泡沫沥青冷再生在公路维修中的应用研究
摘要：介于泡沫沥青现场冷再生技术已成为当代公路施工中的一种新兴技术，被更多的应用于沥青路面维修施工中。本文结合具体工程，论述了泡沫沥青的发泡原理、混合料的目标配合比设计及混合料的生产、施工工艺和质量控制，为其在今后工程中的应用提供了科学的依据。
关键词：发泡原理，配合比设计，质量控制，现场检测 1. 工程概述
海滨大道北段一期高速公路起点为天津市蛏头沽，经过航母公园、蔡家堡，终点是河北省涧河。它位于天津市东部，是环渤海地区沿海高速公路的重要组成部分。高速公路全长27.36km，采用高速公路标准设计，路面为双向6车道，设计时速120km/h。全线设有主线桥梁6座，跨线桥5座，涵洞31处，服务区2处，匝道收费站3处以及相关配套的各种附属工程。
海滨大道北段一期维修工程部分路段采用了泡沫沥青冷再生维修加固技术，具体补强方案如下：
-------------------------------------------------------------- 7cm改性沥青混凝土AC-20 （SBS PG76-28） --------------------------------------------------------------
15cm泡沫沥青再生上基层 -------------------------------------------------------------- 18cm水泥厂拌冷再生水稳上基层 （4.0Mpa） -------------------------------------------------------------- 18cm水泥厂拌冷再生水稳下基层 （3.5Mpa） --------------------------------------------------------------
原路面结构
图1 泡沫沥青维修方案结构示意图
2. 发泡原理
发泡过程是在发泡仓内完成的，首先将普通沥青加热到一定温度（至少是140℃以上），向高温的沥青中喷入冷水（室内温度），同时打开气压阀门喷入压缩空气，高压水流在高压气流的强烈冲击下被分散成许多微小的水雾状的小颗粒。当热沥青遇到这些冷水小颗粒时，将发生以下连锁反应：两者立即发生能量
交换，热沥青与小水滴表面发生热量（能量）交换，使冷水小颗粒温度上升至100℃，迅速发生汽化，而与此同时沥青发生冷却，由于沥青传递的热量超过了蒸汽潜热，使水急速汽化导致沥青剧烈膨胀发生“爆炸”，产生蒸汽，这样就会产生大量的沥青泡沫，在一定压力下，这些溶有大量泡沫的沥青就从喷嘴喷出，这就形成了宏观上的泡沫沥青。处于泡沫状态的沥青与高速搅拌状态下的冷湿集料具有很好的裹覆性能，并且这种裹覆作用在常温下只针对集料中的一定粒径的细集料，通过裹覆这些细料形成高粘度的沥青胶浆，并在压实作用下粘结粗集料形成强度。
3. 泡沫沥青配合比设计 3.1原材料性质分析 （1）沥青
所用沥青为委托方提供的滨州-70A道路石油沥青。对试验样品按照JTG F40-2004《公路沥青路面施工技术规范》要求进行了规定项目的试验检测，检测结果见表1。检测结果表明，试验样品检测指标均符合相应技术标准。
表1 滨州-70A沥青规定项目检测结果
（2）铣刨料
铣刨料为原路面沥青面层（RAP）材料，配合比试验样品采用料堆取样。按照JTG E42-2005《公路工程集料试验规程》中规定的试验方法对铣刨料进行规定项目检测，检测结果见表2。
表2 铣刨料试验检测结果
检测结果表明：铣刨料的级配不能满足要求，需添加细集料调整级配。 （3）外掺料
外掺料采用0～5mm石屑。根据设计要求，按照JTG E42-2005《公路工程集
料试验规程》对试验样品进行规定项目检测，检测结果见表3。检测结果表明，所用石屑各项指标符合设计要求。
表3 石屑检测结果
（4）填料
所用水泥均为42.5普通硅酸盐水泥，按GB 175-2007《通用硅酸盐水泥》要求分别对试验样品进行了规定项目检测，检测结果见表4。结果表明，所用水泥符合设计要求。
表4 水泥检测结果
3.2混合料级配设计
泡沫沥青冷再生混合料目标配合比设计采用马歇尔劈裂试验方法。 （1）沥青发泡试验
根据JTG F41-2008《公路沥青路面再生技术规范》中相关规定，对所用沥青进行发泡试验，试验结果见表5。
表5 滨州-70A沥青发泡性能检测结果
试验结果表明，该沥青发泡性能满足设计要求，由发泡试验确定沥青最佳发泡温度为155℃±2℃，最佳发泡用水量Wopt为2.5%。
（2）矿料级配确定
根据设计文件中关于泡沫沥青冷再生混合料工程设计级配范围要求，并结合工程经验，采用试配法确定级配组成，矿料配合比计算结果见表6。
表6 矿料配合比计算结果
矿料级配组成为：铣刨料（RAP）:0-5mm石屑:水泥=70%:30%:1.5%。 （3）确定最佳含水率
按照现行《公路土工试验规程》（JTG E40）T0131的方法，对合成矿料进行击实试验，确定混合料最大干密度和最佳含水率OWC，水泥剂量为1.5%，泡沫沥青试验用量为3.0%，试验结果：最大干密度2.21g/cm3，最佳含水率5.8%。
（4）确定最佳泡沫沥青用量OAC
采用马歇尔方法确定最佳泡沫沥青用量，选择泡沫沥青用量分别为1.5%、2.0%、2.5%、3.0%、3.5%，水泥剂量为1.5%，按照JTG F41-2008《公路沥青路面再生技术规范》中相关规定成型马歇尔试件，经过标准环境养生后,进行15℃干湿劈裂强度试验，试验结果见表7和图2。
表7 劈裂强度试验结果
图2 劈裂强度值随泡沫沥青用量变化关系
根据试验结果，并结合工程经验，综合确定最佳泡沫沥青用量OAC为2.6%，同时为便于实际施工控制，给出最佳泡沫沥青用量OAC范围为2.6%±0.1%。
（5）混合料性能检验
为检验混合料水稳定性，按最佳泡沫沥青用量分别成型马歇尔试件，按照现行JTJ 052-2000《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》冻融劈裂试验方法测试冻融劈裂强度比TSR为78.1%。试验结果表明，在最佳泡沫沥青用量下，混合料水稳定性满足规范技术要求。 4. 泡沫沥青冷再生施工质量控制 4.1混合料的生产
（1）冷再生混合料的拌和采用连续式拌合设备。
（2）厂拌冷再生的设备中应有水泥和外加水的添加系统。水泥的添加系统应采用螺旋输送器将水泥添加至集料中。在集料比较潮湿的情况下，宜选择边添加边搅拌的方式，并且注意添加后水泥的分布是否均匀，外加水添加系统由流量泵控制，添加要均匀连续。
（3）泡沫沥青冷再生混合料宜随拌随用，若因生产或其他原因需要短时间储存时，储存时间不宜超过6h。 4.2混合料的摊铺
（1）泡沫沥青再生混合料采用带有自动找平装置和自动调节摊铺厚度的摊铺机进行摊铺。
（2）摊铺机的输出量应与泡沫沥青冷再生混合料的拌和能力及运输量相匹配，以确保再生混合料连续摊铺，摊铺速度宜控制在2～4m/min。。 4.3混合料的碾压
维修段落的碾压工艺为：先采用单钢轮振动压路机进行碾压，碾压速度宜为1.5～3km/h，通常先静压1遍，然后进行振动碾压，前进后退均采用高频低幅强震2遍。压路机从外侧向路中心碾压，相邻碾压带应重叠1/3～1/2轮宽。然后复压采用双钢轮振动压路机进行振动碾压，前进后退均采用高频低幅强震3遍，碾压速度宜为2～4km/h，碾压至达到要求压实度，并无明显轮迹。终压紧跟复压进行，复压结束后，若碾压层表面干燥，可安排洒水车在再生层表面洒水，使再生层表面湿润。最后用胶轮压路机碾压2遍，碾压速度宜为3～5km/h，达到要求的压实度，并保证表面无轮迹。 5. 现场检测 5.1级配控制
施工过程中对泡沫沥青施工原材料和细集料进行筛分，级配如下表8所示
现场混合料级配检测表明：在结合现场铣刨料的级配掺加细集料后级配得到很大改善，混合料的筛分结果均能够满足泡沫沥青配合比设计级配要求 5.2 重型击实、强度试验检测
（1）现场取料进行击实密度检测：试验结果，最大干密度为2.19g/cm3。 （2）现场取料强度检测结果为：标准养生条件下，干劈裂强度平均值为0.46
MPa，湿劈裂强度平均值为0.38 MPa，TSR为82.6%，均满足泡沫沥青配合比设计
强度要求。
5.3结构层压实度及取芯检测
现场压实度和结构层厚度是保证施工工程质量的重要指标之一，施工过程中严格按照施工规范对泡沫沥青进行了现场压实度和厚度检测。
表5 厚度、压实度检测结果
6. 工程总结
（1）泡沫沥青冷再生技术的应用，无疑给公路建设带来了新的思路。回收沥青(简称RAP) 混合料作为一项可持续发展的筑路策略，具有很好的发展前景。
（2）随着经济增长，国内有相当数量的道路急需升级改造，以满足交通运输压力。采用泡沫沥青冷再生技术，可以将高等级道路的铣刨料再生利用，既大量节省了投资，又解决了旧料的处理问题，可满足交通建设持续发展的需要。同时，工程实践证明，维修工程中泡沫沥青冷再生技术可以通过合理的配合比设计、严格的施工控制得到很好的应用，并取得了很好的效果，能够对以后泡沫沥青冷再生技术的应用提供有价值的指导意义。
泡沫沥青冷再生在公路维修中的应用研究
摘要：介于泡沫沥青现场冷再生技术已成为当代公路施工中的一种新兴技术，被更多的应用于沥青路面维修施工中。本文结合具体工程，论述了泡沫沥青的发泡原理、混合料的目标配合比设计及混合料的生产、施工工艺和质量控制，为其在今后工程中的应用提供了科学的依据。
关键词：发泡原理，配合比设计，质量控制，现场检测 1. 工程概述
海滨大道北段一期高速公路起点为天津市蛏头沽，经过航母公园、蔡家堡，终点是河北省涧河。它位于天津市东部，是环渤海地区沿海高速公路的重要组成部分。高速公路全长27.36km，采用高速公路标准设计，路面为双向6车道，设计时速120km/h。全线设有主线桥梁6座，跨线桥5座，涵洞31处，服务区2处，匝道收费站3处以及相关配套的各种附属工程。
海滨大道北段一期维修工程部分路段采用了泡沫沥青冷再生维修加固技术，具体补强方案如下：
-------------------------------------------------------------- 7cm改性沥青混凝土AC-20 （SBS PG76-28） --------------------------------------------------------------
15cm泡沫沥青再生上基层 -------------------------------------------------------------- 18cm水泥厂拌冷再生水稳上基层 （4.0Mpa） -------------------------------------------------------------- 18cm水泥厂拌冷再生水稳下基层 （3.5Mpa） --------------------------------------------------------------
原路面结构
图1 泡沫沥青维修方案结构示意图
2. 发泡原理
发泡过程是在发泡仓内完成的，首先将普通沥青加热到一定温度（至少是140℃以上），向高温的沥青中喷入冷水（室内温度），同时打开气压阀门喷入压缩空气，高压水流在高压气流的强烈冲击下被分散成许多微小的水雾状的小颗粒。当热沥青遇到这些冷水小颗粒时，将发生以下连锁反应：两者立即发生能量
交换，热沥青与小水滴表面发生热量（能量）交换，使冷水小颗粒温度上升至100℃，迅速发生汽化，而与此同时沥青发生冷却，由于沥青传递的热量超过了蒸汽潜热，使水急速汽化导致沥青剧烈膨胀发生“爆炸”，产生蒸汽，这样就会产生大量的沥青泡沫，在一定压力下，这些溶有大量泡沫的沥青就从喷嘴喷出，这就形成了宏观上的泡沫沥青。处于泡沫状态的沥青与高速搅拌状态下的冷湿集料具有很好的裹覆性能，并且这种裹覆作用在常温下只针对集料中的一定粒径的细集料，通过裹覆这些细料形成高粘度的沥青胶浆，并在压实作用下粘结粗集料形成强度。
3. 泡沫沥青配合比设计 3.1原材料性质分析 （1）沥青
所用沥青为委托方提供的滨州-70A道路石油沥青。对试验样品按照JTG F40-2004《公路沥青路面施工技术规范》要求进行了规定项目的试验检测，检测结果见表1。检测结果表明，试验样品检测指标均符合相应技术标准。
表1 滨州-70A沥青规定项目检测结果
（2）铣刨料
铣刨料为原路面沥青面层（RAP）材料，配合比试验样品采用料堆取样。按照JTG E42-2005《公路工程集料试验规程》中规定的试验方法对铣刨料进行规定项目检测，检测结果见表2。
表2 铣刨料试验检测结果
检测结果表明：铣刨料的级配不能满足要求，需添加细集料调整级配。 （3）外掺料
外掺料采用0～5mm石屑。根据设计要求，按照JTG E42-2005《公路工程集
料试验规程》对试验样品进行规定项目检测，检测结果见表3。检测结果表明，所用石屑各项指标符合设计要求。
表3 石屑检测结果
（4）填料
所用水泥均为42.5普通硅酸盐水泥，按GB 175-2007《通用硅酸盐水泥》要求分别对试验样品进行了规定项目检测，检测结果见表4。结果表明，所用水泥符合设计要求。
表4 水泥检测结果
3.2混合料级配设计
泡沫沥青冷再生混合料目标配合比设计采用马歇尔劈裂试验方法。 （1）沥青发泡试验
根据JTG F41-2008《公路沥青路面再生技术规范》中相关规定，对所用沥青进行发泡试验，试验结果见表5。
表5 滨州-70A沥青发泡性能检测结果
试验结果表明，该沥青发泡性能满足设计要求，由发泡试验确定沥青最佳发泡温度为155℃±2℃，最佳发泡用水量Wopt为2.5%。
（2）矿料级配确定
根据设计文件中关于泡沫沥青冷再生混合料工程设计级配范围要求，并结合工程经验，采用试配法确定级配组成，矿料配合比计算结果见表6。
表6 矿料配合比计算结果
矿料级配组成为：铣刨料（RAP）:0-5mm石屑:水泥=70%:30%:1.5%。 （3）确定最佳含水率
按照现行《公路土工试验规程》（JTG E40）T0131的方法，对合成矿料进行击实试验，确定混合料最大干密度和最佳含水率OWC，水泥剂量为1.5%，泡沫沥青试验用量为3.0%，试验结果：最大干密度2.21g/cm3，最佳含水率5.8%。
（4）确定最佳泡沫沥青用量OAC
采用马歇尔方法确定最佳泡沫沥青用量，选择泡沫沥青用量分别为1.5%、2.0%、2.5%、3.0%、3.5%，水泥剂量为1.5%，按照JTG F41-2008《公路沥青路面再生技术规范》中相关规定成型马歇尔试件，经过标准环境养生后,进行15℃干湿劈裂强度试验，试验结果见表7和图2。
表7 劈裂强度试验结果
图2 劈裂强度值随泡沫沥青用量变化关系
根据试验结果，并结合工程经验，综合确定最佳泡沫沥青用量OAC为2.6%，同时为便于实际施工控制，给出最佳泡沫沥青用量OAC范围为2.6%±0.1%。
（5）混合料性能检验
为检验混合料水稳定性，按最佳泡沫沥青用量分别成型马歇尔试件，按照现行JTJ 052-2000《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》冻融劈裂试验方法测试冻融劈裂强度比TSR为78.1%。试验结果表明，在最佳泡沫沥青用量下，混合料水稳定性满足规范技术要求。 4. 泡沫沥青冷再生施工质量控制 4.1混合料的生产
（1）冷再生混合料的拌和采用连续式拌合设备。
（2）厂拌冷再生的设备中应有水泥和外加水的添加系统。水泥的添加系统应采用螺旋输送器将水泥添加至集料中。在集料比较潮湿的情况下，宜选择边添加边搅拌的方式，并且注意添加后水泥的分布是否均匀，外加水添加系统由流量泵控制，添加要均匀连续。
（3）泡沫沥青冷再生混合料宜随拌随用，若因生产或其他原因需要短时间储存时，储存时间不宜超过6h。 4.2混合料的摊铺
（1）泡沫沥青再生混合料采用带有自动找平装置和自动调节摊铺厚度的摊铺机进行摊铺。
（2）摊铺机的输出量应与泡沫沥青冷再生混合料的拌和能力及运输量相匹配，以确保再生混合料连续摊铺，摊铺速度宜控制在2～4m/min。。 4.3混合料的碾压
维修段落的碾压工艺为：先采用单钢轮振动压路机进行碾压，碾压速度宜为1.5～3km/h，通常先静压1遍，然后进行振动碾压，前进后退均采用高频低幅强震2遍。压路机从外侧向路中心碾压，相邻碾压带应重叠1/3～1/2轮宽。然后复压采用双钢轮振动压路机进行振动碾压，前进后退均采用高频低幅强震3遍，碾压速度宜为2～4km/h，碾压至达到要求压实度，并无明显轮迹。终压紧跟复压进行，复压结束后，若碾压层表面干燥，可安排洒水车在再生层表面洒水，使再生层表面湿润。最后用胶轮压路机碾压2遍，碾压速度宜为3～5km/h，达到要求的压实度，并保证表面无轮迹。 5. 现场检测 5.1级配控制
施工过程中对泡沫沥青施工原材料和细集料进行筛分，级配如下表8所示
现场混合料级配检测表明：在结合现场铣刨料的级配掺加细集料后级配得到很大改善，混合料的筛分结果均能够满足泡沫沥青配合比设计级配要求 5.2 重型击实、强度试验检测
（1）现场取料进行击实密度检测：试验结果，最大干密度为2.19g/cm3。 （2）现场取料强度检测结果为：标准养生条件下，干劈裂强度平均值为0.46
MPa，湿劈裂强度平均值为0.38 MPa，TSR为82.6%，均满足泡沫沥青配合比设计
强度要求。
5.3结构层压实度及取芯检测
现场压实度和结构层厚度是保证施工工程质量的重要指标之一，施工过程中严格按照施工规范对泡沫沥青进行了现场压实度和厚度检测。
表5 厚度、压实度检测结果
6. 工程总结
（1）泡沫沥青冷再生技术的应用，无疑给公路建设带来了新的思路。回收沥青(简称RAP) 混合料作为一项可持续发展的筑路策略，具有很好的发展前景。
（2）随着经济增长，国内有相当数量的道路急需升级改造，以满足交通运输压力。采用泡沫沥青冷再生技术，可以将高等级道路的铣刨料再生利用，既大量节省了投资，又解决了旧料的处理问题，可满足交通建设持续发展的需要。同时，工程实践证明，维修工程中泡沫沥青冷再生技术可以通过合理的配合比设计、严格的施工控制得到很好的应用，并取得了很好的效果，能够对以后泡沫沥青冷再生技术的应用提供有价值的指导意义。