機(jī)械發(fā)泡溫拌技術(shù)在高速公路瀝青路面的應(yīng)用

付良舉

(甘肅省公路建設(shè)管理集團(tuán)有限公司，甘肅 蘭州 730000)

0 引言

傳統(tǒng)普通熱拌瀝青混合料施工溫度較高，一般控制在155～165 ℃之間[1]，其在施工過程中會(huì)產(chǎn)生大量能源消耗，同時(shí)在拌和、攤鋪施工環(huán)節(jié)中會(huì)釋放較多CO2氣體，對(duì)施工環(huán)境產(chǎn)生一定影響[2]。采用機(jī)械發(fā)泡溫拌技術(shù)進(jìn)行瀝青混合料施工，通過給拌和站配備特殊生產(chǎn)裝置，采取一定措施降低瀝青黏度，在確保瀝青混合料性能的前提下，可將瀝青混合料拌和及施工溫度降低20～30 ℃，CO2排放量降低20%，煙塵排放量降低40%，能耗降低30%[3-6]。相比于傳統(tǒng)普通熱拌瀝青混合料施工工藝[7]，機(jī)械發(fā)泡溫拌技術(shù)在環(huán)保、節(jié)能方面具有顯著優(yōu)勢(shì)，市場(chǎng)推廣應(yīng)用前景廣泛[8-11]。

1 機(jī)械發(fā)泡溫拌技術(shù)應(yīng)用

1.1 項(xiàng)目概述

甜永高速公路是國(guó)家高速公路銀百高速(G69)的一部分，是寧夏、甘肅、陜西3省區(qū)毗鄰地區(qū)重要的對(duì)外運(yùn)輸大通道。路線總長(zhǎng)303.590 km，呈南北走向，瀝青路面5 201.6 km3。實(shí)體工程應(yīng)用在甜永高速公路慶城服務(wù)區(qū)匝道BK0+530 ～BK0+660瀝青混凝土下面層ATB-25。試驗(yàn)路路面結(jié)構(gòu)為36 cm 水泥穩(wěn)定碎石+下面層 8 cm ATB-25+中面層6 cm superpave-20+上面層4 cm superpave-13。瀝青為克拉瑪依某石化公司的A級(jí)70#瀝青，集料產(chǎn)地為碎石，發(fā)泡機(jī)為某江峽船用機(jī)械有限責(zé)任公司生產(chǎn)的YJMM-LF3000A型泡沫瀝青溫拌裝置。

1.2 泡沫瀝青溫拌技術(shù)原理、特點(diǎn)及裝置

(1)技術(shù)原理

發(fā)泡降黏型溫拌技術(shù)的核心是通過水發(fā)泡瀝青以降低瀝青黏度[12-16]。機(jī)械泡沫瀝青技術(shù)主要是利用常溫狀態(tài)的冷水滴與140 ℃以上的熱瀝青接觸后，水滴溫度達(dá)到100 ℃瞬間汽化，急劇膨脹。蒸汽泡在一定的壓力作用下被壓入瀝青的連續(xù)相，從而形成瀝青泡沫，發(fā)泡倍數(shù)大，發(fā)泡周期短，機(jī)械泡沫瀝青技術(shù)需要配備特殊的生產(chǎn)裝置[17-18]。

(2)技術(shù)特點(diǎn)

①降低瀝青混合料拌和溫度，節(jié)約燃?xì)饧敖?jīng)濟(jì)造價(jià)；

②節(jié)能減排，降低有害氣體的排放；

③試驗(yàn)路路用性能指標(biāo)均符合技術(shù)規(guī)范要求。

(3)設(shè)備裝置

泡沫瀝青溫拌裝置由顯示控制系統(tǒng)、水箱和瀝青發(fā)泡管3大部分組成，其中瀝青發(fā)泡管安裝于原間歇式生產(chǎn)設(shè)備的瀝青噴射管。生產(chǎn)泡沫瀝青時(shí)需在瀝青發(fā)泡管內(nèi)，同步加入一定比例的水、生產(chǎn)配合比中的瀝青量，采用起止信號(hào)進(jìn)行顯示控制系統(tǒng)與瀝青噴射管聯(lián)動(dòng)。YJMM-LF3000A型泡沫瀝青溫拌裝置的發(fā)泡管為不銹鋼材質(zhì)，并與拌和機(jī)匹配，泡沫瀝青溫拌裝置安裝圖，如圖1所示。

圖1 泡沫瀝青溫拌裝置Fig.1 Warm mixing device for foamed asphalt

1.3 應(yīng)用效果

(1)瀝青混合料配合比及路用性能

本研究根據(jù)試驗(yàn)路鋪筑時(shí)TYLM-4的下面層ATB-25的目標(biāo)及生產(chǎn)配合比設(shè)計(jì)，合成級(jí)配集料參配比例為：23～33 mm(6#)∶17～23 mm(5#)∶11～17 mm(4#)∶7～11 mm(3#)∶4～7 mm(2#)∶0～4 mm(1#)∶礦粉∶25∶23∶12∶8∶8∶20.5∶3.5。最佳油石比為3.8%.

根據(jù)上述設(shè)計(jì)結(jié)論，在設(shè)計(jì)級(jí)配和最佳瀝青用量下，按規(guī)范要求成型相應(yīng)試件，驗(yàn)證馬歇爾殘留穩(wěn)定度和動(dòng)穩(wěn)定度性能指標(biāo)。檢驗(yàn)結(jié)果如表1所示。

表1 配合比驗(yàn)證結(jié)果Tab.1 Result of mix proportion verification

上述強(qiáng)度、水穩(wěn)定性和高溫車轍性能試驗(yàn)結(jié)果表明，3.8%油石比制備的ATB-25機(jī)械發(fā)泡溫拌瀝青混合料的各項(xiàng)性能指標(biāo)都達(dá)到了《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》中相應(yīng)的要求。

(2)機(jī)械發(fā)泡瀝青混合料生產(chǎn)

依托工程采用機(jī)械發(fā)泡溫拌技術(shù)，瀝青混合料拌和時(shí)間控制在50 s，出料溫度為135 ℃，拌和后瀝青混合料均勻，無花白料；傳統(tǒng)普通熱拌瀝青混合料拌和時(shí)間為45 s，出料溫度為163 ℃，相比之下，采用普通熱拌瀝青混合料技術(shù)進(jìn)行瀝青混合料生產(chǎn)時(shí)出料溫度明顯較高。

1.4 試驗(yàn)路段檢測(cè)結(jié)果

試驗(yàn)段鋪筑完成后，第2天對(duì)試驗(yàn)路段進(jìn)行鉆芯檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果如表2 所示。

表2 試驗(yàn)段鉆芯結(jié)果Tab.2 Core drilling result in test section

根據(jù)鉆芯檢測(cè)結(jié)果，試驗(yàn)路各項(xiàng)檢測(cè)指標(biāo)：空隙率、飽和度及礦料間隙率均達(dá)到技術(shù)指標(biāo)要求。

2 機(jī)械發(fā)泡溫拌施工控制要點(diǎn)

2.1 主要機(jī)械設(shè)備

機(jī)械發(fā)泡溫拌施工所需機(jī)械產(chǎn)量及型號(hào)與熱拌瀝青混合料一致。主要施工設(shè)備見表3。各設(shè)備運(yùn)行情況良好，滿足施工條件。

表3 主要機(jī)械設(shè)備表Tab.3 List of major mechanical equipment

2.2 瀝青混合料拌和

(1)拌和前須檢查發(fā)泡設(shè)備，確保正常運(yùn)行和計(jì)量精度后方可開始生產(chǎn)。

(2)通過試拌確定密級(jí)配瀝青混合料拌和時(shí)間，分別將混合料拌和均勻與否、瀝青結(jié)合料完全裹覆礦料顆粒與否，作為判別標(biāo)準(zhǔn)，一般情況下需將熱拌瀝青混合料的拌和時(shí)間延長(zhǎng)5 s。

(3)對(duì)于出廠混合料需進(jìn)行檢測(cè)，以每車出廠混合料的溫度以及拌和均勻性作為檢測(cè)指標(biāo)，禁止?jié)M足要求的混合料出廠。

(4)機(jī)械發(fā)泡溫拌瀝青混合料施工中的溫度控制見表4。

表4 機(jī)械發(fā)泡溫拌瀝青混合料施工溫度控制表(單位：℃)Tab.4 Construction temperature control sheet of mechanical foamed warm mixed asphalt mixture(unit:℃)

2.3 瀝青混合料運(yùn)輸

(1)當(dāng)運(yùn)輸瀝青混合料的時(shí)間超過半小時(shí)以上，或者運(yùn)輸混合料所處的環(huán)境溫度低于10 ℃時(shí)，應(yīng)用遮蓋材料對(duì)運(yùn)料車上瀝青混合料進(jìn)行覆蓋，建議選用篷布或棉布。同時(shí)對(duì)于到達(dá)攤鋪地點(diǎn)的瀝青混合料進(jìn)行檢查，以拌和質(zhì)量和溫度作為控制指標(biāo)，到達(dá)施工現(xiàn)場(chǎng)時(shí)瀝青混合料溫度一般不得低130 ℃。

(2)對(duì)于存在以下情況的瀝青混合料均應(yīng)廢棄：發(fā)生離析、結(jié)塊的，留存于運(yùn)料車輛的，鋪筑溫度低于規(guī)定的。

2.4 瀝青混合料攤鋪

(1)當(dāng)攤鋪溫度低于5 ℃,氣候?yàn)橛晏?，或路面較為濕滑時(shí)均禁止進(jìn)行瀝青混合料的攤鋪。

(2)攤鋪機(jī)攤鋪過程中，應(yīng)將攤鋪速率控制在1～3 m/min以內(nèi)，禁止隨意變換攤鋪速度或停頓攤鋪。檢測(cè)頻數(shù)為沿?cái)備伔较蛎?～5 m設(shè)1個(gè)點(diǎn)。

2.5 瀝青混合料壓實(shí)

(1)碾壓段長(zhǎng)度宜為30～60 m，在碾壓各階段均應(yīng)滿足壓實(shí)溫度的規(guī)定。

(2)壓路機(jī)類型，壓實(shí)速度和碾壓遍數(shù)參考表5進(jìn)行。應(yīng)采用雙鋼輪靜作用壓路機(jī)或振動(dòng)壓路機(jī)不起振進(jìn)行初碾；采用雙鋼輪振動(dòng)壓路機(jī)或輪胎壓路機(jī)進(jìn)行復(fù)壓；采用輪胎壓路機(jī)或雙鋼輪靜作用壓路機(jī)進(jìn)行終壓。靜作用壓路機(jī)工作時(shí)重迭寬度為輪寬1/3，振動(dòng)壓路機(jī)工作時(shí)重迭寬度約為25 cm左右。

表5 壓路機(jī)參數(shù)Tab.5 Parameters of roller

2.6 機(jī)械發(fā)泡溫拌設(shè)備施工控制

機(jī)械發(fā)泡溫拌瀝青混合料的技術(shù)控制指標(biāo)為膨脹率和半衰期，應(yīng)符合表6要求。

表6 機(jī)械發(fā)泡溫拌設(shè)備施工控制表Tab.6 Construction control sheet of mechanical foamed warm mixing equipment

3 經(jīng)濟(jì)效益分析

相比于普通熱拌工藝，機(jī)械發(fā)泡溫拌工藝在環(huán)境效益、經(jīng)濟(jì)效益方面優(yōu)勢(shì)顯著，對(duì)比見表7。

表7 環(huán)境經(jīng)濟(jì)效益對(duì)比Tab.7 Comparison of environmental and economic benefits

相比于熱拌工藝，采用機(jī)械發(fā)泡溫拌工藝生產(chǎn)普通瀝青混合料可節(jié)約燃?xì)赓M(fèi)用6.8元/t，節(jié)能率達(dá)到26%。

4 環(huán)境影響分析

相比于傳統(tǒng)普通熱拌工藝，采用機(jī)械發(fā)泡溫拌工藝生產(chǎn)瀝青混合料，可在一定程度降低瀝青混合料施工溫度、能源消耗及有害氣體排放量。試驗(yàn)路瀝青混合料拌和過程中煙氣排放數(shù)據(jù)見表8。

表8 試驗(yàn)路煙氣排放數(shù)據(jù)Tab.8 Smoke emission data of test road

對(duì)機(jī)械發(fā)泡溫拌青混合料進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)，試驗(yàn)結(jié)果表明采用溫拌技術(shù)，可以大幅度的降低二氧化碳、一氧化碳等其他有害氣體。

5 結(jié)論

將機(jī)械發(fā)泡溫拌瀝青混合料應(yīng)用于甘肅甜永高速公路瀝青路面下面層ATB-25，對(duì)試驗(yàn)路段進(jìn)行檢測(cè)，進(jìn)行環(huán)境影響分析、經(jīng)濟(jì)效益分析后，得出如下結(jié)論：將溫拌技術(shù)應(yīng)用于甜永高速公路，在材料滿足路用性能要求的同時(shí)，環(huán)境及經(jīng)濟(jì)效益同樣較為顯著。采用機(jī)械發(fā)泡溫拌工藝生產(chǎn)瀝青混合料，將節(jié)約耗氣量1.9 m3/t，節(jié)約造價(jià)6.8元/t，二氧化碳排放量降幅達(dá)到44%，一氧化碳排放量降幅達(dá)到12%。機(jī)械發(fā)泡溫拌技術(shù)應(yīng)用于甘肅甜永高速公路經(jīng)濟(jì)效益及社會(huì)效益顯著，在陜甘寧3省的推廣應(yīng)用前景巨大。