泡沫瀝青溫拌混合料的室內(nèi)試驗

楊向陽，胡 林

(中交西安筑路機械公司，陜西，西安 710200)

0 引 言

在全球溫室效應(yīng)逐步加重、能源又日益緊缺的大背景下，路面建設(shè)領(lǐng)域需要向節(jié)能環(huán)保的方向發(fā)展，于是溫拌瀝青混合料技術(shù)應(yīng)運而生。根據(jù)不同的瀝青降黏原理，溫拌瀝青混合料技術(shù)可以分為三大類：第一類是采用發(fā)泡技術(shù)使瀝青發(fā)泡，降低瀝青黏度；第二類是采用Sasobit等有機降黏劑來降低瀝青黏度，第三類是采用Evotherm等表面活性溫拌劑降低瀝青施工黏度[1-2]。其中，采用發(fā)泡瀝青的混合料溫拌技術(shù)，由于無需額外添加溫拌劑，更具有節(jié)能減排與經(jīng)濟成本上的優(yōu)勢。

泡沫瀝青溫拌技術(shù)是利用瀝青發(fā)泡裝置將一定比例的水注入高溫瀝青中，水吸收瀝青熱量后變成水蒸汽，水蒸汽裹覆在高溫瀝青中使其體積迅速膨脹，形成泡沫瀝青，從而與物料進行拌合形成瀝青混合料。通過該技術(shù)可使瀝青的黏度降低，和易性增加，在溫度低于常規(guī)熱拌瀝青混合料20 ℃～30 ℃的條件下完成拌合，同時使溫拌瀝青混合料的各項路用性能不受影響[3]。

由于溫拌技術(shù)在環(huán)保節(jié)能方面有著顯著優(yōu)勢，所以施工設(shè)備生產(chǎn)企業(yè)設(shè)計生產(chǎn)泡沫瀝青發(fā)泡裝置對瀝青溫拌技術(shù)進行試驗研究，從而提出并改進瀝青發(fā)泡設(shè)備的性能參數(shù)，優(yōu)化瀝青發(fā)泡工藝，解決溫拌泡沫瀝青混合料的生產(chǎn)和施工環(huán)節(jié)的關(guān)鍵技術(shù)，推動溫拌瀝青路面施工技術(shù)及裝備的發(fā)展，獲得良好的經(jīng)濟效益和社會效益。

1 生產(chǎn)設(shè)備

溫拌瀝青混合料生產(chǎn)采用4000型間歇式瀝青攪拌設(shè)備，瀝青發(fā)泡裝置與攪拌設(shè)備的瀝青噴灑管串聯(lián)安裝，與瀝青噴灑泵聯(lián)動，以噴嘴注入氣泡水的形式實現(xiàn)瀝青發(fā)泡過程。當(dāng)瀝青噴灑泵轉(zhuǎn)動并開始噴灑瀝青的時候，瀝青發(fā)泡裝置供水系統(tǒng)同步工作，使一定比例的水通過多管噴水系統(tǒng)與高溫瀝青在發(fā)泡腔內(nèi)充分混合形成泡沫瀝青。因泡沫瀝青和易性好，注入攪拌鍋后，可以在較低溫度下與集料充分混合，進而將瀝青混合料出料溫度降低20 ℃～30 ℃[4-6]。這樣既節(jié)省了燃料，也避免了瀝青混合料在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生藍煙，達到節(jié)能環(huán)保的目的。

2 溫拌瀝青混合料生產(chǎn)過程

在本文的應(yīng)用試驗研究中，泡沫瀝青混合料的生產(chǎn)配合比采用Super13，集料為石灰?guī)r，瀝青為70#基質(zhì)瀝青。瀝青的密度為1.050 2 g·cm-3，25 ℃針入度為69(0.1 mm)，軟化點為46.7 ℃。Super13混合料的油石比為5.06%。溫拌泡沫瀝青混合料的生產(chǎn)級配見表1。

表1 Super13溫拌泡沫瀝青混合料級配

在生產(chǎn)熱拌和溫拌瀝青混合料時，攪拌設(shè)備對瀝青加熱溫度均為160 ℃左右；在溫拌時干燥筒中石料的加熱溫度可比熱拌降低40 ℃左右，石料溫度在140 ℃左右即可正常生產(chǎn)；在泡沫瀝青生產(chǎn)過程中多管噴射系統(tǒng)的噴嘴全部打開，水的添加量是瀝青用量的2%。對瀝青混合料的生產(chǎn)過程進行觀察，當(dāng)形成的泡沫瀝青與集料充分混合后，溫拌泡沫瀝青混合料與普通熱拌瀝青混合料無明顯區(qū)別，大小礦料顆粒表面均裹覆瀝青膜，無白花料，如圖1、2所示。

圖1 4000型間歇式瀝青攪拌設(shè)備生產(chǎn)的溫拌泡沫瀝青混合料

圖2 溫拌瀝青混合料

現(xiàn)場實測泡沫瀝青混合料的出料溫度在110 ℃～130 ℃，相比普通熱拌混合料降低了30 ℃～40 ℃，如圖3所示。在整個溫拌瀝青混合料的生產(chǎn)過程中無明顯瀝青煙氣產(chǎn)生，空氣質(zhì)量良好，如圖4所示。

圖3 溫拌泡沫瀝青混合料的溫度

圖4 溫拌泡沫瀝青混合料放料

3 溫拌泡沫瀝青混合料試驗

對生產(chǎn)得到的泡沫瀝青混合料進行現(xiàn)場取樣，并放置于實驗室保溫2 h。在130 ℃下按照旋轉(zhuǎn)壓實成型的方法制作試件，初步研究泡沫瀝青混合料的性能與體積參數(shù)[7-8]。

3.1 溫拌泡沫瀝青混合料理論最大相對密度試驗

溫拌泡沫瀝青混合料的理論最大相對密度計算公式為

(1)

式中：γt為瀝青混合料理論最大相對密度；ma為干燥瀝青混合料試樣的空中質(zhì)量(g)；m1為負壓容器在25 ℃水中的質(zhì)量(g)；m2為負壓容器與瀝青混合料在25 ℃水中的質(zhì)量(g)。

3.2 瀝青混合料試件密度試驗

計算試件的毛體積相對密度公式為

(2)

式中：γf為試件的毛體積相對密度；mw為試件的水中質(zhì)量(g)；mf為試件的表干質(zhì)量(g)。

3.3 溫拌泡沫瀝青混合料的旋轉(zhuǎn)壓實試驗

采用旋轉(zhuǎn)壓實儀將溫拌泡沫瀝青混合料制作成試件。本項目采用Troxler5850型旋轉(zhuǎn)壓實儀，旋轉(zhuǎn)壓實儀能夠準(zhǔn)確地對不同類型壓路機的壓實現(xiàn)場進行模擬。旋轉(zhuǎn)壓實儀如圖5所示。

圖5 溫拌泡沫瀝青混合料的旋轉(zhuǎn)壓實試驗

Super13泡沫瀝青混合料旋轉(zhuǎn)壓實試驗在130 ℃條件下進行，試驗結(jié)果見表2。

由表2中的試驗數(shù)據(jù)可知，旋轉(zhuǎn)壓實試件的空隙率在4.7%～5.1%，達到了設(shè)計空隙率要求。

表2 溫拌泡沫瀝青混合料旋轉(zhuǎn)壓實試驗結(jié)果

4 溫拌泡沫瀝青混合料的試驗段施工

對運輸至施工現(xiàn)場的溫拌瀝青混合料溫度進行實地測量，攤鋪前混合料溫度為110 ℃～120 ℃，碾壓后測量溫度不低于80 ℃，碾壓時溫拌瀝青混合料易于壓實。施工現(xiàn)場料車放料時和攤鋪后均無瀝青煙霧，環(huán)保效果顯著，污染程度遠小于熱拌混合料。試驗段施工現(xiàn)場如圖6、7所示。

圖6 卸料現(xiàn)場

圖7 攤鋪現(xiàn)場

圖8 試驗段檢測現(xiàn)場

該試驗段采用4 cm厚的Super13泡沫瀝青混合料，在施工現(xiàn)場進行路面滲水試驗，結(jié)果表明路表滲水系數(shù)小于70 mL·min-1，滿足路面施工技術(shù)規(guī)范驗收指標(biāo)要求，檢測現(xiàn)場如圖8所示。

施工結(jié)束后，在試驗路段不同位置進行鉆芯取樣，如圖9、10所示。經(jīng)觀察可知，混合料壓實效果較好，無明顯空隙。

圖9 試驗段鉆芯取樣

圖10 試驗段芯樣

對鉆芯取樣試件進行樣品體積指標(biāo)測試，結(jié)果如表3所示，可知壓實度滿足施工規(guī)范要求。

表3 泡沫溫拌瀝青混合料試驗段鉆芯取樣體積指標(biāo)

5 結(jié) 語

通過現(xiàn)場試驗、實驗室試驗及試驗段施工試驗，

可以得出以下結(jié)論。

(1)在泡沫瀝青混合料的生產(chǎn)過程中，溫拌瀝青混合料的生產(chǎn)溫度在120 ℃～140 ℃，比常規(guī)熱拌瀝青混合料低20 ℃～40 ℃，溫拌瀝青混合料瀝青裹覆效果良好，無白花料現(xiàn)象；實際施工過程中，攤鋪前混合料溫度實測為110 ℃～120 ℃，施工現(xiàn)場無瀝青煙霧，環(huán)保效果明顯。

(2)室內(nèi)旋轉(zhuǎn)壓實試驗進一步驗證了在130 ℃條件下泡沫瀝青混合料的空隙率滿足要求，旋轉(zhuǎn)壓實效果較好。

(3)試驗段鉆芯取樣和路面滲水試驗表明，壓實度、空隙率和路表滲水系數(shù)均滿足施工技術(shù)規(guī)范指標(biāo)要求。

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