高節(jié)能低排放型溫拌瀝青混合料的應(yīng)用

閆新勇

(河北交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河北 石家莊 050091)

0 引 言

傳統(tǒng)熱拌瀝青混合料具有較好的路用性能，被廣泛應(yīng)用到現(xiàn)代城市道路施工中。但是，在具體的生產(chǎn)應(yīng)用中會釋放煙霧，對環(huán)境造成影響，同時(shí)其控溫需求會加大能源的消耗，亟需改進(jìn)與完善。這種情況下，高節(jié)能低排放型溫拌瀝青混合料應(yīng)運(yùn)而生，國內(nèi)外均對其展開了相關(guān)研究。

國外對高節(jié)能低排放型溫拌瀝青混合料的研究開始于20世紀(jì)90年代，《京都議定書》的簽訂是歐洲許多國家承諾減少溫室氣體排放的標(biāo)志，而熱拌瀝青則成為其中節(jié)能減排的標(biāo)志和處理目標(biāo)。在實(shí)際的生產(chǎn)中，高節(jié)能低排放型溫拌瀝青混合料的氣體排放和能耗，均明顯低于熱拌瀝青混合料；因此，國外諸多科學(xué)家均投入到對溫拌瀝青混合料的研究中。1995年，研究出溫拌瀝青混合料，且試驗(yàn)證明其具有較好的性能，能夠與熱拌瀝青混合料相媲美，但成本相對較高。隨著研究的不斷深入，美國于2011年制定出了溫拌瀝青混合料的級配設(shè)計(jì)以及性能測試規(guī)范，對溫拌瀝青混合料的設(shè)計(jì)和施工具有重要的指導(dǎo)作用[1-3]。

國內(nèi)對高節(jié)能低排放型溫拌瀝青混合料的研究起步相對較晚，于2005年11月在北京試鋪成功。2006年夏天，于上海成功鋪筑，拌和溫度為120 ℃左右，攤鋪溫度為95 ℃左右，在施工過程中未出現(xiàn)異味和溫度過高的情況。2007年，溫拌瀝青混合料正式被應(yīng)用到國內(nèi)公路施工中。2010年，國內(nèi)將溫拌瀝青混合料與再生結(jié)合試驗(yàn)，其舊料摻入比為30%，出料溫度為130 ℃，攤鋪溫度為110 ℃～120 ℃，通車后檢測路面的各項(xiàng)指標(biāo)，均能夠符合通車的基本標(biāo)準(zhǔn)，效果顯著[4-6]。

節(jié)能與環(huán)保是當(dāng)今社會發(fā)展的主流，為滿足節(jié)能、低碳、環(huán)保和綠色的基本需求，道路施工對路用瀝青的需求也發(fā)生了明顯的變化，傳統(tǒng)的熱拌瀝青由于對環(huán)境的污染和能源的消耗而被人所詬病。高節(jié)能低排放型溫拌瀝青混合料符合節(jié)能環(huán)保、低碳理念的標(biāo)準(zhǔn)與需求，具有較高的應(yīng)用價(jià)值和實(shí)踐意義[7-8]。

本文通過室內(nèi)瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)，研究不同溫拌劑摻配比例對瀝青三大指標(biāo)和布氏旋轉(zhuǎn)黏度的影響，以及不同擊實(shí)溫度對瀝青混合料空隙率及馬歇爾穩(wěn)定度的影響；進(jìn)而確定溫拌劑的最佳摻配比例以及瀝青混合料最佳擊實(shí)溫度，并驗(yàn)證其路用性能；最后鋪筑溫拌瀝青混合料試驗(yàn)路，檢測路面各項(xiàng)指標(biāo)。

1 溫拌瀝青的性能

1.1 試驗(yàn)方案

試驗(yàn)瀝青為勝利油田產(chǎn)70#基質(zhì)瀝青，溫拌劑為中路高科(北京)公路技術(shù)有限公司生產(chǎn)的RH溫拌瀝青改性劑。試驗(yàn)?zāi)康氖菧y定瀝青的三大指標(biāo)和瀝青的布氏旋轉(zhuǎn)黏度。試驗(yàn)和分析的依據(jù)是《公路

工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》(JTJ E20—2011)和《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》(JTJ F40—2004)。70#基質(zhì)瀝青的主要技術(shù)指標(biāo)見表1。

表1 基質(zhì)瀝青的技術(shù)指標(biāo)和測試結(jié)果

1.2 溫拌瀝青的基本性能

瀝青三大指標(biāo)(針入度、軟化點(diǎn)、延度)與瀝青的使用性能有著密切的關(guān)系，對瀝青的高溫和低溫穩(wěn)定性有著重要的影響。試驗(yàn)中將溫拌劑按照摻配比例0、2%、3%、4%、5%分別加入70#基質(zhì)瀝青中制備成溫拌改性瀝青，人工攪拌5 min左右，以確保溫拌改性劑能夠充分溶解入瀝青中。測試溫拌瀝青的針入度、軟化點(diǎn)、延度，結(jié)果如表2、圖1～3所示。

表2 溫拌瀝青三大指標(biāo)測試值

圖1 針入度隨RH摻量的變化曲線

圖2 軟化點(diǎn)隨RH摻量的變化曲線

圖3 延度隨RH摻量的變化曲線

分析數(shù)據(jù)及圖表可知：不同摻量的RH溫拌改性劑加入到70#基質(zhì)瀝青中后，瀝青的25 ℃針入度隨之增大，且隨著RH摻配比例的增加而逐漸增大，溫拌劑摻配比例在3%以內(nèi)時(shí)，針入度變化較平緩，超過3%后，上升幅度較大；隨著溫拌劑摻量的增加，瀝青的軟化點(diǎn)隨之升高，且變化趨于線性；瀝青的5 ℃延度隨著RH摻配比例的增加而降低，溫拌劑摻配比例在3%以內(nèi)時(shí)，延度變化較平緩，超過3%后，降低幅度較大。這說明溫拌劑增強(qiáng)了瀝青的溫度敏感性，提高了瀝青的高溫性能，對低溫性能略有影響[9-11]。當(dāng)RH摻配比例超過3%以后，針入度、延度變化幅度較大，建議RH摻配比例不超過3%。

1.3 溫拌瀝青的布氏旋轉(zhuǎn)黏度

瀝青混合料的壓實(shí)難易程度受到瀝青黏度的影響。溫拌劑對瀝青黏度的影響，將直接關(guān)系到瀝青路面的壓實(shí)效果，故針對不同摻配比例的RH溫拌瀝青進(jìn)行布氏黏度測試試驗(yàn)，測得的黏度如表3和圖4所示。

表3 溫拌瀝青的黏度測試結(jié)果

圖4 布氏黏度值隨RH摻配比例的變化

通過分析數(shù)據(jù)及圖表可知：隨著瀝青溫度的升高，其布氏黏度值逐漸降低；在相同的溫度下，布氏黏度值的降幅隨著RH溫拌劑摻配比例的增加而減小，說明添加RH溫拌劑有利于改善瀝青的高溫黏度和路面的攤鋪壓實(shí)工作。當(dāng)RH溫拌劑的摻配比例超過3%時(shí)，對瀝青的黏度降低效果不明顯，從黏度效果及經(jīng)濟(jì)性方面考慮，RH溫拌劑摻配比例不宜大于3%。

2 溫拌瀝青混合料的性能

2.1 試驗(yàn)方案

試驗(yàn)采用AC-13C型瀝青混合料，油石比為4.7%，在70#基質(zhì)瀝青中添加RH溫拌瀝青改性劑，添加比例為3%。在不同的擊實(shí)溫度下成型試件，進(jìn)行相應(yīng)的空隙率與穩(wěn)定度測試，通過與熱拌瀝青混合料(擊實(shí)溫度為145 ℃)對比，確定溫拌瀝青混合料的擊實(shí)溫度，并進(jìn)行路用性能檢測。AC-13C型礦料級配見表4。

表4 AC-13C型礦料級配

2.2 溫拌瀝青混合料擊實(shí)溫度的確定

對AC-13C型瀝青混合料添加3%的溫拌劑，在擊實(shí)溫度為100 ℃、110 ℃、120 ℃、130 ℃、145 ℃下分別成型馬歇爾試件，測定其空隙率和馬歇爾穩(wěn)定度，并與熱拌瀝青混合料的性能進(jìn)行對比，結(jié)果如表5、6和圖5、6所示。

由分析數(shù)據(jù)及圖表可知：隨著擊實(shí)溫度的降低，空隙率逐漸增大，馬歇爾穩(wěn)定度逐漸降低，在降低25 ℃(即擊實(shí)溫度為120 ℃)時(shí)，溫拌瀝青混合料的空隙率及穩(wěn)定度基本與熱拌瀝青混合料相當(dāng)，建議選擇溫拌劑摻配比例為3%，擊實(shí)溫度為120 ℃。

表5 溫拌瀝青混合料的空隙率及穩(wěn)定度

表6 熱拌(145 ℃)瀝青混合料的空隙率及穩(wěn)定度

圖5 空隙率與擊實(shí)溫度的關(guān)系

2.3 溫拌瀝青混合料的路用性能檢測

依據(jù)本文試驗(yàn)結(jié)果，選用溫拌劑摻配比例為3%、擊實(shí)溫度為120 ℃，制備溫拌瀝青混合料試件并進(jìn)行試驗(yàn)，與熱拌瀝青混合料性能進(jìn)行對比，結(jié)果如表7所示。

由表7可知：添加RH溫拌瀝青改性劑后，溫拌

圖6 馬歇爾穩(wěn)定度與擊實(shí)溫度的關(guān)系

瀝青混合料與熱拌瀝青混合料相比，馬歇爾穩(wěn)定度變化不大，殘留穩(wěn)定度及凍融劈裂殘留強(qiáng)度比基本相當(dāng)，說明水穩(wěn)定性能基本未受影響；動(dòng)穩(wěn)定度有一定提高，說明高溫性能有所改善；最大彎拉應(yīng)變有小幅降低，說明溫拌劑對低溫性能稍有影響，但仍能滿足規(guī)范對瀝青混合料性能的要求。

表7 溫拌瀝青混合料與熱拌瀝青混合料性能比較

3 溫拌瀝青混合料試驗(yàn)路鋪筑

2017年10月下旬，在石家莊市鹿泉區(qū)某市政路鋪筑了溫拌AC-13C瀝青混合料試驗(yàn)段，施工過程中各階段溫度見表8，試驗(yàn)路的各項(xiàng)指標(biāo)檢測結(jié)果見表9。

表8 試驗(yàn)路施工過程溫度控制 ℃

表9 溫拌瀝青混合料試驗(yàn)路檢測結(jié)果

試驗(yàn)路檢測結(jié)果表明, 溫拌瀝青混合料各項(xiàng)指標(biāo)均能滿足相應(yīng)的熱拌混合料的規(guī)范要求。

4 結(jié) 語

(1)通過研究添加不同摻配比例RH溫拌劑的瀝青的三大指標(biāo)和布氏旋轉(zhuǎn)黏度，確定溫拌劑摻配比例為3%；添加RH溫拌劑有利于提高瀝青的高溫性能，對瀝青的低溫性能稍有不利影響，并且可以顯著降低瀝青布氏黏度，改善壓實(shí)特性。

(2)通過研究不同擊實(shí)溫度下溫拌瀝青混合料的空隙率及馬歇爾穩(wěn)定度，得到在RH溫拌劑摻配比例為3%的條件下，溫拌瀝青混合料擊實(shí)溫度可比熱拌降低25 ℃，即擊實(shí)溫度為120 ℃。

(3)對添加RH溫拌劑的瀝青混合料的路用性能進(jìn)行評價(jià)，在RH溫拌劑摻配比例為3%、擊實(shí)溫度為120 ℃的條件下，溫拌瀝青混合料的高溫性能有較明顯提高，水穩(wěn)定性能基本不受影響，低溫性能稍有下降，但仍滿足規(guī)范對瀝青混合料的性能要求。

(4)通過試驗(yàn)路的鋪筑，驗(yàn)證了在壓實(shí)溫度降低20 ℃～25 ℃左右的情況下，高節(jié)能低排放型溫拌瀝青混合料有較好的路用性能，可以滿足規(guī)范對熱拌瀝青混合料的各項(xiàng)性能指標(biāo)要求。

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