泡沫沥青冷再生水稳基层性能研究！

贵州水稳料施工与出售之泡沫沥青冷再生水稳基层性能研究！

经过国内外学者的多年研究，泡沫沥青冷再生技术其本上形成了一套完整的设计、贵州水稳料施工与出售施工和质量控制体系，并成功应用于路面维修工程当中。但是国内外都是针对沥青面层的回收料(Reclaimed asphalt pavement简称RAP)作为研究对象的，而对于我国传统的水泥稳定碎石基层的回收料(Cement－treated base简称CTB)研究和应用的较少。本文在已有研究成果的基础上，以CTB回收料作为研究对象，对泡沫沥青冷再生基层回收料的性能进行了研究。

原材料性能分析

回收料

研究中所用的回收料主要是指水泥稳定碎石基层的回收料，对CTB回收料进行筛分。由试验结果可知:CTB回收料中细料含量偏少，尤其是0.075mm通过率偏低。

沥青

采用滨州A－70号沥青拌制泡沫沥青混合料。该批次沥青的发泡效果较好，满足规范中膨胀率大于10倍，半衰期不小于8s的要求。

水泥

水泥采用普通硅酸盐水泥，等级为32.5水泥，各项性能指标均满足规范要求。

细集料

由前述回收料的筛分结果来看，CＲB回收料中0.075mm通过率均较低，对于泡沫沥青冷再生混合料中细集料的要求比较高，才能使泡沫沥青得以充分、均匀地分散，被泡沫沥青包裹的细集料，才能以“点焊”方式将粗集料粘结到一起，以形成强度。贵州水稳料施工与出售因此需要向回收料中加入部分细集料，进行级配调整。对于再生混合料来讲，在性能满足要求的前提下，调整级配时加入的新集料越少越好，这样旧料再生利用的优势越明显。在本研究中考虑只掺加一部分0～5mm的新料，掺加的新料应满足规范要求，尤其是要控制砂当量指标。使用的细集料满足规范要求。

级配选择

分别选取满足规范的四种级配B1～B4进行研究，B1～B4级配由粗到细。

性能研究

劈裂强度

选取4种级配，分别测定各混合料的劈裂强度(ITS)，混合料中水泥掺量为2.0%，试验温度为15℃。

从以上结果可以看出:

(1)B1级配混合料劈裂强度在406～464kPa之间，B2级配混合料劈裂强度在475～600kPa之间，B3级配混合料劈裂强度在527～640kPa之间，B4级配混合料劈裂强度在546～593kPa之间，可见，对于级配满足要求的B1～B4级配混合料的劈裂强度范围在

406～640kPa之间，满足有关规范的技术要求。

(2)随沥青含量的增加，关系曲线存在一个峰值，说明在最大劈裂强度下存在一个最佳泡沫沥青用量，最佳沥青用量在2.5%～2.7%，这表明级配变化对于最佳泡沫沥青用量的影响不明显。

(3)B4混合料的劈裂强度是B1级配的1.5倍左右，这表明级配对冷再生混合料的劈裂强度有很大影响。同时也可以发现，2.36mm以下材料的通过率对混合料的劈裂强度有重要影响，一般来讲，材料的抗拉强度主要由混合料中结合料的粘结力提供。这也是对泡沫沥青混合料进行级配调整时一般只掺加0～5mm或0～3mm细集料的原因所在。

水稳定性

将养生好的试件在15℃温度下浸水24h，然后测试在湿态下的ITS，干湿状态下的ITS比值TSＲ，用于评价泡沫沥青冷再生混合料的水稳定性。

由以上结果可知:比较不同级配下混合料的湿ITS和TSＲ，级配越粗，TSＲ值越小，表明级配粗细对泡沫沥青冷再生混合料的水稳定性有显著影响。

无侧限抗压强度和抗压回弹模量

无侧限抗压强度

分别选择了粗细两种级配的对泡沫沥青冷再生混合料的抗压性能进行测试。

可以得出:(1)随着泡沫沥青用量的增加，混合料的无侧限抗压强度变化幅度小，贵州水稳料施工与出售不像劈裂强度那样敏感，因此采用劈裂强度作为确定最佳沥青用量的控制指标更为合理。(2)比较级配B1和B4，级配越细，无侧限抗压强度越大，表明级配粗细对无侧限抗压强度有较大的影响。

抗压回弹模量

抗压回弹模量是进行沥青路面结构设计中重要的一项指标，泡沫沥青冷再生混合料作为一种半柔性材料，国内尚未形成关于泡沫沥青冷再生技术的结构设计理论，尽管国际上一些国家和地区相继发展了地区性的泡沫沥青冷再生技术的结构设计方法，但并不一定适合于我国的交通状况与工程实际。因此国内在使用泡沫沥青材料进行路面结构设计时，将泡沫沥青冷再生层视为柔性基层，设计方法按照《公路沥青路面设计规范》(JTGD50—2006)的规定执行。

试验方法按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTJ052—2000)的规定测定，试验温度为20℃。CTB混合料中水泥用量为2.0%。

可以看出:

(1)随着泡沫沥青用量的增加，抗压回弹模量逐渐减小，表明增加沥青用量可使混合料的柔性性质增加，材料的劲度降低。

(2)B1与B4相比，级配越细，混合料的抗压回弹模量值也越高，说明泡沫沥青冷再生混合料抗压回弹模量主要受级配影响。

(3)在试验范围之内CTB混合料的抗压回弹模量范围为800～1400MPa，与热拌沥青混合料和半刚性材料相比，其抗压回弹模量偏小。

水泥用量对冷再生混合料性能的影响

选取B4级配，变化水泥用量2%、2.5%、3.0%，泡沫沥青用量为2.0%、2.5%、3.0%、3.5%，研究水泥掺量对泡沫沥青冷再生混合料性能的影响。

由以上结果可知:(1)随着水泥用量的增大，混合料的干ITS有所增大，但是变化不明显，泡沫沥青用量越大，这种情况越明显，表明水泥用量对于泡沫沥青混合料干劈裂强度无显著影响。(2)随着水泥用量的增大，混合料的湿劈裂强度和TSＲ变化较为明显，但水泥用量超过2.5%以后，这种效果不是太明显。因此从经济效益上来考虑，水泥也不宜过多。

集料温度对冷再生混合料性能的影响

泡沫沥青冷再生混合料与热拌沥青混合料相比，沥青含量低，集料不需要加热，这也就决定了泡沫沥青冷再生混合料中沥青无法对集料全部裹附的特点。对于热拌沥青混合料而言，即使沥青含量较高，如果集料加热的温度不合适，也无法做到沥青对集料的全部裹附，可见集料的温度会影响混合料质量的好坏。

以B2级配为例，研究集料在不同温度下，混合料的劈裂强度及水稳定性变化情况。

可知:(1)随着集料温度的升高，泡沫沥青冷再生混合料的干劈裂强度也逐渐增大。贵州水稳料施工与出售当温度大于15℃后，这种趋势较为平缓。(2)集料的温度对水稳定性有显著影响，当集料温度小于15℃时，虽然混合料的干劈裂强度满足技术要求，但是水稳定性明显不足，TSＲ均处于75%以下。这表明集料温度在15℃以上时，混合料的性能均较好。因此在施工过程中温度不宜低于15℃。

效益分析

经济效益

该成果已成功应用于天津市滨海高新技术产业园区某道路的大修工程中，应用面积3.97万m2。如果采用传统的维修方案为4cm改性沥青混凝土(AC－13C)+6cm沥青混凝土(AC－20)+12cm沥青碎石+20cm水泥稳定碎石，每m2造价为316.6元;泡沫沥青冷再生技术方案为4cm改性沥青混凝土(AC－13C)+18cm泡沫沥青冷再生层+20cm泡沫沥青冷再生层，每m2造价为286.6元，两方案相比，采用该技术可节约工程投资9.2%，直接经济效益明显。

社会、环境效益

泡沫沥青冷再生混合料采用常温拌合，与生产热拌沥青混合料相比，可降低混合料生产过程中的能源消耗，且主要是加热集料产生的能耗。沥青混合料生产过程中消耗的能源主要包括重油、柴油和电力3种能源类型，为了使能源之间具有可加性，将3种能源类型均折算成标准煤进行计算。经测算，生产1t热拌沥青混合料能源消耗量为ce9.58kg，而生产1t泡沫沥青冷混合料能源消耗量为1.26kgce，可见每生产1t冷再混合料可节约能源消耗量为ce8.32kg，海泰大道维修工程中共使用泡沫沥青再生混合料39700t，因此本采用泡沫沥青冷再生技术产生的节能量为ce330.3t，折合减排量为CO2811.4t。

综上所述，泡沫沥青冷再生技术具有显著的经济、社会与环境效益，有较高的推广价值，应用前景广阔。

结论

(1)用泡沫沥青冷再生技术对半刚性基层回收料进行再生利用是可行的，劈裂强度满足规范要求，能作为高等级公路的基层。

(2)泡沫沥青冷再生混合料的级配变化，尤其是细集料的含量(通常指2.36mm以下含量)对混合料的劈裂强度及水稳定性有显著影响。

(3)水泥在泡沫沥青冷再生混合料中主要作用是提高混合料的水稳定性及早期强度，同时从经济上来考虑，水泥用量也不宜过多。

(4)集料的温度对泡沫沥青冷再生混合料的水稳定性有显著影响，泡沫沥青冷再生混合料施工温度不宜低于15℃。

(5)泡沫沥青用量对混合料劈强度的影响比无侧限抗压强度影响敏感，采用劈裂强度作为确定最佳沥青用量的控制指标更为合理。

(6)泡沫沥青冷再生混合料的略低于热拌沥青混合料的抗压回弹模量，泡沫沥青冷再生CTB混合料的抗压回弹模量范围为800～1400MPa。

(7)泡沫沥青冷再生技术具有显著的经济、社会与环境效益，有较高的推广价值，应用前景广阔。