沥青路面冷再生技术：施工与养护决策

根据再生结合料的不同，沥青路面冷再生技术可分为乳化沥青冷再生技术、泡沫沥青冷再生技术和无机结合料冷再生技术。本节主要介绍前两种应用较多的冷再生技术，即乳化沥青冷再生技术和泡沫沥青冷再生技术。就地冷再生技术和厂拌冷再生技术都可使用乳化沥青和泡沫沥青作为再生结合料。

10.2.1.1　泡沫沥青冷再生技术

泡沫沥青，即将热沥青和水在专用的发泡装置内混合、膨胀，形成含有大量均匀分散气泡的沥青材料。泡沫沥青冷再生，即对旧有路面及基层材料（也可掺入一定比例的新石料），利用发泡技术使沥青呈泡沫状态，与再生骨料黏结在一起，经过摊铺、碾压、成型，然后在上面铺筑一定厚度的沥青面层，从而形成柔性基层（全深式）或混合式基层的沥青路面结构。泡沫沥青冷再生技术替代常规再生黏结技术，形成新型路面再生材料，其施工适应性好，具有突出的节能和环保优势，且泡沫沥青冷再生工艺可使损坏的路面在很短的时间内恢复行驶性能，能够即时开放交通，这也是泡沫沥青冷再生技术最近几年在欧美得以迅速推广的主要原因，同时该技术在我国旧路改造中也具有非常好的推广意义。

1.泡沫沥青冷再生技术特点

泡沫沥青冷再生包括厂拌冷再生与就地冷再生两种再生方式。其中，泡沫沥青就地冷再生除设计较烦琐外，在施工中是相当简单的，而且具有开放交通快、施工时间充裕、后期面层厚度限制小、病害少、使用年限长等优点，特别适合公路的大中修、养护等旧路升级改造作业。泡沫沥青厂拌冷再生是将原路面材料集中厂拌后的再生使用，与泡沫沥青就地冷再生相比，具有以下特点：采用强制式拌和设备，拌和效果好，同时可以滤除超粒径材料，从而保证再生材料的质量；拌和料采用摊铺机进行施工，施工工艺成熟，平整度较好；厂拌再生技术可以较好地控制维修后的路面高程，从而保持原路面高程而不致增加；铣刨后可以及时发现下承层的病害，并进行相应的处理。鉴于泡沫沥青再生层出色的结构强度和抗裂缝能力，并且在其上加铺的沥青罩面可以减薄，一般采用泡沫沥青再生料作柔性基层。与半刚性基层相比，泡沫沥青柔性基层不仅具有更好的抗疲劳性能，而且可以延长高速公路使用寿命。泡沫沥青再生层施工完成后，可直接在其上加铺沥青面层，这样不但大大缩短了工期，而且减少了维修施工对交通运行的影响。另外，若未能及时对泡沫沥青再生料进行摊铺，即使露天存放数周，也不会产生质量问题，从而提高了施工的灵活性。

2.泡沫沥青发泡机理与过程

（1）泡沫沥青发泡机理。泡沫沥青的发泡机理，是通过将少量的常温水和空气喷入普通热沥青（160～180℃）中，水遇高温沥青即迅速蒸发，形成饱和蒸汽，导致热态沥青产生爆炸泡沫，其体积迅速膨胀至原来的15～20倍，形成泡沫沥青。同时，沥青的黏度降低，从而能够与集料在常温下拌和，形成的泡沫沥青混合料可以在常温下储存，可随取随用。在冷水和空气的喷入过程中，冷水首先在气压的作用下分散为数量众多的细微水体（近似于水雾状态）。当这些分散的细微水体遇到热沥青时，两者在极短时间内完成的热交换即可使水体微粒达到汽化温度，再加上压缩空气的同时注入，热沥青内部会形成众多蜂巢状的膨胀空气室。此时，汽化水体微粒表面的沥青薄膜的表面张力、汽化水体及压缩空气共同形成的内部气压达到相对平衡状态，即沥青发泡状态。

（2）沥青发泡效果评价指标及影响因素。沥青发泡效果通常采用膨胀率和半衰期两个指标评价。膨胀率衡量泡沫沥青黏度，是指沥青发泡时所能够达到的最大体积与原始体积的比值（无量纲）。沥青的体积膨胀倍数越大，施工和易性越好。半衰期衡量泡沫沥青的稳定性，是指沥青发泡状态达到最大体积的时刻至泡沫消散至最大体积一半时所需的时间（以秒计）。半衰期越长，表明沥青泡沫衰减越慢，施工中能提供的有效拌和时间越长。

因此，需要选择膨胀率较大、半衰期较长的发泡条件来制作泡沫沥青。然而，国内外对泡沫沥青的膨胀率和半衰期的要求范围不尽相同。我国《公路沥青路面再生技术规范》（JTG/T 5521—2019）规定膨胀率大于等于10，半衰期大于等于8 s。

3.泡沫沥青冷再生混合料配合比设计

（1）泡沫沥青冷再生技术要求。

作为沥青稳定材料，泡沫沥青冷再生材料的成型原理不同于热拌沥青混合料，但同时作为冷拌和材料，泡沫沥青冷再生材料又具有柔性材料的性质。所以，应结合其自身的特点，进行混合料的组成设计。

（2）泡沫沥青冷再生混合料设计步骤。

①取样。为了给试验室混合料设计提供准确、可靠的试验样品，应依据路面再生的方式，采集具有代表性的试样进行混合料的设计。对于就地冷再生施工，应该根据路面结构设计的再生深度，采用铣刨机铣刨现场取样；进行厂拌冷再生配合比设计时，应从处理后的RAP料堆中取样。一般情况下，建议取样槽的长度为2～4 m，深度为再生深度所要求的深度，宽度为再生机的铣刨宽度。取样时，应从取样槽的中部取样，并且注意取料的均匀性，防止产生离析。在道路大修前的路况调查阶段，如果能够专门开挖测试坑进行有关的调查和试验，并提取材料进行实验室配合比设计最好。

②试样分析。铣刨材料自然含水率的测定：将所取样品材料放进60℃通风烘箱中烘干48 h至恒重，计算其自然含水率，作为现场施工和试验室试验的参考数据。铣刨材料筛分试验：采用四分法从铣刨料中取筛分样品，将准备筛分的两种样品放入60℃通风烘箱，烘干至恒重，然后密封冷却至室温，随后进行筛分。试验铣刨材料的砂当量与塑性指数试验：砂当量指标可以有效反映细集料的含土率，是评价集料洁净程度的一项有效指标。同时，为了检验铣刨材料的塑性指数，按照《公路工程集料试验规程》（JTG E42—2005）中规定的方法进行砂当量和塑性指数试验。铣刨材料密度的测定：依据《公路工程集料试验规程》（JTG E42—2005），分别采用网篮法和容量瓶法测定粗集料的毛体积密度以及细集料的表观密度。对于回收的沥青路面材料，分成0～5 mm和大于5 mm两档分别予以测定。

③沥青。沥青应符合《公路沥青路面施工技术规范》（JTG F40—2004）中关于“道路石油沥青技术要求”的70号或90号沥青的规定。在使用选定的沥青制备泡沫沥青之前，需要对该种沥青进行发泡试验，每种沥青发泡特性的评价指标为膨胀率和半衰期。发泡试验的目的是确定适宜的发泡温度和发泡用水量，以便使给定的沥青在该条件下获得最佳的发泡性能（最佳的膨胀率与半衰期）。发泡试验可在2～3个发泡温度下进行。应先确定每一个发泡温度下的最佳发泡用水量，然后再比较在最佳发泡用水量、不同发泡温度下的发泡效果，以此最终确定最佳发泡条件。

④级配设计。在确定泡沫冷再生混合料级配时，根据材料的筛分结果，按照尽量靠近级配曲线中值以及控制0.075 mm筛孔的通过率不低于3%的原则进行设计。与AC型矿料的级配范围进行比较，发现泡沫沥青混合料的级配要偏细，对细料含量的要求较高，尤其是对4.75 mm以下各筛孔通过率的要求很高。由于大多数铣刨材料中的细集料偏少，因此，常常需要向铣刨料中添加一定量的细集料。细集料的添加比例，可以根据细集料的级配，选取不同的比例，如10%、20%、30%，然后分别测试不同添加量的材料在不同沥青含量下的物理力学性能，从而确定细料的添加量。

（3）泡沫沥青冷再生混合料配合比设计要点。

①泡沫沥青用量。为了寻求每组材料的力学指标随沥青含量变化的情况，可向每组级配中加入不同沥青含量的泡沫沥青，进而通过马歇尔试验确定最佳沥青用量。泡沫沥青冷再生混合料中，泡沫沥青添加量折合成纯沥青后，占混合料其余部分的干质量的百分比一般为1.5%～3.5%，水泥等活性填料剂量一般不超过1.5%。

②拌和用水。泡沫沥青混合料在拌和与压实时需要加入一定的水，以保证较好的拌和效果与压实度。水的预拌主要有三方面的作用：a.促进结团集料的分解；b.在拌和过程中有利于沥青的扩散；c.在集料基体间充当润滑剂。但是，过多的水将会影响压实效果及混合料的强度，因此，在拌和以及压实的过程中，必须确定一个最佳用水量。根据研究成果，最佳拌和用水量与材料的级配及拌和、成型温度有一定关系。考虑到泡沫沥青混合料抗水损害性能的要求，应根据材料的级配、当时的气温等条件，选取拌和用水量。

③试件的制备。按规范要求拌和混合料，并制成标准的马歇尔试件（每面击实75次），试件击实后在室温下养护24 h后脱模，再置于40℃的通风烘箱中进一步养护72 h，以确保混合料中不含水分。

④养护。养护就是泡沫沥青混合料经过一段时间，伴随水分含量的减少而逐渐形成强度的一个过程。研究表明，压实后的泡沫沥青混合料并没有达到其最大强度，进行养护能使混合料强度逐渐增长。经养护后的试件要进行水稳性试验（可以采取浸水的方法进行试验）。通过试验可知浸入25℃的水中24 h后，试件会处于完全饱水状态。据研究，混合料的养护方法如下：试件成型后（75次马歇尔双面击实），首先不脱模养护1d，其次40℃通风烘箱养护至少3d，最后浸入25℃的水中1 d。

⑤设计沥青用量的确定。在同一坐标轴上绘制所有试件（干燥和浸水）的ITS-沥青含量（加入的沥青）关系曲线。选取浸水试件的最大ITS所对应的沥青含量作为沥青含量的设计值，用于泡沫沥青混合料的设计。

10.2.1.2　乳化沥青冷再生技术

乳化沥青，即石油沥青与水在乳化剂、稳定剂等的作用下，经乳化加工制得的均匀沥青产品。乳化沥青冷再生技术是指以乳化沥青作为再生结合料的沥青路面冷再生技术。

1.乳化沥青的优点

乳化沥青具有无毒、无臭、不易燃烧、生产工艺简单、原料价廉易得、便于冷施工等特点，其主要技术特性为储存稳定性和混合过程中的稳定性等。与其他冷再生料的添加剂相比，乳化沥青或改性乳化沥青具有明显的优势，其主要优点如下。(www.xing528.com)

①乳化沥青，特别是改性乳化沥青再生混合料比普通沥青混合料的低温抗裂性、高温稳定性、耐久性更好，其强度特征接近石灰（或水泥）稳定粒料（半刚性材料），但具有一定的柔韧性和良好的抗疲劳特性。用其取代半刚性基层材料铺筑道路基层，可以有效防止反射裂缝、减少温度裂缝、增强抗车辙能力以及改善早期强度。

②乳化沥青中沥青微粒带有电荷，可与带有相反电荷的骨料微粒作用，使二者能牢固、均匀地吸附在骨料表面。同时，与热沥青相比，采用乳化沥青可节约30%的沥青。

③采用乳化沥青可缩短工期、提高工效、延长施工季节、降低对气候条件的依赖程度。乳化沥青冷再生料拌好后，可立即进行摊铺碾压，压实结束后2h即可开放交通，有效降低了对交通的影响。

④常温下的乳化沥青呈液态，集料在冷湿状态下即可与乳化沥青拌和，可以节省大量的能源。因此，乳化沥青混合料是一种经济、环保的道路材料，乳化沥青冷再生技术也是一项绿色的道路维修改造技术。

⑤改善施工条件，减少环境污染。乳化沥青可在常温下使用，这既改善了施工条件，防止了烧伤、沥青中毒等事故的发生，也减少了对环境的污染，但是乳化沥青需要在专业工厂内进行加工，生产成本高、质量控制要求严。由于乳化沥青中含有40%左右的水，在与原路面材料进行拌和的过程中，有可能出现水量超过最佳含水率的现象，导致无法碾压成型；养护所需时间较长，且随乳化沥青种类的不同而变化。

2.乳化沥青冷再生混合料配合比设计

（1）乳化沥青冷再生技术要求。

乳化沥青，按其微粒所带电荷可分为阴离子型、阳离子型和非离子型；按破乳速度快慢又可分为快凝型、中凝型和慢凝型，其中快凝型又有快凝（QS）和速凝（RS）之别，可根据不同的施工要求选择不同类型的乳化沥青。乳化沥青应在常温下使用，使用温度不应高于60℃。通常情况下，厂拌冷再生乳化沥青宜采用慢裂型，就地冷再生乳化沥青宜采用中裂型或者慢裂型。

（2）乳化沥青冷再生混合料设计步骤。

①取样。在对乳化沥青的厂拌冷再生混合料进行配合比设计时，应从处理后的RAP料堆中取样；而在进行就地冷再生混合料的配合比设计时，应从铣刨机铣刨的RAP料堆中取样。

②矿料级配设计。应根据公路等级、工程性质、交通特点、材料种类等因素，对乳化沥青冷再生混合料进行级配设计，并通过对条件相当工程的使用情况进行调查研究后确定。对于RAP、新集料等各组成材料的级配设计，要以RAP为基础，并掺入不同比例的新集料，使混合料的合成级配满足工程设计级配的要求。

③确定最佳含水率（OWC）。根据《公路土工试验规程》（JTG 3430—2020）的方法，对合成矿料进行击实试验，确定最佳含水率。乳化沥青混合料设计时的试验用水量为4%，然后变化含水率进行击实试验，获得最大干密度，此时混合料的含水率即为最佳含水率。

④确定最佳乳化沥青用量（OEC）。首先，以预估的沥青用量为中值，按照一定的间隔变化得到5个乳化沥青用量。保持最佳含水率不变，向拌和机内加入足够（约1150 g）的拌和均匀的混合集料（含RAP）。然后掺入乳化沥青进行拌和，制备出马歇尔试件，并进行击实试验，用真空法实测各组再生混合料的最大理论相对密度。将各组试件进行15℃劈裂试验、浸水24 h的劈裂试验，根据试验结果并结合工程经验确定最佳乳化沥青用量。乳化沥青冷再生混合料中，乳化沥青的添加量在折合成纯沥青后，占混合料其余部分干质量的百分比一般为1.5%～3.5%，水泥等活性填料剂量一般不超过1.5%。

3.乳化沥青冷再生技术设备及施工工艺

（1）常用的乳化沥青冷再生设备。

常用的乳化沥青冷再生设备主要由沥青路面铣刨装置、乳化沥青喷洒装置、螺旋分料装置、摊平装置及行走系统和控制系统组成，包括再生主机和配套机械。通常，施工组需要配备以下设备：冷再生机、乳化沥青罐车（一般为2台）、单（双）钢轮振动压路机、胶轮压路机、运输车、平地机及摊铺机等。

（2）乳化沥青冷再生施工工艺。

乳化沥青冷再生施工工艺分为厂拌冷再生工艺和就地冷再生工艺两种。

①厂拌冷再生工艺：将旧沥青路面铣刨后的旧料集中运输到厂拌地，经过对大块旧料的二次破碎和级配分析，并根据路面不同层次的质量要求，进行再生料的配合比设计，确定旧沥青混合料的添加比例。旧料、乳化沥青新集料等在拌和机中按一定比例重新拌和成新的混合料，从而获得优良的再生沥青混凝土，铺筑成再生沥青路面。

厂拌冷再生工艺具有以下特点：a.可以按沥青上、中、下面层进行沥青混合料的配合比设计；b.可分层铣刨及摊铺；c.再生沥青路面的各项技术指标不低于新铺沥青路面的相应技术指标等。

②就地冷再生工艺：与厂拌冷再生工艺不同，乳化沥青就地冷再生工艺主要是利用专用再生机械对原路面进行就地铣刨，其施工过程表现为随设备的行走向前推进。首先，铣刨装置将旧路面铣刨并破碎。其次，喷洒装置按照要求喷入相应比例的乳化沥青，同时铣刨装置将各种材料（稳定剂、水泥、水）搅拌均匀。然后，在摊铺宽度范围内，用分料螺旋装置把混合料分均匀，并摊平。最后，用压路机压实路面成型。这样形成的路面可用作高等级公路的基层。乳化沥青就地冷再生层的压实厚度宜为8～16 cm。施工时，旧路面的铣刨与再生料的拌和可就地完成，不需经过旧料和再生料运输，节约了施工成本。

乳化沥青就地冷再生工艺包括对破碎后的旧沥青路面材料进行再加工处理；再生混合料的配合比设计；添加用于校正骨料级配特性曲线的新骨料等。乳化沥青若用于增加路面结构强度，处理厚度为10～15 cm；若用于改善原路面性能，处理厚度为5～12 cm。乳化沥青掺入用于增强路面刚性的混合型黏合剂（沥青、水和水泥的混合物）中，可大大缩短道路重新开通所需要的时间。

4.乳化沥青冷再生施工质量控制

如果废旧料中的粗集料比较少，不能满足作为柔性基层的要求，可以考虑加入一定的粗集料和细集料，这样不仅能形成骨架密实型结构，而且也较容易压实。在废旧料中加入的乳化沥青量不宜过多，当再生料用于基层时，乳化沥青的添加量一般为3%～5%。拌和过程中的添水量要考虑铣刨后废旧沥青混合料的含水率，总用水量不宜太高，一般为4%～6%，当矿料中细料多时，则取高限。

拌和总用水量将直接影响乳化沥青混合料的压实效果。用水多，乳化沥青的破乳速度慢，会影响开放交通的时间。乳化沥青混凝土混合料的摊铺宜用摊铺机来完成，摊铺过程必须缓慢、均匀、连续，其间不得随意变换速度或停顿。采用机械摊铺的混合料，不宜反复进行人工修整。当出现横断面不符合要求、构造物接头部位缺料、表面不平整、局部混合料明显离析的情况时，可采用人工局部找平或更换混合料的方法予以处理。

摊铺整平后的乳化沥青混合料，待晾晒20～30 min后再进行碾压，以免发生推移现象。最好先用轻型压路机静碾初压1～2遍，使混合料初步稳定，然后用振动压路机挂振碾压，使整个厚度范围内的混合料都能得到振动压实。当有粘轮现象发生时，应在碾轮上洒少量水或涂少量废机油。采用乳化沥青拌制的混合料，虽经压实，但其中仍然还有水分在不断蒸发，使路面内部产生空隙，故要在其上铺筑封层，以提高路面的密实性、稳定性和耐磨性。成型后要自然养护1～2 d方可铺设罩面。