冷再生技術穩定劑的研究現狀與展望

王輝 王大明

摘 要：冷再生技術穩定劑根據材料類型的不同可大致分為三類，主要應用于面層冷再生和基層冷再生。本文介紹了乳化瀝青、泡沫瀝青、水泥等幾種常用的冷再生穩定劑，并作了相應的對比分析。探討了不同類型冷再生技術穩定劑的研究現狀及前景，發展方向趨向于舊穩定劑的優化以及新型穩定劑的開發。

關鍵詞：冷再生; 穩定劑; 乳化瀝青; 泡沫瀝青; 水泥

中圖分類號：U416.217? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? 文章編號：1006-3315（2021）11-077-002

隨著我國經濟建設的穩步發展，全國公路總里程在2019年底已經達到了501.25萬公里，公路養護方面的總里程也達到了495.31萬公里，占公路總里程98.8%^[1]。普通國省公路養護面臨著非常大的挑戰。由于冷再生技術不僅節約資源和能源，還有著效率高、低碳環保的優勢，因此，成為目前普通國省干道舊路養護改擴建的首選方法，具有廣闊的前景。

瀝青路面冷再生技術的基本原理就是先對舊路面進行初步的銑刨，再將穩定劑以及新集料、水等加入到處理過的舊路面混合料中拌和（廠拌、就地），再經過攤鋪和碾壓，使其達到理想的路用性能。其中，冷再生穩定劑對于混合料的性能，包括強度、高溫性能、穩定性等都有著非常重要的影響。冷再生穩定劑大致分為瀝青類穩定劑、膠凝類穩定劑和其他類型穩定劑三種。不同的冷再生穩定劑應用范圍有限，為了實現更好的路用性能，研究和開發新型穩定劑對于冷再生技術的發展與應用具有重要的意義。

1.瀝青類穩定劑

瀝青類穩定劑一般用于面層特別是下面層冷再生。目前常見的主要有兩種，一個是乳化瀝青，一個是泡沫瀝青。瀝青類穩定劑冷再生后的路面不僅柔韌性好，而且收縮開裂較少，施工后能立即開放交通。

1.1乳化瀝青穩定劑

乳化瀝青是瀝青以微粒狀態分散于含有乳化劑的水溶液中，進而形成水包油型的瀝青乳狀液。當乳化瀝青在跟集料混合后會與水分離，隨之附著在集料顆粒的表面，這個過程通常被稱為“打破”，也可稱為破乳。

由于骨料的礦物來源和水分對破乳也有著非常重要影響，乳化瀝青與舊路面混合料之間的穩定結合存在一定問題，使得通過摻加新材料來改善乳化瀝青混合料性能的方式成為了研究熱點。其中，最為典型的就是以水泥-乳化瀝青的混合類穩定劑應用最廣。水泥-乳化瀝青冷再生穩定劑主要成分為水泥和乳化瀝青，其引入水泥的目的，就是為了提高瀝青穩定材料的綜合性能，將水泥作為活化劑來提高其強度，同時又不失乳化瀝青的柔韌性。

嚴金海^[2]用電鏡掃描技術發現水泥的摻加會使乳化瀝青的破乳速度加快，使其產生的水化物與瀝青膠體形成空間立體網格結構，從而加固乳化瀝青冷再生混合料，提高混合料的力學性能。一般而言，水泥范圍在1.5%～2.0%，乳化瀝青的范圍在3.5%～4.0%較佳。可以看出，乳化瀝青冷再生混合料中的乳化瀝青和水泥摻量并不是越多越好，合理的級配設計至關重要。

在新材料的研究方面，楊東光^[3]研究發現了摻加適量的纖維可以顯著提高乳化瀝青冷再生混合料的路用性能、抗松散性能與耐久性。因此，優化改進乳化瀝青冷再生穩定劑，是當前乳化瀝青冷再生研究的重點，也是進一步的提高乳化瀝青冷再生混合料的路用性能的主要方向。

1.2泡沫瀝青穩定劑

泡沫瀝青的瀝青發泡是將計量好的冷水與熱瀝青混合，同時在高壓空氣的作用下產生大量的微小的瀝青氣泡，當它在環境溫度下冷卻時，氣泡就會破裂，產生泡沫“衰變”。發泡效果與發泡溫度、用水量有著直接聯系，膨脹率與半衰期是反比例關系，溫度越高、用水量越大就會導致膨脹率越大、半衰期越小。

當泡沫瀝青與集料接觸時會發生破裂，形成大量的瀝青“小顆粒”，并分散到集料中，與較細的顆粒結合形成瀝青膠泥。若泡沫瀝青冷再生料被壓實，瀝青顆粒就會像“點焊”一樣與較大的團聚顆粒結合。學者們在看到水泥乳化瀝青混合料良好的路用性能后，也開始考慮水泥與泡沫瀝青混合使用。隨后的研究發現，水泥是唯一能提供泡沫瀝青冷再生路面最佳力學性能的膠凝類材料，證明了水泥-泡沫瀝青在作為冷再生穩定劑方面的應用價值。

大量研究表明，泡沫瀝青冷再生混合料的高溫性能、抗疲勞性能等會隨著泡沫瀝青用量的增加而得到改善，而有些性能則會降低。因此，合理的摻加泡沫瀝青用量，設計出合適的泡沫瀝青冷再生混合料配合比才是使泡沫瀝青穩定劑發揮作用的關鍵。另一方面，舊路面銑刨料的性質也是影響泡沫瀝青冷再生路面性能的重要因素。如史藝紅等^[4]的研究發現提高舊料溫度會顯著降低泡沫瀝青冷再生混合料的劈裂強度。從不同的舊料性質影響因素入手，研究改進措施，可進一步提高泡沫瀝青冷再生路面性能的穩定性。

綜上所述，級配設計，集料來源，瀝青種類，地區環境等等，都會對泡沫瀝青冷再生路面產生一定影響。規范程序，因地制宜，是目前眾多學者研究泡沫瀝青冷再生技術的重點。

2.膠凝類穩定劑

膠凝類穩定劑幾乎都用于基層冷再生，最常用的是水泥，石灰、粉煤灰等的應用較少，其主要目的都是為了提高基層抗壓強度以及承載能力。

2.1水泥穩定劑

在所有的穩定劑中，水泥是最常用的，一般用于基層的全深式冷再生。由于國內外對水泥的研究較早，各方面的使用都比較長成熟，因此，在冷再生的研究方面，主要是對水泥穩定劑與再生層位以及再生材料的強度特性，摻加量以及其他的特性等方面的研究。

在基層應用于基層冷再生方面，Gao等^[5]的研究發現，冷再生路面強度和高溫性能隨著水泥摻量（1.5%-2.5%）的增加而增加。在面層應用于基層冷再生方面，魯巍巍^[6]發現當壓實度達到98.9%后，其相同水泥用量下兩種應用模式的冷再生試件強度大小相差不大。在基層和瀝青面層兩種應用于基層與普通水泥穩定碎石基層的各方面性能對比方面。王宏^[7]的研究發現2種半剛性基層的承載能力相差不大，但是冷再生基層在重載下的表現略差，也較為敏感。

以水泥作為基層冷再生的穩定劑，在實際的應用過程中，完全可以達到規范的要求，但各方面性能略遜于水泥穩定碎石。如何進一步提高水泥冷再生基層的各方面性能，也是研究的難點。此外，目前大多數的基層冷再生的研究都以硅酸鹽水泥為穩定劑，在不同水泥或水泥基復合材料作為穩定劑與廢舊路面材料的適配性及性能對比方面，還有較大的研究空間。

2.2石灰穩定劑

石灰很容易與水等其他物質發生反應，降低塑性，提高強度石灰石、熟石灰漿都可應用于冷再生項目。生石灰在與水發生熟化可以加速乳化瀝青的破乳，提高乳化瀝青再生混合料的早期強度。因此，添加石灰后的乳化瀝青冷再生混合料在各方面性能均有提升，但效果跟水泥相比較差^[8]。

不可否認，以石灰作為冷再生穩定劑，效果不及水泥，但在特定條件下，如在低等級道路冷再生中使用或與新材料混合，還具有一定的適用性。

2.3粉煤灰穩定劑

粉煤灰是煤炭燃燒后的產物，可用于路面基層，提高基層的強度，但以粉煤灰穩定的冷再生料效果較差。劉強^[9]等則發現當石灰和粉煤灰混合作為二灰土使用時，穩定后的冷再生基層具有良好的抗凍性和防水能力。此外，粉煤灰作為穩定劑可進一步降低基層冷再生的成本和能耗，適合在低等級路面基層中使用。

雖然粉煤灰成本低，但粉煤灰同石灰一樣，冷再生應用效果不及水泥，應用范圍有限。

3.其他類型穩定劑

除常見的瀝青類穩定劑和膠凝類穩定劑，國內外學者還開發出了一些新型的冷再生穩定劑或工藝。Wang^[10]研究發現使用摻加了Na2S04的水泥，其穩定后的冷再生基層早期強度會得到提升，且強度隨著Na₂SO₄摻量的適量增加而增強。嚴金海等^[11]發現SBR改性乳化瀝青穩定后的冷再生混合料的高溫性能較傳統的水泥-乳化瀝青相比有所提高。

目前的新型冷再生穩定劑，大都只能提高冷再生混合料的少部分性能，優勢不夠明顯，無法應用生產。但開發新型冷再生穩定劑和新的工藝，特別是在傳統冷再生穩定劑中添加新材料的混合類穩定劑，是今后一段時間內的研究熱點。

4.總結

影響冷再生混合料性能的因素眾多，在選擇最合適的穩定劑時，應綜合考慮經濟成本、穩定劑的適用性、再生材料性能、預期的使用性能等等。對于現有的常見穩定劑的現狀及發展有以下思考：

乳化瀝青和泡沫瀝青作為冷再生技術中兩種成熟的穩定劑，對廢舊瀝青混合料的重復利用都起著至關重要的作用。泡沫瀝青和乳化瀝青冷再生混合料均可用作瀝青路面下面層。其中乳化瀝青冷再生混合料的綜合性能優于泡沫瀝青冷再生混合料^[12]。但泡沫瀝青具有經濟環保的特性，是今后最常用的舊瀝青面層冷再生處理方式。因此具有廣闊的應用前景。

瀝青類穩定劑都只適用于面層結構，更容易受到自然環境的影響。考慮不同自然環境因素對冷再生路面路用性能的影響，以及作出優化改進是目前瀝青類穩定劑研究的重點。

目前基層冷再生幾乎都是使用水泥作為穩定劑，研究也基本成熟，如何進一步提高水泥冷再生基層的各方面性能，值得深入研究。石灰和粉煤灰作為冷再生穩定劑，效果不及水泥，但在特定條件下，如低等級道路中，還具有一定的應用范圍。

冷再生混合料中添加適當的水泥，與泡沫瀝青混合時，可以解決混合料嚴重開裂的問題;與乳化瀝青混合時，可以加速乳化瀝青破乳，節省施工時間。因此，研究新的水泥復合型穩定劑才是未來冷再生穩定劑的主要發展方向。

新型冷再生穩定劑研究目前都還不夠成熟，無法進行實際的應用，但是道路養護行業對冷再生性能提升的需求使得新型穩定劑的應用潛力巨大，是未來冷再生穩定劑研究的主要方向和熱點。

參考文獻：

[1]2019年交通運輸行業發展統計公報[R]北京：中華人民共和國交通運輸部，2020

[2]嚴金海，倪富健，陶卓輝，賈曉云.水泥對乳化瀝青就地冷再生混合料的作用機理研究[J]交通運輸工程與信息學報，2009，7（04）：38-44+64

[3]楊東光.不同纖維對乳化瀝青冷再生混合料力學及路用性能的影響[J]公路，2020，65（03）：1-7

[4]史藝紅.RAP溫度對泡沫瀝青冷再生混合料性能的影響[J]中外公路，2016，36（05）：288-293.

[5] L. Gao， F. Ni， S. Charmot， Q. Li， High-temperature performance of multilayer pavement with cold in-place recycling mixtures. Road Mater. Pavement Des. 15 （4） （2014） 804-819

[6]魯巍巍.舊瀝青路面冷再生水穩基層力學性能試驗研究[J]中外公路，2018，38（01）：77-79

[7]王宏.全深式水泥穩定就地冷再生基層應用與耐久性能評價[J]公路，2019，64（06）：1-8.

[8]金成，賈小龍，任斌.不同外加材料對乳化瀝青冷再生混合料性能的影響[J]公路，2017，62（12）：255-258

[9]劉強，王民，郝增新.二灰作添加劑對廢舊瀝青混凝土路面完全冷再生的應用研究[J]公路，2009（07）：329-332

[10] H.F. Wang， B.G. Ma， X.B. Yin， Mechanical property effect of Na2SO4 on cement-reclaimed asphalt pavement mixture， Adv. Mater. Res. 150–151 （2010） 1209–1213

[11]嚴金海，倪富健，陶卓輝.改性乳化瀝青-水泥就地冷再生混合料性能研究[J]公路交通科技，2009，26（09）：41-45+58

[12]任瑞波，朱樹青.泡沫瀝青和乳化瀝青冷再生混合料性能差異研究[J]石油瀝青，2015，29（03）：1-4