泡沫瀝青溫拌混合料的室內試驗

楊向陽，胡 林

(中交西安筑路機械公司，陜西，西安 710200)

0 引 言

在全球溫室效應逐步加重、能源又日益緊缺的大背景下，路面建設領域需要向節能環保的方向發展，于是溫拌瀝青混合料技術應運而生。根據不同的瀝青降黏原理，溫拌瀝青混合料技術可以分為三大類：第一類是采用發泡技術使瀝青發泡，降低瀝青黏度；第二類是采用Sasobit等有機降黏劑來降低瀝青黏度，第三類是采用Evotherm等表面活性溫拌劑降低瀝青施工黏度[1-2]。其中，采用發泡瀝青的混合料溫拌技術，由于無需額外添加溫拌劑，更具有節能減排與經濟成本上的優勢。

泡沫瀝青溫拌技術是利用瀝青發泡裝置將一定比例的水注入高溫瀝青中，水吸收瀝青熱量后變成水蒸汽，水蒸汽裹覆在高溫瀝青中使其體積迅速膨脹，形成泡沫瀝青，從而與物料進行拌合形成瀝青混合料。通過該技術可使瀝青的黏度降低，和易性增加，在溫度低于常規熱拌瀝青混合料20 ℃～30 ℃的條件下完成拌合，同時使溫拌瀝青混合料的各項路用性能不受影響[3]。

由于溫拌技術在環保節能方面有著顯著優勢，所以施工設備生產企業設計生產泡沫瀝青發泡裝置對瀝青溫拌技術進行試驗研究，從而提出并改進瀝青發泡設備的性能參數，優化瀝青發泡工藝，解決溫拌泡沫瀝青混合料的生產和施工環節的關鍵技術，推動溫拌瀝青路面施工技術及裝備的發展，獲得良好的經濟效益和社會效益。

1 生產設備

溫拌瀝青混合料生產采用4000型間歇式瀝青攪拌設備，瀝青發泡裝置與攪拌設備的瀝青噴灑管串聯安裝，與瀝青噴灑泵聯動，以噴嘴注入氣泡水的形式實現瀝青發泡過程。當瀝青噴灑泵轉動并開始噴灑瀝青的時候，瀝青發泡裝置供水系統同步工作，使一定比例的水通過多管噴水系統與高溫瀝青在發泡腔內充分混合形成泡沫瀝青。因泡沫瀝青和易性好，注入攪拌鍋后，可以在較低溫度下與集料充分混合，進而將瀝青混合料出料溫度降低20 ℃～30 ℃[4-6]。這樣既節省了燃料，也避免了瀝青混合料在生產過程中產生藍煙，達到節能環保的目的。

2 溫拌瀝青混合料生產過程

在本文的應用試驗研究中，泡沫瀝青混合料的生產配合比采用Super13，集料為石灰巖，瀝青為70#基質瀝青。瀝青的密度為1.050 2 g·cm-3，25 ℃針入度為69(0.1 mm)，軟化點為46.7 ℃。Super13混合料的油石比為5.06%。溫拌泡沫瀝青混合料的生產級配見表1。

表1 Super13溫拌泡沫瀝青混合料級配

在生產熱拌和溫拌瀝青混合料時，攪拌設備對瀝青加熱溫度均為160 ℃左右；在溫拌時干燥筒中石料的加熱溫度可比熱拌降低40 ℃左右，石料溫度在140 ℃左右即可正常生產；在泡沫瀝青生產過程中多管噴射系統的噴嘴全部打開，水的添加量是瀝青用量的2%。對瀝青混合料的生產過程進行觀察，當形成的泡沫瀝青與集料充分混合后，溫拌泡沫瀝青混合料與普通熱拌瀝青混合料無明顯區別，大小礦料顆粒表面均裹覆瀝青膜，無白花料，如圖1、2所示。

圖1 4000型間歇式瀝青攪拌設備生產的溫拌泡沫瀝青混合料

圖2 溫拌瀝青混合料

現場實測泡沫瀝青混合料的出料溫度在110 ℃～130 ℃，相比普通熱拌混合料降低了30 ℃～40 ℃，如圖3所示。在整個溫拌瀝青混合料的生產過程中無明顯瀝青煙氣產生，空氣質量良好，如圖4所示。

圖3 溫拌泡沫瀝青混合料的溫度

圖4 溫拌泡沫瀝青混合料放料

3 溫拌泡沫瀝青混合料試驗

對生產得到的泡沫瀝青混合料進行現場取樣，并放置于實驗室保溫2 h。在130 ℃下按照旋轉壓實成型的方法制作試件，初步研究泡沫瀝青混合料的性能與體積參數[7-8]。

3.1 溫拌泡沫瀝青混合料理論最大相對密度試驗

溫拌泡沫瀝青混合料的理論最大相對密度計算公式為

(1)

式中：γt為瀝青混合料理論最大相對密度；ma為干燥瀝青混合料試樣的空中質量(g)；m1為負壓容器在25 ℃水中的質量(g)；m2為負壓容器與瀝青混合料在25 ℃水中的質量(g)。

3.2 瀝青混合料試件密度試驗

計算試件的毛體積相對密度公式為

(2)

式中：γf為試件的毛體積相對密度；mw為試件的水中質量(g)；mf為試件的表干質量(g)。

3.3 溫拌泡沫瀝青混合料的旋轉壓實試驗

采用旋轉壓實儀將溫拌泡沫瀝青混合料制作成試件。本項目采用Troxler5850型旋轉壓實儀，旋轉壓實儀能夠準確地對不同類型壓路機的壓實現場進行模擬。旋轉壓實儀如圖5所示。

圖5 溫拌泡沫瀝青混合料的旋轉壓實試驗

Super13泡沫瀝青混合料旋轉壓實試驗在130 ℃條件下進行，試驗結果見表2。

由表2中的試驗數據可知，旋轉壓實試件的空隙率在4.7%～5.1%，達到了設計空隙率要求。

表2 溫拌泡沫瀝青混合料旋轉壓實試驗結果

4 溫拌泡沫瀝青混合料的試驗段施工

對運輸至施工現場的溫拌瀝青混合料溫度進行實地測量，攤鋪前混合料溫度為110 ℃～120 ℃，碾壓后測量溫度不低于80 ℃，碾壓時溫拌瀝青混合料易于壓實。施工現場料車放料時和攤鋪后均無瀝青煙霧，環保效果顯著，污染程度遠小于熱拌混合料。試驗段施工現場如圖6、7所示。

圖6 卸料現場

圖7 攤鋪現場

圖8 試驗段檢測現場

該試驗段采用4 cm厚的Super13泡沫瀝青混合料，在施工現場進行路面滲水試驗，結果表明路表滲水系數小于70 mL·min-1，滿足路面施工技術規范驗收指標要求，檢測現場如圖8所示。

施工結束后，在試驗路段不同位置進行鉆芯取樣，如圖9、10所示。經觀察可知，混合料壓實效果較好，無明顯空隙。

圖9 試驗段鉆芯取樣

圖10 試驗段芯樣

對鉆芯取樣試件進行樣品體積指標測試，結果如表3所示，可知壓實度滿足施工規范要求。

表3 泡沫溫拌瀝青混合料試驗段鉆芯取樣體積指標

5 結 語

通過現場試驗、實驗室試驗及試驗段施工試驗，

可以得出以下結論。

(1)在泡沫瀝青混合料的生產過程中，溫拌瀝青混合料的生產溫度在120 ℃～140 ℃，比常規熱拌瀝青混合料低20 ℃～40 ℃，溫拌瀝青混合料瀝青裹覆效果良好，無白花料現象；實際施工過程中，攤鋪前混合料溫度實測為110 ℃～120 ℃，施工現場無瀝青煙霧，環保效果明顯。

(2)室內旋轉壓實試驗進一步驗證了在130 ℃條件下泡沫瀝青混合料的空隙率滿足要求，旋轉壓實效果較好。

(3)試驗段鉆芯取樣和路面滲水試驗表明，壓實度、空隙率和路表滲水系數均滿足施工技術規范指標要求。

參考文獻：

[1] 劉志學.溫拌瀝青混合料應用[J].交通世界:建養·機械，2012(7)：263-264.

[2] 張和義.泡沫瀝青發泡特性的試驗研究[J].內蒙古公路與運輸，2011(6):7-9.

[3] 楊小娟，李淑明，史保華.溫拌瀝青混合料的技術與應用分析[J].石油瀝青，2007，21(4)：58-61.

[4] 郭 平,祁 峰,彌海晨.溫拌瀝青混合料的路用性能[J].長安大學學報:自然科學版,2010，30(3):10-13.

[5] 張 鎮,劉黎萍,湯 文.Evotherm溫拌瀝青混合料性能研究[J].建筑材料學報,2009,12(4):438-441.

[6] 周 燕,陳拴發,鄭木蓮,等.溫拌瀝青混合料拌合壓實特性研究[J].武漢理工大學學報,2010，32(1):61-64.

[7] 徐世法,羅曉輝,孫中閣.SBS改性乳化瀝青溫拌混合料路用性能評價研究[J].北京建筑工程學院學報,2008,24(2):25-29.

[8] 程 玲,閆國杰,陳德珍,等.溫拌瀝青混合料攤鋪節能減排效果的定量化研究[J].環境工程學報,2010,4(9):2151-2155.