郝培文，李志剛，徐金枝

（長(zhǎng)安大學(xué) 公路學(xué)院，陜西 西安 710064）

0 引言

隨著全球環(huán)境問題日益凸顯，低碳經(jīng)濟(jì)已成為人類發(fā)展的焦點(diǎn)，綠色公路現(xiàn)已成為公路建設(shè)的主流。目前我國(guó)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(guó)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(guó)受到廣泛關(guān)注。因其常溫拌合、常溫碾壓，減少筑路機(jī)械燃油減少有害氣體排放，在節(jié)約燃料的同時(shí)減少碳排放，起到經(jīng)濟(jì)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(duì)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(duì)實(shí)現(xiàn)道路行業(yè)低碳生產(chǎn)，發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)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(guó)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(jì)中僅以劈裂強(qiáng)度作為設(shè)計(jì)指標(biāo)，以凍融劈裂強(qiáng)度比作為驗(yàn)證指標(biāo)，相對(duì)而言指標(biāo)單一；雖然泡沫瀝青冷再生混合料無需較長(zhǎng)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(qiáng)度[2]，為此需對(duì)再生混合料進(jìn)行養(yǎng)生。研究表明，現(xiàn)場(chǎng)混合料強(qiáng)度要達(dá)到室內(nèi)長(zhǎng)期養(yǎng)生強(qiáng)度需要23～200 d。然而泡沫瀝青冷再生混合料常常會(huì)出現(xiàn)早期損壞，但是目前設(shè)計(jì)研究中少有考慮其早期強(qiáng)度；同時(shí)規(guī)范中所采用的加速養(yǎng)生方法與現(xiàn)場(chǎng)養(yǎng)生方法存在較大差異，導(dǎo)致室內(nèi)設(shè)計(jì)強(qiáng)度與現(xiàn)場(chǎng)芯樣強(qiáng)度存在區(qū)別。因此，泡沫瀝青冷再生技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中所出現(xiàn)的問題依然較多，對(duì)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(guó)瀝青協(xié)會(huì)研究認(rèn)為，養(yǎng)生不充分導(dǎo)致冷再生層含水率過高，會(huì)增大再生層開裂的可能，并且會(huì)減慢鋪筑熱拌瀝青層后再生層強(qiáng)度形成速度[1]。對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)養(yǎng)生，再生層強(qiáng)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(shí)間形成強(qiáng)度；但是對(duì)于低溫、高濕度或者再生層鋪筑后遇雨?duì)顩r下，再生層養(yǎng)生時(shí)間需延長(zhǎng)。2002年世界道路協(xié)會(huì)（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(guó)家所達(dá)成的一致認(rèn)識(shí)。冷再生混合料中含水率過高會(huì)影響其再生混合料強(qiáng)度的形成，過早覆蓋熱拌瀝青混合料會(huì)導(dǎo)致再生層內(nèi)水分無法排出，從而影響到再生層的強(qiáng)度和壽命。養(yǎng)生時(shí)間不僅僅取決于再生層鋪筑時(shí)的氣候條件，還取決于交通量大小。大多數(shù)歐洲國(guó)家，均以殘留含水率來確定熱拌瀝青加鋪層施工時(shí)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(shí)或者可以鉆芯時(shí)，方可進(jìn)行熱拌瀝青結(jié)構(gòu)層加鋪。

2009年美國(guó)聯(lián)邦公路管理局調(diào)查研究表明，各個(gè)州的養(yǎng)生時(shí)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(shí)間[6]。盡管各個(gè)研究機(jī)構(gòu)所推薦養(yǎng)生時(shí)間、殘留含水率并不相同，但基本在1.0%～2.0%之間。對(duì)于泡沫瀝青，國(guó)際瀝青協(xié)會(huì)要求殘余含水率低于最佳拌合用水率2%左右，而英國(guó)規(guī)定泡沫瀝青冷再生層最低養(yǎng)生時(shí)間為36 h。Jenkins等研究發(fā)現(xiàn)通車運(yùn)營(yíng)2～5年內(nèi)冷再生路面層力學(xué)性能逐年增長(zhǎng)[7]，但是2～5年后其力學(xué)強(qiáng)度基本達(dá)到穩(wěn)定水平。國(guó)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(duì)試件的包裹方式、養(yǎng)生時(shí)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(guó)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(yàn)-現(xiàn)場(chǎng)強(qiáng)度關(guān)系建立養(yǎng)生方式[9]，室內(nèi)養(yǎng)生與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際養(yǎng)生強(qiáng)度結(jié)合來確定養(yǎng)生時(shí)間，確立了室內(nèi)模擬現(xiàn)場(chǎng)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(chǎng)7～14 d的早期養(yǎng)生階段[10]；養(yǎng)生72 h以模擬現(xiàn)場(chǎng)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(huì)產(chǎn)生流動(dòng)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(guó)氣候、施工要求等差異，Ruckel提出的模擬早期和中長(zhǎng)期養(yǎng)生方法在我國(guó)并不完全適用。

1983年，Castedo、Wood認(rèn)為泡沫瀝青冷再生混合料強(qiáng)度隨養(yǎng)生時(shí)間增長(zhǎng)，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(qiáng)度迅速增長(zhǎng)，與現(xiàn)場(chǎng)養(yǎng)生契合是關(guān)鍵。比如，采用與現(xiàn)場(chǎng)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(chǎng)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(duì)其強(qiáng)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(qiáng)度是加濕養(yǎng)生后試件強(qiáng)度的兩倍。試驗(yàn)強(qiáng)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(duì)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(qiáng)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(chǎng)13個(gè)月強(qiáng)度，烘箱加速養(yǎng)生后回彈模量與建設(shè)完成12個(gè)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(shì)在于大大縮短了室內(nèi)混合料的養(yǎng)生時(shí)間，并且得到的混合料強(qiáng)度與現(xiàn)場(chǎng)1年后強(qiáng)度接近。然而，60℃養(yǎng)生溫度過高，在現(xiàn)場(chǎng)養(yǎng)生過程中難以到達(dá)。同時(shí)，60℃溫度已經(jīng)超過了新加泡沫瀝青的軟化點(diǎn)，可能造成泡沫瀝青在養(yǎng)生過程中的“流動(dòng)”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(chǎng)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(shí)，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(shí)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(zhǎng)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(qiáng)度。該養(yǎng)生方法充分結(jié)合了現(xiàn)場(chǎng)養(yǎng)生時(shí)的養(yǎng)生溫度等養(yǎng)生狀況，室內(nèi)模擬養(yǎng)生與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際養(yǎng)生具有相關(guān)性，這一點(diǎn)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(zhǎng)期性能[13]。采用40℃養(yǎng)生溫度，與施工現(xiàn)場(chǎng)路面實(shí)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(chǎng)實(shí)際養(yǎng)生階段存在較大差別。同時(shí)，室內(nèi)養(yǎng)生時(shí)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(huì)對(duì)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(zhǎng)期養(yǎng)生階段混合料性能。60℃烘箱養(yǎng)生方法在我國(guó)應(yīng)用較為普遍，實(shí)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(qiáng)度無法達(dá)到最高。同時(shí)，與前文所述，高溫養(yǎng)生可能會(huì)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(duì)比不同養(yǎng)生條件下間接拉伸強(qiáng)度得出[14]：60℃養(yǎng)生2 d比40℃養(yǎng)生3 d其間接拉伸強(qiáng)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(qiáng)度與40℃養(yǎng)生后強(qiáng)度不一致。

鑒于60℃作為泡沫瀝青養(yǎng)生溫度時(shí)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(qiáng)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(duì)于劈裂試件采用40℃開放養(yǎng)生72 h；對(duì)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(shí)間控制為72 h。

2011年，Yongjoo Kim采用多種裹覆方法和養(yǎng)生時(shí)間[16]，研究了含水率及養(yǎng)生時(shí)間對(duì)泡沫瀝青冷再生混合料的劈裂強(qiáng)度、動(dòng)態(tài)模量及流變數(shù)的影響。研究表明，隨著養(yǎng)生時(shí)間的增加，混合料力學(xué)強(qiáng)度出現(xiàn)增長(zhǎng)，但并非迅速增長(zhǎng)，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(qiáng)度增長(zhǎng)不大，而待含水率顯著降低后，再生混合料強(qiáng)度才會(huì)顯著增長(zhǎng)。

李秀君通過對(duì)比開放養(yǎng)生和密封養(yǎng)生，發(fā)現(xiàn)兩種養(yǎng)生方式對(duì)混合料強(qiáng)度的影響不大。我國(guó)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(qiáng)度時(shí)，受混合料本身含水率影響較大。同時(shí)，密封時(shí)試件含水率也相當(dāng)重要。探究不同裹覆方式（密封與否）對(duì)冷再生混合料強(qiáng)度的影響，首先應(yīng)明確密封時(shí)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(zhēng)議主要集中在40℃和60℃。同時(shí)，對(duì)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(duì)于泡沫瀝青冷再生混合料養(yǎng)生溫度仍存在較大爭(zhēng)議。我國(guó)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(diǎn)，可能會(huì)造成泡沫瀝青在混合料內(nèi)發(fā)生“流動(dòng)”。泡沫瀝青的“流動(dòng)”則會(huì)沿空隙空間進(jìn)行，從而改變?cè)械目障督Y(jié)構(gòu)。目前，對(duì)于養(yǎng)生溫度的研究大多只停留在宏觀力學(xué)強(qiáng)度的對(duì)比上，對(duì)于養(yǎng)生溫度對(duì)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(duì)泡沫瀝青強(qiáng)度的負(fù)面影響，無法改變養(yǎng)生溫度與現(xiàn)場(chǎng)養(yǎng)生脫節(jié)的現(xiàn)狀。

對(duì)于試件的裹覆方式，國(guó)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(shí)間，均基于室內(nèi)加速養(yǎng)生-現(xiàn)場(chǎng)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(shí)間直接照搬。而國(guó)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(qiáng)度發(fā)展規(guī)律及評(píng)價(jià)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(jí)配碎石材料[17]，而中長(zhǎng)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(yàn)結(jié)論對(duì)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(yàn)研究了早期養(yǎng)生階段泡沫瀝青冷再生混合料劈裂強(qiáng)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(qiáng)度增長(zhǎng)緩慢，而養(yǎng)生后期其強(qiáng)度增長(zhǎng)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(qiáng)度形成機(jī)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(qiáng)度才能形成。混合料內(nèi)拌合水量差異，也會(huì)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。

圖1 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(qiáng)度主要取決于混合料內(nèi)部含水量及養(yǎng)生時(shí)間[16]，通常加入少量水泥或者石灰以促進(jìn)其早期強(qiáng)度的形成。含水率大小直接影響到泡沫冷再生混合料強(qiáng)度，基于此，許多國(guó)家和地區(qū)在鋪筑上覆層時(shí)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(qiáng)度形成的最主要的兩個(gè)因素。養(yǎng)生過程中水分的蒸發(fā)與強(qiáng)度形成密切相關(guān)，且對(duì)早期強(qiáng)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(qiáng)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(huì)影響到混合料強(qiáng)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(yàn)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(duì)乳化瀝青冷再生混合料初期易松散破壞的特點(diǎn)，提出了Superpave體積設(shè)計(jì)法和新的性能評(píng)價(jià)方法，通過試驗(yàn)驗(yàn)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(yàn)評(píng)價(jià)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(yàn)以及鉆芯試驗(yàn)分別對(duì)乳化瀝青冷再生混合料的可工作時(shí)間、抗早期松散能力以及早期現(xiàn)場(chǎng)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(píng)價(jià)指標(biāo)。

2013年，馬永鋒采用乳化瀝青黏結(jié)力試驗(yàn)儀提出黏聚力來評(píng)價(jià)乳化再生混合料早期強(qiáng)度。

2014年，王宏采用肯塔堡飛散試驗(yàn)對(duì)泡沫瀝青冷再生混合料長(zhǎng)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(qiáng)度控制指標(biāo)。冷再生混合料早期強(qiáng)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(qiáng)度形成機(jī)理尚不明確，大多停留在宏觀力學(xué)強(qiáng)度規(guī)律的研究上。對(duì)泡沫瀝青冷再生混合料早期強(qiáng)度研究尚無涉及，缺乏早期強(qiáng)度評(píng)價(jià)方法和指標(biāo)。導(dǎo)致部分冷再生工程實(shí)施后出現(xiàn)了不同程度的問題，如冷再生層施工后早期強(qiáng)度不足，無法及時(shí)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(jì)方法

隨著瀝青冷再生技術(shù)的發(fā)展，各國(guó)各地區(qū)提出不同的冷再生設(shè)計(jì)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(jì)方法也存在較大差異。美國(guó)瀝青再生協(xié)會(huì)提出3種不同的冷再生混合料設(shè)計(jì)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(jì)方法。

2009年，南非瀝青協(xié)會(huì)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(jí)體系；嘗試性地開發(fā)了相對(duì)簡(jiǎn)易的三軸測(cè)試設(shè)備，用于冷再生混合料抗剪性能的實(shí)驗(yàn)室理論分析研究，并提出了三階段組成設(shè)計(jì)方法，設(shè)計(jì)流程見圖2[20]。該設(shè)計(jì)體系考慮以抗剪強(qiáng)度作為混合料評(píng)價(jià)指標(biāo)，并根據(jù)交通量大小分級(jí)設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)體系更為合理全面。

圖2 南非三階段配合比設(shè)計(jì)流程

3.1 設(shè)計(jì)方法與其他國(guó)家和地區(qū)的區(qū)別

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(duì)較大，一般用于交通量相對(duì)較低的路面基層。而BSM1及BSM2類似我國(guó)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(qiáng)度和抗剪性能。

b）根據(jù)交通量等級(jí)分級(jí)設(shè)計(jì)。第一階段（適用交通量＜3MESA）采用馬歇爾擊實(shí)法成型101.6×63.5 mm試件，初選瀝青用量，以ITS試驗(yàn)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(dòng)擊實(shí)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(dòng)成型150×300 mm試件，以簡(jiǎn)易三軸試驗(yàn)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(jì)指標(biāo)。考慮到三軸試驗(yàn)?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(qiáng)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(píng)價(jià)。試件置于注水容器內(nèi)，以動(dòng)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(duì)冷再生抗水損害能力進(jìn)行評(píng)價(jià)。

其他國(guó)內(nèi)外研究者也對(duì)泡沫瀝青冷再生混合料配合比設(shè)計(jì)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(duì)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(jì)及檢測(cè)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(guó)內(nèi)其他學(xué)者針對(duì)冷再生混合料養(yǎng)生方式、成型方式及設(shè)計(jì)指標(biāo)均做出大量研究，以得到更為合理的設(shè)計(jì)方法。然而，這些冷再生設(shè)計(jì)方法均為局部修正馬歇爾設(shè)計(jì)，其本質(zhì)與現(xiàn)行再生規(guī)范所提出的馬歇爾設(shè)計(jì)方法基本類似。

3.2 目前我國(guó)規(guī)范沿用的設(shè)計(jì)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(cè)定。

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

d）性能驗(yàn)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(jì)時(shí)未考慮交通量因素。不同交通條件下對(duì)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(jì)方法對(duì)不同交通條件僅僅簡(jiǎn)單地變化劈裂強(qiáng)度指標(biāo)的大小，而沒有相應(yīng)地針對(duì)性的設(shè)計(jì)指標(biāo)。

因此，有必要借鑒國(guó)內(nèi)外先進(jìn)的研究成果，進(jìn)一步對(duì)泡沫瀝青冷再生混合料設(shè)計(jì)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(duì)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(duì)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(qiáng)。He Gui-ping通過研究發(fā)現(xiàn)RAP摻量對(duì)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(huì)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(huì)對(duì)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(huì)破壞瀝青與集料間的黏附作用，從而降低混合料強(qiáng)度。

凍融循環(huán)作用下，瀝青冷再生混合料抗剪強(qiáng)度顯著減小，混合料內(nèi)部水化產(chǎn)物遭到破壞，同時(shí)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(huì)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(qiáng)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(qiáng)度及疲勞特性均有所衰減。趙新以ECS性能測(cè)試方法評(píng)價(jià)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(yàn)及掃描電鏡試驗(yàn)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(qiáng)度。隨著再生層位的不斷上移，對(duì)其抗水損害要求也越來越高，研究?jī)鋈谘h(huán)作用對(duì)其性能的影響十分必要。同時(shí)，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(guó)內(nèi)外多以空隙的平均孔徑、空隙級(jí)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(qiáng)度顯著降低，目前國(guó)內(nèi)多以凍融劈裂強(qiáng)度比來評(píng)價(jià)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。空隙的分布特性對(duì)泡沫瀝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(duì)其性能影響也是眾多研究的焦點(diǎn)。

2002年—2003年，M.H.Sadd及N.Pouliot等通過微觀手段對(duì)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(duì)CT掃描圖像進(jìn)行處理，評(píng)價(jià)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(yàn)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?yàn)榛旌狭蟽?nèi)部大空隙數(shù)目增多[21]。

高磊則通過CT試驗(yàn)對(duì)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(duì)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(píng)價(jià)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(jì)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(duì)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(duì)混合料的微細(xì)觀特性的影響，研究者通過多種手段對(duì)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(qiáng)度的同時(shí)，對(duì)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(shí)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(shí)，水泥水化產(chǎn)物的交織影響也對(duì)混合料內(nèi)部空隙進(jìn)行分割，從而增加空隙的數(shù)目。對(duì)于多孔混合料其內(nèi)部空隙分布對(duì)混合料強(qiáng)度影響較大，分析混合料內(nèi)部空隙形態(tài)及分布情況對(duì)再生混合料強(qiáng)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(gè)，而冷再生混合料則有7 200個(gè)，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(yàn)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(jì)的手段對(duì)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(píng)價(jià)再生混合料中瀝青分散優(yōu)劣，并建立FFAC與再生混合料強(qiáng)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(qiáng)度的關(guān)系。從圖中可以發(fā)現(xiàn)FFAC越大，泡沫瀝青強(qiáng)度越高。

圖3 泡沫瀝青占破裂面積比與混合料劈裂強(qiáng)度的關(guān)系

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(diǎn)焊狀”分布的特點(diǎn)，國(guó)內(nèi)外采用多種手段對(duì)其空隙特性進(jìn)行分析，并以圖像處理手段對(duì)泡沫瀝青分布形態(tài)進(jìn)行探討。但對(duì)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(qiáng)度損傷機(jī)理和強(qiáng)度形成機(jī)理。

6 結(jié)語

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

a）對(duì)于泡沫瀝青冷再生混合料養(yǎng)生溫度仍存在較大爭(zhēng)議。我國(guó)規(guī)范目前采用的60℃養(yǎng)生溫度，可能會(huì)造成泡沫瀝青在混合料內(nèi)發(fā)生“流動(dòng)”。對(duì)于養(yǎng)生溫度對(duì)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(qiáng)度形成機(jī)理尚不明確，大多停留在宏觀力學(xué)強(qiáng)度規(guī)律的研究上，缺乏早期強(qiáng)度評(píng)價(jià)方法和指標(biāo)。

c）目前我國(guó)規(guī)范泡沫瀝青冷再生混合料設(shè)計(jì)中僅以干、濕劈裂強(qiáng)度作為設(shè)計(jì)指標(biāo)，設(shè)計(jì)指標(biāo)單一，且極易達(dá)到，并不利于冷再生混合料設(shè)計(jì)和推廣。性能驗(yàn)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(jì)方法對(duì)不同交通條件僅僅簡(jiǎn)單地變化劈裂強(qiáng)度指標(biāo)的大小，而沒有相應(yīng)的針對(duì)性的設(shè)計(jì)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(diǎn)焊狀”分布的特點(diǎn)，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(qiáng)度損傷機(jī)理和強(qiáng)度形成機(jī)理。