明較高的拌和成型溫度顯著改善了泡沫瀝青冷再生混合料的密實性.較高溫度使泡沫瀝青在集料中分散更均勻，泡沫瀝青與細集料粘結形成的瀝青膠漿黏度變小，從而加強了“潤滑劑”的作用，改善了材料的壓實效果.由此可見，泡沫瀝青冷再生混合料在溫度較高的季節(jié)，尤其在高于25℃時施工，可明顯降低其空隙率，增加密實度.材料空隙率減小，可有效防止材料對水分的吸收，盡可能避免材料發(fā)生水損壞.

圖1 成型溫度對體積參數(shù)的影響Fig.1 Influence of molding temperature to volume parameter

2.2 高溫穩(wěn)定性能

通過馬歇爾穩(wěn)定度、流值測定可間接評價瀝青混合料的高溫性能.分別測定3個溫度下拌和成型的A 級配泡沫瀝青冷再生混合料60℃馬歇爾穩(wěn)定度和流值，如圖2所示.由圖2（a），（b）可見，穩(wěn)定度隨著拌和成型溫度的升高而明顯增加，尤其當溫度從25℃提高至40℃時，穩(wěn)定度提高近70%；流值隨著拌和成型溫度升高而減小，但減小幅度不大.這是由于拌和成型溫度較高時，泡沫瀝青更易裹覆細集料，結構瀝青增加、瀝青成絲或結團現(xiàn)象減少.同時，在較高的成型溫度下，銑刨料中的舊瀝青也將發(fā)生軟化，從而有助于增強其粘結作用.在上述兩種因素的作用下，較高的拌和成型溫度能促進泡沫瀝青冷再生混合料具有較好的穩(wěn)定性，在高溫條件下不易產(chǎn)生塑性變形.

圖2 成型溫度對穩(wěn)定度、流值影響Fig.2 Influence of molding temperature to stability and Marshall flow

2.3 水穩(wěn)性能

在多數(shù)國省道干線公路的泡沫瀝青再生項目中，泡沫瀝青再生層的面層較薄（通常4～6cm）［3］，由于瀝青混合料在施工過程中存在一定的不均勻性，在空隙較大的局部區(qū)域，雨水容易通過面層進入泡沫瀝青再生層.而泡沫瀝青冷再生混合料整體較弱的黏結力及較高的空隙率，使其水穩(wěn)性較熱拌瀝青混合料差。較好的水穩(wěn)性可有效避免泡沫瀝青再生路面產(chǎn)生早期損壞，延長使用壽命.本文對3個溫度下拌和成型的A 級配泡沫瀝青冷再生混合料進行25℃干、濕劈裂強度（indirect tensile strength，ITS）測定，并根據(jù)干、濕劈裂強度計算殘留強度比（indirect tensile strength ratio，ITSR），試驗及計算結果列于表4.

表4 成型溫度對ITS，ITSR的影響Table 4 Influence of molding temperature to ITS，ITSR

由表4可見，干、濕劈裂強度隨著拌和成型溫度的升高而明顯增加，當溫度只有10℃時，干、濕劈裂強度及殘留強度比較低，顯然抗拉性能及水穩(wěn)性均不符合泡沫瀝青再生層技術要求.當成型溫度達到25℃時，干、濕劈裂強度及殘留強度比顯著增加，可見在此溫度下拌和成型的混合料水穩(wěn)性較好，但干劈裂強度為0.36MPa，仍不符合DB 33／T715—2008［4］《公路泡沫瀝青冷再生路面設計與施工技術規(guī)程》中重交通道路要求.當成型溫度達到40℃時，干、濕劈裂強度大大提高，殘留強度比達到了91.3%.由于新舊瀝青在較高溫度下拌和時黏度降低，裹覆集料能力增強，被瀝青裹覆的集料比表面增大，更多的結構瀝青增強了混合料的抗拉性能，因此ITS明顯增加.瀝青黏度的降低又使得混合料在拌和壓實時更易密實，可有效提高再生混合料的水穩(wěn)性.

可見，在夏季炎熱氣候下拌和成型的泡沫瀝青再生基層水穩(wěn)性能和抗拉性能均能達到較好狀態(tài).相反在初冬氣溫較低時，采用常規(guī)方法設計施工的泡沫瀝青冷再生混合料很難符合泡沫瀝青再生層技術要求.

3 較低溫度下拌和成型的泡沫瀝青冷再生混合料性能

由前文分析發(fā)現(xiàn)，施工氣溫對泡沫瀝青冷再生混合料路用性能有顯著影響.施工氣溫越低，混合料性能越差.因此，泡沫瀝青冷再生混合料應盡可能在夏季炎熱氣溫下施工，但實際工程應用中，由于工期等客觀原因的制約，一些泡沫瀝青冷再生工程不得不在較低溫度下施工，而在低溫施工時材料很難達到規(guī)定的使用要求.因此，需要研究低溫施工條件下，獲得理想泡沫瀝青冷再生混合料的技術措施，以便為實際工程施工提供參考.

3.1 瀝青用量和級配

為研究低溫下泡沫瀝青冷再生混合料的物理力學性能，本文針對在10℃時成型的A，B 這2種級配混合料，分別測定它們在不同瀝青用量下混合料的物理力學指標，以分析偏低成型溫度下瀝青用量及細集料含量對混合料性能的影響程度.試驗結果見表5，圖3，4.

表5 瀝青用量對10℃下成型的混合料體積參數(shù)的影響Table 5 Influence of bitumen content to volume parameter of mixes molded at 10℃

由表5可見，隨著瀝青用量增加，A，B這2種級配混合料的毛體積密度均減小，這與國外有關研究結論［5］一致.隨著瀝青用量增加，其空隙率有所增加，但變化幅度較小.這是由于拌和溫度太低，泡沫瀝青分散不均勻所致，且這種不均勻性隨著瀝青含量的增加而越發(fā)顯著，即更易產(chǎn)生瀝青絲和瀝青團，從而阻礙混合料趨于密實.可見，低溫時單純增加瀝青用量并不能提高泡沫瀝青冷再生混合料拌和壓實效果.

此外由表5還可看出，雖然B 級配混合料細料用量多于A 級配，但在同一瀝青用量下前者的空隙率高于后者.這說明泡沫瀝青冷再生混合料在低溫條件下拌和成型時，過多的細料不能被瀝青有效裹覆，反而影響了材料的密實性，由此說明簡單增加細料用量同樣不能改善低溫下成型的泡沫瀝青冷再生混合料的密實性.

圖3 A，B級配在10℃時成型的混合料的ITS，ITSRFig.3 ITS，ITSR of the mixes molded at 10℃

由圖3，4可知，瀝青用量從2.5%增加至3.1%時，A 級配混合料的干、濕ITS，ITSR 及穩(wěn)定度反而降低；B級配混合料在2.5%至2.8%瀝青用量遞增過程中，其干、濕ITS有顯著增加，但隨著瀝青量進一步增加，干、濕ITS趨于穩(wěn)定，而ITS及穩(wěn)定度反而降低。這緣于多加入的瀝青不但沒有發(fā)揮粘結作用，而且形成了瀝青膠團，瀝青膠團在較高試驗溫度（25℃和60℃）時軟化，使得劈裂強度和穩(wěn)定度降低.偏低溫度下成型時，泡沫瀝青分散的不均勻性使得混合料空隙率有所提高，殘留強度比降低，因此隨著瀝青用量的增加，混合料的水穩(wěn)性減弱.

圖4 A，B級配在10℃時成型的混合料的穩(wěn)定度Fig.4 Stability of the mixes molded at 10℃

由此說明，增加瀝青用量和提高細料用量均不能改善低溫下拌和成型的泡沫瀝青冷再生混合料的抗拉性能、水穩(wěn)性及密實性.

3.2 擊實功

為了提高低溫下拌和成型的泡沫瀝青冷再生混合料的密實效果和強度，本文研究了在10℃成型時擊實次數(shù)與A 級配混合料物理力學性能的關系，試驗結果見表6.

表6 不同擊實次數(shù)下泡沫瀝青混合料的物理力學指標Table 6 Physical and mechanical indicators of mix A under different compacting times

由表6可見，增加擊實功明顯改善了泡沫瀝青冷再生混合料的密實性、穩(wěn)定度、水穩(wěn)性及抗拉性能.結合圖1，2及表4發(fā)現(xiàn)，當擊實次數(shù)由75次增加至105次，空隙率由11.6%減小至9.8%，這與25℃時、按標準擊實次數(shù)成型的混合料的空隙率相當；同時，增加擊實次數(shù)后，穩(wěn)定度和干、濕劈裂強度以及殘留強度比都有明顯提高，擊實105次后混合料的各項指標幾乎接近25℃時成型的A級配混合料.當擊實次數(shù)進一步增加時，混合料性能還有所提高，但提高幅度較小.可見，在10℃時成型泡沫瀝青冷再生混合料，當壓實次數(shù)增加至105次時的壓實狀態(tài)與25℃下按標準擊實次數(shù)成型時的狀態(tài)相當.

由此說明，增加低溫下拌和成型的泡沫瀝青冷再生混合料的擊實次數(shù)，可提高混合料的密實性、穩(wěn)定性及水穩(wěn)性，尤其當擊實次數(shù)由75次增加到105次時，效果較顯著.因此，在低溫下施工時，應當考慮適當增加對泡沫瀝青冷再生混合料的擊實功.

4 結論

（1）泡沫瀝青冷再生混合料的毛體積密度隨著拌和成型溫度提高而明顯增加，空隙率隨著成型溫度提高而降低.40℃成型的泡沫瀝青冷再生混合料空隙率與熱拌瀝青混合料空隙率相當.

（2）采用標準成型方法在偏低溫度（10～15℃）下成型的泡沫瀝青冷再生混合料的穩(wěn)定度、水穩(wěn)性及抗拉強度難以滿足使用要求.

（3）增加瀝青用量對低溫下成型的泡沫瀝青冷再生混合料的干、濕劈裂強度和穩(wěn)定度的提高貢獻很小，對于細料含量較少的混合料甚至起了反作用；增加擊實次數(shù)將有效提高低溫下成型的泡沫瀝青冷再生混合料的性能.在10℃下成型的泡沫瀝青冷再生混合料，當壓實次數(shù)增加到105次時的壓實狀態(tài)與25℃下采用標準擊實方法成型的混合料的狀態(tài)相當.因此，在低溫下成型試件時，可通過增加擊實次數(shù)來達到壓實標準；而在低溫下施工時，可通過增加壓路機碾壓次數(shù)或增加壓路機噸位來滿足壓實要求.

（4）建議相關規(guī)程在確定泡沫瀝青冷再生混合料技術要求時必須明確混合料的成型溫度，并強調(diào)室內(nèi)混合料設計試件成型溫度應當與現(xiàn)場施工氣溫一致的重要性及必要性.

［1］杭州市公路管理局，同濟大學.泡沫瀝青冷再生技術的應用研究［R］.杭州：浙江省交通運輸科技廳，2007.Highway Administration Bureau of Hangzhou，Tongji University.The applied research on the foamed bitumen coled recycling technology［R］.Hangzhou：The Department of Transport Science and Technology of Zhejiang Province，2007.（in Chinese）

［2］李秀君，拾方治，張永平.拌和用水量對泡沫瀝青再生混合料性能的影響分析［J］.建筑材料學報，2008，11（1）：64－69.LI Xiu－jun，SHI Fang－zhi，ZHANG Yong－ping.Influence of water percentage to mix on performance of foamed bitumen mixture［J］.Journal of Building Materials，2008，11（1）：64－69.（in Chinese）

［3］李秀君.泡沫瀝青冷再生混合料設計方法研究［D］.上海：同濟大學，2009.LI Xiu－jun.Research on design method of cold recycling mixture with foamed asphalt［D］.Shanghai：Tongji University，2009.（in Chinese）

［4］DB 33／T 715—2008公路泡沫瀝青冷再生路面設計與施工技術規(guī)程［S］.DB 33／T 715—2008 Design ＆construction specification for asphalt pavement of cold recycling layer with foamed bitumen［S］.（in Chinese）

［5］KIM Y.Development of new mix design for cold in－place recy－cling using foamed asphalt［D］.Iowa：University of Iowa，2007.

［6］拾方治.瀝青路面泡沫瀝青再生基層的研究［D］.上海：同濟大學，2006.SHI Fang－zhi.Research on foamed bitumen recycling base of asphalt pavement［D］.Shanghai：Tongji University，2006.（in Chinese）