應用泡沫瀝青鋪筑道路基層

[摘要]在熱瀝青中加入少量的水，使其形成大量的泡沫，從而可以與各種碎石、土進行拌和，用作道路的基層材料。該技術已在許多國家得到研究與應用，在我國也有良好的應用前景。

[關鍵詞]泡沫瀝青；道路；基層

將含水的瀝青加熱，會因產生大量的泡沫而造成溢鍋。然而1956年，美國愛阿華大學Ladis H.Csanyi教授在實驗室研究發現，泡沫瀝青可以作為土壤的穩定劑。瀝青膨脹后，體積增大10-15倍，粘度大為降低，粘附性提高，以至能夠與冷集料甚至潮濕集料進行拌和。于是在國外泡沫瀝青路面基層技術得到研究與應用，但是在我國泡沫瀝青技術基本上尚是空白，人們對它了解甚少。由于泡沫瀝青獨特的性質，現在已引起人們的關注。

1、泡沫瀝青的原理

將少量冷水加入熱熔的瀝青中，水轉化成蒸汽，形成大量的氣泡，使瀝青的體積發生膨脹。在這一過程中并沒有發生化學反應，僅僅是瀝青暫時的物理變化。經過短暫的時間泡沫破裂，瀝青恢復原來的性質。

泡沫瀝青也稱之為膨脹瀝青，其主要技術指標是體積膨脹率和泡沫的持續時間。所謂體積膨脹率是指泡沫瀝青達到最大體積與初始體積之比；泡沫持續時間則是指體積膨脹達到最大體積時開始，到體積減小至一半所維持的時間，也稱之為泡沫的半壽命。這兩個指標主要與瀝青的溫度和加水量有關。試驗表明，當采用AH-90瀝青進行發泡時，其膨脹率隨著加水量增大而增加，而泡沫持續時間則相反，隨著加水量的增加而降低。當加水量由2%增加至3%時，膨脹率由15倍增至20倍，泡沫半壽命時間由20秒降為15秒，所以一般推薦加水量為2.5%，而瀝青的加熱溫度則要求達到180℃。

茌熱瀝青中，添加一種液體發泡劑，也能有效地使瀝青體積發生膨脹，如加入0.05%發泡劑，膨脹率為6.9倍；而當加入0.15%則發泡率提高到11.4倍。

2、泡沫瀝青的特性

泡沫瀝青的表觀粘度降低，表面積大大增大，表面張力也有所降低，這些特性使得泡沫瀝青能夠很好地黏附在濕冷的集料表面，特別是細集料的表面。

由于泡沫瀝青持續的時間很短，為了使它能夠在泡沫狀態與集料接觸，采取在一個罐內使瀝青發泡，然后通過一系列的噴嘴將泡沫瀝青噴灑到集料上的方法，達到與集料混和的目的。

泡沫瀝青適用于很多材料，無論是級配良好的新材料，還是黏土含量較多的高塑性指數材料；又能適用于路面回收材料，因而泡沫瀝青常用來拌制再生材料。泡沫瀝青混合料可以長期儲存，而不用擔心結塊，長期儲存的混合料照樣可以方便地攤鋪與壓實。由于泡沫瀝青使用的是普通瀝青，不要使用稀釋劑或乳化劑，因而可以節省費用而比較經濟。

美國德克薩斯州運輸部曾論證用泡沫瀝青穩定不同集料作路面基層以降低成本的可能性，并進行了室內試驗。制備泡沫瀝青所用的瀝青為AC-10（針入度70-120），混合料瀝青用量為3～7%，為便于拌和，在集料中加水使含水量為5%左右。試驗項目有回彈模量、馬歇爾穩定度等。試樣在常溫下用旋轉剪切壓實機進行壓實，試樣從試模中取出后在室溫下養護72小時，再置于真空干燥器中4小時，取出后即進行試驗。試驗結果如表1所示。

回彈試驗結果表明，級配良好的砂，其泡沫瀝青混合料具有較高的剛度，這是因為瀝青分布比較均勻。一般來說，泡沫瀝青砂的回彈模量與熱拌瀝青砂相差不大，但如用礫石則其回彈模量要明顯低得多。馬歇爾試驗證明，級配差的砂難以穩定，密級配顯然穩定性較好。

3、泡沫瀝青的工程應用

茌美國泡沫瀝青已被人們所認識。科羅拉多州首先進行了試驗，隨后道格拉斯石油公司和德克薩斯州運輸研究所相繼進行了研究。依阿華州鋪筑了試驗路段，將泡沫瀝青應用于土壤穩定和瀝青路面再生。俄克拉荷馬城的CMI公司，在一臺Roto拌和機內，將少量水注入熱瀝青中，形成泡沫瀝青，然后與回收的路面材料進行拌和，用作基層材料。CMI公司確信，用泡沫瀝青再生和穩定路面材料，工藝上是非常成功的，并且有很好的應用前景。

泡沫瀝青穩定工藝與乳化瀝青穩定相似，但養護時間大大縮短。有趣的是新拌泡沫瀝青穩定材料，幾乎見不到瀝青，但加以壓實后，其表面就開始發黑，僅需養護1-2天后就可加鋪瀝青面層。

地處北歐的挪威冬季路面因凍融而軟化開裂，他們利用泡沫瀝青在不長的時間里就完成了80萬m2的再生基層，其泡沫瀝青的添加量為3.5%，為了提高瀝青的粘性，在熱瀝青中摻加了改性劑。南非在一條通往ltala競技公園10多公里的旅游道路上，采用維特根公司WR2500再生機進行泡沫瀝青冷再生施工，翻拌深度10cm，添加2.5%水和4%泡沫瀝青，這樣維修道路使成本大為降低。1997年以來，巴西使用泡沫瀝青大約已維修了150萬m2的道路。現在，泡沫瀝青技術還在澳大利亞、英國、墨西哥日本等許多國家得到應用。

4、泡沫瀝青基層的應用前景

長期以來我國道路大都采用半剛性基層，但由于溫縮和干縮引起瀝青路面的反射裂縫，幾乎成為無法解決的難題。泡沫瀝青技術的開發，將為高等級公路提供完全不同于半剛性基層材料的新材料。

1998年，我國邯鄲市首先引進德國泡沫瀝青技術，進行了泡沫瀝青冷拌再生基層的現場試驗。與水泥穩定基層不同，泡沫瀝青穩定基層屬于柔性基層，施工時其泡沫瀝青用量為3.5%，為提高初期強度又同時摻加1%水泥，但并不改變其柔性性質。

應用泡沫瀝青進行冷拌再生鋪筑基層，不但可茌現場路拌，而且也可以集中廠拌，因為泡沫瀝青混合料可以長期儲存，而不影響使用。由于對所用的材料沒有嚴格要求，料源廣闊。在泡沫瀝青基層上加鋪不同厚度的瀝青面層，可適應不同交通量的要求。