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(guò)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(shí)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(xiàng)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(yàn)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(shí)性
國(guó)民經(jīng)濟(jì)社會(huì)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(shí)現(xiàn)環(huán)境質(zhì)量總體改善的經(jīng)濟(jì)社會(huì)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(diǎn)，同時(shí)，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(shì)。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(guò)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(huì)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(jì)研究，并在盤興高速中面層試驗(yàn)路驗(yàn)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(guò)程如圖1所示。整個(gè)過(guò)程瀝青的化學(xué)性質(zhì)沒(méi)有發(fā)生改變，只是物理性質(zhì)的暫時(shí)改變。當(dāng)冷水滴(環(huán)境溫度)與高溫瀝青(140℃以上)接觸時(shí)，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(shí)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(shí)，在蒸汽膨脹過(guò)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(shí)間；發(fā)泡過(guò)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(píng)價(jià)指標(biāo)
對(duì)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(gè)指標(biāo)加以評(píng)價(jià)。膨脹率是指瀝青在發(fā)泡狀態(tài)下測(cè)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(shí)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(shí)際操作時(shí)主要是通過(guò)改變發(fā)泡溫度和用水量，來(lái)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(yàn)
試驗(yàn)采用Wirtgen公司生產(chǎn)的WLB10S瀝青發(fā)泡實(shí)驗(yàn)機(jī)，在室溫20℃左右對(duì)瀝青進(jìn)行發(fā)泡試驗(yàn)，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(cè)試其膨脹率與半衰期，見圖2。
本次發(fā)泡試驗(yàn)，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(jì)
泡沫溫拌Sup-20瀝青混合料配合比設(shè)計(jì)結(jié)果，如表2~4所示，混合料各項(xiàng)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(shí)體積指標(biāo)試驗(yàn)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(shí)法對(duì)配合比設(shè)計(jì)結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證，馬歇爾試驗(yàn)體積指標(biāo)及性能指標(biāo)驗(yàn)證結(jié)果如表5所示。
3試驗(yàn)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(yàn)段試鋪工作，進(jìn)行了過(guò)程控制與施工質(zhì)量檢測(cè)，主要包括：后場(chǎng)拌和樓控制、施工現(xiàn)場(chǎng)攤鋪、碳?jí)?、瀝青混合料性能試驗(yàn)(級(jí)配、油石比、體積性能指標(biāo))、壓實(shí)度、滲水系數(shù)檢測(cè)等。試鋪段施工概況如表6所示。
3.2生產(chǎn)配合比設(shè)計(jì)
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(jì)結(jié)果，混合料各項(xiàng)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(jì)級(jí)配。
根據(jù)旋轉(zhuǎn)壓實(shí)體積指標(biāo)試驗(yàn)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(shí)法對(duì)生產(chǎn)配合比設(shè)計(jì)結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證，馬歇爾試驗(yàn)體積指標(biāo)及性能指標(biāo)驗(yàn)證結(jié)果均滿足要求。
3.3試驗(yàn)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(yàn)段施工。為將泡沫溫拌實(shí)施效果與熱拌實(shí)施效果進(jìn)行對(duì)比，泡沫溫拌試驗(yàn)段實(shí)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(shí)間為35s，平均拌和樓產(chǎn)量為220t/h左右，拌和樓各項(xiàng)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(jì)算機(jī)全程自動(dòng)控制。拌和樓整體生產(chǎn)較為穩(wěn)定，各料倉(cāng)計(jì)量波動(dòng)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(yùn)輸
根據(jù)泡沫溫拌實(shí)施方案，檢測(cè)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(dòng)區(qū)間為170-180°C，165°C溫拌混合料出廠溫度波動(dòng)區(qū)間為160-170°C，155℃溫拌混合料出廠溫度波動(dòng)區(qū)間為150℃～160 ℃。
(3)瀝青混合料攤鋪
現(xiàn)場(chǎng)攤鋪瀝青混合料溫度檢測(cè)結(jié)果如表12所示。
(4)瀝青混合料壓實(shí)
現(xiàn)場(chǎng)瀝青混合料輾壓溫度檢測(cè)如表13所示。
3.4試驗(yàn)路檢測(cè)
(1)滲水試驗(yàn)
對(duì)泡沫溫拌Sup-20試驗(yàn)路的滲水系數(shù)進(jìn)行檢測(cè)，滲水系數(shù)分布如圖3所示。從滲水系數(shù)檢測(cè)結(jié)果看，拌和溫度降低10°C泡沫溫拌段落現(xiàn)場(chǎng)滲水系數(shù)檢測(cè)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(shí)度檢測(cè)
對(duì)泡沫溫拌Sup-20試驗(yàn)路進(jìn)行壓實(shí)度檢測(cè)，取芯壓實(shí)度散點(diǎn)圖見圖4,壓實(shí)度合格率為100%。泡沫溫拌Sup-20壓實(shí)度與熱拌相當(dāng)，可以保證混合料輾壓密實(shí)。
4結(jié)語(yǔ)
通過(guò)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(jì)，以及試驗(yàn)路施工，得到以下結(jié)論：
(1)瀝青發(fā)泡的過(guò)程，化學(xué)性質(zhì)沒(méi)有發(fā)生改變，只是物理性質(zhì)的暫時(shí)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(shí)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(xiàng)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(yàn)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(xiàng)指標(biāo)、試驗(yàn)路現(xiàn)場(chǎng)滲水與壓實(shí)度檢測(cè)，均與熱拌瀝青混合料相當(dāng)。