乳化瀝青冷再生技術的研究進展

孫海南

摘要：我國高等級公路每年因養護維修而產生大量的RAP（廢舊瀝青混合料）。瀝青路面在環境以及荷載的長時間作用下，其整體性能將不能滿足規范要求，但是RAP作為路面再生技術的原材料仍然具有很高的價值。在冷再生的施工過程中，RAP中的舊瀝青很難與新添加的乳化瀝青有效融合，RAP中的顆粒主要是作為“黑色集料”在發揮作用;這樣很難實現RAP的利用率最大化。因此，如果能夠提高RAP的利用率，既能節約大量的資源，同時避免RAP閑置堆積造成生態環境破壞，符合可持續發展的理念，具有顯著的經濟和生態效益。研究綜述了乳化瀝青冷再生混合料的組成及相關性能的評價，探索了乳化瀝青冷再生技術未來的發展方向和研究重點。

關鍵詞：RAP;乳化瀝青;冷再生技術;性能評價

中圖分類號：U418文獻標識碼：A文章編號：1006—7973（2022）05-0152-03

1引言

瀝青路面是一個國家經濟發展和日常生活的重要資產。隨著交通量的增加，道路行業面臨著巨大的壓力與挑戰，發展節能環保的路面技術似乎具有特殊的意義[1，2]。近年來，隨著中國高等級公路逐漸進入大修周期，每年因養護維修產生了大量的廢舊瀝青混合料（RAP）;如果不能采取有效的方式對RAP進行處理，不僅會造成資源的浪費，還會破壞生態環境;而對RAP中老化瀝青的再生利用，是解決這方面問題最有效的方式[3，4]。

冷再生技術以其獨特的優勢受到了很多研究者的青睞，尤其是以乳化瀝青冷再生技術。乳化瀝青冷再生是一種節約能源、保護環境、循環利用資源和低成本的瀝青路面養護維修技術，已成為實現低碳交通的重要途徑之一[5，6]。

結合相關文獻和技術規范，從乳化瀝青冷再生技術的角度展開綜述;首先介紹乳化瀝青冷再生混合料的組成，其次對冷再生混合料性能評價展開綜述，最后對乳化瀝青冷再生技術的發展進行總結與展望。

2乳化瀝青冷再生混合料的組成

2.1乳化瀝青

乳化瀝青是由瀝青、乳化劑、水及添加劑（如需要）組成，具有節能環保、綠色低碳、冷態施工等一系列的施工優越性，所以非常有助于公路的修建和養護。

2.2集料（新集料和RAP）

劉海鵬[7]等綜合考慮材料的經濟性原則，推薦礦粉用量3%、機制砂和9.5～19.0mm粗集料用量均為20% 時對冷再生混合料作用效果最好。蔣應軍[8]等經過試驗分析冷再生混合料中9.5～19mm粗集料摻量10%～30%、機制砂摻量20%、礦粉摻量3%為宜。此外，RAP分散或成團會影響混合料的級配，從而影響冷再生混合料相應的技術性能;何東坡[9]等研究認為相比RAP原樣篩分，應用RAP抽提篩分調整冷再生混合料的級配效果更好。

2.3添加劑

2.3.1再生劑

再生劑（Rejuvenating Agent）作為乳化瀝青冷再生技術中的常用添加劑，其主要作用是彌補RAP中老化瀝青缺乏的輕組分（飽和分和芳香分）以達到恢復老化瀝青性能的目的;此外，應當根據RAP中瀝青的老化程度和含量，并考慮瀝青與再生劑的配伍性情況綜合考慮選擇再生劑的種類[10]。郝林[11]等確定自制再生劑的摻量為8%，且再生劑組成成分基礎油、增塑劑及抗老化劑三者比例為80：20：4時冷再生混合料具有良好的再生效果。廢植物油等也可被用來作為再生劑，王林芳[12]研究發現當廢舊食用油摻量為1.5%時，冷再生混合料的路用性能達到最佳。

2.3.2纖維

纖維是提高乳化瀝青冷再生混合料力學及路用性能常用的添加劑[5]。以纖維的類型和摻量作為研究的變量，蔣應軍[13]等研究發現聚酯纖維、木質素纖維摻量分別為0.6%和0.4%時，冷再生混合料分別具有最佳的低溫性能和高溫性能。楊東光[14]發現玄武巖纖維提高冷再生混合料技術性能的效果最好且摻量為0.3%，其次是聚丙烯晴纖維且用量為0.35%;然后是聚酯纖維及聚丙烯纖維，最佳摻量均為0.3%。從兼顧不同特性纖維的配比設計的角度研究，張慶[15]等選用木質素纖維及廢舊玻璃纖維進行配比優化設計;當冷再生混合料具有優良的路用性能時，兩種纖維的用量為0.3%且二者之比為7：3。

2.3.3水泥

在乳化瀝青冷再生混合料施工過程中加入一定量的水泥，利用水泥吸水水化加速乳化瀝青破乳，達到提高早期強度、提早開放交通的目的[16，17]。郭銀濤[18]等研究發現當水泥摻量為3%時，冷再生混合料抗疲勞性能最佳;而水泥摻量為2.0%時，具有較好的低溫性能。另外孫巖松[19]發現冷再生混合料的高溫性能隨水泥摻量（0～5%）的提高而不斷增強并逐漸穩定，水穩定性則是先平緩增長一段時間而后迅速增長;當水泥摻量為1.5%時，低溫性能最佳。

此外，從微觀檢測的角度也能研究水泥摻量對乳化瀝青冷再生混合料的影響。魏唐中[20]等研究認為在較高的水泥用量下，冷再生混合料的早期及后期強度越高;水泥的水化產物和破乳后的瀝青結合使冷再生混合料的強度增加。王宏[21]觀測分析不同水泥摻量冷再生混合料的細微觀形貌特點，認為水泥的摻量不宜超過2%。與王宏等的研究思路不同，楊彥海[22]等將微觀檢測手段與宏觀性能評價相結合，分析認為水泥的水化產物與瀝青相結合起到“加筋”的作用使冷再生混合料的強度得到提高;并且建議水泥摻量在1%～2%范圍內。

2.3.4其他

高爐礦渣隨著冶煉工業的迅猛發展而大量產生。目前，大量的高爐礦渣只能閑置堆積而無法被有效的利用，導致大量土地被占用且嚴重污染環境。楊漣[23]等發現摻加1.5%高爐礦渣和0.3%消石灰對冷再生混合料路用性能的改善效果與摻加1.5%水泥相當。

生石灰是一種能與水發生消化反應并放熱的無機膠結材料。研究認為摻加一定量的生石灰能顯著提高冷再生混合料的強度且節省相應的時間[24]。金成[25]等發現生石灰摻量（0～1.5%）范圍內冷再生混合料的強度基本穩定。杜少文[26]研究認為消石灰或消石灰礦渣粉均能提升冷再生混合料相應的技術性能，但是二者的作用效果比水泥差。

3乳化瀝青冷再生混合料的性能評價

3.1高低溫性能

王宏[27]等發現低標號瀝青或增加水泥用量均能顯著提高冷再生混合料的高溫性能，同時受到早期含水率及冷再生混合料后期強度的影響。董文龍[28]等比較了三種結構形式的高溫性能，發現ECR（乳化瀝青冷再生混合料）的高溫性能優于HMA（熱拌普通瀝青混合料）和ECR/HMA。李瑞紅[29]研究發現足夠的養生時間能夠顯著提高冷再生混合料的高溫性能。隨著乳化瀝青冷再生混合料層位使用范圍的不斷擴大，其低溫性能也逐漸成為研究者們所關注的焦點;李鋒[30]等將斷裂能作為評價冷再生混合料低溫性能的指標，分析認為水泥用量不超過1.5%為宜。

3.2疲勞性能

隨著交通量和軸載的不斷增加，道路使用年限出現大幅度下降;而乳化瀝青冷再生混合料優于半剛性材料的主要品質是其優良的抗疲勞性能[31，32]。王之怡[33]等研究發現RAP摻量100%的冷再生混合料比RAP摻量80%擁有更好的抗疲勞性能。汪德才[34]等比較影響冷再生混合料疲勞壽命的因素，RAP摻量及針入度>延度及乳化瀝青用量〉水泥用量及應力水平。目前，缺乏對服役一定時間的冷再生混合料疲勞性能的研究分析，孫立軍[35]等發現現場服役多年的冷再生混合料存在疲勞性能增長的過程。

3.3水穩定性

我國幅員遼闊，從北向南處于寒帶、溫帶和熱帶;使得乳化瀝青冷再生混合料鋪筑的路面需要承受凍融循環的作用[36]。楊彥海[37]等研究發現凍融循環對非飽和乳化瀝青冷再生混合料的高、低溫性能影響顯著，低溫劈裂強度隨著凍融循環次數的增加降低幅度逐漸減小，而高溫抗剪強度的變化規律正好相反。由于乳化瀝青冷再生混合料的孔隙較大，當存在級配不當的情況，再加上受到水的侵蝕以及重載交通作用時很容易損壞[38];高磊[39]等研究發現造成冷再生混合料低透水性的重要原因是空隙尺寸和分布特征。

4結論與展望

（1）再生劑是用于恢復RAP中老化瀝青性能的添加劑，再生劑必須能夠提供老化瀝青所缺乏的輕組分（飽和分與芳香分），同時應具有耐熱性和耐候性。

（2）研究發現水泥能夠加速乳化瀝青的破乳，其水化產物與破乳后的瀝青進一步組合使冷再生混合料強度得到提高。

（3）將微觀形貌特征與宏觀性能評價結合起來研究冷再生混合料的材料組成與強度機理是乳化瀝青冷再生技術研究的發展趨勢。

參考文獻：

[1]CHERAGHIAN G，FALCHETTO A C，YOU Z，et al. Warm mix asphalt technology：An up to date review [J]. Journal of Cleaner Production，2020，268.

[2]任瑞波，張正男，趙品暉，等.瀝青路面微表處研究綜述[J].石油瀝青，2020，34（05）：4-8.

[3]任瑞波，范文淼，馮美軍，等.瀝青混合料再生技術研究進展[J].石油瀝青，2020，34（04）：9-12+23.

[4]況棟梁，劉文昌，張陽，等.基于表面潤濕理論的再生劑-老化瀝青界面擴散行為評價[J].中國公路學報，2020，33（07）：58-67.

[5]王恩，張啟志.纖維對乳化瀝青冷再生混合料性能的影響[J].新型建筑材料，2020，47（06）：74-78.

[6]王志剛.摻加纖維的乳化瀝青冷再生混合料路用性能及機理分析[J].公路工程，2016，41（06）：262-266+288.

[7]劉海鵬，蔣應軍，胡永林，等.級配對乳化瀝青冷再生混合料強度的影響[J].建筑材料學報，2018，21（03）：503-510.

[8]蔣應軍，韓占闖.級配對乳化瀝青冷再生混合料路用性能影響[J].大連理工大學學報，2018，58（06）：607-614.

[9]何東坡，李惠惠，楊柳，等.RAP對乳化瀝青冷再生混合料級配設計的影響研究[J].科學技術與工程，2016，16（23）：273-279.

[10]李立寒.道路工程材料[M].道路工程材料，2010.

[11]郝林，吳建靈，陳兵，等.冷拌用再生劑的制備及乳化瀝青冷再生混合料路用性能研究[J].公路，2021，66（07）：7-16.

[12]王林芳.添加廢舊食用油預拌增強型乳化瀝青冷再生混合料性能研究[J].新型建筑材料，2020，47（02）：36-40.

[13]蔣應軍，王瑞祥，劉鵬，等.纖維對乳化瀝青冷再生混合料路用性能影響[J].大連理工大學學報，2020，60（01）：62-68.

[14]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.

[15]張慶，侯德華，史紀村，等.混雜廢舊纖維對乳化瀝青冷再生混合料的性能優化研究[J].硅酸鹽通報，2020，39（08）：2662-2671.

[16]鐘夢武，吳超凡，于永生，等.摻加水泥的乳化瀝青冷再生瀝青混合料設計方法研究[J].公路，2008，01）：195-199.

[17]劉明輝，段書蘇，李振霞.水泥一乳化瀝青冷再生混合料性能研究及開發應用[J].鐵道建筑，2012，09）：144-146.

[18]郭銀濤，劉清泉，劉振清.考慮水泥作用的改性乳化瀝青冷再生混合料性能研究[J].公路交通科技，2012，29（06）：6-10+21.

[19]孫巖松.水泥摻量對乳化瀝青冷再生混合料性能的影響[J].武漢理工大學學報，2013，35（04）：45-48.

[20]魏唐中，洪錦祥，林俊濤.水泥與乳化瀝青對冷再生強度的影響及作用機理[J].建筑材料學報，2017，20（02）：310-315.

[21]王宏.不同水泥摻量乳化瀝青冷再生混合料細微觀空隙分布特征[J].公路交通科技，2016，33（07）：27-34+67.

[22]楊彥海，鄔宇航，楊野，等.水泥對乳化瀝青冷再生材料性能影響的宏微觀分析[J].公路交通科技，2018，35（10）：1-8.

[23]楊漣，徐周聰，周浩南，等.摻加BFS的乳化瀝青冷再生混合料路用性能研究[J].重慶交通大學學報（自然科學版），1-8.

[24]周源.生石灰對乳化瀝青冷再生混合料強度的影響[J].中外公路，2013，33（02）：282-284.

[25]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.

[26]杜少文.外加材料對乳化瀝青冷再生混合料路用性能的影響[J].建筑材料學報，2013，16（03）：534-538.

[27]王宏，郝培文，南兵章，等.乳化瀝青冷再生混合料高溫穩定性研究[J].公路工程，2013，38（04）：191-195.

[28]董文龍，楊群，黃文元，等.乳化瀝青冷再生混合料高溫變形特征試驗研究[J].公路工程，2014，39（05）：44-46+87.

[29]李瑞紅.乳化瀝青冷再生混合料高溫穩定性試驗研究[J].公路工程，2017，42（05）：132-135+177.

[30]李鋒，嚴金海，朱浩然，等.乳化瀝青冷再生混合料低溫性能研究[J].公路，2015，60（03）：164-168.

[31]王真，何亮，張捷，等.乳化瀝青冷再生混合料疲勞性能試驗研究[J].公路，2010，12）：160-163.

[32]呂政樺，申愛琴，李悅，等.基于遺傳優化的乳化瀝青冷再生混合料的疲勞性能及機理研究[J].材料導報，2019，33（16）：2704-2709.

[33]王之怡，郝培文，柳浩，等.乳化瀝青冷再生混合料疲勞性能研究[J].公路交通科技，2015，32（02）：28-32.

[34]汪德才，郝培文，魏新來.乳化瀝青冷再生混合料疲勞性能及影響因素[J].北京工業大學學報，2016，42（04）：541-546.

[35]孫立軍，程懷磊，劉黎萍，等.在役乳化瀝青冷再生混合料的疲勞性能[J].同濟大學學報（自然科學版），2017，45（11）：1648-1654+1687.

[36]楊野，徐劍，楊彥海，等.凍融循環作用下乳化瀝青冷再生混合料損傷分析[J].沈陽建筑大學學報（自然科學版），2020，36（05）：869-876.

[37]楊彥海，崔宏，楊野，等.凍融循環作用對非飽和乳化瀝青冷再生混合料性能的影響[J].吉林大學學報（工學版），1-8.

[38]何亮，張捷，金康康，等.乳化瀝青冷再生混合料水穩定性試驗[J].重慶交通大學學報（自然科學版），2010，29（06）：900-903.

[39]高磊，倪富健，羅海龍，等.乳化瀝青冷再生混合料的透水性與空隙特征[J].東南大學學報（自然科學版），2015，45（03）：581-585.