泡沫沥青温拌技术在道路工程中的应用.doc

【编者按】 温拌沥青混合料技术作为一种节能环保效果显著的新型绿色路面材料技术，近年来在欧美等发达国家得到了快速发展。据有关文献介绍，2010年美国已有44个州推广使用温拌沥青混合料技术，截止到2010年8月，在美国实际应用的各类温拌技术已达22种之多，这些温拌技术基于不同的技术平台，可分为“化学添加剂温拌技术”、“有机添加剂温拌技术”及“泡沫沥青温拌技术”三大类。我国自2005开始从国外引入温拌沥青混合料技术，并取得了较快的发展。目前在我国应用最广的主流温拌技术是“化学添加剂温拌技术”。从美国温拌沥青混合料技术的发展及应用趋势看，各种“泡沫沥青温拌技术”的应用日趋广泛，占据了较大的市场份额，而我国目前有关“泡沫沥青温拌技术”的研究和应用尚处于起步和探索阶段。该特约稿介绍了“泡沫沥青温拌技术”在河北沧州市的研究和应用情况，供业内人士参考。泡沫沥青温拌技术在道路工程中的应用吴英彪，郭艳芳，石津金，张宝峰（沧州市市政工程公司， 河北 沧州 061000）摘 要：沥青混合料温拌技术以其节能减排的显著优势得到越来越广泛的应用。论述了一种采用特殊的沥青发泡装置，通过在高温沥青中加入一定比例的水，使沥青发泡，以降低沥青混合料拌和温度的新技术。应用研究结果表明，泡沫沥青温拌技术能够有效降低沥青混合料的生产施工操作温度，且泡沫沥青温拌混合料的路用性能仍能达到热拌沥青混合料的标准。关键词：道路；沥青再生；沥青混合料；泡沫沥青温拌中图分类号： U 416.217 文献标志码： B 文章编号：1009-7767（2011）04-0017-05Application of Warm Mix Technology Based on Foamed Asphalt inRoad ConstructionWu Yingbiao，Guo Yanfang，Shi Jinjin，Zhang Baofeng目前，环境污染和能源枯竭已经成为全球普遍关注的两大热点，为了保护生存环境，世界各国都在倡导“低碳”技术。温拌沥青混合料由于具有降低生产能耗、减少废气和粉尘排放等优点，而成为沥青路面材料领域里一项很有前景的新兴材料。温拌沥青混合料起源于欧洲1，是通过一定的技术措施降低沥青的黏度，从而使沥青混合料能在相对较低的温度2下进行拌和及施工，同时保持不低于热拌沥青混合料的使用性能，通常有乳化沥青温拌技术、有机添加剂法、沥青矿物法以及泡沫沥青温拌法4种技术途径3-4。沧州市市政工程公司2010年从美国MEEKER公司引进了用于沥青混合料温拌的沥青发泡设备，将其配套安装在具备热再生沥青混合料生产能力的间歇式沥青混合料拌和设备上，使设备能够生产温拌泡沫沥青混合料。设备改装完成后，于同年6月中旬在沧州市的化工路进行了泡沫沥青温拌混合料的工程应用。1 工程概况化工路为沧州市东西方向城市次干路，全长789.34 m，1幅路，行车道宽21 m，车道设计路面结构为：30 cm石灰土18 cm水泥稳定碎石基层喷洒透层油橡胶沥青下封层6 cm AC-20型沥青混凝土4 cm AC-13型SBS改性沥青混凝土。化工路的沥青下面层采用了泡沫沥青温拌技术进行生产施工，废旧沥青混合料（RAP）掺量为25 %。2 原材料1）沥青材料：沧州地区在气候分区上属夏炎热冬寒区（1-2）5，根据规范规定5并结合该地区特点，工程下面层采用A级90号普通石油沥青，上面层采用A级90号基质沥青加工生产的I-C级SBS改性沥青，其各项指标如表1所示。2）新集料：下面层AC-20所用新集料为河北满城的石灰岩；上面层AC-13所用新集料除05 mm细集料为河北满城的石灰岩外，其余均为山东邹平的玄武岩。3）废旧沥青混合料（RAP）：为京沪高速公路沧州段大修时的铣刨料，经筛分处理分为1020 mm和10 mm以下粗、细两档，粗RAP的沥青含量为2.9 %，细RAP的沥青含量为4.8 %，RAP中回收旧沥青的针入度符合30号道路石油沥青的规范标准。3 生产设备及生产过程沥青混合料生产设备采用3000型间歇式厂热拌再生设备，沥青发泡装置主要由控制系统和沥青发泡管组成（见图1、2）。沥青发泡管安装在原有3000型间歇式生产设备的沥青喷射管上，控制系统采集沥青喷射的起止信号，将一定比例的水与沥青同步加入到沥青发泡管内。在沥青发泡管内，冷水遇热沥青急剧汽化，体积迅速膨胀，生成泡沫沥青7。沥青以泡沫沥青的形态喷入拌缸与集料拌和成沥青混合料，泡沫沥青比沥青黏度降低，和易性增加，可以在较低的温度下充分裹覆集料，从而使沥青混合料的拌和温度比热拌降低2030 。 图1 沥青发泡装置控制系统 图2 沥青发泡管由于泡沫沥青温拌技术只是对沥青混合料生产工艺方面的改进，因此泡沫沥青温拌混合料仍采用与热拌沥青混合料相同的生产配比。在化工路面层的初始生产时，都分别采用热拌工艺生产了少量热拌沥青混合料进行铺筑施工，作为工程中泡沫沥青温拌工艺的对比段。下面层AC-20再生沥青混合料初始生产采用热拌工艺，热拌再生沥青混合料的拌和温度为155165 ，RAP加热温度95 左右，新集料加热温度190200 。随后采用泡沫沥青温拌工艺拌制再生沥青混合料。首先开通沥青发泡装置，向沥青发泡管中与沥青同步加入新沥青用量1 %的水，使沥青发泡，同时逐步将新集料加热温度降低至155160 ，泡沫沥青温拌再生混合料的拌和温度为130135 ，比热拌降低了约30 。在由热拌转温拌生产过程中，拌和设备是连续生产的，混合料采用相同的矿料级配和油石比，外观检测温拌再生泡沫沥青混合料与热拌沥青混合料无明显区别，混合料拌和均匀，无花白料、离析现象，沥青均匀地裹附集料。上面层AC-13 SBS改性沥青混合料生产时，也是先采用的热拌工艺，热拌SBS改性沥青混合料的拌和温度为170175 。泡沫沥青温拌SBS改性沥青混合料的拌和温度降至145150 ，比热拌降低约25 。SBS改性沥青发泡效果也较理想，混合料拌和均匀，没有花白料、离析等现象。生产过程中，用装载机在拌缸出料口接泡沫沥青检测沥青的发泡情况，沥青发泡效果良好（见图3）。图3 沥青发泡效果除温拌沥青混合料的拌和温度比热拌降低2030 外，在进行泡沫沥青温拌混合料生产时，拌和站的空气环境要好于热拌，CO2和沥青烟的排放量比热拌生产时明显减少（见图4、5）。 图4 泡沫沥青温拌混合料生产无明显沥青烟 图5 热拌沥青混合料生产时产生的沥青烟4 施工工艺拌和厂与施工现场运距较近，并采用沥青混合料专用保温运输车，混合料到场及摊铺温度与生产温度相比，温降比较小。施工采用1台摊铺机半幅摊铺施工，设专人对混合料的摊铺、碾压温度进行检测，其中，AC-20型温拌再生沥青混合料的摊铺温度在130 左右，碾压终了温度不低于80 ；AC-13型温拌SBS改性沥青混合料摊铺温度为140 左右，碾压终了温度不低于90 。热拌与温拌混合料采用相同的碾压组合，即：初压时双钢轮压路机先静压1遍，再振动碾压23遍；复压时胶轮压路机碾压45遍；终压时双钢轮压路机静压23遍，碾压道路边缘并消除轮迹。施工时泡沫沥青温拌混合料的工作性与热拌混合料无明显区别，易于碾压密实。泡沫沥青温拌混合料施工时作业环境得到明显改善，与热拌混合料相比沥青烟明显减少，施工作业环境温度也显著降低。施工完毕后，及时对施工现场进行了钻芯，芯样完整密实，经检测压实度达到规范要求（见表2）。5 室内试验在AC-20型再生沥青混合料和AC-13型SBS改性沥青混合料生产过程中，分别取热拌和泡沫沥青温拌混合料进行性能对比试验。5. 1 混合料性能试验将取回的沥青混合料样品立即放入恒温箱，恒温放置2 h后进行成型试验，试验结果见表3。将热拌与泡沫沥青温拌混合料的主要技术指标进行比较，结果如图6、7所示。 图6 温拌与热拌混合料马歇尔稳定度值的比较 图7 温拌与热拌混合料动稳定度值的比较从试验结果看：虽然泡沫沥青温拌混合料的马歇尔稳定度和动稳定度指标同热拌相比略有降低，但均能达到规范5中的热拌沥青混合料的技术要求，说明其高温稳定性能较好。另外，泡沫沥青温拌混合料的残留稳定度和冻融劈裂残留强度比都满足规范技术要求，这说明泡沫沥青温拌混合料的水稳定性8良好。5. 2 旋转压实试验为了进一步比较温拌和热拌混合料的可压实性，分别取热拌和泡沫沥青温拌的AC-20型再生混合料，采用旋转压实仪旋转压实75圈成型试件，旋转压实过程记录见表4。由此可见，泡沫沥青温拌混合料的可压实性同热拌沥青混合料相比没有明显区别，泡沫沥青温拌混合料具有较好的可压实性。采用泡沫沥青温拌技术虽然降低了混合料的拌和温度，但是在达到一定压实功后亦可达到与热拌混合料相同的密度。6 节能及经济效益化工路沥青面层施工正值6月中旬，气候干燥，生产施工时环境温度3037 。沥青混合料生产所用粗集料平均含水率0.5 %，05 mm细集料平均含水率1.7 %，集料自然温度2531 。沥青混合料拌和设备是以天然气为燃料，在生产过程中，对沥青混合料拌和温度和天然气耗气量进行了跟踪，进行节能与经济效益分析（见表5）。采用泡沫沥青温拌技术使沥青混合料的生产拌和温度降低2530 ，生产能耗节约30 %以上，沥青混合料的生产成本可降低8元/t以上，能够有效地节约能源，降低生产成本。此外，泡沫沥青温拌混合料生产时，CO2和沥青烟的排放量明显比普通热拌沥青混合料减少7，因此，泡沫沥青温拌技术具有显著的经济效益和环境效益。7 结论和建议1）化工路工程证明，泡沫沥青温拌混合料的生产施工温度可比热拌沥青混合料降低2530 ，泡沫沥青温拌混合料易于拌和均匀、碾压密实，其可操作性良好。2）泡沫沥青温拌技术适用于再生沥青混合料和SBS改性沥青混合料，虽然泡沫沥青温拌混合料的各项指标比热拌混合料略有降低，但仍能达到JTG F40-2004公路沥青路面施工技术规范中对热拌沥青混合料的技术要求。3）泡沫沥青温拌混合料与热拌沥青混合料相比，生产能耗可节约30 %以上，混合料生产成本可降低8元/t以上，且能够有效地降低生产能耗，减少温室气体、沥青烟等有害气体的排放，改善施工作业环境。泡沫沥青温拌技术是一项节约资源、低碳、环保的绿色技术，必将发展成为沥青路面的主流施工技术。4）化工路道路工程已通车使用近1年，使用状况良好，无裂缝、车辙、拥包等病害，但仍需要对泡沫沥青温拌混合料铺筑的路面进行长期性能评测，对其耐久性做进一步的研究。参考文献：1 John DAngelo，Eric Harm，John Bartoszek，et al. Warm-Mix Asphalt： European PracticeR. FHWA-PL-08-007. Washington DC： Federal Highway Administration，Feb 2008：6. 2 杨小姻，李淑明，史宝华. 温拌沥青混合料的技术与应用研究J. 石油沥青，2007，21（4）：58-61.3 张海，李冬松，欧阳伟，等. 基于乳化平台的Evotherm温拌沥青混合料性能J. 沈阳建筑大学学报：自然科学版，2009，25（2）：240-243.4 秦永春，黄颂昌，徐剑，等. 温拌沥青混合料技术及最新研究J. 石油沥青，2006，20（4）：18