冷再生混合料的研究动态

尚福鲁 滕翠翠 孙振伟

因为沥青路面无与伦比的行车舒适性特点，目前，我国从高速公路到普通城乡公路建设，大多数都采用沥青路面。但是，随着使用年限的接近以及常见的道路病害破坏(见图1)，许许多多的道路面临着大修或改建，这就意味着大量的沥青混合料垃圾的诞生。沥青混合料的再生利用不仅可以处置垃圾，而且可以节约大量的昂贵资源，对我国经济建设极为有利。

冷再生技术主要是指将旧路面材料(主要是面层材料，包括部分基层材料)加工后进行重复利用，需要时加入部分新骨料或细集料，按比例加入一定量添加剂(水泥、石灰、粉煤灰等)和适量的水，在自然环境温度下连续的完成材料的铣刨、破碎、添加、拌和、摊铺及压实成型，重新形成结构层的一种工艺方法[3]。路面沥青混合料靠沥青将各种矿料(包括粗集料、细集料、填料)粘结在一起，形成一个牢固的整体共同承受荷载，但是随着使用时间的推移，面层混合料经受车辆荷载以及高低温交替、雨雪冲刷等自然因素的重复作用，逐渐出现硬化、老化、疲劳开裂，甚至丧失路用要求。经研究表明:沥青针入度下降，软化点升高和延度降低，这些是导致沥青结合料脆硬性增强，沥青路面变形能力逐渐降低的主要原因[2]。

冷再生混合料主要作为基层使用，首先要考虑稳定剂的选择和明确反应机理，其次要满足基本的强度要求，再次要深入研究冷再生混合料与普通基层的区别以求进一步改进。目前，冷再生混合料的研究也主要在这几个方面展开。

1 稳定剂的选择

为了使废弃的混合料重新发挥作用，就要使用一定的结合料，使其重新形成一个整体，所谓的结合料即稳定剂。目前被广泛使用的稳定剂有两大类:1)水泥;2)沥青。

1.1 水泥类稳定剂

在建筑领域，水泥的使用已有很长的历史，美国最早在1917年就已经开始使用了。水泥稳定的材料强度与水泥的用量有很大的关系，但是一味的增加水泥的用量会妨碍基层的其他路用性能的发挥。例如，过大的水泥用量会明显增加强度，但是材料的脆性却明显提升，材料的抗疲劳性也明显降低。因此确定合适的水泥用量是至关重要的(见图2)。

1.2 沥青类稳定剂

沥青类稳定剂主要指乳化沥青或泡沫沥青。通过沥青稳定剂处理的基层材料不像水泥处理的基层材料，在使用过程中没有收缩裂缝而且在较短时间内可以开放交通，节约施工时间。但是沥青最佳用量如何确定是研究的重中之重。

此外，旧的沥青混合料还可以通过二灰稳定放在道路底基层使用，因此，上述两种稳定剂并不是目前仅有的两种，将来的研究还可以拓展更多的顺应生产实际的稳定剂。

2 冷再生反应机理

与一般水泥稳定类材料相同，在水泥稳定冷再生旧料时也会产生一系列非常复杂的作用过程，主要包括[2]:

1)物理过程:旧沥青混合料和灰土的机械破碎、拌和、混合料的压实，以及水泥稳定材料在合适的温度和湿度长期作用下强度的形成;2)化学过程:水泥的水化和水解作用，有机物质的聚合作用，以及与许多化学成分复杂的新生成物有关的其他化学过程;3)物理—化学过程:旧料中的微小颗粒与化学产物中个别组分的交换吸附作用，颗粒的凝聚作用以及随后多种结构的生成。

国内外学者对水泥的作用机理进行了大量的相关研究，一般认为:在水泥稳定废旧沥青混合料中，旧沥青结合料已经受过氧化作用，性能趋于稳定，再生利用后不会迅速变质;水泥水化时，水泥与旧沥青层除物理吸附和化学吸附外，还可能发生化学反应。用水泥稳定冷再生旧料，主要是利用水泥水化产物和其他可能的水泥沥青生成物形成的凝结力、旧沥青结合料的粘聚力组成复合力，使再生材料能够满足路用性能的要求[2]。

另外，乳化沥青与沥青混合料的反应机理也相当复杂:为了使得破碎的旧混合料重新在沥青的作用下粘结在一起，沥青液滴必须从乳化沥青中分裂出来，在混合料表面形成一层沥青薄膜。分裂原因和机理如下[1]:1)分裂原因:乳化沥青的分裂主要取决于水的蒸发作用、集料的吸收作用、集料物理—化学作用、机械的激波作用等多方面因素。2)分裂机理:在诸多分裂的因素中，最核心的是乳化沥青与集料的物理—化学作用，由此而提出不同的理论解释:电荷理论、化学反应理论、振动功能理论。

3 冷再生混合料的强度性能分析

满足强度条件是对冷再生混合料作为一种新型的基层最基本的要求，实验室主要通过无侧限抗压强度指标来衡量，其强度试验机具见图3。制定切实可行的试验方案是得到准确的无侧限抗压强度的前提，水泥稳定的再生混合料，养生龄期、添加剂(石灰、粉煤灰)对强度的影响分析是非常重要的(见表1);沥青稳定的再生混合料，最佳沥青用量的确定、各种路用性能检验是研究的主导。

表1 水泥稳定土强度标准[4] MPa

4 冷再生混合料与普通半刚性和柔性基层对比分析

常用的半刚性基层主要有:贫混凝土基层、水泥稳定碎石;柔性基层主要有:级配碎石、普通沥青类基层。通过对比冷再生基层与普通基层性能可以指导冷再生基层的研究工作。分析可以从下面几个方面入手:1)对于水泥稳定类冷再生混合料，不同养生龄期的冷再生基层与普通基层对比;2)对于沥青类冷再生混合料，沥青最佳用量确定方法和路用性能检验与普通沥青类基层的区别;3)建立有限元模型，对比不同类基层对路面结构应力和弯沉的影响。

5 结语

当今社会资源短缺，节约和重复利用是生产和生活的重头戏，因此，冷再生沥青混合料是研究的大势所趋，加深和加快它的研究必须着眼工程，理论联系实际，使其能够适应生产，发挥更大的作用。本文概括了冷再生混合料的研究动态:1)稳定剂的选择;2)冷再生反应机理;3)冷再生混合料的强度性能分析;4)冷再生混合料与普通半刚性和柔性基层对比分析。

[1] 周慧东.冷再生混合料反应机理分析[J].科学之友，2008(26):7-9.

[2] 赵福祥，马友成，唐 鹏.冷再生混合料强度性能分析[J].公路交通科技，2008(46):83-85.

[3] 王 丽，魏连雨，刘奎颖.冷再生混合料力学性能试验研究[J].河北工业大学学报，2003(3):98-102.

[4] JTJ 034-2000，公路路面基层施工技术规范[S].