泡沫沥青—CTB再生混合料在路面基层中的应用

马 骥

(甘肃省兰州公路局榆中公路段，甘肃 兰州 730000)

采用泡沫沥青—水泥稳定废旧沥青混合料，添加一定量的新料和适量的水分，拌和均匀形成的混合料经摊铺和碾压形成泡沫沥青—水泥稳定旧沥青路面废料基层。相比水泥稳定碎石混合料基层(CTB)，引入泡沫沥青会减小早期开裂的风险，利用冷再生技术其经济效益高，保护生态环境，降低道路养护成本，提高道路改造效益，值得推广[3，4]。本文依托兰州榆中县某县道路面维修工程展开对泡沫沥青—水泥稳定碎石(CTB)再生混合料作为路面基层材料的研究。

1 泡沫沥青CTB再生混合料配合比设计

1.1 发泡沥青特性

沥青发泡原理是冷水遇到热沥青汽化导致沥青体积增大，粘度短暂降低，在相同的沥青用量下，与沥青发生交互作用的比表面积越大，形成的沥青膜越薄，具有粘聚力的结构沥青越多，混合料整体强度较高。选择中海70号A级重交沥青进行发泡试验，采用德国维特根公司生产的WLB10型沥青发泡试验机，一般影响发泡效果的因素为发泡温度、用水量等，评价指标为膨胀比和半衰期，因此设置沥青发泡温度为150 ℃，160 ℃，170 ℃，180 ℃；发泡用水量为1.5%，2%，2.5%，3%，3.5%，进行发泡参数的选取，试验结果见表1。

同一温度下，随着用水量的增加，膨胀比增大，而半衰期减小；相同用水量的情况下，膨胀比及半衰期随温度的变化较小，且规律性不强。对于评价沥青发泡性能的指标国内外还未作出统一的规定，Ruckel与德国维特根公司分别建议膨胀比在8～15，半衰期大于20 s和膨胀比大于15，半衰期在5 s～10 s综合考虑膨胀比、半衰期两个指标后，确定中海70号基质沥青的最佳发泡条件为：沥青发泡温度选择在160 ℃，发泡加水量为2.5%，此条件下半衰期为11.2 s，膨胀比为25.1。

1.2 集料与混合料级配

再生混合料中添加的新料主要为石灰岩，技术指标见表1～表3。旧料源于甘肃省兰州市榆中县境内某县道沥青路面铣刨料，旧料筛分试验结果见表4。

表1 中海70号基质沥青发泡试验结果

表2 粗集料技术指标

表3 细集料技术指标

表4 旧料筛分及合成级配表

最终合成级配见表4。由表4可知，原路面的级配整体偏粗，因此加入占旧混合料中矿料质量40%的新矿料并引入水泥改善级配，各档集料比例分别为旧料∶10 mm～20 mm∶5 mm～10 mm∶0 mm～5 mm∶矿粉=60∶18∶4.8∶14∶2.4。

1.3 最佳含水率

为提高混合料早期强度，确定水泥用量为2%，根据JTG/T 5521—2019沥青再生混合料相关要求，暂定泡沫沥青用量为3%，参照JTG E51—2009公路工程无机结合料稳定材料试验规程对预估最佳含水率附近的5个用水量进行击实试验，得到不同含水率对应的干密度，见图1。

由图1可知，泡沫沥青—水泥稳定再生混合料的最大干密度为2.455 g/cm3，最佳含水率为5.1%，外加用量为3.6%。

1.4 最佳沥青用量

沥青混凝土路面在行车作用下会因抗拉强度较低而失稳。一般采用劈裂强度试验进行评价。选择2.0%，2.5%，3.0%，3.5%等4个油石比成型两组标准马歇尔试件经40 ℃养生后分别在15 ℃干燥条件下和25 ℃浸水23 h，15 ℃浸水1 h下进行劈裂强度试验，优选最佳泡沫沥青用量，试验结果见图2。

由图2可知，干试件组的劈裂强度均大于浸水组，且随着混合料油石比的增大，劈裂强度呈先增加后降低的趋势，在油石比为3.0%时达到峰值，计算此时干、湿劈裂强度比为83.2%，表明混合料的水稳定性较好。通过换算可得泡沫沥青—水泥稳定再生混合料最佳泡沫沥青用量为2.8%。

2 路用性能验证

按照上述配合比参数进行泡沫沥青—水泥稳定再生混合料路用性能的验证，试验结果见表5。其中15 ℃劈裂强度及干湿劈裂强度比均满足技术要求，动稳定度远大于技术要求，说明再生混合料的抗高温变形能力更强。

表5 泡沫沥青—水泥稳定碎石混合料路用性能

3 经济效益分析

兰州市榆中县某县道X126沥青路面为双向两车道，设计时速为60 km/h，建成通车后已运营超过10年，但因交通荷载的猛增导致路面出现严重疲劳破坏继而产生纵向裂缝以及龟裂现象，对原路面进行大修养护是必然的。传统的处理方案均是铣刨重铺，但对于铣刨旧料的处治较为复杂，考虑到沥青和集料可重复利用，采取泡沫沥青—水泥稳定旧料作为基层使用，达到节约施工成本的目的，并实施试验路段约400 m。在此，列举出3种公路大修方案的每平米价格(见表6)，分析泡沫沥青—水泥稳定再生混合料的经济效益。

表6 路面结构及造价

由表6可知，在沥青上、中面层结构、材料不变的情况下，采用12 cm的泡沫沥青—水泥稳定再生混合料的价格相较前两种方案分别减少约6.2元/m2，19元/m2，若工程数量较大，将是一笔可观的成本控制费用，体现出良好的经济性。

4 结论

通过泡沫沥青—水泥稳定再生混合料的研究，得出如下结论：1)发泡温度为160 ℃、用水量为2.5%，可获得发泡性能较好的泡沫沥青；2)在进行泡沫沥青—水泥稳定再生混合料配合比设计时，应当结合无机结合料和沥青混合料的试验方法对其主要参数选取，本次试验的最佳用水率为5.1%，泡沫沥青用量为2.8%；3)对比不同大修方案下的成本可知，采用12 cm的泡沫沥青—水泥稳定再生混合料可降低施工成本，展现出良好的经济性。