泡沫瀝青冷再生技術在公路養護中的應用

河南省交通科學技術研究院有限公司 / 吳銘軒

引言

近年來，越來越多的公路逐漸進入到升級改造和維修階段，但在改造的過程中往往會產生較多的廢舊瀝青路面材料。如果丟棄這些廢舊材料，就需要采用全新的路面材料予以鋪筑。事實上廢舊瀝青路面材料的存放需要占據大量的土地資源，既浪費土地又污染環境，同時，運用新的材料鋪筑路面會使礦產資源和能源消耗大幅度增加，與“節能減排、低碳環保”的政策相背離。泡沫瀝青冷再生技術主要是將原有的路面材料進行重復利用，最大限度地節約資源，使工程造價明顯降低，有利于保護環境。泡沫冷再生技術對于各種廢舊瀝青公路路面的養護均可適用，不僅可以節省大部分的集料，還能使鋪筑的新基層更具柔性、耐疲勞性，進而達到抑制和延緩反射裂縫的目的。

一、泡沫瀝青的發泡原理

泡沫瀝青發泡的基本過程為環境溫度下冷水滴與140℃的高溫瀝青接觸時產生的連鎖反應：高溫瀝青與水滴表面產生能量交換，將水滴加熱至100℃，并使瀝青逐漸冷卻；高溫瀝青所傳遞的熱量遠遠高于蒸汽潛熱，致使瀝青體積膨脹，形成蒸汽。在一定壓力下膨脹腔中的蒸汽泡會壓入瀝青的連續箱；當溶有大量蒸汽泡的高溫瀝青從噴嘴噴出，壓縮蒸汽膨脹會使逐漸變涼的瀝青形成一種薄膜狀，同時依靠著瀝青薄膜表面張力完全裹附氣泡；在膨脹的過程中，瀝青薄膜所產生的表面壓力會一直抵抗蒸汽壓力直至達到平衡狀態，再加上水與瀝青的低導熱性，這種平衡狀態通常可以維持數秒；在發泡過程中所產生的氣泡會以一種亞穩定的方式存在，因為該泡沫極易破滅。除此之外，泡沫瀝青發泡的評價指標是根據瀝青的發泡體積倍數與半衰期來衡量瀝青的發泡效果。發泡體積倍數又稱膨脹率，是指瀝青在發泡狀態下所衡量的最大體積與未發泡的狀態下衡量體積之比，其發泡體積倍數越大，所拌制的泡沫混合料的質量就越好。而半衰期則是指泡沫瀝青在發泡狀態下由最大體積縮小到該體積一半所耗費的時間，半衰期的實際意義是對瀝青泡沫的穩定性予以描述，半衰期越短，說明泡沫越容易衰減，為此，可以通過與集料進行長時間的接觸和混合，進而使泡沫瀝青混合料的質量有所提高。

二、泡沫瀝青冷再生配合比設計

（一）原材料的實驗設計

首先，瀝青作為泡沫瀝青冷再生中的核心穩定劑，其質量的高低與再生混合料的性能有著直接的影響，甚至關系到再生工程的整體施工質量。就拿A-70瀝青舉例，對該種類瀝青進行發泡性能試驗，其發泡溫度調整到150℃-170℃之間，間隔為10℃；所設置的發泡用水量為1.5%-3.0%之間，間隔為0.5%，并且要在一定的噴射壓力條件下測試瀝青的發泡性能。經試驗證明，發泡體積倍數與發泡溫度、發泡用水量成正比，而半衰期與發泡用水量、發泡溫度成反比。由此可見，只有極高的發泡體積倍數和較長的半衰期才能使泡沫瀝青與廢舊路面材料得到更好的混合效果。其次，我國公路原路面所銑刨的回收瀝青路面材料作為再生混合料的關鍵原材料，其級配狀態直接關系著再生混合料自身的性能與全新集料的混合比例。回收瀝青路面材料主要是由銑刨機對路面進行銑刨而來，而銑刨的速率對銑刨后廢舊路面材料的級配有一定的影響，所以要確定銑刨速率是確保回收瀝青路面材料自身性能的穩定以及再生混合料的整體質量。

（二）混合料的級配設計

通過水洗法對回收瀝青路面材料和集料予以篩分實驗，要依照回收瀝青路面材料的級配狀況，確定泡沫瀝青冷再生混合料的級配設計采用中粒式級配，同時要在正式施工前對回收瀝青路面材料中26.5mm以上的材料予以剔除。需要注意的是，在泡沫瀝青冷再生混合料中的石屑比例應為18%。只有這樣，才能使設計出的泡沫瀝青冷再生混合料合成級配各篩孔的通過率充分滿足相關的規定。

三、泡沫瀝青冷再生技術在公路養護中的具體應用

（一）施工前的準備工作

應用泡沫瀝青冷再生技術施工前的準備工作主要分為四步。具體而言:（1）對回收瀝青路面材料與石屑的存儲場地予以硬化處理，要為其搭建防雨罩棚，布置良好的排水系統。在堆放材料的過程中，為了避免發生離析問題，可以采用推土機按照一定的批次順序進行整齊堆放，同時堆放高度不應高于3m，防止出現事故。除此之外，不同規格的材料之間要修筑高為1.5m的隔墻，杜絕混料現象；對水泥進行存放時，應選擇密封罐裝，防止受潮；瀝青應儲存在帶有加熱與保溫的貯罐中，并且要將施工前的溫度應控制在140℃至150℃之間。（2）要確保回收路面材料的干凈程度，銑刨前需要通過專用的清掃設備對原路面予以清掃。（3）設置專門的工作人員對下承層的質量進行檢查。下承層主要為再生水泥，用來穩定碎石基層，其效果是不僅再生水泥與泡沫瀝青冷再生層的粘結，同時應該在碎石基層和泡沫瀝青再生層見設置透層瀝青，所使用的透層瀝青應為乳化瀝青。

（二）混合料的拌制

對于泡沫瀝青再生混合料的拌制具體分為四步：首先，需要按照公路工程的規模大小配備充足的水泥罐、瀝青罐等一系列設備，確保在施工中能夠正常供水，使泡沫瀝青的混合料能夠穩定生產。其次，對泡沫瀝青混合料進行生產前，應該詳細檢測回收瀝青路面材料的銑刨料以及添加新集料本身的含水量，及時調整生產過程中所需要的拌和加水量。在拌和生產期間，需要對運輸、攤鋪時水分損失以及天氣加以考慮，合理的加大拌和用水量，確保泡沫瀝青混合料可以在最佳含水量進行碾壓工作。再者，對泡沫瀝青混合料進行拌和時，要依照實際的配合比供料，同時要安排專門的工作人員檢查料倉，一旦料倉出料口發生堵塞現象，應該及時對其予以處理，進而確保所生產的泡沫瀝青冷再生混合料的級配符合相關標準。在生產泡沫瀝青再生混合料之前，應該預熱瀝青輸送管道，生產過程中需安排人員隨時關注瀝青供給的情況。最后，泡沫冷再生混合料需要拌和均勻，確保沒有花白料、結塊成團現象以及和易性良好。在生產期間應該不定期檢查出料情況，如果出現異常情況需立刻查詢原因泵解決。

（三）混合料攤鋪與碾壓

泡沫瀝青冷再生混合料在攤鋪之前應對下承層表面進行清潔，并按照相關規定對表面噴灑透層油或是粘層油。對公路進行全方位施工時，盡量采用兩臺瀝青攤鋪機通過前后交錯或梯隊聯合的形式進行泡沫瀝青混合料的攤鋪工作。在攤鋪過程中，要想對攤鋪層的厚度進行有效控制，可以采用內側瀝青攤鋪機的外側走鋼絲，而另一側則自動找平；外側瀝青攤鋪機的其中一側有鋼絲，另一側只需在完成攤鋪的層面上走“雪橇”的形式。除此之外，混合料攤鋪的施工必須確保不間斷，并勻速進行，在攤鋪的過程中不可隨意改變進行速度或停頓。通常情況下，攤鋪速度為2-4m/min為最佳。需要注意的是兩臺瀝青攤鋪機的距離要盡量保持在10m左右，軌道重疊程度大概為10cm，并且要確保接縫處的平整性、密實性。對于混合料的碾壓可以采用初壓、復壓，以及終壓。具體而言：選用初壓的方式通常為兩臺30t的輪胎壓路機，其碾壓速度為2-4km/h進行兩遍碾壓；復壓則是通過兩臺25t的單鋼輪振動壓路機，其碾壓速度為1.5-3km/h進行兩遍強振碾壓，一遍靜壓；而終壓需選用兩臺t的雙鋼輪振動壓路機，其碾壓速度為3-5km/h進行兩遍振蕩碾壓，一遍靜壓，保證碾壓后的路面平整、密實。在碾壓的過程中需要安排專門的工作人員對壓路機的起步與制動予以監督，確保慢速啟動、慢速剎車。工作人員應重點檢查縱向碾壓區間的接茬位置，并且要根據公路表面的干濕情況合理灑水，確保整個碾壓過程中公路表面的濕潤度。

四、結語

隨著社會主義建設制度的不斷完善和深入，在一定程度上推動了我國公路工程的日益完善，而泡沫瀝青冷再生混合材料具有一定的施工性能，在路面養護過程中能夠充分利用廢料，可以降低環境污染。與此同時，泡沫瀝青冷再生技術對于原材料并沒有過多要求，能夠最大限度地對舊銑刨料予以包容，適用于各種舊瀝青路面的再生，從而促進公路養護工作的進步。