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摘要：

瀝青路面再生技術(shù)具有循環(huán)利用資源、節(jié)約能源、保護(hù)環(huán)境等優(yōu)勢，已成為實現(xiàn)低碳交通的重要途徑之一，在我國推廣應(yīng)用瀝青路面再生技術(shù)已勢在必行。泡沫瀝青冷再生技術(shù)，可充分對舊路路面材料進(jìn)行回收利用，從而達(dá)到低碳、節(jié)能的效果。同時，通過泡沫瀝青冷再生技術(shù)可以實現(xiàn)原有半剛性基層轉(zhuǎn)換為柔性基層，從而延長道路使用壽命瀝青網(wǎng)sinoasphalt.com。近年來對于泡沫瀝青冷再生技術(shù)進(jìn)行深入研究，基于國內(nèi)外最新研究成果，綜述對比分析其優(yōu)勢與不足，對于促進(jìn)我國該項技術(shù)的發(fā)展，具有重要的價值。

關(guān)鍵詞：泡沫瀝青；冷再生；設(shè)計方法；性能；養(yǎng)生機理

0 引言

隨著全球環(huán)境問題日益凸顯，低碳經(jīng)濟已成為人類發(fā)展的焦點，綠色公路現(xiàn)已成為公路建設(shè)的主流。目前我國瀝青路面舊料利用率僅為 20%左右，遠(yuǎn)達(dá)不到發(fā)達(dá)國家水平，也無法達(dá)到“十二五”規(guī)劃要求。泡沫瀝青冷再生技術(shù)是指將瀝青路面經(jīng)過銑刨、翻挖、回收、破碎和篩分后，加入一定比例的泡沫瀝青、新集料（如需要）和水，經(jīng)過拌合、攤鋪和碾壓等工藝，形成滿足一定性能要求的路面結(jié)構(gòu)層的一種路面養(yǎng)護(hù)維修技術(shù)。泡沫瀝青冷再生作為一種節(jié)能、環(huán)保、低碳技術(shù)，在我國受到廣泛關(guān)注。因其常溫拌合、常溫碾壓，減少筑路機械燃油減少有害氣體排放，在節(jié)約燃料的同時減少碳排放，起到經(jīng)濟環(huán)保的效果[1]。大量采用廢舊路面材料可有效解決因舊料堆放帶來的占用土地問題，降低砂石料開采對環(huán)境的破壞，緩解了砂石料資源日趨緊張的矛盾。該技術(shù)對實現(xiàn)道路行業(yè)低碳生產(chǎn)，發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟提供了重要的技術(shù)支持，具有顯著環(huán)保意義。盡管冷再生技術(shù)在國內(nèi)應(yīng)用越來越廣泛，但冷再生技術(shù)在工程中仍存在諸多問題：設(shè)計中僅以劈裂強度作為設(shè)計指標(biāo)，以凍融劈裂強度比作為驗證指標(biāo)，相對而言指標(biāo)單一；雖然泡沫瀝青冷再生混合料無需較長的養(yǎng)護(hù)期，但是研究表明其仍須在水分散失后才能形成較高的強度[2]，為此需對再生混合料進(jìn)行養(yǎng)生。研究表明，現(xiàn)場混合料強度要達(dá)到室內(nèi)長期養(yǎng)生強度需要 23～200 d。然而泡沫瀝青冷再生混合料常常會出現(xiàn)早期損壞，但是目前設(shè)計研究中少有考慮其早期強度；同時規(guī)范中所采用的加速養(yǎng)生方法與現(xiàn)場養(yǎng)生方法存在較大差異，導(dǎo)致室內(nèi)設(shè)計強度與現(xiàn)場芯樣強度存在區(qū)別。因此，泡沫瀝青冷再生技術(shù)在實際應(yīng)用中所出現(xiàn)的問題依然較多，對其進(jìn)一步深入研究顯得尤為必要。

1 泡沫瀝青冷再生混合料室內(nèi)養(yǎng)生方法

1998 年美國瀝青協(xié)會研究認(rèn)為，養(yǎng)生不充分導(dǎo)致冷再生層含水率過高，會增大再生層開裂的可能，并且會減慢鋪筑熱拌瀝青層后再生層強度形成速度[1]。對于現(xiàn)場養(yǎng)生，再生層強度主要取決于氣候環(huán)境：合適的天氣條件下，再生層可以在短時間形成強度；但是對于低溫、高濕度或者再生層鋪筑后遇雨狀況下，再 生 層 養(yǎng) 生 時 間 需 延 長 。2002 年 世 界 道 路 協(xié) 會（PIARC）經(jīng)過研究推薦，再生層殘留水分大部分蒸發(fā)之后才能進(jìn)行熱拌瀝青層加鋪，這也是諸多國家所達(dá)成的一致認(rèn)識。冷再生混合料中含水率過高會影響其再生混合料強度的形成，過早覆蓋熱拌瀝青混合料會導(dǎo)致再生層內(nèi)水分無法排出，從而影響到再生層的強度和壽命。養(yǎng)生時間不僅僅取決于再生層鋪筑時的氣候條件，還取決于交通量大小。大多數(shù)歐洲國家，均以殘留含水率來確定熱拌瀝青加鋪層施工時間，一般為1.0%～1.5%[3]。西班牙要求 7 d 后殘余含水率低于1.0%時或者可以鉆芯時，方可進(jìn)行熱拌瀝青結(jié)構(gòu)層加鋪。

2009 年美國聯(lián)邦公路管理局調(diào)查研究表明，各個州的養(yǎng)生時間要求或者殘余含水率要求并不相同。亞利桑那州、愛荷華州、南達(dá)科塔州、佛蒙特州和華盛頓州等要求含水率應(yīng)低于 1.5%[4-5]；科羅拉多州要求1.0%，堪薩斯州要求 2.0%；特拉華州、愛達(dá)荷州、緬因州、馬里蘭、內(nèi)布拉斯加州、內(nèi)華達(dá)州、新罕布什爾州、紐約、俄亥俄州、安大略省和賓夕法尼亞州等要求4～45 d 養(yǎng) 生 時 間 [6]。盡 管 各 個 研 究 機 構(gòu) 所 推 薦 養(yǎng) 生時間、殘留含水率并不相同，但基本在 1.0%～2.0%之間。對于泡沫瀝青，國際瀝青協(xié)會要求殘余含水率低于最佳拌合用水率 2%左右，而英國規(guī)定泡沫瀝青冷再生層最低養(yǎng)生時間為 36 h。Jenkins 等研究發(fā)現(xiàn)通車運營 2～5 年內(nèi)冷再生路面層力學(xué)性能逐年增長[7]，但是 2～5 年后其力學(xué)強度基本達(dá)到穩(wěn)定水平。國內(nèi)一般規(guī)定含水率低于 2%或者 7 d 可鉆芯即可鋪筑上面層。

20 世紀(jì) 70 年代，Bowering 提出泡沫瀝青冷再生混合料早期養(yǎng)生條件為 60℃養(yǎng)生 3 d 的養(yǎng)生方法[8]。許多學(xué)者在研究中不斷對試件的包裹方式、養(yǎng)生時間進(jìn)行調(diào)整形成適用的養(yǎng)生方法。該養(yǎng)生方法提出后，基于該養(yǎng)生溫度的養(yǎng)生方法被廣泛應(yīng)用，直到現(xiàn)在我國再生規(guī)范仍采用 60℃作為泡沫瀝青冷再生混合料的養(yǎng)生溫度。

20 世紀(jì) 80 年代，Lee 提出以室內(nèi)試驗 - 現(xiàn)場強度關(guān)系建立養(yǎng)生方式[9]，室內(nèi)養(yǎng)生與現(xiàn)場實際養(yǎng)生強度結(jié)合來確定養(yǎng)生時間，確立了室內(nèi)模擬現(xiàn)場養(yǎng)生的思路，為后續(xù)養(yǎng)生方法的探究奠定了基礎(chǔ)。

1982 年 Ruckel 提出以 40℃作為冷再生混合料的養(yǎng)生溫度，并提出養(yǎng)生 24 h 以模擬現(xiàn)場 7～14 d 的早期養(yǎng)生階段[10]；養(yǎng)生 72 h 以模擬現(xiàn)場養(yǎng)生 30 d 的養(yǎng)生狀況。研究表明，相比 50℃養(yǎng)生溫度，40℃養(yǎng)生條件下，泡沫瀝青不會產(chǎn)生流動造成瀝青重新分布。但是，采用室溫養(yǎng)生存在諸如濕度等不可控因素的影響。因此，Ruckel 所提出的 40℃養(yǎng)生溫度值得借鑒，然而，由于我國氣候、施工要求等差異，Ruckel 提出的模擬早 期 和 中 長 期 養(yǎng) 生 方 法 在 我 國 并 不 完 全 適 用 。

1983 年，Castedo、Wood 認(rèn)為泡沫瀝青冷再生混合料強度隨養(yǎng)生時間增長，主要在于其早期養(yǎng)生階段的1~3 d 內(nèi)[5]。因此，如何選取合適的養(yǎng)生方法，保證混合料在早期階段達(dá)到強度迅速增長，與現(xiàn)場養(yǎng)生契合是關(guān)鍵。比如，采用與現(xiàn)場接近的溫度，改變裹覆方式，使室內(nèi)加速養(yǎng)生過程中水分散失速率與散失路徑與現(xiàn)場接近。

1984 年，Roberts 研究了泡沫瀝青冷再生混合料養(yǎng)生環(huán)境對其強度的影響[11]。研究發(fā)現(xiàn)，烘干養(yǎng)生后的泡沫瀝青冷再生試件強度是加濕養(yǎng)生后試件強度的兩倍。試驗強度差異巨大，這與水泥穩(wěn)定類材料存在顯著差異，說明環(huán)境濕度對其養(yǎng)生影響較大。作為松散類材料，泡沫瀝青冷再生混合料中泡沫瀝青的分散狀態(tài)造成上述強度差異。

1994 年，Maccarrone 研究發(fā)現(xiàn) 60℃養(yǎng)生 3 d 可以達(dá)到現(xiàn)場 13 個月強度，烘箱加速養(yǎng)生后回彈模量與建設(shè)完成 12 個月鉆芯回彈模量一致[12]。Maccarrone 提出的加速養(yǎng)生方法，其優(yōu)勢在于大大縮短了室內(nèi)混合料的養(yǎng)生時間，并且得到的混合料強度與現(xiàn)場 1 年后強度接近。然而，60℃養(yǎng)生溫度過高，在現(xiàn)場養(yǎng)生過程中難以到達(dá)。同時，60℃溫度已經(jīng)超過了新加泡沫瀝青的軟化點，可能造成泡沫瀝青在養(yǎng)生過程中的“流動”作用，進(jìn)而影響到泡沫瀝青瑪蹄脂的分散程度。再者，養(yǎng)生溫度過高，混合料內(nèi)水分散失速率過快，與現(xiàn)場養(yǎng)生階段水分的散失路徑也存在較大差異。因此，選擇泡沫瀝青冷再生混合料養(yǎng)生溫度時，應(yīng)該綜合考慮冷再生混合料中泡沫瀝青“重分布”及水分散失特性，同時還需考慮加速養(yǎng)生的原則。

1999 年 Jenkins 和 Van de Ven 等提出 46℃養(yǎng)生3 d 模擬 15 mm 厚冷再生混合料表 面 月 平 均 溫 度30℃條件[7]，該養(yǎng)生條件可以模擬中長期養(yǎng)生狀況；為了模擬短期養(yǎng)生條件，提出 40℃養(yǎng)生 1 d 模擬 7～14 d 強度。該養(yǎng)生方法充分結(jié)合了現(xiàn)場養(yǎng)生時的養(yǎng)生溫度等養(yǎng)生狀況，室內(nèi)模擬養(yǎng)生與現(xiàn)場實際養(yǎng)生具有相關(guān)性，這一點值得借鑒。

2003 年，Marquis 提出采用 40℃養(yǎng)生 3 d 養(yǎng)生方法來模擬泡沫瀝青全厚式再生混合料的中長期性能[13]。采用 40℃養(yǎng)生溫度，與施工現(xiàn)場路面實際養(yǎng)生溫度更加接近。

2004 年，Wirtgen 提出分階段養(yǎng)生的養(yǎng)生方法，即，初期養(yǎng)生階段采用帶模室溫養(yǎng)生 24 h ；終期養(yǎng)生階段采用 40℃密封養(yǎng)生 48 h；冷卻階段室溫 放 置3 h。Wirtgen 公司采用新的試件裹覆方式，使試件內(nèi)部含水率達(dá)到平衡狀態(tài)。但初期養(yǎng)生階段，養(yǎng)生溫度較低，水分散失較少，混合料內(nèi)含水率過高。因此，導(dǎo)致終期養(yǎng)生階段中平衡含水率過高，與現(xiàn)場實際養(yǎng)生階段存在較大差別。同時，室內(nèi)養(yǎng)生時不可控因素較多，比如室內(nèi)溫度、濕度等，這些不可控因素都會對其養(yǎng)生造成影響。

Lee 等推薦采用 60℃養(yǎng)生 6 h 和 24 h，來模擬早期養(yǎng)生階段和中長期養(yǎng)生階段混合料性能。60℃烘箱養(yǎng)生方法在我國應(yīng)用較為普遍，實際上 60℃開放養(yǎng)生 24 h 后，混合料內(nèi)部含水率往往仍較高，混合料強度無法達(dá)到最高。同時，與前文所述，高溫養(yǎng)生可能會導(dǎo)致泡沫瀝青在混合料內(nèi)重新分布，導(dǎo)致混合料內(nèi)泡沫瀝青分散狀態(tài)發(fā)生變化。

Yongjoo Kim 通過對比不同養(yǎng)生條件下間接拉伸強度得出[14]：60℃養(yǎng)生 2 d 比 40℃養(yǎng)生 3 d 其間接拉伸強度要高。60℃養(yǎng)生溫度可能影響到泡沫瀝青分散狀態(tài)，進(jìn)而影響到泡沫瀝青冷再生混合料空隙分布狀態(tài)，從而導(dǎo)致其強度與 40℃養(yǎng)生后強度不一致。

鑒于 60℃作為泡沫瀝青養(yǎng)生溫度時存在諸多缺陷，K.J. Jenkins 結(jié)合南非氣候，采用不同裹覆方式研究了泡沫瀝青冷再生混合料養(yǎng)生階段中強度、含水率變化規(guī)律[15]，形成了南非冷再生試件加速養(yǎng)生標(biāo)準(zhǔn)：對于劈裂試件采用 40℃開放養(yǎng)生 72 h；對于三軸試件，采用 40℃養(yǎng)生至試件含水率 60%，再全密封進(jìn)行養(yǎng)生，總養(yǎng)生時間控制為 72 h。

2011 年，Yongjoo Kim 采用多種裹覆方法和養(yǎng)生時間[16]，研究了含水率及養(yǎng)生時間對泡沫瀝青冷再生混合料的劈裂強度、動態(tài)模量及流變數(shù)的影響。研究表明，隨著養(yǎng)生時間的增加，混合料力學(xué)強度出現(xiàn)增長，但并非迅速增長，而是與混合料內(nèi)含水率有關(guān)。進(jìn)一步研究表明，無論哪種裹覆方式（開放、密封）的養(yǎng)生早期，再生混合料力學(xué)強度增長不大，而待含水率顯著降低后，再生混合料強度才會顯著增長。

李秀君通過對比開放養(yǎng)生和密封養(yǎng)生，發(fā)現(xiàn)兩種養(yǎng)生方式對混合料強度的影響不大。我國規(guī)范規(guī)定泡沫瀝青冷再生混合料的養(yǎng)生方法是 60℃烘箱加速養(yǎng)生不少于 40 h，開放養(yǎng)生和密封養(yǎng)生兩種裹覆方式中水分散失速率存在差別，水分散失路徑也不一樣。且討論混合料強度時，受混合料本身含水率影響較大。同時，密封時試件含水率也相當(dāng)重要。探究不同裹覆方式（密封與否）對冷再生混合料強度的影響，首先應(yīng)明確密封時混合料含水率的大小及養(yǎng)生結(jié)束后混合料含水率情況。

目前養(yǎng)生所采用溫度爭議主要集中在 40℃和60℃。同時，對于泡沫瀝青冷再生混合料的不同裹覆方式也主要集中在開放養(yǎng)生、半密封養(yǎng)生、全密封養(yǎng)生這幾種養(yǎng)生方式。

綜上所述，對于泡沫瀝青冷再生混合料養(yǎng)生溫度仍存在較大爭議。我國規(guī)范目前采用的 60℃養(yǎng)生溫度，已超出常用基質(zhì)瀝青的軟化點，可能會造成泡沫瀝青在混合料內(nèi)發(fā)生“流動”。泡沫瀝青的“流動”則會沿空隙空間進(jìn)行，從而改變原有的空隙結(jié)構(gòu)。目前，對于養(yǎng)生溫度的研究大多只停留在宏觀力學(xué)強度的對比上，對于養(yǎng)生溫度對泡沫瀝青冷再生混合料內(nèi)部瀝青分布及微細(xì)觀空隙結(jié)構(gòu)的影響尚無研究，無法從本質(zhì)上揭示養(yǎng)生溫度對泡沫瀝青強度的負(fù)面影響，無法改變養(yǎng)生溫度與現(xiàn)場養(yǎng)生脫節(jié)的現(xiàn)狀。

對于試件的裹覆方式，國外研究者做出大量研究，提出不同的試件裹覆方式。而他們所提出的裹覆方式和養(yǎng)生時間，均基于室內(nèi)加速養(yǎng)生 - 現(xiàn)場養(yǎng)生接近的原則。由于地區(qū)氣候差異、再生層的上覆層鋪筑要求的差異，無法將這些裹覆方式和養(yǎng)生時間直接照搬。而國內(nèi)又未形成一套完整的泡沫瀝青冷再生混合料養(yǎng)生方法。

2 泡沫瀝青冷再生混合料早期強度發(fā)展規(guī)律及評價方法

2003 年 Thomas 研究認(rèn)為乳化瀝青穩(wěn)定類再生混合料在其早期養(yǎng)生階段類似于級配碎石材料[17]，而中長期則類似于熱拌瀝青混合料，因泡沫瀝青冷再生混合料中泡沫瀝青裹覆狀態(tài)與乳化瀝青冷再生混合料中乳化瀝青的裹覆狀態(tài)截然不同。但該試驗結(jié)論對于泡沫瀝青冷再生混合料這類松散類材料是否適用，仍有待研究。

2008 年，H. D. Lee 采用宏觀力學(xué)試驗研究了早期養(yǎng)生階段泡沫瀝青冷再生混合料劈裂強度的發(fā)展規(guī)律[14]。研究發(fā)現(xiàn)：早期養(yǎng)生階段，泡沫瀝青冷再生混合料劈裂強度增長緩慢，而養(yǎng)生后期其強度增長迅速。Lee 指出泡沫瀝青冷再生內(nèi)含水率變化是產(chǎn)生該現(xiàn)象的原因。

2010 年，F(xiàn)u Pengcheng 采用圖像處理手段，研究了泡沫瀝青冷再生混合料養(yǎng)生階段強度形成機理[18]。研究發(fā)現(xiàn)，只有泡沫瀝青膠漿和集料之間的水分散失后，其強度才能形成?；旌狭蟽?nèi)拌合水量差異，也會導(dǎo)致泡沫瀝青分散不均勻。圖 1 為不同拌合用水量下泡沫瀝青的分散狀況。

2011 年，Y. J Kim 通過研究發(fā)現(xiàn)冷再生混合料的強度主要取決于混合料內(nèi)部含水量及養(yǎng)生時間[16]，通常加入少量水泥或者石灰以促進(jìn)其早期強度的形成。含水率大小直接影響到泡沫冷再生混合料強度，基于此，許多國家和地區(qū)在鋪筑上覆層時做出含水率的要求。2014 年，Thanaya 研究提出水泥摻量和水分散失是導(dǎo)致室溫下混合料早期強度形成的最主要的兩個因素。養(yǎng)生過程中水分的蒸發(fā)與強度形成密切相關(guān)，且對早期強度影響巨大。

2015 年，F(xiàn). Cardone 研究表明，泡沫瀝青冷再生混合料強度變化情況與混合料內(nèi)含水率變化情況關(guān)系密切，早期養(yǎng)生階段水分散失過快也會影響到混合料強度。

2016 年，Li Zhigang、Hao Peiwen 等通過 CT 掃描、圖像處理等手段研究發(fā)現(xiàn)[19]，泡沫瀝青冷再生混合料在其早期養(yǎng)生階段，隨著水分散失混合料破壞由黏附性破壞向黏聚性破壞發(fā)展。而 CT 掃描試驗結(jié)果表明，早期養(yǎng)生后，混合料內(nèi)部空隙變化不大。

2006 年，哈工大董澤蛟、譚憶秋等針對乳化瀝青冷 再 生 混 合 料 初 期 易 松 散 破 壞 的 特 點 ， 提 出 了Superpave 體積設(shè)計法和新的性能評價方法，通過試驗驗證取得了較好的效果。

2007 年，因乳化瀝青冷再生混合料成型初期黏結(jié)性低，易出現(xiàn)早期松散破壞等病害。曹麗萍、譚憶秋等，采用肯塔堡飛散試驗評價乳化瀝青冷再生混合料的抗松散能力。

2012 年，夏平采用肯塔堡飛散試驗以及鉆芯試驗分別對乳化瀝青冷再生混合料的可工作時間、抗早期松散能力以及早期現(xiàn)場取芯能力進(jìn)行分析，提出了乳化瀝青冷再生混合料的早期評價指標(biāo)。

2013 年，馬永鋒采用乳化瀝青黏結(jié)力試驗儀提出黏聚力來評價乳化再生混合料早期強度。

2014 年，王宏采用肯塔堡飛散試驗對泡沫瀝青冷再生混合料長期養(yǎng)生狀況下的抗松散性能進(jìn)行了研究。

2016 年，張迪提出以養(yǎng)生階段含水量不高于1.5%作為早期強度控制指標(biāo)。冷再生混合料早期強度指標(biāo)的控制仍沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。

綜上所述，有關(guān)泡沫瀝青冷再生混合料的早期養(yǎng)生階段強度形成機理尚不明確，大多停留在宏觀力學(xué)強度規(guī)律的研究上。對泡沫瀝青冷再生混合料早期強度研究尚無涉及，缺乏早期強度評價方法和指標(biāo)。導(dǎo)致部分冷再生工程實施后出現(xiàn)了不同程度的問題，如冷再生層施工后早期強度不足，無法及時取出芯樣，延誤了上覆瀝青層的鋪筑進(jìn)度。

3 泡沫瀝青冷再生混合料設(shè)計方法

隨著瀝青冷再生技術(shù)的發(fā)展，各國各地區(qū)提出不同的冷再生設(shè)計方法，由于冷再生混合料組成的復(fù)雜性，其特性與熱拌瀝青混合料有明顯差別，各地區(qū)所提出的冷再生混合料設(shè)計方法也存在較大差異。美國瀝青再生協(xié)會提出 3 種不同的冷再生混合料設(shè)計方法。AASHTO 根據(jù)不同地區(qū)氣候差異、地理差異、資源差異和交通差異，提出適用于不同地區(qū)的冷再生混合料配合比設(shè)計方法。

2009 年，南非瀝青協(xié)會在 TG2 第一版基礎(chǔ)上又發(fā)布了 TG2 第二版《瀝青穩(wěn)定材料技術(shù)指南》，提出了泡沫瀝青及乳化瀝青冷再生混合料詳細(xì)的材料分級體系；嘗試性地開發(fā)了相對簡易的三軸測試設(shè)備，用于冷再生混合料抗剪性能的實驗室理論分析研究，并提出了三階段組成設(shè)計方法，設(shè)計流程見圖 2[20]。該設(shè)計體系考慮以抗剪強度作為混合料評價指標(biāo)，并根據(jù)交通量大小分級設(shè)計，設(shè)計體系更為合理全面。

a）根據(jù)舊料狀況及交通量大小，將銑刨材料劃分為 3 類：BSM1、BSM2、BSM3。其中 BSM3 含泥量相對較大，一般用于交通量相對較低的路面基層。而 BSM1及 BSM2 類似我國瀝青路面回收材料，由該混合料組成的冷再生路面層一般具有較好的力學(xué)強度和抗剪性能。

b）根據(jù)交通量等級分級設(shè)計。第一階段（適用交通量＜3MESA）采用馬歇爾擊實法成型 101.6×63.5 mm試件，初選瀝青用量，以 ITS 試驗確定選擇合適的活性添加劑；第二階段（適用交通量 3MESA～6MESA）采用振動擊實成型 150×127 mm 試件，根據(jù) ITS 確定最佳瀝青用量；第三階段（適用交通量＞6MESA）采用振動成型 150×300 mm 試件，以簡易三軸試驗確定泡沫瀝青冷再生混合料的三軸抗剪特性，以三軸抗剪特性作為混合料設(shè)計指標(biāo)?？紤]到三軸試驗?zāi)軌颢@取混合料內(nèi)黏聚力和內(nèi)摩擦角，而混合料黏聚力和內(nèi)摩擦角是綜合表征混合料力學(xué)強度和剛度的重要指標(biāo)。

c）養(yǎng)生方法區(qū)別。第一階段試件養(yǎng)生均以 40℃開放養(yǎng)生；第二階段采用平衡含水率方式，即試件內(nèi)含水率降低至一定程度后采用塑料袋密度養(yǎng)生（30℃開放養(yǎng)生至含水率下降至初始含水率 60%，然后 40℃烘箱密封養(yǎng)生 48 h）。

d）殘留黏聚力作為抗水損害能力評價。試件置于注水容器內(nèi)，以動水壓力為 140 kPa 進(jìn)行反復(fù)抽真空。以干濕兩種條件下主應(yīng)力比作為殘留黏聚力，用于對冷再生抗水損害能力進(jìn)行評價。

其他國內(nèi)外研究者也對泡沫瀝青冷再生混合料配合比設(shè)計做出相當(dāng)多研究。2007 年—2011 年徐金枝、邢傲雪、劉娜等先后研究水泥對冷再生混合料永久變形、抗水損害能力及疲勞特性的影響，并初步提出冷再生混合料配合比設(shè)計及檢測的相關(guān)技術(shù)指標(biāo)及方法，為冷再生技術(shù)規(guī)范的制定起到技術(shù)支撐作用。國內(nèi)其他學(xué)者針對冷再生混合料養(yǎng)生方式、成型方式及設(shè)計指標(biāo)均做出大量研究，以得到更為合理的設(shè)計方法。然而，這些冷再生設(shè)計方法均為局部修正馬歇爾設(shè)計，其本質(zhì)與現(xiàn)行再生規(guī)范所提出的馬歇爾設(shè)計方法基本類似。

3.2 目前我國規(guī)范沿用的設(shè)計方法存在的弊端

a）泡沫瀝青冷再生混合料成型方法并不適用。泡沫瀝青冷再生混合料瀝青的裹覆方式與熱拌瀝青混合料完全不同，卻采用與熱拌瀝青混合料相同的成型方法。

b）泡沫瀝青冷再生混合料中大粒徑顆粒的存在影響了混合料試件力學(xué)性能的測定。

c）設(shè)計中僅以干、濕劈裂強度作為設(shè)計指標(biāo)，設(shè)計指標(biāo)單一，且極易達(dá)到，并不利于冷再生混合料設(shè)計和推廣。

d）性能驗證指標(biāo)單一，無法滿足泡沫瀝青層位上移以及交通量增大的需求。

e）設(shè)計時未考慮交通量因素。不同交通條件下對泡沫瀝青冷再生結(jié)構(gòu)層的使用性能要求應(yīng)有所不同，現(xiàn)有的設(shè)計方法對不同交通條件僅僅簡單地變化劈裂強度指標(biāo)的大小，而沒有相應(yīng)地針對性的設(shè)計指標(biāo)。

因此，有必要借鑒國內(nèi)外先進(jìn)的研究成果，進(jìn)一步對泡沫瀝青冷再生混合料設(shè)計方法進(jìn)行研究。

4 泡沫瀝青冷再生混合料力學(xué)性能變化規(guī)律

1987 年，Bissadade 等通過對比熱拌瀝青及再生混合料的疲勞性能發(fā)現(xiàn)，HMA 的疲勞性能遠(yuǎn)優(yōu)于再生混合料，這主要是由于熱拌瀝青混合料中瀝青裹覆良好，且瀝青用量相對較高；而再生混合料中新舊瀝青無法有效融合，其有效瀝青含量低得多，疲勞性能要差。

Vorobieff、Preston 發(fā)現(xiàn)泡沫瀝青冷再生混合料疲勞壽命優(yōu)于乳化再生，但遠(yuǎn)低于 HMA。泡沫瀝青冷再生混合料屬于松散類材料，材料本身的偏柔特性促成混合料疲勞特性優(yōu)于乳化再生。

2007 年，Lee 與 Kim 研究發(fā)現(xiàn)舊瀝青含量越高，再生混合料疲勞性能越差但其抗車轍能力越強。HeGui-ping 通過研究發(fā)現(xiàn) RAP 摻量對其抗永久變形能力影響不大。冷再生混合料中，舊瀝青并未起到黏結(jié)料作用。一般認(rèn)為 RAP 為“黑石”，忽略 RAP 上裹覆的舊瀝青。

研究表明，瀝青路面在經(jīng)過凍融循環(huán)作用后，其力學(xué)性能會出現(xiàn)不同程度的衰減。凍融循環(huán)作用下，一方面，進(jìn)入混合料內(nèi)部的水結(jié)冰后形成膨脹應(yīng)力，這種膨脹應(yīng)力會對混合料內(nèi)部結(jié)構(gòu)造成一定損害；另一方面，水侵入瀝青與集料界面會破壞瀝青與集料間的黏附作用，從而降低混合料強度。

凍融循環(huán)作用下，瀝青冷再生混合料抗剪強度顯著減小，混合料內(nèi)部水化產(chǎn)物遭到破壞，同時其總空隙率及空隙分布狀態(tài)也發(fā)生變化。凍融循環(huán)作用下，水侵入泡沫瀝青冷再生混合料內(nèi)部，由于固液態(tài)變化在空隙內(nèi)產(chǎn)生膨脹力，可能會破壞水化生成產(chǎn)物，進(jìn)而破壞泡沫瀝青冷再生混合料內(nèi)部空隙結(jié)構(gòu)，降低其力學(xué)強度。

季凍區(qū)路面遭受凍融循環(huán)作用后，熱瀝青層遭到破壞，冷再生層則受到雨水侵蝕從而加劇了再生層的損害。研究表明，多次凍融循環(huán)作用下混合料力學(xué)強度及疲勞特性均有所衰減。趙 新以 ECS 性能測試方法評價再生混合料抗水損害能力，發(fā)現(xiàn)凍融循環(huán)作用顯著降低再生混合料的抗永久變形能力。上述研究表明，經(jīng)過多次凍融循環(huán)后，冷再生混合料疲勞特性及抗永久變形能力顯著下降，但研究均停留在宏觀力學(xué)表征角度上，并未深入研究泡沫瀝青冷再生混合料在多次凍融循環(huán)作用后其微細(xì)觀結(jié)構(gòu)特性變化規(guī)律和宏觀力學(xué)特性之間的相關(guān)關(guān)系。

CT 試驗及掃描電鏡試驗結(jié)果表明，凍融作用改變混合料內(nèi)部大空隙的數(shù)量，大空隙數(shù)量的增加顯著降低其力學(xué)強度。隨著再生層位的不斷上移，對其抗水損害要求也越來越高，研究凍融循環(huán)作用對其性能的影響十分必要。同時，作為一種多孔材料，冷再生混合料內(nèi)部空隙分布狀況并不清楚，而國內(nèi)外多以空隙的平均孔徑、空隙級配及分形理論來分析混合料微細(xì)觀空隙特性。泡沫瀝青冷再生混合料這類松散類材料，浸水后其強度顯著降低，目前國內(nèi)多以凍融劈裂強度比來評價其抗水損害能力。

5 泡沫瀝青冷再生混合料微細(xì)觀結(jié)構(gòu)

泡沫瀝青冷再生混合料空隙率一般在 8%~13%范圍內(nèi)，這與常規(guī)熱拌瀝青空隙率差別較大?？障兜姆植继匦詫ε菽瓰r青冷再生混合料的技術(shù)性能有顯著影響。因冷再生混合料空隙率通常較大，其空隙特性對其性能影響也是眾多研究的焦點。

2002 年—2003 年，M. H. Sadd 及 N. Pouliot 等通過微觀手段對乳化瀝青微細(xì)觀結(jié)構(gòu)及界面黏附狀況進(jìn)行研究。

2007 年，Arambula 等通過對 CT 掃描圖像進(jìn)行處理，評價了瀝青混合料內(nèi)部空隙分布與水穩(wěn)定性的關(guān)系。

2014 年，王宏通過 CT 掃描試驗發(fā)現(xiàn)，導(dǎo)致再生混合料凍融后力學(xué)性衰減的根本原因為混合料內(nèi)部大空隙數(shù)目增多[21]。

高磊則通過 CT 試驗對泡沫瀝青冷再生與常規(guī)熱拌瀝青混合料試件內(nèi)部空隙直徑、數(shù)目沿試件高度的分布進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)二者存在顯著差別，泡沫瀝青冷再生混合料空隙數(shù)目多且孔徑較小，而熱拌瀝青混合料空隙數(shù)目少，但空隙孔徑相對較大。

混合料內(nèi)部空隙與混合料性能存在其特定關(guān)聯(lián)，而如何評價混合料內(nèi)部空隙的分布特征也備受關(guān)注。研究表明：Weibull 統(tǒng)計模型能夠較好地反映混合料內(nèi)部空隙的分布特征，通過 Weilbull 函數(shù)分析泡沫瀝青冷再生混合料內(nèi)空隙的分布形態(tài)。

由于混合料內(nèi)部空隙數(shù)目多、空隙形狀復(fù)雜，難以統(tǒng)一分析。裴建中、蔣煒等諸多學(xué)者利用分形理論對混合料內(nèi)部空隙的不規(guī)則、不確定及自相似特性進(jìn)行綜合分析。

為了進(jìn)一步明確水泥對混合料的微細(xì)觀特性的影響，研究者通過多種手段對冷再生混合料微細(xì)觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究。CT 及掃描電鏡研究表明水泥水化產(chǎn)物與冷再生混合料內(nèi)瀝青膠漿交織形成空間結(jié)構(gòu)，起到“加筋”“填充”作用，提高混合料強度的同時，對混合料內(nèi)部不同體積的空隙數(shù)量產(chǎn)生影響。

因常溫壓實且加水拌合，冷再生混合料空隙率通常較大，水分散失后形成多孔結(jié)構(gòu)；同時，水泥水化產(chǎn)物的交織影響也對混合料內(nèi)部空隙進(jìn)行分割，從而增加空隙的數(shù)目。對于多孔混合料其內(nèi)部空隙分布對混合料強度影響較大，分析混合料內(nèi)部空隙形態(tài)及分布情況對再生混合料強度至關(guān)重要。Colas 通過掃描發(fā)現(xiàn) HMA 內(nèi)部單位體積空隙僅有 330 個，而冷再生混合料則有 7 200 個，混合料內(nèi)部空隙數(shù)目的差異導(dǎo)致二者性能存在顯著差別。

Ruckel 提出采用觀察法結(jié)合施工經(jīng)驗判斷再生混合料內(nèi)部瀝青分布的優(yōu)劣。

Jenkins 通過數(shù)量統(tǒng)計的手段對再生混合料內(nèi)部瀝青顆粒的大小及分布進(jìn)行分析。

付鵬程等采用破裂面瀝青面積比（FFAC）評價再生混合料中瀝青分散優(yōu)劣，并建立 FFAC 與再生混合料強度的關(guān)系。圖 3 為泡沫瀝青占破裂面積比與混合料劈裂強度的關(guān)系。從圖中可以發(fā)現(xiàn) FFAC 越大，泡沫瀝青強度越高。

綜上所述，鑒于泡沫瀝青冷再生混合料多孔特性、泡沫瀝青“點焊狀”分布的特點，國內(nèi)外采用多種手段對其空隙特性進(jìn)行分析，并以圖像處理手段對泡沫瀝青分布形態(tài)進(jìn)行探討。但對微細(xì)觀結(jié)構(gòu)分析未能與宏觀力學(xué)特性相結(jié)合，不能有效揭示泡沫瀝青冷再生混合料強度損傷機理和強度形成機理。

6 結(jié)語

通過國內(nèi)外文獻(xiàn)綜述分析總結(jié)得出如下結(jié)論：

a）對于泡沫瀝青冷再生混合料養(yǎng)生溫度仍存在較大爭議。我國規(guī)范目前采用的 60℃養(yǎng)生溫度，可能會造成泡沫瀝青在混合料內(nèi)發(fā)生“流動”。對于養(yǎng)生溫度對泡沫瀝青冷再生混合料內(nèi)部瀝青分布及微細(xì)觀空隙結(jié)構(gòu)的影響尚無研究。

b）有關(guān)泡沫瀝青冷再生混合料的早期養(yǎng)生階段強度形成機理尚不明確，大多停留在宏觀力學(xué)強度規(guī)律的研究上，缺乏早期強度評價方法和指標(biāo)。

c）目前我國規(guī)范泡沫瀝青冷再生混合料設(shè)計中僅以干、濕劈裂強度作為設(shè)計指標(biāo)，設(shè)計指標(biāo)單一，且極易達(dá)到，并不利于冷再生混合料設(shè)計和推廣。性能驗證指標(biāo)單一，無法滿足泡沫瀝青層位上移以及交通量增大的需求；現(xiàn)有的設(shè)計方法對不同交通條件僅僅簡單地變化劈裂強度指標(biāo)的大小，而沒有相應(yīng)的針對性的設(shè)計指標(biāo)。

d）鑒于泡沫瀝青冷再生混合料多孔特性、泡沫瀝青“點焊狀”分布的特點，將微細(xì)觀結(jié)構(gòu)分析與宏觀力學(xué)特性相結(jié)合，才能有效揭示泡沫瀝青冷再生混合料強度損傷機理和強度形成機理。