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泡沫瀝青溫拌技術在道路工程中的應用
【編者按】 溫拌瀝青混合料技術作為一種節能環保效果顯著的新型綠色路面材料技術，近年來在歐美等發達國家得到了快速發展。據有關文獻介紹，2010年美國已有44個州推廣使用溫拌瀝青混合料技術，截止到2010年8月，在美國實際應用的各類溫拌技術已達22種之多，這些溫拌技術基于不同的技術平臺，可分為“化學添加劑溫拌技術”、“有機添加劑溫拌技術”及“泡沫瀝青溫拌技術”三大類。我國自2005開始從國外引入溫拌瀝青混合料技術，并取得了較快的發展。目前在我國應用最廣的主流溫拌技術是“化學添加劑溫拌技術”。從美國溫拌瀝青混合料技術的發展及應用趨勢看，各種“泡沫瀝青溫拌技術”的應用日趨廣泛，占據了較大的市場份額，而我國目前有關“泡沫瀝青溫拌技術”的研究和應用尚處于起步和探索階段。該特約稿介紹了“泡沫瀝青溫拌技術”在河北滄州市的研究和應用情況，供業內人士參考。
泡沫瀝青溫拌技術在道路工程中的應用
吳英彪，郭艷芳，石津金，張寶峰 （滄州市市政工程公司， 河北 滄州 061000） 摘 要：瀝青混合料溫拌技術以其節能減排的顯著優勢得到越來越廣泛的應用。論述了一種采用特殊的瀝青發泡裝置，通過在高溫瀝青中加入一定比例的水，使瀝青發泡，以降低瀝青混合料拌和溫度的新技術。應用研究結果表明，泡沫瀝青溫拌技術能夠有效降低瀝青混合料的生產施工操作溫度，且泡沫瀝青溫拌混合料的路用性能仍能達到熱拌瀝青混合料的標準。
關鍵詞：道路；瀝青再生；瀝青混合料；泡沫瀝青溫拌
中圖分類號： U 416.217 文獻標志碼： B 文章編號：1009-7767（2011）04-0017-05 Application of Warm Mix Technology Based on Foamed Asphalt in Road Construction Wu Yingbiao，Guo Yanfang，Shi Jinjin，Zhang Baofeng 目前，環境污染和能源枯竭已經成為全球普遍關注的兩大熱點，為了保護生存環境，世界各國都在倡導“低碳”技術。溫拌瀝青混合料由于具有降低生產能耗、減少廢氣和粉塵排放等優點，而成為瀝青路面材料領域里一項很有前景的新興材料。 溫拌瀝青混合料起源于歐洲[1]，是通過一定的技術措施降低瀝青的黏度，從而使瀝青混合料能在相對較低的溫度[2]下進行拌和及施工，同時保持不低于熱拌瀝青混合料的使用性能，通常有乳化瀝青溫拌技術、有機添加劑法、瀝青—礦物法以及泡沫瀝青溫拌法4種技術途徑[3-4]。滄州市市政工程公司2010年從美國MEEKER公司引進了用于瀝青混合料溫拌的瀝青發泡設備，將其配套安裝在具備熱再生瀝青混合料生產能力的間歇式瀝青混合料拌和設備上，使設備能夠生產溫拌泡沫瀝青混合料。設備改裝完成后，于同年6月中旬在滄州市的化工路進行了泡沫瀝青溫拌混合料的工程應用。 1 工程概況 化工路為滄州市東西方向城市次干路，全長789.34 m，1幅路，行車道寬21 m，車道設計路面結構為：30 cm石灰土＋18 cm水泥穩定碎石基層＋噴灑透層油＋橡膠瀝青下封層＋6 cm AC-20型瀝青混凝土＋4 cm AC-13型SBS改性瀝青混凝土。化工路的瀝青下面層采用了泡沫瀝青溫拌技術進行生產施工，廢舊瀝青混合料（RAP）摻量為25 %。 2 原材料 1）瀝青材料：滄州地區在氣候分區上屬夏炎熱冬寒區（1-2）[5]，根據規范規定[5]并結合該地區特點，工程下面層采用A級90號普通石油瀝青，上面層采用A級90號基質瀝青加工生產的I-C級SBS改性瀝青，其各項指標如表1所示。  2）新集料：下面層AC-20所用新集料為河北滿城的石灰巖；上面層AC-13所用新集料除0～5 mm細集料為河北滿城的石灰巖外，其余均為山東鄒平的玄武巖。 3）廢舊瀝青混合料（RAP）：為京滬高速公路滄州段大修時的銑刨料，經篩分處理分為10～20 mm和10 mm以下粗、細兩檔，粗RAP的瀝青含量為2.9 %，細RAP的瀝青含量為4.8 %，RAP中回收舊瀝青的針入度符合30號道路石油瀝青的規范標準。 3 生產設備及生產過程 瀝青混合料生產設備采用3000型間歇式廠熱拌再生設備，瀝青發泡裝置主要由控制系統和瀝青發泡管組成（見圖1、2）。瀝青發泡管安裝在原有3000型間歇式生產設備的瀝青噴射管上，控制系統采集瀝青噴射的起止信號，將一定比例的水與瀝青同步加入到瀝青發泡管內。在瀝青發泡管內，冷水遇熱瀝青急劇汽化，體積迅速膨脹，生成泡沫瀝青[7]。瀝青以泡沫瀝青的形態噴入拌缸與集料拌和成瀝青混合料，泡沫瀝青比瀝青黏度降低，和易性增加，可以在較低的溫度下充分裹覆集料，從而使瀝青混合料的拌和溫度比熱拌降低20～30 ℃。   圖1 瀝青發泡裝置控制系統 圖2 瀝青發泡管 由于泡沫瀝青溫拌技術只是對瀝青混合料生產工藝方面的改進，因此泡沫瀝青溫拌混合料仍采用與熱拌瀝青混合料相同的生產配比。在化工路面層的初始生產時，都分別采用熱拌工藝生產了少量熱拌瀝青混合料進行鋪筑施工，作為工程中泡沫瀝青溫拌工藝的對比段。 下面層AC-20再生瀝青混合料初始生產采用熱拌工藝，熱拌再生瀝青混合料的拌和溫度為155～165 ℃，RAP加熱溫度95 ℃ 左右，新集料加熱溫度190～200 ℃。隨后采用泡沫瀝青溫拌工藝拌制再生瀝青混合料。首先開通瀝青發泡裝置，向瀝青發泡管中與瀝青同步加入新瀝青用量1 %的水，使瀝青發泡，同時逐步將新集料加熱溫度降低至155～160 ℃，泡沫瀝青溫拌再生混合料的拌和溫度為130～135 ℃，比熱拌降低了約30 ℃。在由熱拌轉溫拌生產過程中，拌和設備是連續生產的，混合料采用相同的礦料級配和油石比，外觀檢測溫拌再生泡沫瀝青混合料與熱拌瀝青混合料無明顯區別，混合料拌和均勻，無花白料、離析現象，瀝青均勻地裹附集料。上面層AC-13 SBS改性瀝青混合料生產時，也是先采用的熱拌工藝，熱拌SBS改性瀝青混合料的拌和溫度為170～175 ℃。泡沫瀝青溫拌SBS改性瀝青混合料的拌和溫度降至145～150 ℃，比熱拌降低約25 ℃。SBS改性瀝青發泡效果也較理想，混合料拌和均勻，沒有花白料、離析等現象。生產過程中，用裝載機在拌缸出料口接泡沫瀝青檢測瀝青的發泡情況，瀝青發泡效果良好（見圖3）。  圖3 瀝青發泡效果 除溫拌瀝青混合料的拌和溫度比熱拌降低20～30 ℃外，在進行泡沫瀝青溫拌混合料生產時，拌和站的空氣環境要好于熱拌，CO2和瀝青煙的排放量比熱拌生產時明顯減少（見圖4、5）。   圖4 泡沫瀝青溫拌混合料生產無明顯瀝青煙 圖5 熱拌瀝青混合料生產時產生的瀝青煙 4 施工工藝 拌和廠與施工現場運距較近，并采用瀝青混合料專用保溫運輸車，混合料到場及攤鋪溫度與生產溫度相比，溫降比較小。施工采用1臺攤鋪機半幅攤鋪施工，設專人對混合料的攤鋪、碾壓溫度進行檢測，其中，AC-20型溫拌再生瀝青混合料的攤鋪溫度在130 ℃左右，碾壓終了溫度不低于80 ℃；AC-13型溫拌SBS改性瀝青混合料攤鋪溫度為140 ℃左右，碾壓終了溫度不低于90 ℃。 熱拌與溫拌混合料采用相同的碾壓組合，即：初壓時雙鋼輪壓路機先靜壓1遍，再振動碾壓2～3遍；復壓時膠輪壓路機碾壓4～5遍；終壓時雙鋼輪壓路機靜壓2～3遍，碾壓道路邊緣并消除輪跡。施工時泡沫瀝青溫拌混合料的工作性與熱拌混合料無明顯區別，易于碾壓密實。泡沫瀝青溫拌混合料施工時作業環境得到明顯改善，與熱拌混合料相比瀝青煙明顯減少，施工作業環境溫度也顯著降低。 施工完畢后，及時對施工現場進行了鉆芯，芯樣完整密實，經檢測壓實度達到規范要求（見表2）。  5 室內試驗 在AC-20型再生瀝青混合料和AC-13型SBS改性瀝青混合料生產過程中，分別取熱拌和泡沫瀝青溫拌混合料進行性能對比試驗。 5. 1 混合料性能試驗 將取回的瀝青混合料樣品立即放入恒溫箱，恒溫放置2 h后進行成型試驗，試驗結果見表3。將熱拌與泡沫瀝青溫拌混合料的主要技術指標進行比較，結果如圖6、7所示。    圖6 溫拌與熱拌混合料馬歇爾穩定度值的比較 圖7 溫拌與熱拌混合料動穩定度值的比較 從試驗結果看：雖然泡沫瀝青溫拌混合料的馬歇爾穩定度和動穩定度指標同熱拌相比略有降低，但均能達到規范[5]中的熱拌瀝青混合料的技術要求，說明其高溫穩定性能較好。另外，泡沫瀝青溫拌混合料的殘留穩定度和凍融劈裂殘留強度比都滿足規范技術要求，這說明泡沫瀝青溫拌混合料的水穩定性[8]良好。 5. 2 旋轉壓實試驗 為了進一步比較溫拌和熱拌混合料的可壓實性，分別取熱拌和泡沫瀝青溫拌的AC-20型再生混合料，采用旋轉壓實儀旋轉壓實75圈成型試件，旋轉壓實過程記錄見表4。  由此可見，泡沫瀝青溫拌混合料的可壓實性同熱拌瀝青混合料相比沒有明顯區別，泡沫瀝青溫拌混合料具有較好的可壓實性。采用泡沫瀝青溫拌技術雖然降低了混合料的拌和溫度，但是在達到一定壓實功后亦可達到與熱拌混合料相同的密度。 6 節能及經濟效益 化工路瀝青面層施工正值6月中旬，氣候干燥，生產施工時環境溫度30～37 ℃。瀝青混合料生產所用粗集料平均含水率0.5 %，0～5 mm細集料平均含水率1.7 %，集料自然溫度25～31 ℃。瀝青混合料拌和設備是以天然氣為燃料，在生產過程中，對瀝青混合料拌和溫度和天然氣耗氣量進行了跟蹤，進行節能與經濟效益分析（見表5）。  采用泡沫瀝青溫拌技術使瀝青混合料的生產拌和溫度降低25～30 ℃，生產能耗節約30 %以上，瀝青混合料的生產成本可降低8元/t以上，能夠有效地節約能源，降低生產成本。此外，泡沫瀝青溫拌混合料生產時，CO2和瀝青煙的排放量明顯比普通熱拌瀝青混合料減少[7]，因此，泡沫瀝青溫拌技術具有顯著的經濟效益和環境效益。 7 結論和建議 1）化工路工程證明，泡沫瀝青溫拌混合料的生產施工溫度可比熱拌瀝青混合料降低25～30 ℃，泡沫瀝青溫拌混合料易于拌和均勻、碾壓密實，其可操作性良好。 2）泡沫瀝青溫拌技術適用于再生瀝青混合料和SBS改性瀝青混合料，雖然泡沫瀝青溫拌混合料的各項指標比熱拌混合料略有降低，但仍能達到JTG F40-2004《公路瀝青路面施工技術規范》中對熱拌瀝青混合料的技術要求。 3）泡沫瀝青溫拌混合料與熱拌瀝青混合料相比，生產能耗可節約30 %以上，混合料生產成本可降低8元/t以上，且能夠有效地降低生產能耗，減少溫室氣體、瀝青煙等有害氣體的排放，改善施工作業環境。泡沫瀝青溫拌技術是一項節約資源、低碳、環保的綠色技術，必將發展成為瀝青路面的主流施工技術。 4）化工路道路工程已通車使用近1年，使用狀況良好，無裂縫、車轍、擁包等病害，但仍需要對泡沫瀝青溫拌混合料鋪筑的路面進行長期性能評測，對其耐久性做進一步的研究。■ 參考文獻： [1] John D’Angelo，Eric Harm，John Bartoszek，et al. Warm-Mix Asphalt： European Practice[R]. FHWA-PL-08-007. Washington DC： Federal Highway Administration，Feb 2008：6. [2] 楊小姻，李淑明，史寶華. 溫拌瀝青混合料的技術與應用研究[J]. 石油瀝青，2007，21（4）：58-61. [3] 張海，李冬松，歐陽偉，等. 基于乳化平臺的Evotherm溫拌瀝青混合料性能[J]. 沈陽建筑大學學報：自然科學版，2009，25（2）：240-243. [4] 秦永春，黃頌昌，徐劍，等. 溫拌瀝青混合料技術及最新研究[J]. 石油瀝青，2006，20（4）：18-21. [5] 交通部公路科學研究所. JTG F40-2004公路瀝青路面施工技術規范[S]. 北京：人民交通出版社，2004. [6] 交通部公路科學研究所. JTJ 052-2000公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程[S]. 北京：人民交通出版社，2000. [7] 劉至飛，吳少鵬，陳美祝，等. 溫拌瀝青混合料現狀及存在問題[J]. 武漢理工大學學報，2009，31（4）：170-173. [8] 張鎮，孫立軍. Evotherm溫拌瀝青混合料控制指標研究[J]. 武漢理工大學學報，2009，31（8）：29-32. 基金項目： 2010年河北省建設科技研究指導性計劃項目，課題編號：2010-236。 作者簡介： 吳英彪（1964-），男，河北黃驊人，正高級工程師，主要從事路面結構與材料研究工作。 
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