基于泡沫瀝青冷再生方案的公路基層材料試驗分析

摘要 為有效提升泡沫瀝青冷再生技術應用水平，保證道路基層使用性能，該文章結合某公路項目柔性基層施工案例，針對泡沫瀝青冷再生技術的應用展開綜合探究，通過相關試驗，獲得了瀝青穩(wěn)定碎石基層材料配合比，分析了銑刨料摻量對泡沫瀝青冷再生穩(wěn)定碎石高溫性能、水穩(wěn)性能、力學特性、疲勞壽命的影響，確定了銑刨料推薦摻量為30%～40%；通過實際工程應用，總結了泡沫瀝青冷再生穩(wěn)定碎石施工工藝要點，應用效果顯著，有效驗證了泡沫瀝青冷再生柔性基層材料在工程應用中的可行性，該研究對類似工程具有重要的參考價值。

關鍵詞 公路項目；泡沫瀝青；冷再生；柔性基層

中圖分類號 U414 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2024）14-0114-03

0 引言

泡沫瀝青作為一種新型材料，主要是通過在熱瀝青材料中摻加水分，并充分攪拌，使其與水發(fā)生理化反應，從而形成氣泡狀瀝青，在進行混合料拌和時，氣泡瀝青能夠均勻包裹集料，顯著提升混合料拌和質量和使用性能，具有節(jié)能環(huán)保、性能優(yōu)良等優(yōu)點。公路基層施工中，采用泡沫瀝青冷再生材料，能有效增強基層承載性能，保證道路運營能力。為此，該文章結合實際工程案例，系統(tǒng)分析了泡沫瀝青冷再生在道路基層中的應用，以期能有效提升泡沫瀝青應用水平，推動瀝青再生技術的全面發(fā)展。

1 原材料與試驗方案

1.1 銑刨料

該研究將廢舊瀝青銑刨料（RAP）通過冷再生方式運用于道路基層施工中，其中銑刨料選用某高速公路瀝青路面養(yǎng)護形成的廢料，通過碎化、篩分、清洗后按照粒徑大小進行分類保存，以備后續(xù)使用。

1.2 泡沫瀝青

泡沫瀝青主要是在高溫狀態(tài)下，向瀝青內部加入水分，通過連鎖反應形成泡沫瀝青，可顯著增強瀝青和集料之間的黏結性能，并能實現(xiàn)對廢舊瀝青銑刨料的再生利用。結合相關試驗，該文選用150℃溫度條件與2%水摻量配制泡沫瀝青，并對其相關技術指標實施檢測，檢測結果符合標準要求。

1.3 天然集料

集料選用粒徑不小于2.36 mm玄武巖碎石，其壓碎值、堅固性等各項技術指標符合相關標準要求。

1.4 試驗方案

該試驗以銑刨料代替集料進行泡沫瀝青冷再生穩(wěn)定碎石材料拌和，銑刨料主要用量為0%、10%、20%～60%，并根據(jù)相關施工技術標準確定柔性基層材料級配類型。

通過標準馬歇爾試驗獲得瀝青碎石基層最佳油石比，按照試驗檢測規(guī)程成型馬歇爾試件，反復擊實112次，孔隙率為3%～6%，穩(wěn)定度應高于15 kN，試驗得到各種銑刨料摻量條件下的穩(wěn)定碎石基層材料油石比，如表1所示：

2 泡沫瀝青冷再生穩(wěn)定碎石性能研究

2.1 高溫穩(wěn)定性能

瀝青穩(wěn)定碎石材料為柔性材料，能夠均勻承受及傳遞豎向荷載作用，并且能有效提升瀝青和集料之間的黏附性能，顯著增強結構整體性，防止結構開裂。通過高溫車轍試驗對泡沫瀝青冷再生穩(wěn)定碎石材料高溫穩(wěn)定性實施檢測，具體結果如圖1所示：

從上圖1可知：（1）當銑刨料摻量逐漸增大時，泡沫瀝青冷再生穩(wěn)定碎石材料動穩(wěn)定度呈現(xiàn)先升后降的變化趨勢，變形率持續(xù)下降；（2）當瀝青穩(wěn)定碎石材料中銑刨摻量超過30%時，其動穩(wěn)定度增速及變形降速均逐漸減慢，特別當摻量超過50%后，瀝青穩(wěn)定碎石材料動穩(wěn)定度出現(xiàn)下降趨勢，說明銑刨料摻量過大時，會在一定程度上影響材料高溫性能。

2.2 水穩(wěn)性能

普通瀝青路面基層材料在雨水侵蝕作用下，會顯著降低碎石材料結合效果，影響基層整體穩(wěn)定性，而泡沫瀝青穩(wěn)定碎石以瀝青為膠結劑，可有效增強材料抗水損能力，通過殘留穩(wěn)定度與凍融劈裂強度試驗對泡沫瀝青冷再生穩(wěn)定碎石材料水穩(wěn)性能實施檢測，具體結果如圖2所示：

從上圖2可知：（1）當銑刨料摻量逐漸增大時，泡沫瀝青冷再生穩(wěn)定碎石穩(wěn)定度及劈裂強度比均顯著降低，并且降幅越來越大；（2）當瀝青穩(wěn)定碎石材料中銑刨摻量超過40%時，其穩(wěn)定度及劈裂強度比不足70%，因此，瀝青穩(wěn)定碎石拌和時應嚴格控制攪拌時間，確保材料混合均勻。

2.3 動態(tài)模量

基層材料必須具有足夠的承載性能和耐久性，試驗檢測中常以動態(tài)模量來評價基層力學性能。根據(jù)最新《公路瀝青及瀝青混合料試驗檢測規(guī)程》對瀝青碎石動態(tài)模量實施檢測，溫度、頻率分別控制在20℃和5 Hz。具體檢測結果，如圖3所示：

由圖3可知：（1）當銑刨料摻量逐漸增大時，泡沫瀝青冷再生穩(wěn)定碎石材料動態(tài)模量先增大后減?。唬?）銑刨摻量40%條件下，動態(tài)模量達到最大狀態(tài)，其值為9 354 MPa，與常規(guī)瀝青碎石相比，提高16.62%

2.4 疲勞壽命

瀝青穩(wěn)定碎石疲勞壽命一直以來是研究的重點內容，路面基層如果能夠具有優(yōu)良的抗疲勞性能，就能有效保證道路整體穩(wěn)定性，延長運營年限。瀝青穩(wěn)定碎石具有良好的彈性性能，能夠自行恢復結構變形。該文通過四點彎曲試驗進行疲勞壽命檢測，溫度計應變水平分別控制在15℃和450 με。疲勞壽命檢測結果，如圖4、圖5所示：

從圖4～5可知：（1）當銑刨料摻量逐漸增大時，泡沫瀝青冷再生穩(wěn)定碎石疲勞壽命先增大后減小，而勁度模量則先減小后增大；（2）當瀝青穩(wěn)定碎石材料中銑刨摻量為20.0%時，其疲勞壽命達到最大，其值為29 986次，與常規(guī)瀝青碎石相比，提高49.0%；（3）當瀝青穩(wěn)定碎石材料中銑刨摻量為30.0%時，其勁度模量最小，與常規(guī)瀝青碎石相比，下降12.6%。疲勞壽命提升主要取決于瀝青材料均勻度，銑刨摻量較小時，可有效提高各集料之間混合的均勻程度，使瀝青材料充分裹覆于集料表面，顯著增強集料黏附效果；而當銑刨料摻量較大時，各集料混合均勻性降低，集料嵌擠不密實，嚴重影響瀝青黏附效果。

3 泡沫瀝青冷再生穩(wěn)定碎石施工工藝

銑刨料摻量對瀝青穩(wěn)定碎石性能具有重要影響，根據(jù)該文試驗分析，推薦銑刨料摻量控制在30%～40%范圍內。目前，泡沫瀝青冷再生技術還不夠成熟，實際工程應用中工藝要點把控不到位，該文結合實際工程案例，詳細總結了泡沫瀝青冷再生穩(wěn)定碎石基層施工工藝要點，具體內容如下：

3.1 施工準備

泡沫瀝青冷再生穩(wěn)定碎石鋪設前，應做好各項準備工作，具體如下：

對原始道路基層實施處理，清除表面灰塵、積水、雜物等，確保表面潔凈、干燥；

按照施工組織計劃合理安排機械、人員、材料等，確保滿足實際施工需求，同時，應科學規(guī)劃好施工路線，設置必要的路面引導標志，保障車輛通行安全；

根據(jù)工程實際情況，并結合天氣狀況，合理制訂施工計劃，避免因不良天氣條件，影響工程施工質量。

3.2 銑刨料加工

銑刨料質量直接決定冷再生穩(wěn)定碎石基層施工質量，為有效提高施工效果，最大限度保證基層使用性能，銑刨料碎化處理后，應實施深加工處理，全面清除內部雜質，確保粒徑、含泥量等相關指標滿足要求。銑刨料加工完成后，按照實際施工需要，選擇合適粒徑的材料運至現(xiàn)場備用。

3.3 泡沫瀝青生產(chǎn)

泡沫瀝青冷再生施工工藝主要分為就地冷再生和廠拌冷再生兩種。泡沫瀝青生產(chǎn)原理主要將瀝青升溫至150℃，再加入冷水產(chǎn)生連鎖反應，從而生成泡沫瀝青。然后在泡沫瀝青中摻加銑刨料、集料充分攪拌均勻，進而制成瀝青穩(wěn)定碎石材料。

3.4 混合料拌和

嚴格按照確定的生產(chǎn)配合比，稱量出各種材料實際用量，并將材料冷卻3 min，然后將加入泡沫瀝青，根據(jù)相關標準要求進行充分拌和，時間約5 min，拌制完成后運至指定位置準備進行攤鋪作業(yè)。

3.5 攤鋪及碾壓

因瀝青穩(wěn)定碎石材料采用冷拌工藝進行生產(chǎn)，泡沫瀝青固結速率較快，拌制完成后應盡快進行攤鋪及碾壓作業(yè)，以有效確保柔性基層施工質量。實際攤鋪時，應嚴格控制接縫位置攤鋪質量，保證布料均勻，接縫自然平順；碾壓作業(yè)時，應利用大噸位壓實機械進行碾壓，嚴格控制碾壓速率，保持勻速、緩慢運行，以最大限度保證密實度、空隙率滿足施工標準要求。瀝青穩(wěn)定碎石施工完成后，應按照規(guī)范要求進行養(yǎng)生，并對施工質量實施檢測，檢測合格后方能開展后續(xù)作業(yè)。

4 結論

綜上所述，該文章結合實際工程案例，系統(tǒng)分析了泡沫瀝青冷再生穩(wěn)定碎石材料路用性能，得出如下結論：

（1）當銑刨料用量增大時，泡沫瀝青冷再生穩(wěn)定碎石高溫性能、動態(tài)模量、疲勞壽命均先增大后減小，水穩(wěn)性能持續(xù)降低。

（2）泡沫瀝青采用冷再生方式與銑刨料、集料實施拌和，可顯著提升材料整體性，但因其采用冷拌工藝進行生產(chǎn)，泡沫瀝青固結速率較快，所拌制完成后應盡快進行攤鋪及碾壓作業(yè)，以有效確保柔性基層施工質量。

（3）泡沫瀝青冷再生穩(wěn)定碎石作為一種新型基層施工材料，實際施工時，應嚴格按照相關標準要求進行施工，科學做好施工準備工作，并加強泡沫瀝青生產(chǎn)、混合料拌和、攤鋪、碾壓等各環(huán)節(jié)質量把控，從而全面提升柔性基層施工質量；按照推薦銑刨料摻量30%～40%，該工程基層施工質量完全符合標準要求，充分驗證了泡沫瀝青冷再生柔性基層材料在工程應用中的可行性。

參考文獻

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收稿日期：2024-02-23

作者簡介：嚴尚勇（1989—），男，本科，工程師，主要從事公路水運工程試驗檢測技術工作。