本研究选用SK90#沥青作为基质沥青，主要技术指标见 表1 所示。

发泡研究采用德国维特根厂家自主生产的WLB10S型发泡机，配套有气压泵装置进行室内试验，它是现场泡沫冷再生机器的缩小版，完全满足室内试验要求，可提前对所用沥青发泡性能进行检测，试验设备如 图1 。

美国TA公司研发生产的DHR-1型动态剪切流变仪DSR (见 图2 )，是美国SHRP计划提出的用于分析沥青中高温及抗疲劳性能的仪器，试验过程中将沥青试件置于下层固定板与上层振荡板之间，震荡板以角频率ω进行振荡旋转剪切。平行板尺寸选择25 mm，平板间距设置1 mm。

1) 温度扫描试验

在30℃~70℃的温度域内开展温度扫描，数据收集应以5℃的温度间隔进行，角频率及应变值分别选用10 rad/s及3%。基于车辙因子及粘温指数对基质沥青及发泡用水量分别为1.5%、2.0%、2.5%的泡沫沥青的高温流变性能进行分析。

2) 频率扫描试验

在30℃~70℃的温度域内开展频率扫描，数据收集应以5℃的温度间隔进行，角频率及为0.1~100 rad/s，试验施加应变为1.25%。基于复数模量曲线对基质沥青及发泡用水量分别为1.5%、2.0%、2.5%的泡沫沥青低温高频及高温低频黏弹特征进行分析。

弯曲梁流变试验通过衡量基质沥青和发泡后泡沫沥青在低温条件下的挠曲变形情况，对其低温性能进行评估，所用弯曲梁流变仪为Cannon公司生产的TE-BBR型(见 图3 )。研究在−12℃和−18℃条件下，对各组沥青进行弯曲梁流变试验。

采用红外光谱仪对发泡水用量为2%的泡沫沥青和SK90#基质沥青进行红外扫描试验。基于二者的特征峰对其进行定性分析。试验采用美国Thermo公司生产的Nicolet iS-5型红外光谱仪(见 图4 )。

制备采集时泡沫沥青发泡温度为165℃，用水量为1.5%、2%和2.5%。样品采集冷却后立即进行沥青的流变试验及傅里叶红外变换试验和低温小梁蠕变实验，保证水分蒸发较少，减少水分蒸发产生的不利影响，由于沥青性能测试试验均在100℃下进行，可认为泡沫沥青中的水分处于稳定状态。

试验前的各项工作准备好之后，按下沥青喷射按钮，高温的沥青与冷水在发泡仓迅速接触，水滴表面温度瞬间升高，体积膨胀形成蒸汽，蒸汽泡在高压气体的作用下进入沥青的连续相，形成泡沫沥青，沥青发泡及机头喷射泡沫沥青机理 [12] 如 图5 。泡沫沥青形成后以一种亚稳态的气泡形式 [13] 存在。

图5. 沥青发泡及工作原理

研究采用车辙因子G*/(sinδ)对沥青高温稳定性能进行评价。车辙因子G*/(sinδ)值越小表明沥青在高温下抵抗变形能力越强，其高温稳定性能越好，反之则证明其抗车辙性能越差 [14] 。为对车辙因子评价沥青高温性能进行量化，利用车辙因子处于1 kPa的临界值时求出的对应临界温度，可有效对沥青的高温性能，临界温度越高表明沥青高温性能越稳定。温度扫描试验沥青车辙因子–试验温度拟合结果见 图6 。

从 图6 可以看出，车辙因子G*/sinδ的值随着试验温度升高在30℃~40℃呈现急速下降的趋势，在温度45℃以后逐渐减小趋于平和。该种现象表明在30℃~40℃之间沥青样品内部黏弹性成分的比例发生了急剧变化，粘性成分比例增多弹性成分比例减少，并且超过55℃时沥青成分基本为粘性。

基质沥青与不同用水量泡沫沥青临界温度试验结果见 图7 。

由 图7 可以看出，基质沥青的临界温度值高于泡沫沥青，表明沥青发泡后其高温稳定性有所下降，并且随发泡用水量的增长沥青高温稳定性能下降2.5%、6%、9.8%。这表明发泡用水的存在对沥青的高温性能具有不良影响，其原因可能是因为随着发泡用水量的增加，沥青发泡后形成的膜厚度变薄，无法提供足够的保护和粘结力，导致高温性能下降。

通过BBR (弯曲梁流变试验)研究发泡水的存在是否对沥青的低温流变性能产生影响，利用试验产生的低温蠕变劲度S值和蠕变速率m值评价泡沫沥青的低温性能 [15] 。蠕变劲度值越大表明沥青脆性性质明显，低温性能较差，蠕变速率m值表示沥青在低温条件下的劲度变化率 [16] ，其值越大表明材料内部拉应力越小，材料低温抗裂性能越好。BBR试验结果见 图8 。

由 图8 可以看出沥青发泡后较基质沥青相比其低温蠕变性能产生不同程度下降。沥青发泡后低温劲度增加，表明沥青的脆性在低温条件下变差，且随用水量增加低温脆性逐渐增强，沥青蠕变速率随温度降低而减小，表明沥青随温度降低应力松弛性能变差，且发泡用水对沥青松弛性能有一定影响，用水量增加导致沥青应力松弛性能变差。

采用傅里叶变换红外光谱(FTIR)观察沥青的微观结构，通过物质对特定波长的吸收情况来反映出沥青在发泡过程前后光谱图的变化，研究沥青在发泡后是否存在水分，水分是否与沥青产生反应。因每种物质的特征官能团明显不同，表现为在吸收光束后会反应出不同的吸光度，从而在光谱图上反映出不同的吸收峰，物质的变化由特定的吸收峰值来判断 [17] [18] 。

红外光区 [19] [20] 一般分为：近红外区、中红外区和远红外区，其对应的特征峰位置分别为13,158 cm⁻¹~4000 cm⁻¹、4000 cm⁻¹~400 cm⁻¹、400 cm⁻¹~10 cm⁻¹。研究表明沥青材料处于中红外区，因此在中红外区特征峰范围内对其进行试验研究。试验结果如 图9 所示。

图9 反映了基质沥青和发泡用水量为2%泡沫沥青的红外光谱试验结果。在波数为1590 cm⁻¹~1600 cm⁻¹时吸收峰加强，是由C=C振动引起的，1370 cm⁻¹~1500 cm⁻¹吸收峰归类为CH₃的对称伸缩振动和反对称伸缩振动，吸收峰位于690 cm⁻¹~770 cm⁻¹区域内是由苯单取代C-H面外弯曲振动产生。从图中可以看出基质沥青在发泡后特征峰值与原基质沥青相似，并且发泡后的沥青没有产生官能团，说明沥青的发泡过程是单纯的物理过程，不涉及化学反应。