1概述

交通运输部在“125”公路养护管理发展纲领中提出，到年末全国公路养护废旧沥青路面材料循环利用率到达40%，国省干线公路废旧沥青路面材料循环利用率到达70%，高速公路到达90%。

采取冷再生技术是提高废旧沥青路面材料循环利用率的主要技术途径。使用泡沫沥青作为结合料的冷再生是沥青路面冷再生技术家族中的重要一员。在年我国开始大规模运用冷再生技术之初，国内绝大部分项目采取添加水泥类结合材料再生沥青路面的工艺技术，归纳其缘由只要有以下几点：

首先，该工艺比较简便，材料易得。水泥是广泛运用的建筑材料，非常容易取得，通过人工便可将水泥撒布到旧沥青路面上，再生工艺简便，技术含量不高。

其次，该工艺对装备要求不高，下降了运用的门坎。只要再生机配上压路机和平地机便可实现水泥类的就地冷再生，不需要沥青发泡装置或乳化装备。

第三，不敢率先突破规范，担心再生层的弯沉难以满足规范要求。如果采取泡沫沥青或乳化沥青再生路面，所构成的柔性结构一般认为会有较大的弯沉，如果按现行沥青路面设计规范很难满足要求，柔性基层在国内还处于起步阶段的今天，行业规范的滞后，很少有公路部门勇于尝试，宁愿采取常规的处治工艺。

采取水泥作为结合料的冷再生虽然也可将旧路面材料再利用，再生层也完全可以依照现行的设计规范来演算，但该工艺没有充分发挥旧沥青面层中沥青混合料的使用价值和技术优势，使之成为柔性结构，在满足路面使用性能的同时，还可大大方便运营阶段的路面维修处治。在冷再生进程中添加泡沫沥青或乳化沥青作为胶结料，是使再生层成为柔性结构的可选方式，也是国外普遍采取的冷再生方式，无论是短时间还是长时间的路用性能都非常优秀。

由于添加泡沫沥青或乳化沥青就地冷再生工艺相对比较复杂，触及的技术领域较多，总体上技术难度较大，我国很少有实体工程尝试使用。沥青路面再生技术在不断发展进步中，我国展开沥青路面再生技术研究的时间还很短，运用也处于刚刚起步阶段，在旧路面材料评价、再生混合料设计和材料性能评价、再生施工工艺、再生施工进程控制、竣工验收评价等方面都存在大量技术问题，急需通过展开专项研究加以解决。

2泡沫沥青指标及影响因素

2.1沥青的发泡机理

泡沫沥青是将热沥青和水在专用的发泡装置内混合、膨胀，构成含有大量均匀分散气泡的沥青材料。当泡沫沥青与集料接触时，沥青泡沫瞬间化为数以百万计的“小颗粒”，散布于细集料（特别是粒径小于0.3mm）的表面，从而对集料起到粘结作用。

当高温沥青（℃以上）与冷水滴（环境温度）在发泡室内相遇时，将产生以下连锁反应：热沥青与小水滴表面产生热量（能量）交换，将水滴加热至℃，同时沥青冷却；沥青传递的热量超过了蒸汽潜热，致使水滴体积膨胀，产生蒸汽。膨胀腔里的蒸汽泡在一定压力下压入沥青的连续相，随着融有大量蒸汽泡的沥青从喷嘴喷出，蒸汽膨胀，从而使稍微变凉的沥青构成薄膜状，并依托薄膜的表面张力将气泡完全裹覆。另外，在蒸汽膨胀进程中，沥青膜产生的表面张力将抵抗蒸汽压力直到到达一种平衡状态，并且由于沥青与水的低导热性（热量不传递，蒸汽不液化，保持平衡），这类平衡一般能够保持数秒时间，发泡进程中产生的大量气泡以一种亚稳态的状态存在，泡沫容易幻灭。

发泡时的沥青处于低粘性的临时状态，在沥青中加入矿料后，在一定温度和水份含量下沥青将包裹在较细矿料表面。泡沫沥青在与矿料混合进程中，优先与细集料混合，只有少许沥青裹附在大粒径集料上，产生局部裹附。

沥青的泡沫化其实不改变沥青本身的各种化学性质，仅是利用发泡阶段沥青体积增大、粘度暂时下降的有利条件，在不增加沥青用量的情况下有效地增大沥青同矿料的接触面积，改良沥青与矿料拌和的和易性，减小沥青混合料中自由沥青膜的厚度。

2.2泡沫沥青的评价指标

沥青的发泡特性一般用膨胀率和半衰期来表征。泡沫沥青的膨胀率是泡沫沥青发泡状态下的最大体积与未发泡时沥青体积的比值；泡沫沥青的半衰期是泡沫沥青从最大体积衰减到最大体积的50%所用的时间。

为了使泡沫沥青与冷料拌和均匀，泡沫沥青应有适合的膨胀比和半衰期，应在满足半衰期的前题下，选择较大的膨胀率。一般而言，膨胀率小于5倍，半衰期小于5秒，则应认定沥青发泡特性不良；而膨胀率大于10倍，半衰期在8秒以上的泡沫沥青，则认为具有较优秀的发泡性能。

近年来在河北衡水市公路工程中运用的泡沫沥青冷再生混合料中，沥青的发泡效果都非常理想，远远超越了规范要求的不低于10倍的膨胀率和不小于8秒半衰期的技术要求。在实际工程运用中发现泡沫沥青冷再生混合料中沥青分散良好，没有出现结团和拉丝现象，即沥青都很好的分散在细集料表面，并与粗颗粒材料裹附良好。

沥青发泡时的膨胀率越高、半衰期越长则沥青分散越好，泡沫沥青冷再生混合料的质量就越有保障。鉴于此，有必要提出合适工程需要的泡沫沥青性能要求，在现行部颁规范基础上进一步提高泡沫沥青的膨胀率和半衰期。

2.3影响泡沫沥青稳定性的因素

泡沫沥青的稳定性（沥青的发泡特性）遭到发泡温度、发泡水量、沥青类型、发泡压力、添加剂等因素的影响。

发泡温度：在适合的温度条件下制备发泡沥青，容易构成较好的泡沫。通常情况下，制备泡沫沥青时的沥青温度不宜低于℃。温度过低，沥青粘度过大，构成液膜的刚性过强，容易破裂；温度太高，沥青粘度过低，液膜排液迅速，气体散布过快，沥青发泡效果就会下落。因此，沥青发泡要在一个最好的发泡温度范围内。

发泡水量：一般情况下，随着发泡水量的增加，气泡体积增大，从而使得泡沫沥青的膨胀率增大；但是单个泡沫体积的增大必定减小了沥青薄膜的厚度，使得泡沫不稳定，从而致使半衰期的下落。也就是说，泡沫沥青的膨胀率和半衰期指标与发泡水量的关系是相反的。Brenneal.（）建议采取2%的含水量和℃的发泡温度来得到最好的膨胀率和半衰期。Maccarroneetal（）认为2.6%的水和0.7%的添加剂最合适得到最好膨胀率和半衰期。Ruckeletal（，）推荐将膨胀率限制在8～15，允许有20秒的半衰期来得到最好的发泡水量。CSIRTransporttek（）推荐膨胀率低限为10，半衰期低限为12秒。Nataatmadjia（）得出结论认为发泡水量一般在2.0%～2.5%之间。Mohammadetal（）得到℃情况下的最好发泡水量为2.75%（沥青为PG）。Marquisetal（）使用更高的发泡水量3%（PG），在℃情况下得到了11的膨胀率和8.5秒的半衰期。

沥青类型：沥青类型是影响泡沫沥青膨胀率和半衰期的决定性因素。由于原油来源不同、炼制工艺的差异，不同类型沥青的发泡特性差异很大。有的沥青在原油开采和炼制进程中添加了消泡剂，从而造成发泡困难。不同沥青的发泡特性差异很大。即便是同一品牌和标号的沥青，不同批次之间也存在一定差异。

沥青的表面张力、密度等指标对发泡特性有较大的影响。但是截止目前还没有研究结论能够证明沥青针入度、延度、软化点、粘度等常规指标与其发泡特性之间存在必定联系，只能通过发泡实验肯定沥青是不是合适用于制作泡沫沥青。

发泡压力：沥青和水都是通过小孔径的入口进入发泡室。增加输送管道的压力可以使流经的液体更好地分散成雾状，进而改良泡沫的均匀性。

添加剂：通过添加发泡剂，一方面可以下降表面张力，另一方面，离子型发泡剂会吸附在液膜表面构成散布双电层，当液膜变薄到一定程度时两个双电层产生堆叠，产生相斥作用，阻挠液膜进一步变薄，改良沥青的发泡特性。反之，如果材料中含有消泡剂的成份，则不利于沥青发泡。

3泡沫沥青冷再生配合比设计及性能要求

3.1原材料

首先对旧路面材料、外加石屑及矿粉进行筛分，水泥采取32.5硅酸盐水泥。

通过发泡实验，肯定最好发泡用水量，验证沥青发泡特性是不是符合现行再生规范的技术要求。

3.2泡沫沥青冷再生混合料级配设计

冷再生混合料中，回收旧沥青路面材料（RAP）中的沥青没有热熔的进程，回收沥青路面材料（RAP）颗粒主要是作为“黑色集料”发挥作用，因此混合料级配设计采取回收沥青路面材料（RAP）与新矿料的合成级配。

混合料各项指标均要满足规范要求。冷再生施工得到的材料级配与旧路面取样得到的级配会存在差异，施工单位应在施工时，用施工中的样品做混合料实验，对工前的混合料设计结果进行检验，并根据需要做出必要调剂。

3.3泡沫沥青冷再生混合料的技术要求

通过研究和工程实践，仍采取基于马歇尔方法的泡沫沥青冷再生混合料设计方法，以15℃劈裂强度、15℃干湿劈裂强度比作为设计指标，以冻融劈裂强度比作为设计检验指标。这些指标项目与现行规范一致，但是技术要求量值比现行规范规定值有所提高，例如干湿劈裂强度比要求不小于80%等；另外，结合干线公路的交通荷载情况和冷再生混合料所用结构层位，分别提出相应泡沫沥青冷再生混合料的技术指标，例如用于重交通及以上等级公路沥青面层时，混合料的劈裂强度应不小于0.6MPa；另外，提出用于重交通及以上交通等级公路沥青面层时，应检验冷再生混合料的动稳定度，要求60℃动稳定度应不小于次/mm。

4泡沫沥青冷再生混合料综合性能研究

4.1水泥的作用及水泥剂量对冷再生混合料性能的影响

（1）增加水泥剂量，可以带来更高的材料强度和更好的抗水伤害性能。

冷再生的劈裂强度、浸水劈裂强度与水泥剂量之间存在良好的正线性相干关系。水泥剂量对浸水劈裂强度的影响要大于干劈裂强度。由于水泥存在不断的水化反应，掺加水泥的泡沫沥青冷再生混合料的养生时间会缩短。而没有掺加水泥的冷再生混合料，乃至试件在浸水时就会崩裂。因此，冷再生混合料必须添加一定剂量的水泥，剂量一般不宜低于0.5%。

（2）添加水泥会显著提高泡沫沥青冷再生混合料的抗车辙性能。

水泥剂量在1.5%以下时上述规律明显，但是当水泥剂量超过1.5%以后，继续增加水泥剂量，混合料抗车辙性能将不再进一步提高，反而会有所下落，这可能是由于太高水泥剂量致使混合料可操作性变差而造成的。

冷再生混合料的动稳定度能够满足《公路沥青路面施工技术规范》对热拌沥青混合料动稳定度的要求，乃至超过0次/mm，说明冷再生混合料的抗车辙性能极佳。

总之，泡沫沥青冷再生混合料中必须添加一定剂量的水泥，以提高混合料的初期强度，改良混合料的抗水伤害能力，以提高混合料的高温稳定性。但是水泥剂量不宜超过1.5%，否则会带来工作性下降等问题。

4.2冷再生混合料抗拉、抗水破坏、抗车辙性能的比较研究

（1）冷再生混合料15℃劈裂强度指标满足《公路沥青路面设计规范》（JTGD50-）中密级配粗粒式热拌沥青混凝土的强度范围。

（2）在油石比、级配完全相同的情况下，冷再生混合料的干湿劈裂强度比均超过90%，说明冷再生混合料有卓着的抗水伤害能力。

（3）泡沫沥青冷再生混合料与热拌沥青混合料的力学特性存在一样的温度依赖性，说明冷再生混合料本质属性是沥青混合料，是具有粘弹性特点的柔性材料，而不是半刚性材料。

（4）在2%-3%这1通常的油石比范围内，泡沫沥青冷再生混合料劈裂强度，对油石比的变化不敏感，劈裂破坏模量随油石比的增加而下降。

（5）泡沫沥青冷再生混合料的动稳定度（DS）远远超过《公路沥青路面施工技术规范》（JTGF40-）对改性沥青混合料动稳定度的技术要求，有非常好的高温稳定性。

4.3泡沫沥青冷再生混合料抗压、干缩、疲劳性能

（1）从抗压强度和抗压回弹模量的角度分析，水泥剂量的最佳值应在1.5%左右，泡沫沥青用量的最佳值应为2.0%-2.5%。

（2）泡沫沥青冷再生混合料的干缩系数随水泥剂量的增加而增大，随着泡沫沥青用量的增加呈先增加后下降的趋势。

（3）在集料级配一定的情况下，沥青用量对混合料疲劳性能的影响是显著的，随着泡沫沥青用量的增加，疲劳破坏次数增加，疲劳寿命提高，抗疲劳性能较好。

4.4泡沫沥青冷再生混合料的动态模量实验研究

（1）实验比较了不同发泡效果的泡沫沥青冷再生混合料的动态模量，发泡效果较好的泡沫沥青冷再生混合料具有较高动态的回弹模量。

（2）提出了冷再生混合料动态回弹模量范围。实验温度为20℃、加载频率为10HZ的情况下，泡沫沥青冷再生混合料的动态模量介于～MPa。

5冷再生沥青路面的结构组合

5.1美国地沥青协会AI设计方法

美国地沥青协会（AI）有专门的再生沥青路面加铺层设计方法。该方法的基本设计思想是：根据交通量和土基强度肯定路面所需的总厚度hn，根据旧路面状态肯定出旧路面的有效厚度he，选择适合的罩面厚度hol，那末所需的冷再生层厚度为hr=hn-he-hol。

5.2我国规范方法

依照交通运输部《公路沥青路面设计规范》（JTGD50-）的规定，我国公路沥青路面结构设计采取双圆均布垂直荷载作用下的弹性层状连续体系理论进行计算，使路面结构厚度能够满足结构整体刚度（即承载力）与沥青层、半刚性基层及底基层抗疲劳开裂的要求。

由于《公路沥青路面设计规范》出台在前，其中并没有规定冷再生层材料设计参数。为了满足结构设计计算的需要，《公路沥青路面再生技术规范》规定，再生层材料的设计参数应采取工程实际使用材料的实测参数。在还没有实验数据情况下，可参照以下规定肯定设计参数：

使用乳化沥青、泡沫沥青的厂拌冷再生、就地冷再生时依照规范附表F.0.2肯定设计参数。抗压模量取值范围接近于《公路沥青路面设计规范》附录E规定的密级配沥青碎石的取值。

实际上，我国大多数沥青路面冷再生结构组合设计都是根据经验采取典型结构的方法肯定。对地域范围不广、域内气候和交通差异不大的地市级区域，采取典型结构法进行组合设计更加公道。

5.3国内典型结构汇总

冷再生技术在我国高速公路、干线公路大中修工程中已得到广泛和成功的运用，在高速公路上的运用范围超过0km。国内的工程经验表明，沥青类冷再生混合料可以用于沥青路面的中、下面层及基层。

研究中总结汇总了国内包括高速公路在内的各等级公路大中修或改扩建工程中所采取的冷再生路面结构组合情况，国内已有的高速公路冷再生路面工程中，冷再生层的厚度普遍不低于px，冷再生层上的沥青罩面层厚度普遍不低于px。1、二级公路的结构组合厚度可在上述高速公路运用情况基础上适当减薄。

5.4泡沫沥青冷再生压实厚度对结构组合的影响

冷再生单层压实厚度过大，不利于冷再生层的压实，尤其是下部混合料。需要增加单层压实厚度时，应科学选择压实机具，进行有针对性的压实工艺设计，确保再生层的压实度满足要求，最大压实厚度由实验肯定。

冷再生层压实厚度不宜大于mm，通常为～m。压实厚度较大时，满足压实度要求的再生层，除平均压实度应到达要求外，表层50mm和底部50mm的密度差应小于2％。

冷再生混合料的最大粒径较大，材料级配的变异也相对较大，因此厚度也不能过薄，否则混合料容易产生离析，难以压实，再生层的质量难以保证，因此一般建议厚度控制在80mm以上。因此，冷再生层压实厚度不宜大于mm，且不宜小于80mm。

5.5干线公路泡沫沥青冷再生路面结构组合

自年开始，逐渐推行运用了沥青路面泡沫沥青冷再生技术，结合国内成功运用的各级公路泡沫沥青冷再生结构组合运用的经验，提出干线公路泡沫沥青冷再生路面结构组合建议以下表。沥青路面冷再生结构组合设计的结构组合建议：

交通等级

沥青面层

冷再生层厚度(cm)

推荐厚度（cm）

最小厚度（cm）

特特重交通及以上

15～22

12

≥12

重重交通

12～18

10

≥10

中中等交通

6～12

5

≥8

轻轻交通

≥3或采取微表处、稀浆封层、

碎石封层等磨耗层

≥8

备注

下承层结构强度应满足路面基层或底基层设计要求。

需要说明的是公路等级与交通等级（特重交通、重交通、中等交通、轻交通）并不是是对应的关系，而交通等级与混合料设计有更加直接的相干关系，是混合料设计应重点斟酌的因素之一，因此沥青路面冷再生结构组合设计的结构组合建议采取了交通等级进行划分。

6泡沫沥青冷再生工程运用

6.1G河北衡水段

对在河北省衡水市G国道年实行并完工5年后的泡沫沥青就地冷再生路段K+～K+进行检测评价，检测指标包括路面状态指数PCI、行驶质量指数RQI、车辙指数RDI。

由检测结果可见：经过5年的通车运营，G国道衡水段的泡沫沥青冷再生混合料路面保持了良好的路况，路面几近看不到裂缝的产生。具体来说，路面车辙深度RD均值为7.75mm，路面车辙深度指数RDI为84.51，国际平整度指数IRI为1.05m/km，行驶质量指数RQI为95.10，路面破损率DR为0.01%，路面状态指数PCI为97.75。

依照《公路技术状态评定标准》（JTGH），整体来讲G国道衡水段的泡沫沥青冷再生混合料路面K+～K+路段经过5年后的路面，车辙深度指数RDI处于良好状态，行驶质量指数RQI和路面状态指数PCI都处于“优”等级。

6.2河北省衡水市邢德公路

对衡水市邢德公路S于年实行并完工的泡沫沥青厂拌冷再生路段K+～K+进行检测评价，经过2年的通车运营，路面保持了良好的路况，路面车辙深度RD均值为4.18mm，路面车辙深度指数RDI为91.64，国际平整度指数IRI为0.93m/km，行驶质量指数RQI为96.92，路面破损率DR为0.05%，路面状态指数PCI为95.63。

依照《公路技术状态评定标准》（JTGH），整体来讲衡水市邢德公路S泡沫沥青厂拌冷再生路段K+～K+路段，经过2年后的路面车辙深度指数RDI、行驶质量指数RQI和路面状态指数PCI都处于“优”等级。

6.3泡沫沥青冷再生在河北省衡水市的运用情况

自年开始衡水市在G国道大修项目中开始运用泡沫沥青冷再生混合料技术以后，从年至年，衡水市又前后在本市所辖的国省干线公路，包括千武线、邢德线、郑昔线、宁武线、省道等路段成功运用了泡沫沥青冷再生技术，实行里程达千米以上，循环再生旧料50万吨。

近3年来，衡水市的干线公路大中修项目几近全部运用了泡沫沥青冷再生技术，可以说泡沫沥青冷再生技术在全市干线公路得到了全面推行。

7泡沫沥青冷再生社会效益分析

（1）节省材料费用，减少石料开采

废旧沥青混合料是一笔宝贵的财富，且不说其中的石料，仅是其中所含的沥青就价值不菲。以每一个省分每一年干线公路沥青路面维修养护产生的旧料万吨计，沥青混合料的沥青含量平均为5%计算，则这些废旧沥青混合料约含沥青25万吨，年沥青的售价都在0元/吨以上，就此每一个省分干线公路维修养护产生的旧沥青混合料中的沥青价值就可达12.5亿元。另外，如果采取再生技术将这些旧料完全再利用，则可减少开采石料量万吨。

（2）减少对环境污染，下降能源消耗

采取冷再生技术冷拌冷铺，不需要加热集料，可勤俭大量燃料；由于大量减少了新轧制砂石材料的使用，相应减少了因开采石料而造成的森林植被破坏、水土流失等生态破坏，具有不可估量的社会价值和环保意义。

（3）将本来的“建筑垃圾”变废为宝，减少废物占地

前述每一个省分每一年沥青路面干线公路维修养护产生的万吨旧料，如果将其堆成一层楼的高度（3m）,则需要占用土地87万m2。如果能完全再生利用这些旧料，则每一年可减少土地占用1亩。

（4）缩短工期，对交通影响降到最低

传统施工方法必须中断交通施工，且工期较长，过往车辆必须全部绕行，社会影响较大，就地冷再生技术较好地解决了这个问题，采取冷再生技术可缩短施工工期50%以上。

因此，泡沫沥青冷再生技术具有显著的社会效益。

总之，旧沥青路面的再生利用意义重大。如果将产生的废旧道路材料进行公道的再生利用，在创造巨大经济效益的同时，将会减少建筑垃圾污染，有利于增进国内循环经济的顺利发展。反之，如果每一年产生的如此大量的废旧道路材料得不到充分的再生利用，将造成严重的环境污染和经济损失。

8研究结论与创新点

8.1研究结论

（1）研究分析了沥青的发泡机理和影响发泡特性的因素，提出了干线公路泡沫沥青技术指标要求。

（2）汇总分析了衡水干线公路近年来所有泡沫沥青冷再生混合料的性能，提出了新的泡沫沥青冷再生混合料设计技术要求。

（3）根据强度和模量等方面的实验研究，泡沫沥青冷再生混合料的力学特性是具有粘弹性特点的柔性材料，而不是半刚性材料。

（4）泡沫沥青冷再生混合料中宜添加一定剂量的水泥，其车辙动稳定度远远超过《公路沥青路面施工技术规范》（JTGF40-）对改性沥青混合料动稳定度的技术要求，有非常好的高温稳定性。

（5）泡沫沥青冷再生混合料的干缩系数随着水泥剂量的增加而增大，随着泡沫沥青用量的增加呈先增加后下降的趋势。从抗压强度和抗压回弹模量的角度分析，水泥剂量的公道值在1.5%左右，泡沫沥青用量的公道范围为2.0%～2.5%。

（6）研究提出了冷再生混合料动态回弹模量范围：实验温度为20℃、加载频率为10HZ情况下，泡沫沥青冷再生混合料的动态模量介于～MPa。

（7）提出了干线公路泡沫沥青冷再生路面结构组合设计建议厚度。

（8）提出了施工进程的质量控制项目、频度和质量标准要求，提出了对重交通及以上干线公路泡沫沥青冷再生混合料压实度要求到达%以上，质量要求高于现行部颁规范。

（9）对河北G国道衡水段及S邢德公路运用了泡沫沥青冷再生技术的路段进行路况检测，结果表明路用性能良好，没有发现横向裂缝。G国道衡水段的泡沫沥青冷再生路面至今已通车5年，其路面状态指数PCI保持在97以上、行驶质量指数RQI保持在95以上，路面车辙深度RD均值为7.75mm，公路技术状态评定为优或良。

（10）沥青路面冷再生技术实现了材料的循环利用，泡沫沥青就地冷再生比传统的挖除并新建半刚性基层方案，造价下降了13.5％；采取泡沫沥青厂拌冷再生比沥青稳定碎石的综合造价下降了23.3%，具有显著的社会效益和经济效益。

8.2创新点

（1）提出适用于干线公路的泡沫沥青及其冷再生混合料的技术要求，用于沥青面层时增加了混合料的车辙动稳定度指标。

（2）进行了泡沫沥青冷再生动态模量实验研究，提出了用于沥青路面结构组合设计的动态回弹模量参数建议范围。

（3）提出干线公路泡沫沥青冷再生路面典型结构建议。

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