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摘 要

機械發(fā)泡溫拌瀝青技術(shù)是一種低碳、環(huán)保且投入成本低的綠色施工技術(shù)。本文依托廣西樂百高速公路建設(shè)項目，對所采用的瀝青進(jìn)行了發(fā)泡試驗并確定了發(fā)泡參數(shù)，對3種不同級配的瀝青混合料進(jìn)行了路用性能對比試驗。實體工程施工試驗結(jié)果表明，所用的兩種瀝青均滿足發(fā)泡要求，3種不同級配的溫拌瀝青混合料性能與相應(yīng)的熱拌瀝青混合料相當(dāng)，均滿足規(guī)范要求瀝青網(wǎng)sinoasphalt.com。施工溫度較熱拌瀝青混合料降低20℃左右，節(jié)能減排效果顯著，尤其是隧道內(nèi)施工。工后檢測結(jié)果，路面壓實度滿足要求，滲水系數(shù)接近于零，施工效果良好。

關(guān)鍵詞 機械發(fā)泡法 | 膨脹率 | 半衰期 | 路用性能 | 壓實度

我國公路和城市道路的路面80%以上為瀝青路面，其中，95%以上采用熱拌瀝青混合料。熱拌瀝青混合料的施工拌和溫度一般為160℃~180℃，橡膠瀝青和部分改性瀝青的拌和溫度甚至高達(dá)190℃。這不僅耗費大量的加熱燃油(每噸瀝青混合料需消耗約7~8公斤燃油)，而且會產(chǎn)生大量的溫室氣體(每生產(chǎn)1t瀝青混合料將產(chǎn)生約18公斤二氧化碳)和瀝青煙(苯可溶物、苯并[a]芘)等有害、有毒物質(zhì)。有效的降低施工溫度，達(dá)到低碳、環(huán)保的效果是綠色公路、綠色施工很重要的一環(huán)。因此，溫拌瀝青技術(shù)(WMA)受到越來越多的重視。溫拌瀝青混合料是一種新型瀝青混合料，其拌和溫度介于熱拌瀝青混合料(150℃~180℃)和冷拌(常溫)(10℃~40℃)瀝青混合料之間，性能達(dá)到(或接近)熱拌瀝青混合料。機械發(fā)泡溫拌技術(shù)是溫拌瀝青技術(shù)的一種，該技術(shù)是將熱瀝青、微量水和必要的添加劑通過機械發(fā)泡裝備形成泡沫瀝青，使得瀝青的比表面積大量增加，體積膨脹至數(shù)十倍，黏度降低和易性增強，從而可使得施工溫度降低20℃~30℃。據(jù)2018年統(tǒng)計數(shù)據(jù)，美國在應(yīng)用的溫拌瀝青混合料技術(shù)當(dāng)中機械發(fā)泡類是所有溫拌技術(shù)使用比例最高的，超過60%(如表1所示)，成為溫拌技術(shù)中的主流。目前國內(nèi)對機械發(fā)泡溫拌瀝青技術(shù)處于初期推廣階段。

本文依托廣西樂百高速公路建設(shè)項目開展了機械發(fā)泡溫拌技術(shù)的應(yīng)用研究。實施路段位于樂業(yè)至百色高速公路土建No.17合同段永樂隧道進(jìn)口(左線KP173+815~KP174+316.1，右線KO173+815~KO174+315)至園藝場隧道出口(左線:KT176+585~KT177+387，右線KS176+675~KS177+390)。實施部位是園藝場隧道、永樂隧道瀝青混凝土中、上面層，路基段瀝青混凝土下面層、改性瀝青混凝土中、上面層，雙向單幅全長7km多。

原材料及試驗方案

原材料及集料級配設(shè)計

(1)瀝青及添加劑

依托工程路段下面層采用埃索70#基質(zhì)瀝青，中、上面層采用埃索SBS改性瀝青，技術(shù)指標(biāo)分別見表2、3。為了提高SBS改性瀝青的發(fā)泡效果和瀝青混合料的抗水性能，選擇了一種代號為P32157的添加劑，該添加劑為深棕色粘稠液體，與瀝青相容性良好，添加量為瀝青質(zhì)量的0.1%。

(2)各面層配合比設(shè)計

依托工程路段下、中、上面層分別采用AC－25C、AC－20C、AC－13C型混合料，集料級配如表4所示，油石比分別為3.8%、4.3%、4.9%。

試驗方案

(1)瀝青發(fā)泡試驗

首先進(jìn)行試驗室瀝青發(fā)泡試驗，根據(jù)測得的不同瀝青溫度、不同加水量的膨脹率與半衰期，確定瀝青發(fā)泡溫度與最佳用水量。

試驗室采用專用瀝青發(fā)泡設(shè)備，為了與實際施工拌和設(shè)備發(fā)泡裝置的工況相符合，在不加氣的情況下進(jìn)行瀝青發(fā)泡試驗。根據(jù)經(jīng)驗，70#基質(zhì)瀝青發(fā)泡溫度采用135℃、150℃、165℃，用水量為1%、2%、3%;SBS改性瀝青發(fā)泡溫度采用140℃、155℃、170℃，用水量為2%、3%、4%。添加P32157添加劑的SBS改性瀝青發(fā)泡溫度采用140℃、150℃、160℃，加水量為1.5%、2.0%、2.5%。

(2)瀝青混合料路用性能試驗

分別對用于上、中、下三層的泡沫溫拌瀝青混合料的高溫、低溫以及抗水性能開展了試驗，并與相應(yīng)的熱拌瀝青混合料進(jìn)行了對比，評價了泡沫溫拌瀝青混合料的性能。

室內(nèi)瀝青混合料試驗包括:馬歇爾穩(wěn)定度、流值、浸水馬歇爾試驗、凍融劈裂試驗、高溫車轍試驗、低溫小梁試驗。

由于試驗室馬歇爾成型的擊實功要低于現(xiàn)場施工時的壓實功，馬歇爾試驗擊實溫度若采用施工現(xiàn)場比熱拌瀝青混合料降低20℃~30℃的施工溫度進(jìn)行，則會導(dǎo)致混合料的空隙率過大。因此，進(jìn)行室內(nèi)馬歇爾試驗時，應(yīng)采用瀝青混合料等體積法進(jìn)行，即盡量使成型后溫拌瀝青混合料的密度(或空隙率)與相應(yīng)的熱拌瀝青混合料相同。根據(jù)大量的試驗，為了達(dá)到等密度或等空隙率，進(jìn)行室內(nèi)馬歇爾試驗時溫拌瀝青混合料的擊實溫度一般比熱拌瀝青混合料低10℃左右，這種條件下成型的試件，其空隙率與現(xiàn)場降低20~30℃施工的瀝青路面的空隙率相當(dāng)。

室內(nèi)試驗分析

瀝青發(fā)泡試驗

三種不同的瀝青試樣在同一溫度下的發(fā)泡試驗參數(shù)變化趨勢如圖1、2、3所示，由于添加了P32157添加劑的SBS改性瀝青半衰期都很長(均超過3min)，因此在圖3中并沒有標(biāo)出。

同時，繪制三種不同的瀝青試樣在同一加水量下發(fā)泡參數(shù)隨溫度變化的趨勢結(jié)果如圖4、5、6所示。

分析三種瀝青試樣的發(fā)泡結(jié)果可以看出:

(1)整體來說，隨著瀝青溫度以及用水量的提高，瀝青的膨脹率逐漸增大，半衰期逐漸降低;

(2)在同一溫度下隨著用水量的增加，基質(zhì)瀝青的膨脹率呈現(xiàn)規(guī)律性的增加，半衰期并沒有一致的變化規(guī)律;SBS改性瀝青的膨脹率呈現(xiàn)規(guī)律性的增大，140℃與170℃的半衰期隨用水量增加而縮短，然而155℃的半衰期則逐漸增長;

(3)在同一用水量下隨著溫度的增加，基質(zhì)瀝青的半衰期逐漸降低，膨脹率并沒有一致的變化規(guī)律;SBS改性瀝青則與之相反，它的膨脹率逐漸增大，而半衰期并無一致性規(guī)律。

(4)當(dāng)SBS改性瀝青加入P32157添加劑后，氣泡小且密，半衰期明顯變長。膨脹率與普通SBS改性瀝青相比有所減小。發(fā)泡效果得到提升。

結(jié)合3種瀝青試樣發(fā)泡的試驗結(jié)果最終確定:

70#基質(zhì)瀝青發(fā)泡溫度為145℃、最佳用水量為2.2%;SBS改性瀝青發(fā)泡溫度為160℃、最佳用水量為3.2%，膨脹率＞6，半衰期＞10;加入P32157添加劑的SBS改性瀝青發(fā)泡溫度為160℃，最佳用水量為2.5%。3種瀝青試樣的發(fā)泡效果滿足基質(zhì)瀝青膨脹率≥6、半衰期≥10和改性瀝青膨脹率≥4、半衰期≥10的要求。

瀝青混合料性能試驗

根據(jù)上節(jié)確定的瀝青發(fā)泡溫度及用水量，進(jìn)行三個面層的瀝青混合料制備并進(jìn)行路用性能測試。各個面層混合料性能試驗結(jié)果如圖表5、6、7所示:

從表中可以發(fā)現(xiàn)，3個面層的瀝青混合料各方面性能包括水穩(wěn)定性、高溫穩(wěn)定性、低溫抗裂性能，機械發(fā)泡溫拌瀝青混合料與相應(yīng)熱拌瀝青混合料相當(dāng)，并均滿足施工規(guī)范要求。溫拌瀝青混合料殘留穩(wěn)定度指標(biāo)大于熱拌瀝青混合料，凍融劈裂強度稍有降低，當(dāng)加入P32157添加劑后，凍融劈裂強度優(yōu)于熱拌瀝青混合料，抗水性能得到提升。

施工質(zhì)量檢測

對于下、中、上瀝青混合料，在現(xiàn)場進(jìn)行出料抽樣檢查?，F(xiàn)場出料溫度較熱拌瀝青混合料降低20℃左右，混合料裹附性良好，未出現(xiàn)花白料情況，如圖7所示。

現(xiàn)場壓實工藝與普通熱拌瀝青混合料無異，攤鋪溫度較熱拌瀝青混合料降低20℃左右。施工過程中，可以感覺到瀝青煙等帶有刺激性氣味的氣體排放明顯減少，尤其在隧道內(nèi)施工，感受更加明顯，如圖8所示。

(1)滲水系數(shù)檢測

對各個面層路面進(jìn)行了滲水系數(shù)檢測，各個面層的滲水系數(shù)均接近于0，基本無滲水現(xiàn)象。

(2)壓實度檢測

對各個面層路面進(jìn)行了鉆芯取樣，測試其壓實度。根據(jù)《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》(JTGF40)，采用最大理論密度來計算壓實度時，可滿足平均壓實度≥92的要求。

三個面層壓實度分布如圖9所示?？梢钥闯?，所測得各個面層的壓實度只有一個點不符合規(guī)范要求，壓實度數(shù)據(jù)點大部分分布在94%左右。經(jīng)計算，下面層平均壓實度為95.2%，中面層平均壓實度為94.3%，上面層平均壓實度為94.6%。因此，采用機械發(fā)泡溫拌瀝青混合料技術(shù)進(jìn)行路面施工，在降低施工溫度20℃左右的情況下壓實效果情況良好。

結(jié)論

(1)對三個面層所用瀝青進(jìn)行發(fā)泡試驗，發(fā)泡效果良好，最終確定下、中、上面層瀝青發(fā)泡溫度分別為145℃、160℃、160℃，最佳用水量分別為2.2%、3.2%、2.5%。

(2)三個面層的泡沫溫拌瀝青混合料性能與熱拌瀝青混合料相差不大，均滿足規(guī)范要求，甚至在一些性能上要超過了熱拌瀝青混合料。

(3)現(xiàn)場施工情況良好，攤鋪壓實溫度較普通熱拌瀝青路面降低了20℃左右。由此來了一系列收益:①施工和易性提升，壓實度效果良好，基本無滲水現(xiàn)象;②瀝青煙等有毒氣體與帶有刺激性氣味兒氣體排放減少，尤其是隧道內(nèi)施工感受尤為明顯;③施工溫度仍然具有下降空間。

(4)機械發(fā)泡溫拌混合料技術(shù)在廣西樂百高速路的成功應(yīng)用為今后在廣西省甚至全國范圍內(nèi)大規(guī)模推廣奠定了基礎(chǔ)。