1、引言
在高温沥青中加入少量水，沥青就会产生微细的泡沫，从而使沥青膨胀。此时沥青的物理性质会暂时发生变化，其粘度显著降低，可以方便地与冷湿粒料拌合均匀，不必象乳化沥青那样要经过额外的乳化加工，也不必象热拌料那样加热至高温而耗费许多资源，使用方便且效益较高，这种状态下的沥青即称为泡沫沥青。泡沫沥青并不是1种新的沥青粘结料，而是1种新技术应用所带来的产物。沈金安在《改性沥青与SMA》一书中将泡沫沥青也称之为改性沥青，这种改性技术属于工艺上的改性。作为一种新的工艺方法，可用于泡沫沥青稳定的材料很多，但是目前主要还是用于道路的冷再生。表1给出了不同类型沥青稳定方法的比较。
表1不同类型沥青的应用比较
因素
乳化沥青
泡沫沥青
热拌沥青
使用集料类型
碎石
天然砂砾
RAP，冷混合料
RAP，稳定
碎石
天然砂砾
RAP
砂
碎石
0～50%的RAP
沥青拌和温度
20～70oC
～oC（发泡前）
～oC
拌和过程中集料的温度
环境温度（冷的）
环境温度（冷的）
只能热（～oC）
拌和过程中的含水量
90%的OMC去掉50%的乳液用量
低于OMC例如65%~90%的OMC
干燥的
集料的裹覆类型
部分裹覆粗集料，沥青/细料胶浆形成混合料的粘结
只裹覆细集料，沥青/细料胶浆在混合料中形成“点焊”形式
所有集料颗粒被裹覆，沥青膜的厚度可以控制
施工和压实温度
环境温度
环境温度
～oC
初期轻都增长速度
慢的
中等
快的
改性粘结料
可以
不适合
可以
粘结料的重要参数
乳液类型（阴型或阳型）
残留沥青
破乳时间
养生
半衰期
膨胀率
针入度
软化点
粘度
2泡沫沥青冷再生混合料的技术参数
2.1泡沫沥青技术参数
为了衡量沥青的发泡效果，评价沥青发泡效果的技术参数目前主要有膨胀率（发泡体积倍数）、半衰期和发泡指数。
2.1.1膨胀率和半衰期
膨胀率是指在沥青发泡状态下测量的最大体积与未发泡状态下的体积之比。由于沥青在喷射过程中先前喷出的泡沫沥青体积已经开始衰减，因此测量的最大发泡体积要小于实际的最大值。为了使泡沫沥青与翻腾的集料充分接触，形成良好的裹覆作用，膨胀率越大，拌制的泡沫混合料质量越好。
半衰期是指泡沫沥青最大体积缩小到该体积一半所用的时间。该指标实际上描述了沥青泡沫的稳定性，半衰期越长，说明泡沫越不容易衰减，可以与集料有较长时间的接触与拌合，提高泡沫沥青混合料的质量。
膨胀率。
对所有要用于发泡的沥青都应该在实验室进行试验，以确定它们的发泡特性。试验的目的是确定发泡用水量和发泡温度的组合条件，在该条件下可以获得最好的发泡效果（最高的膨胀率和半衰期）。正如前面所述，每一种沥青甚至同一沥青源的不同批的沥青发泡性能都可能不同。然而，通过简单试验，便可确定每种沥青的发泡用水量和沥青温度，并将试验结果用于工程应用。
虽然目前在拌制泡沫沥青混合料时，没有对泡沫沥青膨胀率和半衰期严格的规定，发泡特性没有上限，目标通常是产生最好质量的泡沫用于稳定施工，但唯一遇到的问题就是某种沥青不能产生“好”的泡沫，从而迫使设定较低的下限。根据以往国外对泡沫沥青的研究成果发现，膨胀率大于10倍，同时半衰期不低于12s，是普遍接受的条件。
2.1.2发泡指数
年南非第七次沥青路面会议上，Jenkins教授在其发表的论文中指出实验室发泡试验中一个重要的事实被忽视了，即泡沫沥青在喷射时会持续几秒时间，这样会导致在测量沥青发泡的最大体积ERa之前，由于泡沫就已经衰减，使得测量的最大体积（膨胀率）ERm要小于实际的最大体积ERa，这样会对不同沥青发泡特性的评价造成影响，而且认为半衰期越小的沥青，这种影响越明显。他提出了利用一定温度和用水量下泡沫沥青体积的衰减曲线计算发泡指数FI的方法，FI定义为衰减曲线下最小发泡倍数ERmin以上区域的面积，并给出了计算公式。认为FI值较大说明泡沫沥青在可拌和的粘度范围内具有较高的能量，发泡效果也较好。通过比较沥青在发泡条件下的FI，即可评价其发泡效果。
由于在拌和过程中沥青的发泡效果和集料的温度都会对泡沫沥青的拌和效果产生影响。《南非临时技术指导》中依据集料的温度和发泡指数对泡沫沥青的使用效果进行了分类，如表2所示。
表2集料温度与发泡指数对泡沫沥青使用效果的影响
集料的温度
发泡指数
15℃
25℃
75
不适合
不适合
75～
非常差
差
～
差
中等
～
中等
好
～
好
非常好
非常好
非常好
这种评价方法比较合理的反映了沥青的发泡过程，而且能够克服使用膨胀率和半衰期两个指标评价沥青发泡特性时带来的困难，因此有其合理性和先进性，但是实际应用中显得较为复杂，而且不易操作，同时基于化学里同位素衰落规律的泡沫沥青衰落曲线，有时不能准确反应各种沥青的衰落规律，这样会使计算的发泡指数FI出现较大偏差。
2.2泡沫沥青混合料的技术参数
2.2.1泡沫沥青混合料的级配要求
泡沫沥青提供的级配范围很宽，可以通过建立获得最小矿料间隙率的级配加以优化，但一般应当满足图1所示的级配范围，这样可以获得最理想的混合料。
2.2泡沫沥青典型用量
表2中给出的泡沫沥青建议用量，并且通常这些泡沫沥青需要和1~1.5%的活性填料(水泥或石灰)配合使用。
表2集料关键筛孔通过率下典型泡沫沥青用量
筛孔通过率(%)
泡沫沥青添加量（干集料质量百分比）
4.75
0.
50
3.0~5.0
2.0~2.5
5.0~7.5
2.0~3.0
7.5~10.0
2.5~3.5
10.0
3.0~4.0
50
3.0~5.0
2.0~3.0
5.0~7.5
2.5~3.5
7.5~10.0
3.0~4.0
10.0
3.5~4.5
注：本表中给出的泡沫沥青用量仅仅是最佳用量的预示值。泡沫沥青的最佳用量的影响因素要比集料部分多的多，非常有必要对每一种材料进行正确的混合料设计以确定相应的最佳用量。（也应当注意在泡沫沥青施工时不要强制执行最佳用量。根据设计途径，低于最佳用量也能获得需要的混合料性能。这个用量称之为“最低用量”）
2.2.3强度
一般选用间接拉伸强度来评价沥青稳定材料而不是马歇尔试验。
表3列出了从这些试验获得的典型值。试验使用mm或者mm的试模成型试件，并按照3天40℃通风养护的方法进行养护。另外，材料的水稳性应依据试件的抗拉强度比TSR加以确定，下面给出了公式。
=
将养护好的试件浸水24小时后，通过强度测试获得浸水抗拉强度。
表3沥青稳定材料的间接拉伸强度
材料类型
mm直径的马歇尔试件
mm直径的马歇尔试件
ITS干（kPa）
TSR（比率）
ITS等价
RAP/碎石（50:50）
~
0.8~1.0
~
级配碎石
~
0.6~0.9
~
砂砾（PI10,CBR30）
~
0.3~0.75
80~
最近的研究引入了评价材料承载能力（抗永久变形能力）的UCS试验。这是个重要的检验方法，尤其当稳定质量较差的材料时，对于%修正马歇尔压实功制作的mm直径试件规定最小的UCS值为kPa。
根据最近的研究，对于2～3%的沥青用量，泡沫沥青冷再生混合料的无侧限抗压强度（20℃）范围为2.5~4.0MPa，抗压回弹模量为～1MPa。
2.2.4刚度
通过对试件的重复加载试验，可以测试沥青稳定材料的回弹模量。
mm直径马歇尔试件（养护好的，干的）25°C10Hz间接拉伸模式下的典型值如表3所示。
表3实验室测试的沥青稳定材料的典型回弹模量（动态模量）
材料类型
回弹模量（MPa）
RAP/碎石（50:50）
0~
级配碎石
0~
天然砂砾（PI10,CBR30）
0~
注：由于测试试件中缺少水分（但也可能是由于测试的应力状态和几何形状）这些值要比动态三轴、弯曲梁试验及弯沉盆分析反算得出的值大。
2.2.5处理时间
用泡沫沥青进行处理的时间并没有一定的限制，若材料中不含水泥类添料并且含水量保持在最佳含水量的状态，则处理时间不限。如果材料中含有水泥类添料，最好在这些活性添料完成凝结前结束压实作业，一般为2-4个小时。
2.2.6、密度
一般规定，再生层的每一检测点的（平均）密度至少应达到修正过的AASHTO击实密度值的98%。如上所述，由于较下层的密度较差，所以一般采用上下层的密度平均值。在这种情况下，下层1/3处的密度不得低于规定平均值的2%。
3泡沫沥青混合料的生产工艺
道路再生的两种方法决定了泡沫沥青的生产方式，即就地再生和厂拌再生。
3.1厂拌再生
一般来说，厂拌再生需要较高的生产率和严格的混合料质量控制，当存在大量堆积的RAP料，而且准备再生的旧路材料不得不从路面铣刨掉或不宜采用就地再生时，可以采用厂拌再生生产泡沫沥青混合料，如图2所示。采用厂拌再生可以显著提高道路的结构承载能力，同时可以不用改变道路的标高。
厂拌再生的主要步骤包括：
（1）铣刨旧的路面材料；
（2）RAP料的进一步破碎、筛分和贮存；
（2）拌和；
（3）摊铺和压实。
首先要严格按照一定的深度来铣刨现有路面，然后将材料运至拌和厂，根据铣刨材料的具体情况和再生料的用途，综合决定是否需要进一步的破碎处理。铣刨的RAP如果能够得到比较彻底的破碎，那么可以很好的解决RAP料中存在超粒径颗粒的问题。
（2）RAP料的进一步破碎、筛分和贮存
为了将堆积的RAP料的可能出现的粘结（在静载和高温作用下）以及湿度分布的不均匀程度降低至最低，应当尽量控制RAP料的堆积高度。
（3）拌和
拌和可以采用连续搅拌或间歇式搅拌设备。而目前国外以连续搅拌最为常用。每个冷料仓都有筛网可以将超粒径的材料筛除掉，冷料仓的送料速度可以控制RAP料和新料的比例，从输送皮带上可以定时提取样品以检查级配情况。强制搅拌机上方装有喷嘴，可以同时喷洒泡沫沥青和水，喷入量可根据集料的质量，通过电脑控制。图3为Wirtgen公司生产的KMA厂拌再生设备。
拌和好的材料可以通过皮带输送机将再生料装入卡车，然后运往施工现场，为了防止运输过程中车箱表面材料水分散失，最好在其表面覆盖一条湿布。
（4）摊铺与压实
常规热拌沥青混合料的摊铺与压实设备同样可以用于泡沫沥青冷再生混合料的摊铺与压实。压实时如果再生层表面干燥，可以使用水车均匀洒一遍水。
3.2就地再生
道路就地冷再生工艺是80年代后期在路面冷铣削工艺的基础上迅速发展起来的一种新技术。目前，已成为国际上道路维修改造的主要方法之一。这种技术包括了四个主要工序：首先是准备旧路面的再生材料包括破碎和翻松旧路；其次是加入泡沫沥青和水并加以拌合；第三是成型和压实；最后是在再生的路面上加铺磨耗层。为了增强补强作用还可以加铺粘结层和结构层。就地冷再生工艺主要用于结构层的翻修，适用于各种道路。就地冷再生工艺的优点是：
（1）全部旧料就地再生，不仅减少了新料的用量，而且节省了运输费用；
（2）在翻新路面的补强问题上有着很大的灵活性，可以在再生的路面上只铺一层稀浆封层也可在其上加铺一层热沥青混合料磨耗层，也可以将再生路面作为底面层在其上加铺一层中面层和上面层，构成三层结构的路面，还可以将再生路面作为第一层结构层而在其上铺多层结构的沥青路面；
（3）消除旧路面不规矩的横向断面；
（4）由于已经有了再生路面作为底面层在其上加铺其他面层的工作量将相应减少，因而节约了施工时间、降低了施工成本；
（5）减轻环境污染、减少能源消耗。
泡沫沥青就地再生主要由一个专用再生机械实现,其核心是一个装有若干个硬质合金刀具的切削转子。转子旋转时向上切削现有旧路铺层材料,转子的切削深度可以通过电脑精确控制，如图4所示。在转子切削材料的同时,来自再生机前面并由再生机推动前行的水罐车中的水,通过软管输送给再生机,并由机载系统喷洒进拌和腔。在拌和腔与被切削下的材料进行充分均匀地混合以便达到压实所需的最佳用水量。同时,热沥青、冷水和空气在一系列相互独立的发泡腔里，使沥青发泡，并通过喷嘴均匀地喷洒在整个工作宽度上。微型计算机根据再生的宽度、工作深度、工作速度及材料的密度控制拌和水量和沥青用量。重叠作业时，可以单独关闭一些喷嘴，以便减小喷洒宽度。
4结语
科研成果是实践的总结，是人类文明的结晶，我们要善于借鉴一切先进的科研成果。在公路建设和管理领域、国与国之间技术问题及解决方法具有很多共性。发达国家研究早、实践早，积累了丰富的经验，许多技术、标准和规范属于政府所有，没有知识产权的障碍，我们要把技术引进作为公路交通实现新的跨越式发展的重要手段”。而泡沫沥青技术的引进、开发与吸收，无疑给公路建设带来了新的思路。根据我国现实国情，道路损坏的原因许多归因于基层的损坏，造成道路承载能力下降，而传统的“开膛破肚”式的维修，不仅工期长、造价高，而且带来大量废料无法处理的困境；同时，我国仍有相当数量的二级以下的公路，这些道路也急需升级改造，以满足当地经济增长带来的运输压力。采用泡沫沥青冷再生，不仅可以解决传统道路维修，造价高、浪费资源和污染环境的缺陷；同时将高等级道路的铣刨料用泡沫沥青冷再生，并用于为数众多的县乡道路，可以大量节省投资，又可解决旧料的处理问题。
参考
澳大利亚稳定工业协会
（AustralianStabilizationIndustryAssociationLimited）
《主干道采用沥青粘结剂厂拌再生标准规范》。
1、材料
材料标准的规范和测试方法如下表所列。
粘结剂
澳大利亚标准
沥青
AS8
水泥
AS
石灰
AS
现场的密度及湿度可以采用核子表面密度湿度仪测定
AS.5.8.1
用于施工的水，其水源应当稳定。当采用自然水源时吸水管应设有虑网，以防止杂草、树根等杂物堵塞固定拌和设备上的喷嘴。
2、设备
固定的厂拌设备应该满足以下要求：
（a）具有与测重传感器和数据显示仪相连的全电脑控制系统，可以连续监控沥青、辅助添加剂、发泡水及拌和水的用量；
（b）厂拌设备的连续生产能力不低于t/h；
（c）厂拌设备上应当配有试验喷嘴，可以用来保证沥青流量稳定，并可检测沥青的发泡倍数和半衰期；
（d）沥青的喷嘴必须能够自清洗。
3、施工
（1）再生前的路表面处理
对于要加铺再生层的路段，可以对其表面轻微的翻松，这样可以使其与新的再生层形成良好的粘结。
（2）天气限制
当检测料堆的温度低于10℃时不宜进行再生作业。同时在雨天也不宜进行再生作业。
（3）粘结料的使用
（a）沥青粘结料
可以通过一个能够标定沥青用量的控制器来实现沥青粘结剂的均匀喷洒。膨胀率应不低于10，半衰期不低于10s。
应当连续观测拌和是否均匀，一旦发现沥青出现条状或结团现象，应立即停止施工。
应当通过测重传感计算机采集系统监控每生产1t冷再生料的沥青用量，并每生产t记录1次。这些测重传感器应当定时标定。沥青用量的允许误差为±10％。使用每一罐新沥青之前，都要使用试验喷嘴检测沥青的发泡特性。这些数据要在施工结束后至少保存12个月。
（b）附加的粘结剂
通过标定过的电子测重仪，可以保证辅助粘结剂的均匀加入。每一个生产台班都要记录辅助粘结剂的用量，用量的允许误差为±10％，这些数据要在施工结束后至少保存12个月。
（4）拌和
固定厂拌设备应当是专门用于拌和筑路材料，通过保养和标定后能够均匀拌和材料而不产生集料的离析现象。拌和设备应当具有控制和监测添加拌和水的功能，以保证后续的摊铺与压实所需的用水量。拌和用水量应当符合设计时的目标拌和用水量（以最佳含水量OMC的百分率表示）。拌和完成后的水含量应当是要求水含量的80％～％。水只能按照要求用量在拌和室里添加。
（5）冷再生料的摊铺
拌和厂生产的再生料可以通过卡车运至工地，并立即摊铺、压实和修整。每一层压实料的厚度应当在mm～mm之间。摊铺的再生料不应存在任何明显的离析现象，否则这些离析区域将被清除掉，重新摊铺新料。
（6）接缝
接缝包括纵向接缝和横向接缝，纵向接缝平行于路中心线，一般是两个施工行程的交界处；横向接缝主要是指由于前一段施工结束后与下一段施工开始处的区域。所有的纵向和横向接缝处都要往完全压实的路段一侧去除部分材料。纵向和横向接缝至少分别去除75mm和50mm。
（7）压实
通常情况下达到相同的压实水平，泡沫沥青再生料需要的压实功要小于碎石材料，这是由于泡沫沥青再生料中沥青的润滑作用。泡沫沥青稳定材料的压实深度可达30mm。
应当及时压实泡沫沥青再生料。不过沥青粘结料较慢的固结特性使得压实时间相对比较灵活。气温较低时，冷的铣刨材料会减缓沥青粘结料的固结时间，因此设计时应当考虑加入一些水泥或石灰等辅助粘结剂加以改善。现场压实度应不低于最大干密度的98％。
（8）修整
完成的再生层需要一定的整平，以获得合理的纵坡度。整平产生的料不应在重新掺入再生层的表面，因为有研究表明重新压实的整平材料没有粘结力，在荷载作用下容易剥落。为了防止表面剥落，整平产生的材料应当作为废料处理，或者将其用于下一段工程。
（9）养护
沥青稳定层的养护非常慢，有研究已经表明大约需要一年的时间才会达到其最大强度。但是泡沫沥青稳定料通常在压实和整型后，就具有足够的强度允许立即开放交通。
（10）再生料的储存
众多施工经验表明，泡沫沥青稳定料可以储存一段时间。不过在储存期间应尽量减小粗细集料的离析和水分的挥发。储存时间一般不允许超过28天，储料堆的高度不应超过4m。如果在储存过程中，再生料的水分由于挥发而使得含水量达不到要求，应当使用拌合机在拌和再生料的过程中加入需要的水分，而不应当用水管等简易方法只将再生料表明洒水。
（11）试验段
与就地冷再生相似，如果再生路段比较长，应当预先修一段试验路。试验段应当位于施工路段之内，一般使用t再生料。
通过试验路应当确定以下内容：
（a）厂拌设备的效率；
（b）能够达到规定压实度要求的现场含水量；
（c）满足规定要求的压实遍数。
4、验收标准
（a）粘结剂用量的检查
每一个生产班组的开始和结束都要通过测量沥青罐中沥青的高度变化来检验沥青用量；同时也要检查辅助粘结剂的用量。泡沫沥青和辅助粘结剂用量的允许误差在±10％。
（b）深度
再生层深度的测量只有在压实和最终整修完成后检查。深度的检查是从再生层下面的结构层开始到再生层表面，并精确至5mm。施工中允许的误差为±20mm。
（c）密度
再生料的密度对其性能有重要影响。为了达到要求的密实度，应该选择合适的压实设备和进行良好的压实作业。现场压实度应不低于最大干密度的98％。
（d）表面平整度
整型完成后，再生层表面的平整度应当满足3米直尺在任何方向的变化不超过10mm。另外，横坡度变化不能超过规定的±5％。
美国AASHTO-AGC-ARTBA建议的用于质量控制的材料取样和测试步骤
测试类型
测试目的
取样频率
取样地点和大小
RAP料的级配,50mm,37.5mm,31.5mm
符合规范对最大粒径的要求
1次/m
输送带，再生机进料口
沥青，水泥，炉灰和石灰
符合规范要求
每批料或每天
再生机上的沥青罐，运输卡车
RAP料中加水量
调整水量获得较好的拌合和压实
1次/m
拌合机的输送带或是摊铺后，最小重量未9.1kg
养护后再生层的含水量
确定新沥青面层的铺筑时间
1次/m
全铺层厚度，最小重量未1.4kg
再生剂用量
检验沥青的用量和仪表的准确度
至少每天
通过罐计量，运输卡车称重或者仪表读数及通过带读数获得RAP料重
通过压路机压实遍数确定再生材料的压实密度
建立压实程序和规范允许的目标密度
核子密度仪，1次/m
长度为～m
或者
通过工地压实试样确定再生材料的压实密度
建立规范允许的目标密度
材料取样和核子密度仪测试，1次/m
铣刨深度
满符合规范允许误差
1次/m，或根据需要
纵向接缝处，沿结构层测量
建议的控制和测量
摊铺厚度（场拌再生）
符合规范允许误差
1次/m，或根据需要
纵向接缝处，沿结构层测量
拌和设备的标定
保证合适的再生添加剂和水用量
每年的施工开始或是根据需要
称取从拌和机到卡车的再生料，桶及沥青罐或沥青撒布器中的液体质量
只提供信息
再生材料的温度
确定温度对压实和混合料设计温度的影响
每天至少4次，早晨开始前2次，下午结束前2次
拌和时和再生层压实开始前
再生层的平整度
建立关于摊铺的数据和将来可能规范要求
在旧路上和冷再生后连续或是选定位置
轮廓曲线仪
旧路和再生材料的沥青含量（溶剂抽提）
确定加入和总的沥青含量
随机
在料堆的选定地点，再生前的道路和再生层里，至少9.1kg
》赞赏
