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(shù)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(guān)鍵詞]泡沫瀝青；道路；基層

將含水的瀝青加熱，會因產(chǎn)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(fā)現(xiàn)，泡沫瀝青可以作為土壤的穩(wěn)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(shù)得到研究與應用，但是在我國泡沫瀝青技術(shù)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(zhì)，現(xiàn)在已引起人們的關(guān)注。

1、泡沫瀝青的原理

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

泡沫瀝青也稱之為膨脹瀝青，其主要技術(shù)指標是體積膨脹率和泡沫的持續(xù)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(xù)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(guān)。試驗表明，當采用AH-90瀝青進行發(fā)泡時，其膨脹率隨著加水量增大而增加，而泡沫持續(xù)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(fā)泡劑，也能有效地使瀝青體積發(fā)生膨脹，如加入0.05%發(fā)泡劑，膨脹率為6.9倍；而當加入0.15%則發(fā)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(xù)的時間很短，為了使它能夠在泡沫狀態(tài)與集料接觸，采取在一個罐內(nèi)使瀝青發(fā)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(shù)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(jié)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(jié)省費用而比較經(jīng)濟。

美國德克薩斯州運輸部曾論證用泡沫瀝青穩(wěn)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(nèi)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(wěn)定度等。試樣在常溫下用旋轉(zhuǎn)剪切壓實機進行壓實，試樣從試模中取出后在室溫下養(yǎng)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(jié)果如表1所示。

回彈試驗結(jié)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(wěn)定，密級配顯然穩(wěn)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(wěn)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(nèi)，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(wěn)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(wěn)定工藝與乳化瀝青穩(wěn)定相似，但養(yǎng)護時間大大縮短。有趣的是新拌泡沫瀝青穩(wěn)定材料，幾乎見不到瀝青，但加以壓實后，其表面就開始發(fā)黑，僅需養(yǎng)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W(wǎng)R2500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?，F(xiàn)在，泡沫瀝青技術(shù)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(shù)的開發(fā)，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(shù)，進行了泡沫瀝青冷拌再生基層的現(xiàn)場試驗。與水泥穩(wěn)定基層不同，泡沫瀝青穩(wěn)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(zhì)。

應用泡沫瀝青進行冷拌再生鋪筑基層，不但可茌現(xiàn)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。