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基于泡沫沥青的温拌沥青混合料技术
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基于泡沫沥青的温拌沥青混合料技术
&&&&&&近年来，泡沫沥青作为稳定剂和再生剂已经被广泛地应用于基层稳定和冷再生技术，而且由于泡沫沥青施工和易性良好、性能可靠，其应用范围也越来越广泛，而且已经应用到目前备受关注的温拌沥青混合料生产过程中。&&&&&&1泡沫沥青温拌技术国内外发展现状 &&&&&&1998年，英国Shell(壳牌)国际石油有限公司和挪威Kolo-Veidekke公司共同开发了一种两阶段法生产温拌沥青混合料的技术，这种技术被称为泡沫沥青温拌混合料，并于1999年铺筑了试验路与热拌沥青混合料进行了现场对比试验，经过1年的跟踪观测，路面使用性能良好[1]。 这种温拌料的生产需要2种类型的沥青，一种软沥青和一种硬质泡沫状沥青，在拌和的不同阶段将它们分别加入到混合料中。在*阶段，将温度为100℃～120℃的软沥青与加热后的集料注入搅拌罐中，搅拌几分钟后以达到良好的裹覆。在第二阶段，将硬沥青通过泡沫机泡沫化后加入到预裹覆的集料中。硬沥青发泡后，体积临时增长15~20倍，且其黏度明显降低，非常有效地黏附在已经被软沥青包裹了的集料上。这样，软沥青和泡沫化的硬沥青都起到降低结合料黏度的作用从而实现混合料良好的工作性。相应于传统的热拌沥青混合料，这种温拌料的拌和温度只有100℃~120℃，摊铺温度可以下降到80℃左右，同时具备更长的使用寿命。这不仅大大减少了能源的消耗，更有利于减少温室气体的排放，以及减少烟雾和刺激气味的形成，有效地改善了工人的操作环境。制备这种温拌料的关键在于必须选择合适的软、硬沥青种类以及二者的比例，以满足混合料相应的路用性能要求。另外，在*阶段必须保证矿料干燥，防止水分存在于矿料表面，必要时可掺加抗剥落剂以增强抗水损害能力[2]。自2003年以来，这种温拌料在欧洲得到了广泛应用，铺筑了大量的试验路。2006年，意大利Speed Firenze-Pisa-Livorno高速公路上的试验段就使用了该技术，获得了令人满意的结果&&比传统沥青具有更低的温度敏感性，比相应的热沥青具有更强的抗疲劳性能；从路面损坏角度看，预期比传统沥青有更长的寿命，沥青和混合料的劲度随时间而增强。对拌和厂和施工现场的污染物测量结果显示，与热拌料相比，减少了40%的CO2、70%的NOx及70%的粉尘排放量[3] [4]。 美国专利[5][2]也介绍了泡沫温拌沥青混合料技术，该技术将石料加热到120℃后加入软质沥青(100℃黏度小于0.3Pa&s)，拌和均匀后再将硬质沥青(25℃针入度小于10 mm)发泡后喷入。这种技术可节约40～60%的能量消耗，降低60～70%的CO2排放量。为进一步降低拌和温度，Jenkins[6][2]开发出采用泡沫沥青制备半温沥青混合料(Half-Warm Asphalt Mix)技术。这种技术拌和温度控制在100℃以下，沥青结合料全部采用泡沫形式加入。试验结果表明，采用针入度为8 mm(25℃)的沥青进行发泡后在101℃与石料拌和，发现沥青可较好地包裹石料，同时在89℃条件下成型马歇尔试件，其空隙率可达到4.0%的要求。这种半温沥青混合料的疲劳寿命与热拌沥青混合料基本相当，但其抗剪强度相对较小。 为了满足满足重交通荷载的要求，对改性沥青发泡用于生产泡沫改性沥青温拌混合料受到了人们的高度关注。 目前，中国对泡沫沥青的研究还多集中在将其作为稳定剂和再生剂应用于基层稳定和冷再生方面，而利用泡沫沥青制备温拌沥青混合料的相关研究很少，应用就更不多见。因此，进行泡沫型温拌沥青混合料方面的研究是十分必要的。 &&&&&&2泡沫型温拌沥青混合料的材料组成与制备工艺 &&&&&&2.1泡沫型温拌沥青混合料的材料组成 在制备泡沫型温拌沥青混合料时，沥青结合料采用由2种不同硬度的沥青制备的温拌沥青，矿料仍为一般矿料。制备温拌沥青混合料的关键在于硬沥青的加入形式，一般有3种加入形式，即乳化沥青、泡沫沥青及粉末沥青。由于各种原因 ，目前大多将硬沥青以泡沫沥青的形式制作温拌沥青。在配制温拌沥青之前，应分别选用2种不同硬度的沥青，要求如下。 (1)软沥青。25℃的针入度较大，使其能在100℃时具有一定的流动性，从而便于与矿料拌和均匀，能够裹覆住矿料。 (2)硬沥青。它是以泡沫沥青的形式加入的，根据路面的需求，硬沥青在25℃时的针入度应在(10～100) 0.1mm之间。 此外，在配制泡沫型温拌沥青时，要根据它的针入度来确定软沥青和硬沥青的混合比率。如果需要的话，沥青结合料中还可以加入抗剥落剂，以减少水损害的产生[7]。 &&&&&&2.2泡沫型温拌沥青混合料的制备工艺 在制备泡沫型温拌沥青混合料时，首先是在100℃左右的条件下将软沥青与矿料拌和，初步地裹覆矿料，矿料的加热温度在100℃~120℃左右。然后加入泡沫沥青在90℃～120℃进行充分拌和，制备工艺如图1所示。至于泡沫型温拌沥青混合料的矿料级配、混合料的配合比设计、拌和设备等可以完全参照热拌沥青混合料的相关方法与规定[7]。近年来，泡沫沥青作为稳定剂和再生剂已经被广泛地应用于基层稳定和冷再生技术，而且由于泡沫沥青施工和易性良好、性能可靠，其应用范围也越来越广泛，而且已经应用到目前备受关注的温拌沥青混合料生产过程中。&&&&&&1泡沫沥青温拌技术国内外发展现状 &&&&&&1998年，英国Shell(壳牌)国际石油有限公司和挪威Kolo-Veidekke公司共同开发了一种两阶段法生产温拌沥青混合料的技术，这种技术被称为泡沫沥青温拌混合料，并于1999年铺筑了试验路与热拌沥青混合料进行了现场对比试验，经过1年的跟踪观测，路面使用性能良好[1]。 这种温拌料的生产需要2种类型的沥青，一种软沥青和一种硬质泡沫状沥青，在拌和的不同阶段将它们分别加入到混合料中。在*阶段，将温度为100℃～120℃的软沥青与加热后的集料注入搅拌罐中，搅拌几分钟后以达到良好的裹覆。在第二阶段，将硬沥青通过泡沫机泡沫化后加入到预裹覆的集料中。硬沥青发泡后，体积临时增长15~20倍，且其黏度明显降低，非常有效地黏附在已经被软沥青包裹了的集料上。这样，软沥青和泡沫化的硬沥青都起到降低结合料黏度的作用从而实现混合料良好的工作性。相应于传统的热拌沥青混合料，这种温拌料的拌和温度只有100℃~120℃，摊铺温度可以下降到80℃左右，同时具备更长的使用寿命。这不仅大大减少了能源的消耗，更有利于减少温室气体的排放，以及减少烟雾和刺激气味的形成，有效地改善了工人的操作环境。制备这种温拌料的关键在于必须选择合适的软、硬沥青种类以及二者的比例，以满足混合料相应的路用性能要求。另外，在*阶段必须保证矿料干燥，防止水分存在于矿料表面，必要时可掺加抗剥落剂以增强抗水损害能力[2]。自2003年以来，这种温拌料在欧洲得到了广泛应用，铺筑了大量的试验路。2006年，意大利Speed Firenze-Pisa-Livorno高速公路上的试验段就使用了该技术，获得了令人满意的结果&&比传统沥青具有更低的温度敏感性，比相应的热沥青具有更强的抗疲劳性能；从路面损坏角度看，预期比传统沥青有更长的寿命，沥青和混合料的劲度随时间而增强。对拌和厂和施工现场的污染物测量结果显示，与热拌料相比，减少了40%的CO2、70%的NOx及70%的粉尘排放量[3] [4]。 美国专利[5][2]也介绍了泡沫温拌沥青混合料技术，该技术将石料加热到120℃后加入软质沥青(100℃黏度小于0.3Pa&s)，拌和均匀后再将硬质沥青(25℃针入度小于10 mm)发泡后喷入。这种技术可节约40～60%的能量消耗，降低60～70%的CO2排放量。为进一步降低拌和温度，Jenkins[6][2]开发出采用泡沫沥青制备半温沥青混合料(Half-Warm Asphalt Mix)技术。这种技术拌和温度控制在100℃以下，沥青结合料全部采用泡沫形式加入。试验结果表明，采用针入度为8 mm(25℃)的沥青进行发泡后在101℃与石料拌和，发现沥青可较好地包裹石料，同时在89℃条件下成型马歇尔试件，其空隙率可达到4.0%的要求。这种半温沥青混合料的疲劳寿命与热拌沥青混合料基本相当，但其抗剪强度相对较小。 为了满足满足重交通荷载的要求，对改性沥青发泡用于生产泡沫改性沥青温拌混合料受到了人们的高度关注。 目前，中国对泡沫沥青的研究还多集中在将其作为稳定剂和再生剂应用于基层稳定和冷再生方面，而利用泡沫沥青制备温拌沥青混合料的相关研究很少，应用就更不多见。因此，进行泡沫型温拌沥青混合料方面的研究是十分必要的。 &&&&&&2泡沫型温拌沥青混合料的材料组成与制备工艺 &&&&&&2.1泡沫型温拌沥青混合料的材料组成 在制备泡沫型温拌沥青混合料时，沥青结合料采用由2种不同硬度的沥青制备的温拌沥青，矿料仍为一般矿料。制备温拌沥青混合料的关键在于硬沥青的加入形式，一般有3种加入形式，即乳化沥青、泡沫沥青及粉末沥青。由于各种原因 ，目前大多将硬沥青以泡沫沥青的形式制作温拌沥青。在配制温拌沥青之前，应分别选用2种不同硬度的沥青，要求如下。 (1)软沥青。25℃的针入度较大，使其能在100℃时具有一定的流动性，从而便于与矿料拌和均匀，能够裹覆住矿料。 (2)硬沥青。它是以泡沫沥青的形式加入的，根据路面的需求，硬沥青在25℃时的针入度应在(10～100) 0.1mm之间。 此外，在配制泡沫型温拌沥青时，要根据它的针入度来确定软沥青和硬沥青的混合比率。如果需要的话，沥青结合料中还可以加入抗剥落剂，以减少水损害的产生[7]。 &&&&&&2.2泡沫型温拌沥青混合料的制备工艺 在制备泡沫型温拌沥青混合料时，首先是在100℃左右的条件下将软沥青与矿料拌和，初步地裹覆矿料，矿料的加热温度在100℃~120℃左右。然后加入泡沫沥青在90℃～120℃进行充分拌和，制备工艺如图1所示。至于泡沫型温拌沥青混合料的矿料级配、混合料的配合比设计、拌和设备等可以完全参照热拌沥青混合料的相关方法与规定[7]。
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