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摘 要

泡沫溫拌瀝青混合料技術(shù)是綠色環(huán)保的路面技術(shù)。研究了瀝青發(fā)泡的過程，采用瀝青發(fā)泡方法，可使施工溫度降低20~30℃,泡沫溫拌瀝青混合料的施工和易性、裹附性、可壓實性與熱拌瀝青混合料相當(dāng)。在發(fā)泡溫度160℃與發(fā)泡用水量2%的條件下，泡沫溫拌Sup-20瀝青混合料的體積參數(shù)與各項路用性能均滿足技術(shù)要求瀝青網(wǎng)sinoasphalt.com。在盤興高速泡沫溫拌Sup-20中面層試驗路取得了較好的效果。

關(guān)鍵詞 泡沫溫拌瀝青技術(shù) | 泡沫溫拌瀝青混合料 | 和易性 | 裹附性 | 可壓實性

國民經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展綱要明確提出了“生產(chǎn)方式綠色、低碳水平上升，能源資源開發(fā)利用效率大幅提高，能源和水資源消耗、碳排放總扯得到有效控制”的目標(biāo)要求，實現(xiàn)環(huán)境質(zhì)量總體改善的經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展基本理念。在公路建設(shè)領(lǐng)域，瀝青路面溫拌技術(shù)屬于綠色低碳技術(shù)[1-4]。

瀝青路面溫拌技術(shù)分為機(jī)械發(fā)泡類與添加劑類。泡沫溫拌瀝青技術(shù)具備高效節(jié)能、綠色環(huán)保、縮短施工周期、減小施工老化等特點，同時，不需要添加劑，僅需瀝青質(zhì)量2%的水，具有經(jīng)濟(jì)性的優(yōu)勢。采用機(jī)械發(fā)泡溫拌技術(shù)，可降低瀝青混合料拌和溫度20℃，具有顯著的經(jīng)濟(jì)環(huán)境效益[5-7]。

采用泡沫溫拌瀝青混合料在拌和生產(chǎn)過程中所排放的有害氣體大大降低，其中與溫室氣體相關(guān)的二氧化碳和氮氧化合物氣體排放分別下降61.5%和73.5%;二氧化硫和煙塵排放量分別下降74.6%和53.8%,具有重要的社會效益。相比熱拌瀝青混合料，每噸泡沫溫拌瀝青混合料節(jié)約重油1.21kg，約4元，節(jié)能18.8%。相比較添加劑類溫拌技術(shù)，每噸泡沫溫拌瀝青混合料節(jié)約30元，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益[8-10]。

本文圍繞泡沫溫拌瀝青混合料技術(shù)，開展瀝青發(fā)泡效果分析、泡沫溫拌Sup-20瀝青混合料配合比設(shè)計研究，并在盤興高速中面層試驗路驗證效果。

1瀝青發(fā)泡效果分析

1.1瀝青發(fā)泡原理

瀝青發(fā)泡的基本過程如圖1所示。整個過程瀝青的化學(xué)性質(zhì)沒有發(fā)生改變，只是物理性質(zhì)的暫時改變。當(dāng)冷水滴(環(huán)境溫度)與高溫瀝青(140℃以上)接觸時，熱瀝青與小水滴表面發(fā)生熱量交換，將水滴加熱至100℃，產(chǎn)生蒸汽，導(dǎo)致體積膨脹，同時瀝青冷卻。蒸汽泡在一定壓力下壓入瀝青的連續(xù)相；隨著融有大量蒸汽泡的瀝青從噴嘴噴出，蒸汽膨脹，從而使略微變涼的瀝青形成薄膜狀，并依靠薄膜的表面張力將氣泡完全裹覆。此時，在蒸汽膨脹過程中，瀝青膜產(chǎn)生的表面張力將抵抗蒸汽壓力直到達(dá)到一種平衡狀態(tài)，一般能夠維持?jǐn)?shù)秒的時間；發(fā)泡過程中產(chǎn)生的大量氣泡以一種亞穩(wěn)態(tài)的形式存在，隨著瀝青膜在常溫下冷卻和氣泡中蒸汽的冷凝，瀝青膜表面張力與蒸汽壓力的平衡狀態(tài)被打破，最終導(dǎo)致氣泡破滅。

1.2瀝青發(fā)泡特性的評價指標(biāo)

對于瀝青的發(fā)泡效果，主要用膨脹率(發(fā)泡體積倍數(shù))和半衰期兩個指標(biāo)加以評價。膨脹率是指瀝青在發(fā)泡狀態(tài)下測量的最大體積與未發(fā)泡狀態(tài)下的體積之比。半衰期是指泡沫瀝青從最大體積縮小至該體積一半所用的時間。

最佳發(fā)泡條件一般由瀝青溫度和發(fā)泡用水量組成，最佳發(fā)泡條件下的發(fā)泡效果稱作最佳發(fā)泡效果。實際操作時主要是通過改變發(fā)泡溫度和用水量，來研究膨脹率與半衰期的變化關(guān)系，以期找到最佳的發(fā)泡效果，并在這種狀態(tài)下拌制泡沫溫拌瀝青混合料。

1.3發(fā)泡試驗

試驗采用Wirtgen公司生產(chǎn)的WLB10S瀝青發(fā)泡實驗機(jī)，在室溫20℃左右對瀝青進(jìn)行發(fā)泡試驗，選擇兩種發(fā)泡溫度，分別是150、160℃，每種溫度下發(fā)泡用水量分別取瀝青質(zhì)量的1.5%、2.5%、3.5%和4.5%，測試其膨脹率與半衰期，見圖2。

本次發(fā)泡試驗，160℃曲線位于最上方，在該曲線上選擇膨脹率和半衰期都較高的位置，可得出該瀝青的最佳發(fā)泡條件如表1所示。

2泡沫溫拌Sup-20瀝青混合料配合比設(shè)計

泡沫溫拌Sup-20瀝青混合料配合比設(shè)計結(jié)果，如表2~4所示，混合料各項體積指標(biāo)均滿足《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》(JTGF40-2004)技術(shù)要求。

根據(jù)旋轉(zhuǎn)壓實體積指標(biāo)試驗結(jié)果，選擇瀝青用量4.0%為最佳瀝青用量。采用馬歇爾擊實法對配合比設(shè)計結(jié)果進(jìn)行驗證，馬歇爾試驗體積指標(biāo)及性能指標(biāo)驗證結(jié)果如表5所示。

3試驗路施工

3.1工程概況

2016年11月23日在盤興高速路面工程開展了泡沫溫拌SBS改性瀝青中面層Sup-20試驗段試鋪工作，進(jìn)行了過程控制與施工質(zhì)量檢測，主要包括：后場拌和樓控制、施工現(xiàn)場攤鋪、碳壓、瀝青混合料性能試驗(級配、油石比、體積性能指標(biāo))、壓實度、滲水系數(shù)檢測等。試鋪段施工概況如表6所示。

3.2生產(chǎn)配合比設(shè)計

依據(jù)拌和樓泡沫溫拌改性瀝青Sup-20中面層配合比設(shè)計結(jié)果，混合料各項體積指標(biāo)均滿足JTGF40-2004技術(shù)要求。表7和表8分別給出了生產(chǎn)配合比的材料比例和設(shè)計級配。

根據(jù)旋轉(zhuǎn)壓實體積指標(biāo)試驗結(jié)果，選擇瀝青用樁4.0%為最佳瀝青用量。采用馬歇爾擊實法對生產(chǎn)配合比設(shè)計結(jié)果進(jìn)行驗證，馬歇爾試驗體積指標(biāo)及性能指標(biāo)驗證結(jié)果均滿足要求。

3.3試驗路鋪筑

2016年11月23日在盤興高速路面工程YK8+750~YK8+980段落進(jìn)行了泡沫溫拌改性瀝青Sup-20中面層試驗段施工。為將泡沫溫拌實施效果與熱拌實施效果進(jìn)行對比，泡沫溫拌試驗段實施方案如表9所示。

(1)拌和樓控制

平均生產(chǎn)周期為50~60s左右，干拌時間為35s，平均拌和樓產(chǎn)量為220t/h左右，拌和樓各項參數(shù)見表10。

采用中交西筑JD-4000型拌和樓，拌和樓生產(chǎn)由計算機(jī)全程自動控制。拌和樓整體生產(chǎn)較為穩(wěn)定，各料倉計量波動偏差基本滿足允許誤差要求；從拌和的混合料外觀看，瀝青裹覆均勻，未出現(xiàn)花白料現(xiàn)象。

(2)瀝青混合料運輸

根據(jù)泡沫溫拌實施方案，檢測了熱拌瀝青混合料、降10℃泡沫溫拌混合料、降20℃泡沫溫拌混合料出廠溫度。

抽檢結(jié)果如表11所示。

混合料出廠溫度控制較穩(wěn)定，175°C熱拌混合料出廠溫度波動區(qū)間為170-180°C，165°C溫拌混合料出廠溫度波動區(qū)間為160-170°C，155℃溫拌混合料出廠溫度波動區(qū)間為150℃～160 ℃。

(3)瀝青混合料攤鋪

現(xiàn)場攤鋪瀝青混合料溫度檢測結(jié)果如表12所示。

(4)瀝青混合料壓實

現(xiàn)場瀝青混合料輾壓溫度檢測如表13所示。

3.4試驗路檢測

(1)滲水試驗

對泡沫溫拌Sup-20試驗路的滲水系數(shù)進(jìn)行檢測，滲水系數(shù)分布如圖3所示。從滲水系數(shù)檢測結(jié)果看，拌和溫度降低10°C泡沫溫拌段落現(xiàn)場滲水系數(shù)檢測結(jié)果最佳，合格率為100%;拌和溫度降低20℃泡沫溫拌段落滲水系數(shù)合格率合格率為90%。泡沫溫拌段落滲水系數(shù)與熱拌段落相比，具有較好的封水效果。

(2)壓實度檢測

對泡沫溫拌Sup-20試驗路進(jìn)行壓實度檢測，取芯壓實度散點圖見圖4,壓實度合格率為100%。泡沫溫拌Sup-20壓實度與熱拌相當(dāng)，可以保證混合料輾壓密實。

4結(jié)語

通過瀝青發(fā)泡效果分析、泡沫溫拌Sup-20瀝青混合料配合比設(shè)計，以及試驗路施工，得到以下結(jié)論：

(1)瀝青發(fā)泡的過程，化學(xué)性質(zhì)沒有發(fā)生改變，只是物理性質(zhì)的暫時改變。采用瀝青發(fā)泡方法，使得施工溫度降低20-30℃，泡沫溫拌瀝青混合料的施工和易性、裹附性、可壓實性與熱拌瀝青混合料相當(dāng)。

(2)在發(fā)泡溫度160℃與發(fā)泡用水量2%的條件下，泡沫溫拌Sup-20瀝青混合料的體積參數(shù)與各項路用性能均滿足技術(shù)要求。

(3)盤興高速泡沫溫拌Sup-20中面層試驗路的工程應(yīng)用表明：分別采用降溫10℃與20的兩種方案，室內(nèi)混合料各項指標(biāo)、試驗路現(xiàn)場滲水與壓實度檢測，均與熱拌瀝青混合料相當(dāng)。