基于不同發(fā)泡條件的泡沫瀝青混合料空隙率影響分析

摘要 泡沫瀝青混合料的空隙率是影響其路面性能的重要因素，因此優(yōu)化泡沫瀝青混合料的空隙率是保證其質(zhì)量的關(guān)鍵。文章以AC-20型泡沫瀝青混合料為研究對(duì)象，探討了不同的發(fā)泡條件對(duì)溫拌泡沫瀝青混合料空隙率的影響。結(jié)果表明，發(fā)泡用水量和發(fā)泡溫度是影響泡沫瀝青性能的主要因素，其最佳范圍分別為1.5%～2.0%和149～159℃；溫拌泡沫瀝青混合料的空隙率與其成形溫度和微觀結(jié)構(gòu)有關(guān)，空隙率越低，混合料的強(qiáng)度和耐久性越好。

關(guān)鍵詞 公路項(xiàng)目；溫拌泡沫瀝青混合料；膨脹率；空隙率影響分析

中圖分類號(hào) U414 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 2096-8949（2025）02-0084-03

0 引言

泡沫瀝青是一種通過(guò)在瀝青中加入一定量的水、壓縮空氣，使瀝青迅速膨脹發(fā)泡制得的新型瀝青材料，具有黏度低、膨脹率高、半衰期高等特點(diǎn)，可在較低的溫度下與冷熱集料拌和，形成溫拌泡沫瀝青混合料[1]。溫拌泡沫瀝青混合料作為節(jié)能環(huán)保材料，可有效降低施工溫度，減少能耗，提高施工效率，在國(guó)內(nèi)外得到廣泛應(yīng)用。溫拌泡沫瀝青混合料空隙率是影響其路面性能的重要因素之一。因此，優(yōu)化溫拌泡沫瀝青混合料的空隙率是保證其質(zhì)量的關(guān)鍵，其受多種因素影響，其中發(fā)泡條件是最主要的影響因素之一。發(fā)泡條件包括發(fā)泡用水量、發(fā)泡溫度、發(fā)泡時(shí)間等，直接決定泡沫瀝青的膨脹率、半衰期，影響泡沫瀝青與集料的黏結(jié)，最終影響混合料的空隙率[2]。

1 試驗(yàn)

1.1 原材料

（1）瀝青：采用AH-70型基質(zhì)瀝青，來(lái)源于油庫(kù)，泡沫瀝青的制備采用自行設(shè)計(jì)的發(fā)泡機(jī)。

（2）集料：采用集料為石灰石，來(lái)源于石場(chǎng)，其性能符合《公路工程巖石試驗(yàn)規(guī)程》（JTG 3431—2024）的要求。集料級(jí)配按照《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》（JTG E 40—2011）的要求進(jìn)行設(shè)計(jì)。

（3）填料：采用填料為石灰?guī)r制礦粉，來(lái)源為石場(chǎng)，其性能符合《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》的要求。填料的用量按照5%的設(shè)計(jì)值進(jìn)行控制[3]。

1.2 試驗(yàn)方法

配合比設(shè)計(jì)：為分析不同的發(fā)泡條件對(duì)溫拌泡沫瀝青混合料空隙率的影響，采用以下試驗(yàn)方法：

根據(jù)規(guī)范要求使用馬歇爾試驗(yàn)法確定AC-20型泡沫瀝青混合料的配合比，確定不同發(fā)泡條件下的最佳油石比。礦料級(jí)配合成圖如圖1所示，符合中稠級(jí)配要求，成形溫度為135℃，最佳油石比為4.1%，空隙率為4.4%。

發(fā)泡瀝青混合料的制備：發(fā)泡機(jī)將加熱到一定溫度的基質(zhì)瀝青、水、壓縮空氣同時(shí)噴入發(fā)泡瀝青噴嘴，使瀝青迅速膨脹和發(fā)泡，形成泡沫瀝青。試驗(yàn)參照已有溫拌泡沫瀝青混合料的配合比、制備方法[4]。根據(jù)不同的發(fā)泡條件，按照表1～2所示的溫度控制標(biāo)準(zhǔn)，分別制備不同的泡沫瀝青，其制備過(guò)程如下：

（1）將基質(zhì)瀝青、集料和填料分別加熱到發(fā)泡階段溫度、集料加熱溫度標(biāo)準(zhǔn)、與集料相同的溫度。

（2）將發(fā)泡用水加熱到與基質(zhì)瀝青相同的溫度，用水量調(diào)節(jié)到所需的百分比，將壓縮空氣壓力調(diào)節(jié)到0.6 MPa。

（3）將基質(zhì)瀝青、發(fā)泡用水和壓縮空氣同時(shí)噴入發(fā)泡瀝青噴嘴，形成泡沫瀝青，將泡沫瀝青收集到鋼桶中，用標(biāo)準(zhǔn)尺測(cè)量其膨脹率，用秒表記錄其半衰期。

（4）將泡沫瀝青與加熱好的集料和填料按照已有的最佳油石比進(jìn)行拌和，拌和溫度要求為表1～2所示的溫度控制標(biāo)準(zhǔn)。

（5）將拌和完成的溫拌泡沫瀝青混合料按照要求成形，成形時(shí)的溫度如表1～2所示。

2 結(jié)果與討論

膨脹率是指發(fā)泡后瀝青的最大體積與發(fā)泡前的體積之比，膨脹率越高，泡沫瀝青與集料的拌和性能越好，設(shè)計(jì)要求的混合料膨脹率不低于10倍。

半衰期是泡沫瀝青的最大體積減小到一半所需的時(shí)間，半衰期與泡沫瀝青的泡沫穩(wěn)定性成正比，要求混合料的半衰期至少為8 s，能夠維持較低的黏度，有利于提高泡沫瀝青混合料的拌和性能。

空隙率可以衡量混合料的壓實(shí)程度，直接影響其技術(shù)性能?？障堵试降停f(shuō)明瀝青混合料的強(qiáng)度、耐久性和抗水損傷性等性能越好。該文用空隙率表征溫拌泡沫瀝青混合料的質(zhì)量，越低越好。

根據(jù)試驗(yàn)分析不同發(fā)泡用水量、發(fā)泡溫度對(duì)泡沫瀝青三項(xiàng)指標(biāo)的影響規(guī)律[5]。

2.1 不同發(fā)泡用水量下試驗(yàn)結(jié)果分析

發(fā)泡溫度為150℃條件下，分別測(cè)定1.0%、1.5%、2.0%、2.5%四種發(fā)泡用水量下的混合料膨脹率、半衰期，其結(jié)果如圖2所示。根據(jù)圖2可知，發(fā)泡用水量與膨脹率成正比，與半衰期成反比，該指標(biāo)數(shù)值為2.5%時(shí)，膨脹率最大，達(dá)到14.5倍；半衰期降至最低，為6.3s，可見高發(fā)泡用水量可提高泡沫瀝青的膨脹率，但會(huì)縮短泡沫瀝青的半衰期，影響其拌和性能。因此，需全面考慮泡沫瀝青的膨脹率、半衰期，確定發(fā)泡用水量的最佳取值范圍為1.5%～2.0%。

如圖3所示，溫拌泡沫瀝青的性能可以通過(guò)溫度一定的前提下測(cè)試成形后的空隙率進(jìn)行表征。相較于熱拌瀝青混合料，發(fā)泡用水量為1.5%、2.0%、2.5%時(shí)，混合料的空隙率較低，且差距明顯。適當(dāng)?shù)陌l(fā)泡用水量可降低混合料的成形溫度，改善其拌和性，降低半衰期，且膨脹率與發(fā)泡用水量成正比。在膨脹率、半衰期的共同作用下，發(fā)泡用水量為1.5%、2.0%、2.5%時(shí)的混合料空隙率沒(méi)有明顯差距，表明該范圍內(nèi)的水量對(duì)空隙率的影響不大。

2.2 不同發(fā)泡溫度下的試驗(yàn)結(jié)果及分析

發(fā)泡用水量取值范圍為1.5%～2.0%時(shí)，分別測(cè)定135℃、149℃和159℃三種發(fā)泡溫度下混合料的膨脹率、半衰期，結(jié)果見圖4所示。據(jù)圖4可知，發(fā)泡溫度與膨脹率成正比，呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，而半衰期則呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。發(fā)泡溫度為159℃時(shí)，膨脹率達(dá)到最大值，為15.2倍，而半衰期降到最小值，為5.8 s。這說(shuō)明高發(fā)泡溫度雖然可以提高泡沫瀝青的膨脹率，但也會(huì)縮短泡沫瀝青的半衰期，影響其拌和性能。因此，綜合考慮泡沫瀝青的膨脹率和半衰期，認(rèn)為該條件下的適宜發(fā)泡溫度范圍為149℃～159℃。

圖5為不同發(fā)泡溫度與混合料膨脹率、半衰期的關(guān)系曲線，根據(jù)圖5可以總結(jié)出以下幾點(diǎn)：（1）溫拌泡沫瀝青的空隙率隨著發(fā)泡溫度的增加而減小，這是因?yàn)楦邷叵聻r青的黏度降低，瀝青與集料的裹覆效果提高，瀝青膜變薄，集料之間的嵌擠程度增強(qiáng)，混合料的結(jié)構(gòu)變得更緊密。（2）發(fā)泡溫度對(duì)空隙率的影響比發(fā)泡用水量的影響更大，這是因?yàn)榘l(fā)泡用水量只決定了瀝青的發(fā)泡強(qiáng)度，而發(fā)泡溫度還決定了瀝青的流動(dòng)性和混合料的成形溫度。（3）當(dāng)發(fā)泡溫度為159℃時(shí)，溫拌泡沫瀝青的空隙率只有3.4%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于熱拌瀝青的空隙率，這是因?yàn)榇藭r(shí)的成形溫度高達(dá)146℃，而熱拌瀝青的成形溫度只有135℃。（4）當(dāng)發(fā)泡溫度為149℃時(shí)，溫拌泡沫瀝青的空隙率也低于熱拌瀝青的空隙率，這是因?yàn)榇藭r(shí)的成形溫度與熱拌瀝青的成形溫度相同，為135℃。由此可見，溫拌泡沫瀝青在相同的空隙率下，其成形溫度低于熱拌瀝青，表明溫拌泡沫瀝青更加節(jié)能環(huán)保。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，該文以AC-20型泡沫瀝青混合料為研究對(duì)象，探討了不同的發(fā)泡條件對(duì)溫拌泡沫瀝青混合料空隙率的影響，主要得出以下結(jié)論：

（1）發(fā)泡用水量、發(fā)泡溫度可顯著影響泡沫瀝青混合料的膨脹率、半衰期，而膨脹率和半衰期又影響泡沫瀝青與集料的黏結(jié)和拌和性能，進(jìn)而影響混合料的空隙率。發(fā)泡用水量和發(fā)泡溫度的最佳范圍分別為1.5%～2.0%和149～159℃。

（2）溫拌泡沫瀝青混合料的空隙率與其力學(xué)性能和耐久性能密切相關(guān)，空隙率越低，混合料的強(qiáng)度、抗水損傷性、抗車轍性、抗疲勞性等性能越好?？障堵逝c混合料的微觀結(jié)構(gòu)也有關(guān)系，空隙率越低，微空隙越多，大空隙越少，混合料的結(jié)構(gòu)越緊密。

（3）在空隙率不變的情況下，溫拌泡沫瀝青混合料的成形溫度低于熱拌瀝青混合料，表明溫拌泡沫瀝青混合料具有節(jié)能環(huán)保的優(yōu)勢(shì)，是一種值得推廣的新型路面材料。

參考文獻(xiàn)

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