SBS温拌混合料

SBS温拌混合料（精选7篇）

SBS温拌混合料 篇1

在倡导资源节约理念的今天, 温拌沥青混合料凭借其节能环保并能在低温下施工的优势在道路建设中得到广泛应用。但由于温拌混合料技术是一项新技术, 目前国内外对其拌和与压实温度的确定方法没有统一的标准, 温拌沥青混合料在降温幅度的确定方法上存在着较大的差异, 因此如何确定温拌混合料合理的压实温度, 使其既能保证温拌沥青混合料的路用性能, 又能起到降温节能的效果, 是目前工程应用中的关注点。

本文以基于乳化技术平台的温拌SBS改性沥青混合料为研究对象, 通过沥青黏温曲线与沥青混合料等体积法确定了混合料的压实温度, 对2种方法确定出的降温幅度及其合理性进行了分析探讨, 最后选取合理的成型温度, 通过室内试验对温拌混合料的路用性能进行了评价。

1 原材料

试验所用沥青为SBS改性沥青, 其性能指标满足聚合物改性沥青I-D的技术要求;温拌剂采用EvothermTM-DAT浓缩液 (以下简称DAT) , 温拌剂与沥青之比为10:90;粗细集料均为石灰岩, 其技术指标满足文献[1]的技术要求。

2 利用黏温曲线确定温拌混合料降温幅度

2.1 试样制备

首先将原样改性沥青在160℃烘箱中加热化样, 然后在电磁炉上边加热边缓慢加入温拌剂, 同时进行搅拌使其均匀分散在沥青之中。DAT加入沥青时由于水的蒸发, 会形成泡沫沥青, 需经长时间搅拌待气泡消失后进行浇样, 并注意安全防护。

2.2 沥青试验与结果

根据沥青黏度-温度曲线确定温拌沥青混合料相对于热拌混合料的施工温度降幅, 本文首先对原样改性沥青与掺DAT的沥青在不同温度下的黏度进行试验。试验方法参照我国现行规范[2], 试验结果见图1。

由图1可知, 温拌SBS改性沥青在不同温度下的黏度要低于原样沥青, 这说明温拌剂的加入增加了改性沥青的流动性, 有利于降低混合料的拌和压实温度, 结合图1并参照试验规程计算2种沥青的拌和与压实温度, 见图2。

由图2可知, 相对于热拌沥青混合料, 添加DAT的温拌混合料的拌和与压实温度有所降低, 但其降温幅度并不大, 拌和温度和压实温度最高分别降低16℃和14℃, 降温幅度远低于厂商的建议值 (30~60℃) [3]。较小的温度降幅不仅增加工程成本, 而且没有达到节能降耗与减轻材料老化的要求。这说明对于掺DAT的温拌改性沥青混合料, 采用沥青黏度-温度曲线确定温拌混合料相对降幅是不适用的。

3 根据旋转压实试件等体积原则确定温拌混合料压实温度

3.1 温拌混合料配合比设计

本文采用马歇尔设计法进行热拌沥青混合料设计, 级配类型为AC-20C, 经设计确定最佳沥青含量为4.3%, 热拌沥青混合料压实温度为165℃, 温拌沥青混合料采用相同的配比, 级配设计结果见表1。

3.2 温拌沥青混合料的拌和与养生

温拌沥青混合料的拌和顺序为集料—沥青—添加剂—矿粉, 集料加热温度一般比出料温度高10~30℃, 本文取20℃。拌和过程为:先将加热好的集料进行干拌, 然后用拌和铲将集料拉出一斜面, 倒入热沥青后将温拌剂倒在沥青上, 避免温拌剂洒在集料上, 开始搅拌 (一般为90 s) ;搅拌完成后加入矿粉再搅拌至均匀 (一般为90 s) , 将拌和均匀的温拌沥青混合料放入烘箱中养生2 h后进行压实, 建议烘箱温度高出压实成型温度5℃以弥补温度损耗。

3.3 温拌混合料压实温度确定

试验发现, 在约140℃下的温拌沥青混合料处于一种黏稠状态, 这种性状的混合料显然需要采用加载条件下具有一定揉搓作用的压实仪才能达到较好的压实效果, DAT温拌沥青混合料宜采用旋转压实仪 (SGC) 成型试件, 相关研究亦指出等体积法 (旋转压实成型) 更适合温拌沥青混合料的配比设计[4]。

鉴于此, 本文采用旋转压实等体积法确定温拌沥青混合料最佳成型温度。首先选用旋转压实仪 (SGC) 成型热拌沥青混合料试件 (热拌旋转压实试件成型温度为165℃, 其空隙率为3.9%) ;然后成型不同温度条件下的温拌沥青混合料试件并测试其体积指标;最后以热拌沥青混合料试件空隙率 (3.9%) 为控制指标, 将不同温度下成型的温拌试件的空隙率与热拌试件的空隙率进行对比得出温拌混合料最佳成型温度及降温幅度, 结果见图3。

由图3可知, 温拌沥青混合料的空隙率随着压实温度的升高而降低, 并且曲线趋于平缓, 空隙率降低幅度逐渐变小。当温拌混合料在130℃时, 温拌试件空隙率与热拌试件基本相同 (均为3.9%) , 达到了以热拌沥青混合料空隙率为控制指标来确定温拌沥青混合料合理成型温度的目的, 因此由旋转压实等体积法确定出的温拌混合料最佳成型温度为130℃, 其降温效果达到35℃, 起到了明显的节能降耗效果。

4 温拌沥青混合料路用性能验证

为检验温拌沥青混合料的路用性能, 本文以旋转压实试件等体积原则确定的成型温度130℃为准, 成型温拌沥青混合料试件, 参照我国试验规程[5,6]分别进行高温车辙试验、低温弯曲试验、冻融劈裂试验, 并利用汉堡试验进一步评价其水稳定性能, 汉堡试验参照AASHTO T324-04试验方法进行, 试验对比结果见表2、表3。

由表3可知, 温拌沥青混合料的动稳定度有所降低, 但仍满足规范要求, 相关文献分析认为[6], 温拌过程使胶结料的老化程度减轻, 从而使温拌沥青混合料的柔性要比热拌沥青混合料的大, 因此温拌沥青混合料试件轮辗深度偏大。冻融循环残留强度比值与低温小梁破坏应变略大于热拌混合料, 这说明WMA的水稳定性能与低温抗裂性能得到提升。

由表3可看出, 温拌沥青混合料试件与热拌沥青混合料试件均未出现变形拐点, 这说明WMA具有良好的水稳定性能。同时, WMA试件在碾压1万次时的最大轮辙变形不超过4 mm, 碾压2万次时最大变形不超过5 mm, 均能远远满足得克萨斯州的汉堡试验要求 (见表4) , 并且不超过NCAT的轮辗深度建议值 (1万次不超4 mm, 2万次不超过10 mm) , 这进一步说明WMA具有良好的抗车辙性能。

5 结论

(1) 添加DAT的改性沥青的黏度低于原样改性沥青, 说明在相同温度下, 温拌沥青具有更好的流动性, 有利于降低混合料的拌和与压实温度。

(2) 黏温曲线确定温拌混合料降温幅度是不合理的, 根据黏温曲线确定的DAT-WMA的降温幅度较小, 不超过20℃, 而根据旋转压实等体积法得到的混合料压实温度降幅可达35℃, 而其路用性能与热拌混合料相当。

(3) 温拌沥青混合料低温性能与水稳定性能得到显著改善, 高温稳定性能略有降低, 但均满足规范要求。

(4) 有必要铺筑试验段, 进一步验证在降温大于30℃的情况下, 温拌改性沥青混合料路面的施工质量, 为温拌路面施工提供更准确的参考。

摘要：文章分别采用黏温曲线与旋转压实等体积法确定了温拌SBS沥青混合料的压实温度, 并通过室内试验对等体积法成型的温拌沥青混合料进行了性能评价。试验结果表明:利用沥青黏温曲线预估的碾压温度降幅较小, 仅为16℃, 而利用旋转压实等体积法确定出的温拌SBS沥青混合料的降温幅度达35℃, 并且其路用性能与热拌SBS沥青混合料相当。

关键词：SBS温拌混合料,黏温曲线,等体积法,旋转压实,成型温度,路用性能

参考文献

[1]JTG F40—2004公路沥青路面施工技术规范[S].

[2]JTG E20—2011公路工程沥青及沥青混合试验规程[S].

[3]美德维斯维克 (中国) 公司.Evotherm温拌工程项目现场实施与应用指南[R], 2010.

[4]JTG E20—2011公路工程沥青及沥青混合试验规程[S].

[5]郭平, 祁峰, 弥海晨.温拌沥青混合料的路用性能[J].长安大学学报 (自然科学版) , 2010 (3) :1-17.

[6]谭巍, 唐江, 谭昆华.EC-120温拌改性沥青混合料路用性能及压实特性研究[J].公路交通技术, 2012 (4) :33-36.

[7]陈伟, 王林, 胡宗文.温拌SBS沥青混合料成型温度确定及水稳定性研究[J].公路, 2012 (3) :123-127.

SBS温拌混合料 篇2

温拌沥青混合料(WMA)是指介于热拌沥青混合料和常温拌合混合料之间的沥青混合料拌合。在同样原材料条件下,温拌拌合温度和压实温度一般比热拌低10～60℃[1]。其核心是采用物理或化学手段,增加沥青混合料的施工操作性。混合料成型后,物理或化学添加剂不应对路面使用性能构成负面影响[2,3,4]。在2000年的Eurobitume/Euroasphalt国际会议上,Shell和Kolo-veidekke第一次提出了温拌沥青混合料技术。随后,日本、欧洲和美国开始大量使用该技术。

2011年10月,在美国密苏里州River Bend地区,实施了10英里温拌无纤维的SMA混合料试验路。采用了橡胶改性沥青,性能等级为PG76—22。混合料的目标空隙率为4%,胶结料的含量为6.4%。混合料的摊铺温度为116—127℃,现场实测路面压实度超过95%。

但是,与工程中常用的SBS改性沥青相比,上述案例所采用的橡胶改性沥青的黏度明显大于前者,因此,有必要研究温拌无纤维SBS改性沥青SMA混合料的高温性能。

1 试验材料

1.1 沥青混合料温拌剂

目前,温拌沥青混合料有4种不同的实现方式,分别为:沥青-矿料法(Aspha-Min)、温拌泡沫沥青混合料(WAM-Foam)、有机添加剂法和基于乳化平台(表面活性类)的温拌沥青混合料。采用已经广泛应用的基于乳化平台的Evotherm 温拌剂。

1.2 沥青

采用浙江嘉悦石化有限公司SBS改性沥青,技术指标的试验结果见表1。试验结果符合《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40—2004)“聚合物改性沥青技术要求”的相关规定。

1.3 集料

采用南京盘晶矿业有限公司玄武岩粗集料和石灰岩细集料。全部技术指标符合《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40—2004)高速、一级公路“沥青混合料用集料质量要求”。

1.4 填料

填料采用南京山宝云石物料有限公司路料分公司石灰石矿粉。全部技术指标符合《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40—2004)“沥青混合料用矿粉质量要求”。

1.5 矿料级配

经试配SMA—13型沥青混合料目标配合比矿料级配采用10～15 mm碎石:5～10 mm碎石:3～5 mm碎石:0～3 mm石屑:矿粉=40∶35∶0∶16∶9。其合成配合比见表2。合成级配符合《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40—2004)要求。

2 混合料性能评价

2.1 析漏试验

按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTG E20—2011)试验方法进行温拌无纤维SMA—13混合料析漏试验,试验温度140 ℃。混合料的沥青用量为5.8%、5.5%、5.2%。试验结果见表3。

可见,3种油石比的温拌无纤维SMA—13混合料析漏率均满足《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40—2004)“SMA混合料马歇尔试验配合比设计技术要求”中谢伦堡沥青析漏试验的结合料损失不大于0.1%的要求。结果表明,温拌剂能够降低混合料的施工温度,在较低碾压温度下,无纤维的SMA混合料不会出现泛油现象。

2.2 车辙试验

我国《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》 (JTG E20—2011)规定取试验时间45～60 min的平均变形作为计算依据,其计算按照式(1)计算得出:

$DS=\frac{(t{}_2-t{}_1)\times {\rm N}}{d{}_2-d{}_1}C{}_{1}C{}_2(1)$

式(1)中:DS为沥青混合料的动稳定度(次/mm);d1为荷载轮作用时间t1(通常为45 min)的变形量(mm);d2为荷载轮作用时间t2(通常为60 min)的变形量(mm);C1为试验机类型系数,曲柄连杆驱动加载轮往返运行方式为1.0;C2为试件系数,试验室制备宽300 mm的试件为1.0;N为试验轮往返碾压速度,通常为42次/min。

普遍认为,利用动稳定度评价沥青混凝土的抗车辙性能时,试验总时间内的累计变形和动稳定度有一定的差异存在,而且动稳定度的计算没有考虑试验时间的前45 min的情况,而且当动稳定度超过一定的值后,误差也将会很大。因此提出了一个和能量相关的概念来评价沥青混合料的抗车辙性能。用横坐标、横坐标上的20 min和60 min对应的位移值、车辙曲线围成的闭合区域的面积(如图1阴影部分所示)大小来衡量沥青混合料的抗车辙性能,并把这部分面积定义为位移能量指数(Displacement Energy Index)如图1所示。之所以选择以20 min为起点是因为沥青混合料在开始碾压的过程中存在再压密现象,并且20 min后消除了车辙变形量急剧变化阶段。

试验温度为60 ℃,采用表2的级配,沥青用量为5.8%、5.5%、5.2%和4.9%。为便于比较,同时进行了5.8%沥青用量的常规热拌掺加纤维的SMA—13混合料的车辙试验。试验结果见表4。

试验结果表明,沥青用量对温拌无纤维SMA混合料的高温抗变形性能影响显著,随着沥青用量的降低,车辙深度逐渐减小,动稳定度逐渐增加,位移能量指数逐渐减小;5.5%沥青用量的温拌无纤维SMA混合料的高温抗变形性能与5.8%的热拌掺加纤维的SMA—13混合料的高温抗变形性能相当。因此,与常规热拌添加纤维的SBS改性沥青SMA混合料相比,对于温拌无纤维SBS改性沥青SMA混合料,需要降低0.3%～0.5%的沥青含量,以提高混合料的高温抗变形性能。

3 结语

温拌无纤维SMA混合料能够既节约材料,又能够减低拌和温度,是一种绿色环保材料。通过析漏试验和车辙试验评价了温拌无纤维SMA混合料的力学性能。主要结论如下:

温拌剂仅降低混合料的施工温度,在较低碾压温度下,无纤维的SMA混合料不会出现泛油现象。但是,在路面使用温度(60 ℃)下,由于未添加纤维,混合料的高温抗变形性能较差。因此,与常规热拌添加纤维的SBS改性沥青SMA混合料相比,对于温拌无纤维SBS改性沥青SMA混合料,需要降低0.3%～0.5%的沥青含量,以提高混合料的高温抗变形性能。

摘要：温拌无纤维SMA混合料是一种绿色环保材料。通过析漏试验和车辙试验评价了温拌无纤维SBS改性沥青SMA混合料的力学性能。结果表明,温拌剂仅降低混合料的施工温度。在较低碾压温度下,无纤维的SMA混合料不会出现泛油现象。但是,在路面使用温度下,由于未添加纤维,混合料的高温抗变形性能较差。因此,与常规热拌添加纤维的SBS改性沥青SMA混合料相比,对于温拌无纤维SBS改性沥青SMA混合料,需要降低0.3%～0.5%的沥青用量,以提高混合料的高温抗变形性能。

关键词：道路工程,沥青混合料,温拌,SMA,无纤维

参考文献

[1]秦永春,黄颂昌,徐剑,等.温拌沥青混合料技术及最新研究.石油沥青,2006;20(4):18—21

[2]张永明,宋晓燕,王婷,等.温拌沥青混合料超薄罩面在道路养护中的应用技术.公路,2011;(1):223—226

[3]秦永春,黄颂昌,徐剑,等.温拌沥青混合料节能减排效果的测试与分析.公路交通科技,2009;26(8):33—37

浅析沥青混合料温拌技术 篇3

1 泡沫沥青温拌法

1.1 泡沫沥青的生产原理及特性

泡沫沥青是沥青发泡后的产物,又叫膨胀沥青。 沥青发泡的基本过程可以如图1所示,通过管道将沥青加热一定的温度(140 ℃以上)后,在管道上方通过一个喷气嘴以一定的压力将沥青喷入发泡腔内,同时将适量的水和压缩空气通过另外的喷嘴以一定的压力也喷入发泡腔内,两者在发泡腔中充分接触时,发生反应,由于沥青温度过高,水分会迅速蒸发,导致爆发般地产生大量水蒸气,并在发泡腔内急剧膨胀,从而使沥青产生爆炸泡沫,产生大量的沥青泡沫,体积膨胀增加数倍,这时沥青物理性质即粘度就会降低,这种状态下的沥青就能够很好的与冷湿混合料进行均匀拌合[3]。

泡沫沥青比普通沥青粘度低,和易性增加可以在较低的温度下充分裹覆集料,从而可以达到降低沥青混合料的拌和温度,达到温拌沥青的效果,实现泡沫沥青温拌混合料生产。

1.2 泡沫沥青温拌法的优势

通过两种不同型号的沥青混合料AC-20型25%RAP再生沥青混合料和AC-13型SBS改性沥青混合料,进行两种不同拌合技术的对比,即泡沫沥青温拌技术和普通热拌技术,结果如表1所示。

从表1就可以看出泡沫沥青温拌的优势主要体现在:相比于普通热拌沥青而言,泡沫温拌沥青可以有效的降低拌合温度,比普通沥青的拌合温度低25～30 ℃左右,从而可以有效的降低生产过程中的能源消耗,节能率可以达到33%左右。降低了施工成本,同时也提高了生产效率,减轻了沥青的老化程度提高了沥青的性能。

2 乳化沥青温拌法

2.1 乳化沥青生产原理及其工艺

乳化沥青是由两种互不相溶的物质——沥青和水组成的混合物。其生产工艺如图2所示,它是由沥青热融后,经高速机械剪切后,以细小的微粒状态分散于含有乳化剂-稳定剂的水溶液中,得到的一种水包油型的沥青乳液。

乳化温拌沥青是指以乳化沥青为基料,在沥青混合料拌合过程中,添加一种表面活性类添加剂,在表面活性类添加剂和水的共同作用下,沥青内部形成水膜润滑结构,显著提高了混合料的和易性。

2.2 乳化温拌沥青的优势

乳化温拌沥青与普通的热拌沥青混合料(HMA)除了路用性能基本一致以外还有以下的一些优点[4]:

1)节约能源,有资料显示乳化温拌沥青的拌合温度比普通热拌合沥青降低了15～30 ℃。

2)保护环境,保障健康,减少有害气体对人体的危害:较低的拌和及摊铺温度,会大量减少烟熏及其他有害物,极大的减轻混合料生产过程中对人体造成的危害,维护了施工人员的身体健康。

3)较低的生产设备损耗, 由于生产温度的降低, 混合料生产过程中对钢铁制的生产设备的损耗也相应降低, 可以延长设备使用期, 降低成本。

4)利于施工组织, 拌合时低排放有利于搅拌场的设置, 同时, 运输距离缩短,使得原来只能在郊区的拌合站搬到了对环境要求不是太高的市区,缩短了运距,节约了成本。

3 有机降黏温拌技术

有机添加剂温拌技术指往沥青或沥青混合料中添加有机化学添加剂,这些化学添加剂的熔点通常都比基质沥青的最低黏性流动温度要高,结果就是提高了沥青在60 ℃时的黏度,降低了沥青在135 ℃时的黏度[5]。因此,可以通过这个性质在高温拌和时降低沥青黏度,提高沥青和易性,使其能与集料拌合均匀,并提高其高温性能。目前普遍采用的都是低熔点降粘剂,一旦温度达到降粘剂的熔点,降粘剂融化变成液体与沥青能够很好的相容,从而能降低沥青的粘度,进而降低施工的拌合温度。目前国内工程中使用较多的改性剂是低熔点型的降粘剂,这种低熔点降粘型改性剂有关产品有:

1)硫磺改性剂

硫磺改性沥青技术早在20世纪70年代就在美国、加拿大等国得到了广泛应用,其代表产品为壳牌专利产品硫磺改性沥青混合料改性剂(SEAM)。SEAM是Sulphur Extended Asphalt Modifier的简称,主要成分是在硫磺里面添加了烟雾抑制剂和增塑剂等成分制成的半球状黑褐色固体颗粒,可以在常温下储运。SEAM可以作为粘结料,可以替代普通沥青混合料中18%～26%的沥青,同时由于该添加剂熔点较低只有115 ℃,可在熔解后完全溶于沥青,并显著降低其粘度,改善混合料高温稳定性,使得沥青混合料的生产温度和压实温度降低20～30 ℃,增强了道路结构的承载能力,因此在我国具有推广应用的价值[6] 。

2)Sasobit改性剂

Sasobit(沙索必德)是一种新型聚烯烃类改性剂,由德国Sasol-Wax公司于1997年研发。这种Sasobit改性剂的熔点约为115 ℃,所以这种改性剂在加热条件下,仅需简单机械搅拌即可稳定地分散于沥青之中,克服了传统沥青改性剂易离析、施工和易性差的缺点,同时,它还能改善沥青的高温性能、降低拌和及施工温度,有效延长路面的使用寿命、降低造价,是具有优良综合效益的改性剂。 Sasobit外观呈现白色或者淡黄色的固体小颗粒,如图3所示,其化学组分为合成的长链饱和碳氢化合物,目前Sasobit已被世界各地广泛接受,主要用于公路、桥梁和机场跑道的建设。

(3)Asphaltan-B 改性剂

Asphaltan-B是德国Romonta-GmbH,Amsdorf公司的产品,通常颗粒状存放。性能上与Sasobit比较类似,是褐煤蜡与高分子烃的混合物。Romonta公司建议加入AsphaltanB的参量是沥青沥青混合料的2%～4%。它既可以直接加到沥青拌合机中,也可以直接加入到沥青中[7]。Asphaltan B的熔点与Sasobit相近。性能与Sasobit相似,可以降低生产温度。通过研究表明,加入一定量的Asphaltan-B后,其压实性和抗车辙能力也会提高。

4)EC120温拌剂[8]

EC120温拌剂是深圳海川工程科技有限公司开发的有机降粘型温拌剂,其结构为长链脂肪族化合物,熔点在94～114 ℃之间,外观形貌为片粒状固体。EC120的掺加量为沥青的3.5%～5%左右,相当于每吨混合料中加入量为1.8～2.5 kg,使用时无需对生产设备进行任何改动。使用EC120温拌剂,可使混合料的拌合温度下降30 ℃左右。EC120温拌剂已被应用于国内多条路面的铺筑,如安徽合肥市亳州路,湖南常吉高速,江西武吉高速等。经实际检测,沥青混合料及铺筑路面的性能均符合JTGF40—2004《公路沥青路面施工技术规范》的要求。

目前国内采用较多的是乳化沥青温拌法和有机降黏温拌法,即在沥青混合料拌和时添加Evotherm温拌剂或者Sasobit温拌剂来实现温拌,但是温拌剂的添加提高了沥青混合料的生产成本,并且温拌沥青混合料在低温时的强度会明显的下降,对沥青的性能有着不同程度的影响。同时泡沫温拌沥青技术中需要加入一定量的水,就必须对生产设备进行一定的调整,使得生产工艺更为复杂,提高了生产成本,并且水的存在导致了集料不完全干燥从而引起水损害,在实际操作过程中要权衡利弊,充分考虑其优劣。

4 结论及展望

综合上述沥青混合料温拌改性技术,有机降黏温拌技术是目前研究的主要方向,具有一定的技术优势,但是仍需要解决水损害和低温性能较差以及如何降低成本等问题。我国正处于交通道路建设的高速发展期,节能减排、保护环境,可持续发展是世界各国共同关注的热点问题,温拌沥青技术作为一种新型的低能环保技术,发展前景十分的广阔[9]。在今后不断的研究和推广这种温拌沥青技术是十分有必要的,对我国的沥青公路也有着十分重要的意义。

参考文献

[1]徐世法.高节能低排放型温拌沥青混合料的技术现状与应用前景[J].公路,2005(7).

[2]MorroBay,CA.Warm Mix Asphalt Technology[J].Federal Highway Administration,2006.

[3]程海鹰,王安麟.泡沫沥青技术与装备研究[J].工程机械,2010.

[4]肖耀辉.浅谈温拌沥青混合料[J].山西建筑,2010.

[5]闫国杰,邓国民,李交,等.有机复合温拌剂对沥青性能的影响[J].公路,2012(4).

[6]季节,徐世法,孔祥杰,等.基于硫磺改性的温拌沥青混合料压实特性研究[J].筑路机械与施工机械化,2009-01-10.

[7]王怒超.温拌沥青改性机理及评价方法研究[J].长安大学,2010.

[8]张起森,黄开斌,EC120温拌改性沥青性能评价的试验研究,中外公路,2009(4).

温拌沥青混合料性能分析 篇4

1 温拌沥青混合料的概念

传统的沥青混合料分为热拌HMA (Hot Mixture Asphalt )和冷拌两种。热拌、热铺沥青混合料路面结构强度高,水温的稳定性好,是目前我国高等级公路中最常用的路面结构。但其施工过程中会产生大量有害的浓烟,不仅对人体健康有害,还会大大增加温室气体排放和能源消耗。冷拌沥青混合料一般采用乳化沥青或液体沥青与集料在常温状态下拌和、铺筑。但冷拌沥青混合料成本高、初期路用性能差,难以满足高速公路、重载交通道路等重要工程的要求。

温拌沥青混合料WMA(Warm Mix Asphalt)是一类使用特定的技术或添加剂,使拌和及施工温度介于热拌沥青混合料(150～180 ℃)和冷拌沥青混合料(10～40 ℃),性能却能与热拌沥青混合料相媲美的一种新型沥青混合料的统称。就目前的技术水平,WMA拌合温度一般保持在120～130 ℃,摊铺和碾压温度为80～110 ℃。相比于热拌沥青混合料,温度可以降低30 ℃以上。

2 温拌沥青混合料发展状况

2.1 国外温拌沥青混合料研究情况

1995年,Shell公司和Kolo-veidekke公司首先联和研制出温拌沥青混合料。1996年进行生产,这样生产出来的WMA虽然在性能上能和HMA相媲美,但生产成本却高出HMA20%。为了降低成本,同时又不降低WMA的性能,Shell和Kolo-veidekke在1998年开始用泡沫沥青和软沥青来生产温拌沥青,并制备WMA,这种WMA在1999年和HMA进行现场对比试验,并通过1年的春、冬季跟踪观察,得到WMA的使用性能良好。因此,2000年在悉尼第一次国际沥青路面会议和2000年巴塞罗纳第二届欧洲沥青大会上 WMA 得到了大规模的宣传和介绍,在欧洲、澳洲和南非等地获得了广泛关注,2001年WMA使用量达到了8 000 t,2002年增加到了15 000 t,2003年增加到30 000 t,可以看出WMA发展趋势加快。在2002年和2007年,美国两次对欧洲进行了温拌沥青技术的考察和总结,进一步推动了温拌技术的发展。

2.2 国内温拌沥青混合料研究情况

我国温拌沥青混合料技术研究和应用始于2005年。北京市路桥路兴物资中心和交通部公路科学研究所合作尝试研究温拌沥青混合料,2005-09,在北京八达岭高速公路国道110辅线首次成功实施温拌试验路。上海市场道公司在虹口区新市路铺筑上海市第一条温拌沥青混合料试验路,试验路长500 m,共摊铺260 t温拌沥青混合料。2006-09,我国铺设了世界上第一条改性沥青SMA温拌试验路。2008-05,河北省铺设了世界上第一条橡胶沥青的温拌试验路。2009-10,在新疆赛果高速项目-路面九标中成功铺筑长度为500 m的温拌沥青试验路。迄今为止,这套技术已在全国20个省市试验了80多条路段。经跟踪调查,其路用性能良好。

3 温拌沥青混合料的性能分析

3.1 节能减排

1997年联合国气候大会上制定的《京都议定书》严格控制包括CO2在内的六种温室气体排放量,规定2010年的全球温室气体排放量在1990年的基础上减少5.2%。因此,温拌沥青混合料能够得到迅速的应用,是和当时节能减排的大环境分离不开的。德国研究数据表明,每生产1t热拌热铺沥青混凝土需消耗8 L燃料油,如温度降低至30～50 ℃,可节约燃料2.4 L,并可以减少30%的CO2排放量和40%的粉尘排放量。WMA相对于HMA,温度降低了30 ℃以上,温拌沥青“低能耗”的特点正符合我国节能减排的战略目标。

在热拌沥青现场释放出大量的沥青烟雾,这些沥青烟中含有大量的CO2、CO、SO2以及多种氮氧化合物和其他烟尘等,不仅污染环境,而且严重影响现场工作人员的健康。在《温拌沥青混台料性能研究和应用》的研究报告中,我们看到这样两张表格(见表1、表2),温拌技能可以减少61.5%的CO2和91.9%沥青烟的排放。把表1、表2的数据转化为柱形图(见图1、图2),我们可以更加明显的看出,不管是在沥青拌合厂还是在施工现场,WMA相比于HMA,WMA各类气体排放量都大幅度降低,保护环境,同时,极大地改善了施工环境。

3.2 降低沥青老化速率,提高路用性能

研究认为温度高于100 ℃的沥青,当温度每提高10 ℃,其老化速率将提高1倍。由于温拌沥青混合料在拌和与施工过程中采都用了较低的温度,也就显著降低了沥青混合料的短期老化现象,从而改善了材料的路用性能,延长了沥青路面的使用寿命。

通过一组数据(见表3)可以明显看出,在同等沥青使用量的前提下,WMA的动稳定度较大,大约是HMA的1.4倍,混合料的高温性能比较突出;虽然弯曲破坏应变没有热拌沥青混合料高,是它的90%左右,但对混合料的整体性能影响不大,并且各项指标完全符合要求,所以,WMA相比HMA具有更好的性能。

3.3 运输便利,延长施工季节

由于WMA相比于HMA温度降低30 ℃以上,它与环境温度的差异缩小,其储运过程中降温速率下降,就允许储存时间和运输时间延长。并且温拌沥青混合料本身具有较高的压实度,即使在表面温度较低情况下,它的施工密实度仍然可以达到规定的要求。这样春季施工的时间可以相应的提前,秋季施工的时间可以相应的延后,延长了整体施工时间。温拌沥青混合料完成压实后,已经处在较低的温度水平,可以较快地开放交通,减少了施工作业对交通的影响。

3.4 延长沥青混合料拌和设备使用寿命,降低设备使用成本

由于生产温度的降低,混合料生产过程中对钢铁制的生产设备的损耗也相应降低,可以延长设备使用期,降低成本;另外,温拌沥青混合料的生产备料或余料,均可灵活而有效地存储较长时间,提高了生产能力,降低了有关厂家的设备损耗;同样,温拌沥青混合料有害气体排放量大幅度降低,沥青拌和厂的建设范围限制降低,产品的使用范围扩大。

4 温拌沥青混合料技术的分类

1) 沥青-矿物法(Aspha—Min)。

采用的矿物是一种人造的合成沸石铝硅酸钠,水热结晶,呈非常细的白色粉末状。在沥青混合料拌和过程中,将这种粉末状材料(大约0.3%)加入进去,沸石中含有21%结晶水,在85 ℃以上时水分散失出来,从而使沥青产生连续的发泡反映。泡沫起到润滑剂的作用,使混合料在较低的温度(120～130 ℃)下具有可拌合性。

2) 温拌泡沫沥青混合料法(WAM—Foam)。

含有软、硬两种胶结料,在工厂生产的不同阶段分别加入软胶结料和硬胶结料。第一阶段将软胶结料加入到100～120 ℃的集料中拌和,达到初步裹附;第二阶段以泡沫形式的硬胶结料,在90～120 ℃温度与混合料进行充分拌和。

3) 有机添加剂法。

将低熔点的有机添加剂加入到混合料中,从而降低结合料的粘度。目前,成功应用的化学添加剂有两类,合成蜡(如Sasobit)和低分子量脂类化合物(如Asphaltan B)。添加剂大约在100～120 ℃融化,溶化后的添加剂会产生大量的液体。从而使结合料粘度降低。

4) 表面活性平台温拌法(Evotherm)。

该方法是将专用浓缩液直接加入搅拌锅进行沥青混合料的拌和,通过独特的化学表面活性剂,配置成皂液的形式直接加入拌合缸,与沥青石料进行搅拌,在化学表面活性剂和水膜共同作用下,改变了沥青短暂的动力粘度,从而提高了较低温度下的拌和性能。表面活性平台温拌法(Evotherm)的优点是添加剂残留少(0.4%～0.7%),配合比设计结果与热拌逼近,对现有拌和设备改变少,节约成本。

5 结束语

温拌沥青混合料具有节能环保、提高沥青混合料路用性能等优点,符合我国节能减排的战略目标、“建设资源节约型、环境友好型社会”的发展方向 。目前温拌沥青混合料技术在我国大部分省市的几十个大中型项目中已被应用,并且通过跟踪调查、得到其应用效果很好,但长期路用性能有待跟踪评测。

摘要：近年来,在环境污染和能源枯竭的现状得到全球范围的关注下,温拌沥青混合料作为一种节能环保的新型绿色混合料应运而生。介绍温拌沥青混合料的概念以及温拌沥青混合料在公路界广泛应用的重要性。对国内外使用的温拌沥青混合料技术进行分类。

关键词：温拌沥青混合料,性能分析,技术分类

参考文献

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[5]黄进国,郑康灿.温拌沥青混合料的优点及其应用[J].建筑材料装饰,2010,11(72):75-76.

[6]李德超.温拌沥青混合料技术综述[J].石油沥青,2008,22(5):2.

[7]左锋,叶奋.国外温拌沥青混合料技术与性能评价[J].中外公路,2007,27(6):164-165.

浅谈温拌沥青混合料研究现状 篇5

(1) 资源环境

鉴于HMA在生产过程中不仅消耗大量的能源, 而且在生产和施工的过程中还会排放出大量的废气和粉尘, 严重影响周围的环境质量和施工人员的身体健康, 所以, 研究一种绿色和环保的沥青混合料来取代HMA的重要性就逐渐显现出来, 使其既能保持和HMA一样的使用品质, 又能充分地节约能源和保护环境。

(2) 国际导向

据试验测试:在沥青混合料的生产过程中, 温度每升高10℃, 每吨混合料将多产生0.9Kg的CO2排放量。以2009年为例, 沥青耗用量1256万吨, 油石比按5%统计, 由此计算出所生产的混合料为各个温度所对应的CO2排放量如表1所示。

由表1中不难看出, 如果将沥青混合料的拌和温度从150℃降低至140℃, 仅道路建设一项就能降低CO2排放量242万吨, 效果显著。

(3) 沥青性能影响

拌和温度升高不仅带来了环境问题, 而且还会引起混合料性能方面的问题。这主要是由于沥青使用性能受到影响所导致的。较高的拌和温度容易使沥青中的轻质油分挥发, 这不仅增加了沥青消耗, 同时还加速了沥青老化, 使沥青变脆, 进而影响混合料的低温及水稳定性能。

2 WMA发展及研究历程

温拌沥青混合料的发展过程可划分为两个阶段:

第一阶段:发展初期

这一时期主要用软沥青与乳化沥青来生产温拌沥青混合料。这种生产工艺虽然使温拌沥青混合料在性能上可以与热拌相媲美, 但其生产成本却高出了20%。

第二阶段:发展中期 (降粘剂研发期)

为了降低成本, 同时又不降低WMA的使用性能, Shell和Kolo—veidekke在1998年开始用泡沫沥青和软沥青来生产温拌沥青, 并制备WMA。2004年, 欧洲沥青会议上, 又引入了合成沸石添加剂技术。从此, 温拌沥青混合料在欧洲及澳大利亚得到推广, 并与2005年相继研发了低熔点有机降粘技术及乳化温拌沥青降粘等技术。

发泡技术用作温拌主要是因为水的参与, 水释放引起结合料的体积膨胀, 产生沥青泡沫, 从而达到温拌的目的。然而这种技术存在着一个主要的缺点:其使用寿命、集料的均匀程度、粘结料之间的黏附能力以及对路面的影响都不好掌控, 另外这种技术也易加速设备的腐蚀。

低熔点有机降粘技术的代表产品是Sasobit。其熔点大约为99℃, 超过116℃时, 可以完全溶解于沥青胶结料中, 使沥青胶结料的粘度降低。当温度低于熔点时, Sasobit在沥青胶结料中形成晶格结构, 这是含有Sasobit改性沥青稳定性的基础。在使用温度下, Sasobit改性沥青的抗车辙能力增强, 这是对比于其它添加剂一个突出的优点。

这种改性虽然能做到低温粘度升高, 但Sasobit是一种晶体蜡, 熔点低, 以致其低温指标并不理想。所以要选用低熔点的有机降粘剂, 最关键的不仅仅是观察其后期粘度是否能够重新恢复增长, 更重要的是还是粘度恢复增长的方式。可以预测, 这将是温拌沥青今后研究的重点, 也为沥青及混合料的低温性能提供了保障。

乳化沥青温拌沥青混合料是采用一种特殊的乳化沥青替代热沥青来实现的。虽然这种乳化沥青较低的粘度使其有可能在较低温度下与石料拌和均匀, 但是乳化技术中水分参与量高达95%, 疏导如此多的水分会使沥青混凝土中空隙增大, 起不到防水作用, 大量的水分存于石料界面使得沥青与石料之间亦不能形成良好的粘附。另外, 大量水蒸气的产生会加速沥青设备的锈蚀, 无形中增加生产成本。

综上所述, 国外在对温拌混合料研究过程中, 存在的问题可以总结为以下几个方面。

(1) 除低熔点有机降粘外, 其它两种温拌技术中都需有水分参与, 水分对设备造成损坏, 工艺的改进也需要对沥青设备进行必要的调整。

(2) 温拌技术下的大多产品成本偏高, 以性能较好的Sasobit为例, 其市场价格约为2~3万/吨, 这一价格使得很多业主单位望而却步。

(3) 温拌沥青混合料从最初的现场测试到现在只有3~8年的时间, 其长期性能以及耐久性能否达到与HMA的一样的路用性能尚没有一个确切的答案。

(4) 美国沥青技术中心 (NCAT) 报告指出, 温拌沥青混合料的一个缺陷是在低温条件下强度下降明显, 这说明了在低温条件下温拌沥青混合料存在水损害现象, 这主要是由于集料不完全干燥, 集料表面膜的水导致水损害。

(5) 如何在降低生产温度与使用抗剥离剂使之达到一个充足的抗潮湿性能之间寻求一个平衡还面临着挑战。

3 国内WMA研究进程

(1) 翻译外国文献, 对研发的添加剂产品进行介绍, 从宏观角度论述产品的优点以及产品的优越性。

(2) 在国外温拌产品的基础上进行改性。如利用综合修正技术向Sasobit中加入一种人造橡胶 (如SBS) , 形成聚合体, 以保持沥青低温时的弹性。

(3) 以试验路为主, 从05年开始, 相继在北京、上海及部分省道上进行试验摊铺。

(4) 开发自己的温拌产品, 如广东省石油化工研究院研制的SLA-603减粘减阻剂:其熔点通常在100℃左右, 在沥青中掺加4%或5%后, 可使PJ及ES沥青混合料的拌和与压实温度下降12℃左右。

几年的应用实践表明, 现在比较流行的温拌产品并没有收到达到理想的使用效果:有的产品在国外能够降低混合料拌和温度30℃, 而在中国只能降低10~15℃, 这可能是因为专利保密所导致的, 一些技术并未真正开放;另外, 一些温拌沥青的性能指标有了明显的下降:以现在比较认可的Sasobit改性沥青为例, 性能对比见东南大学工程结构与材料试验中心出具的报告表2及表3。

从表2可以看出, 随着Sasobit掺量的增加, 其低温延度不断下降, 沥青变脆;表3中, 当加入了Sasobit温拌剂后破坏劲度模量升高, 幅度达9%。可以看出, 无论从沥青还是混合料试验均说明了沥青的低温性能发生了衰减。

这些温拌产品之所以在国外比较流行, 主要是因为在国外高速公路大型建设期已过, 所研发的温拌技术主要选择用在市政道路而非高速公路, 而我国正处于高速公路的建设期, 使用中更加关注的是如何延长施工工期, 而并非环保。

结语

我国正处于高速公路建设期, 价格因素是道路建设的重要因素, 需要充分衡量拌和温度与成本增加二者的权重。这与国外情况不同, 在绿色环境面前, 价格已不是首要考虑因素。国内公路建设既要考虑环保, 但更重要的是成本节约。

无论从操作机械还是人员配置, 国内均相对落后。试图通过改变施工机械或复杂操作流程来提高温拌沥青的使用效果是不可能的, 所以相对于基于乳化平台的温拌沥青来讲, Sasobit温拌沥青因其工艺简单而且不用更换设备才更具中国市场。

摘要：本文对温拌沥青混合料 (WMA) 的形成背景与研究现状作了分析, 对其发展历程及存在问题进行阐述, 目的是为其能够紧密地与我国实际相结合, 从而更好地服务于公路交通事业。

关键词：温拌沥青,发展历程,存在问题,公路交通

参考文献

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[2]徐世法等.高节能低排放型温拌沥青混合料的技术现状与应用前景[J].公路, 2005.

[3]中华人民共和国行业标准.公路沥青路面施工技术规范 (JTGF40-2004) [M].人民交通出版社, 1994 (12) .

温拌沥青混合料技术现状与发展 篇6

沥青混合料按照拌和、摊铺温度的不同可以分为热拌沥青混合料和冷拌沥青混合料。热拌沥青混合料的特点是它是主流技术, 路用性能好但是环境污染严重、能耗大、沥青存在老化;冷拌沥青混合料的特点是环保、节能、混合料可储存, 但路用性能很难与热拌混合料相比。温拌沥青混合料起源于欧洲, 2000年起开始铺筑试验路, 同年在国际沥青路面大会上首次进行交流, 温拌沥青混合料是一种绿色、节能、环保的路面新材料, 它的生产施工温度介于热拌沥青混合料和冷拌沥青混合料之间, 其力学性能和路用性能不亚于传统的热拌沥青混合料, 但生产施工温度可以降低30~50℃。

目前, 欧洲国家温拌沥青混合料技术的种类有四种[1]:

a.沥青-矿物法 (Aspha-Min) ;b.泡沫沥青温拌法 (WAM-Foam) ;c.有机添加剂法;d.基于乳化平台的温拌法。

中国的温拌沥青混合料技术研究起步于2005年, 根据对国际温拌技术的分析, 决定将研究重点放在基于乳化平台的温拌法和有机添加剂温拌法两种方法上。交通部对节能减排的温拌技术十分重视, 及时将温拌技术研究纳入西部交通科技项目计划, 由交通部公路科学研究院、同济大学、北京路桥路兴物资中心、Mead Westvaco公司等合作研究。

研究分为两个阶段:

2005年4月~2007年6月乳化沥青阶段;2007年7月~现在皂液浓缩液阶段。

1.1 乳化沥青阶段

2006年9月, 北京铺筑了全球第一条改性SMA温拌试验路, 拌和温度为130℃。

北京试验路混合料指标的对比

SMA13混合料性能对比

针对北京、上海等地的集料和常用级配以及沥青等情况, 配制了专用的乳化沥青和改性乳化沥青, 进行了温拌沥青混合料的配合比设计和性能试验研究。针对不同温拌混合料种类确定了适当的成型温度和油石比, 研究确定了温拌沥青混合料的设计方法。

1.2 皂液浓缩液阶段

2007年7月起, 开始探索将皂液浓缩液直接加入沥青搅拌锅进行混合料拌制的工艺, 取得了成功。经沥青混合料性能检验, 性能与采用乳化沥青时一致。

目前, 已有七个省市铺筑了19段试验工程:

北京7段、上海3段、江苏1段、河南2段、辽宁2段、河北1段、四川1段、浙江2段。其中, 11段用乳化沥青法, 7段用浓缩液加入法, 1段用Sasobit添加剂法[2]。

经国内、国外试验研究发现, 乳化沥青温拌混合料具有如下技术优点:

1.2.1 在不牺牲沥青混合料路用性能的前提下,

拌和温度可降低至100℃~120℃、碾压温度可降低至70℃~110℃;1.2.2混合料的设计、拌和及施工工艺与热拌混合料基本一致, 无需添置新的设备;1.2.3具有良好的适应性:不同石料, 不同级配, 不同沥青;1.2.4减少燃料消耗, 节省20%~30%;1.2.5减少排放50%以上, 降低对环境的污染和对施工人员健康的损害;

1.2.6 减轻热拌过程中沥青的老化, 延长沥青路面的使用寿命;1. 2.7延长施工季节。

2 温拌与热拌对比

排放对比

注:左图为温拌沥青、右图为热拌沥青国家环境分析测试中心气体排放检测结果国家环境分析测试中心摊铺现场检测结果

温拌与热拌能耗比较

3 结论适用场合

3.1 根据EWMA性能, EWMA可以用于沥青路面的各结构层。

3.2 尤其适用于沥青路面维修养护中的薄层罩面和超薄罩面。

3.3 尤其适用于有更高环保要求的城市道路的建设和维修养护。

3.4 尤其适用于隧道道面的铺筑。

3.5 适用于再生料比例较高的混合料。

摘要：温拌沥青混合料是一种节能、环保的路面新材料, 它的生产施工温度介于热拌沥青混合料与冷拌沥青混合料之间, 其拌和温度为120℃左右, 摊铺温度为100℃左右。温拌沥青混合料力学性能和路用性能不亚于传统的热拌沥青混合料, 但生产施工温度可以降低30～50℃, 具有明显的经济社会效益和环保作用。

关键词：温拌沥青混合料 (WMA) ,EWMA,技术现状

参考文献

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[2]张智强等.温拌沥青混合料技术探讨[J].重庆建筑大学学报, 2007, 6.[2]张智强等.温拌沥青混合料技术探讨[J].重庆建筑大学学报, 2007, 6.

SBS温拌混合料 篇7

冷拌沥青混合料一般采用乳化沥青或者液体沥青与集料在常温状态下拌和、铺筑,无需对集料和结合料进行加热,这样可以节约大量能源。但是冷拌沥青混合料初期路用性能差,难以满足高速公路、重载交通道路等重要工程的要求。热拌沥青混合料是应用最为广泛、路用性能优良的一种混合料。但是在热拌沥青混合料生产过程中,沥青与集料需要在150～180℃高温条件下拌和,这将消耗大量能源且会加剧沥青的老化[1]。在隧道(尤其是长隧道)这种相对封闭的环境中施工,烟气很难及时排除,不仅增加了施工难度,而且沥青挥发出的油分蒸汽会与周围空气组成混合气体,当油分蒸汽的饱和度增加到一定限度时,混合气体遇火焰极易燃烧[2],对施工人员的生命安全造成威胁。

为了使沥青混合料能够更好的应用于公路工程,研制了一种新型温拌改性沥青混合料,它具有拌和温度低,路用性能好,阻燃效果优良的特点。

1 温拌阻燃纤维沥青混合料的主要原料

1.1 基质沥青

采用泰普克沥青(大众)有限公司生产的重交70号A级沥青。泰普克重交沥青是用于重交通道路的一种石油沥青,和普通沥青相比,其低温柔性好,耐热性能高,延伸性能好,能适合更多的使用环境。

根据试验规程[3]对沥青的各项指标进行测试,测试结果与规范[4]对照见表1。

1.2 温拌剂

试验采用的温拌剂是一种合成高分子蜡,外观白色颗粒状,不溶于水,常温下固态长链饱和烃,闪点为285℃,无刺激性气味,对人体无危害。掺量为基质沥青质量的2.5%。

1.3 阻燃剂

试验采用的阻燃剂是氢氧化镁。氢氧化镁属于添加型无机阻燃剂,与同类无机阻燃剂相比具有更好的抑烟效果。由于火灾中有80%的人因烟气窒息而死亡,因此当代阻燃剂技术中“抑烟”比“阻燃”更为重要。氢氧化镁在生产、使用和废弃过程中均无有害物质排放,而且还能中和燃烧过程中产生的酸性气体,是一种环保型绿色阻燃剂。

1.4 纤维

试验采用博尼维纤维,掺量为0.3%。博尼维纤维可以改善沥青混合料的高低温性能,抗疲劳性能,延长路面的使用寿命[5]。

2 温拌阻燃纤维沥青的制备和性能测试

2.1 温拌阻燃纤维沥青的制备

在调配温拌阻燃纤维沥青的过程中,需慢慢添加温拌剂于加热成液态的基质沥青中,并不断搅拌,搅拌温度控制在130～140℃,直至没有气泡冒出时为止,此时温拌剂中的水分蒸发完毕。然后往调制好的温拌沥青中添加纤维改性剂,再次进行搅拌,直至流动性能达到倒模的要求。再在调制好的热熔温拌纤维沥青中添加阻燃剂,掺量为15%,确保搅拌20 min以上即可。

2.2 温拌阻燃纤维沥青的常规性能试验

依据试验规程[3]规定的试验方法主要对沥青的针入度、软化点和延度3大指标进行检验,并将检验结果与基质沥青的性能相对比,结果见表2。

表2试验结果表明,温拌阻燃纤维沥青的延度满足规范[4]要求,同时稠度有所提高,高温稳定性有了很大的改善。

2.3 温拌阻燃纤维沥青的阻燃性能试验

由于沥青材料阻燃性能的测试标准目前尚未制定,所以测试沥青的阻燃性能主要参照评价塑料材料阻燃性能的测试办法。此次试验采用氧指数(OI)测定法对改性沥青的阻燃性能进行测试。一般认为,氧指数小于22属于易燃材料,氧指数在22～27属可燃材料,氧指数大于27属难燃材料[6]。试验结果见表3。

表3试验结果显示,沥青在没有加入阻燃剂时属易燃材料,在加入阻燃剂后成为难燃材料,说明温拌阻燃纤维沥青的阻燃效果较好。

3 温拌阻燃纤维沥青混合料的研究

3.1 温拌阻燃纤维沥青混合料的制备

3.1.1 集料配合比设计

集料是构成沥青混合料骨架的主要组成部分,集料的品质和组成对沥青混合料的性能有很大影响。适用于沥青混合料的集料颗粒应为立方体,且本质上趋于碱性[7]。试验所用集料为:深圳生产的10～15 mm、5～10 mm碎石,为辉绿岩集料;珠海生产的0～5 mm石屑。根据试验规程[3]对集料性能进行检验,并将检验结果与规范[4]对照见表4～表6。

注:(1)高速公路及一级公路(表面层)。

注:(1)高速公路、一级公路。

由上述试验结果可知,用于拌和沥青混合料的集料性能均满足规范[4]的要求。沥青混合料路用性能试验采用的级配为AC-13C型级配(见表7)。

%

3.1.2 最佳沥青用量的确定

考虑到目前国内温拌沥青混合料路用性能研究并不系统,对于如何评价温拌沥青混合料路用性能的试验方法及指标并没有相应的国家规范,此处推荐采用马歇尔击实法成型热拌沥青混合料求解最佳油石比的方法确定温拌沥青混合料的最佳油石比,并以此为基础进行沥青混合料性能测试。温拌阻燃纤维沥青混合料马歇尔试验结果见表8。

依据温拌阻燃纤维沥青混合料马歇尔试验结果,绘制混合料的油石比与其毛体积相对密度、稳定度、流值、空隙率和沥青饱和度以及矿料间隙率的关系曲线,按照确定热拌沥青混合料最佳油石比的方法,得出温拌阻燃纤维沥青混合料的最佳油石比为5.0%。

3.2 温拌阻燃纤维沥青混合料的路用性能研究

采用上述材料和确定的集料配合比及最佳油石比,按照热拌沥青混合料的相关试验方法,进行温拌阻燃纤维沥青混合料性能试验,同时设置热拌纤维沥青混合料和温拌阻燃纤维沥青混合料的对照试验,比较两者的性能差异。

3.2.1 水稳定性试验

根据试验规程[3]规定的试验方法,进行沥青混合料水稳定性试验,其中温拌阻燃纤维沥青混合料水稳定性试验设置了3个平行试验,试验结果见表9。表9试验结果表明,温拌阻燃纤维沥青混合料的残留稳定度满足规范[4]关于改性沥青混合料不小于85%的规定。且具有和采用相同配合比的热拌纤维沥青混合料相当的稳定度和马歇尔模数,说明温拌阻燃纤维沥青混合料同样具有良好的抗永久变形能力。表明温拌阻燃纤维沥青混合料的水稳定性良好。

3.2.2 高温稳定性试验

对采用相同配合比的热拌纤维沥青混合料和温拌阻燃纤维沥青混合料进行车辙试验,其中温拌阻燃纤维沥青混合料的车辙试验结果取3个平行试验的平均值,结果见表10。

表10试验结果显示,温拌阻燃纤维沥青混合料的动稳定度达到6502次/mm,满足规范[4]关于改性沥青混合料动稳定度不小于2800次/mm的要求,同时比热拌纤维沥青混合料的动稳定度更高,说明温拌剂、阻燃剂和纤维的加入,对沥青混合料的动稳定度具有明显的改善作用。

3.2.3 低温抗裂性能试验

由于温拌阻燃纤维沥青混合料在60℃时的动稳定度超过6000次/mm,所以要对其低温性能进行验算。试验采用小梁弯曲试验对温拌阻燃纤维沥青混合料的低温抗裂性能进行检验,试验结果见表11。

表11试验结果显示,温拌阻燃纤维沥青混合料低温弯曲试验的破坏应变达到3006.75με,满足规范关于改性沥青混合料低温弯曲试验的破坏应变不小于2500με的要求,说明温拌阻燃纤维沥青混合料具有良好的低温抗裂性能。

4 作用机理分析

沥青混合料中添加低熔点的温拌剂,温拌剂颗粒在较低温度下熔化,熔化后产生大量的液体溶于沥青中,从而降低拌和温度,同时降低了沥青的老化程度。而且温拌剂能够提高沥青的软化点,降低其感温性能,对沥青混合料的高低温性能具有改善作用。同时纤维的添加可以起到加筋、吸附、稳定、增黏的作用,从而使沥青混合料的高温稳定性、低温抗裂性、抗疲劳特性和水稳定性得到进一步提高。纤维分散于沥青胶浆中能够跨越空隙及裂纹形成“桥架纤维”,起到约束裂纹扩展的作用[8]。

当路面沥青参与燃烧时,氢氧化镁受热发生分解,这个过程能够吸收燃烧物表面热量以起到阻燃作用,同时释放出大量水分稀释燃烧物表面的氧气;分解生成的活性氧化镁附着于可燃物表面,又进一步阻止了燃烧的进行。由于组成沥青混合料的集料一般偏于碱性,而沥青燃烧过程会产生酸性气体SO2、NOx、CO2等,它们可以加速路面的破坏。氢氧化镁恰恰与酸的中和能力强,可较快地中和沥青燃烧过程产生的酸性气体,对沥青混合料起到保护作用。氢氧化镁在整个阻燃过程中不但没有有害物质产生,而且其分解的产物在阻燃的同时还能够大量吸收燃烧所产生的有害气体和烟雾。

5 结语

温拌阻燃纤维沥青混合料是一种环保、防火、高强型沥青混合料,其良好的路用性能不仅满足规范要求,而且高温稳定性优于相应的热拌纤维沥青混合料。

在拌和沥青混合料时,温拌剂的添加降低了对拌和温度的要求,之后温拌剂挥发,不仅不会对沥青性能产生消极影响,由于降低了沥青的老化程度,还会使得混合料的高温性能得到改善;纤维改性剂能够分散在沥青混合料中,起到了搭桥、吸附、加筋的作用。细集料和矿粉吸附在纤维表面结成团,能够和粗集料更好粘结并形成整体强度,从而在温拌剂作用的基础上更加提高了混合料的高温稳定性,同时也改善了混合料的低温抗裂性能。由于纤维的存在,使得混合料因空隙率减小而变得更加密实,对增强沥青混合料的水稳定性也有积极影响;当在隧道等相对封闭的环境中发生火灾时,沥青路面也会参与燃烧,而阻燃剂可以大量吸收热量,并发生分解,进而起到抑制沥青燃烧的作用,同时它还可以吸收高分子有机物燃烧时产生的有害气体和烟雾,为抢救当事人的生命财产安全赢得时间。

参考文献

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