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                                  機械發泡溫拌瀝青技術在廣西樂百高速公路的應用
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                                  機械發泡溫拌瀝青技術在廣西樂百高速公路的應用
                                  2022年11月17日    閱讀量:76889    新聞來源:《道路工程》2020年第11期  |  投稿

                                  摘 要

                                  機械發泡溫拌瀝青技術是一種低碳、環保且投入成本低的綠色施工技術。本文依托廣西樂百高速公路建設項目,對所采用的瀝青進行了發泡試驗并確定了發泡參數,對3種不同級配的瀝青混合料進行了路用性能對比試驗。實體工程施工試驗結果表明,所用的兩種瀝青均滿足發泡要求,3種不同級配的溫拌瀝青混合料性能與相應的熱拌瀝青混合料相當,均滿足規范要求瀝青網sinoasphalt.com。施工溫度較熱拌瀝青混合料降低20℃左右,節能減排效果顯著,尤其是隧道內施工。工后檢測結果,路面壓實度滿足要求,滲水系數接近于零,施工效果良好。


                                  關鍵詞 機械發泡法 | 膨脹率 | 半衰期 | 路用性能 | 壓實度


                                  我國公路和城市道路的路面80%以上為瀝青路面,其中,95%以上采用熱拌瀝青混合料。熱拌瀝青混合料的施工拌和溫度一般為160℃~180℃,橡膠瀝青和部分改性瀝青的拌和溫度甚至高達190℃。這不僅耗費大量的加熱燃油(每噸瀝青混合料需消耗約7~8公斤燃油),而且會產生大量的溫室氣體(每生產1t瀝青混合料將產生約18公斤二氧化碳)和瀝青煙(苯可溶物、苯并[a]芘)等有害、有毒物質。有效的降低施工溫度,達到低碳、環保的效果是綠色公路、綠色施工很重要的一環。因此,溫拌瀝青技術(WMA)受到越來越多的重視。溫拌瀝青混合料是一種新型瀝青混合料,其拌和溫度介于熱拌瀝青混合料(150℃~180℃)和冷拌(常溫)(10℃~40℃)瀝青混合料之間,性能達到(或接近)熱拌瀝青混合料。機械發泡溫拌技術是溫拌瀝青技術的一種,該技術是將熱瀝青、微量水和必要的添加劑通過機械發泡裝備形成泡沫瀝青,使得瀝青的比表面積大量增加,體積膨脹至數十倍,黏度降低和易性增強,從而可使得施工溫度降低20℃~30℃。據2018年統計數據,美國在應用的溫拌瀝青混合料技術當中機械發泡類是所有溫拌技術使用比例最高的,超過60%(如表1所示),成為溫拌技術中的主流。目前國內對機械發泡溫拌瀝青技術處于初期推廣階段。


                                  本文依托廣西樂百高速公路建設項目開展了機械發泡溫拌技術的應用研究。實施路段位于樂業至百色高速公路土建No.17合同段永樂隧道進口(左線KP173+815~KP174+316.1,右線KO173+815~KO174+315)至園藝場隧道出口(左線:KT176+585~KT177+387,右線KS176+675~KS177+390)。實施部位是園藝場隧道、永樂隧道瀝青混凝土中、上面層,路基段瀝青混凝土下面層、改性瀝青混凝土中、上面層,雙向單幅全長7km多。

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                                  原材料及試驗方案


                                  原材料及集料級配設計


                                  (1)瀝青及添加劑


                                  依托工程路段下面層采用埃索70#基質瀝青,中、上面層采用埃索SBS改性瀝青,技術指標分別見表2、3。為了提高SBS改性瀝青的發泡效果和瀝青混合料的抗水性能,選擇了一種代號為P32157的添加劑,該添加劑為深棕色粘稠液體,與瀝青相容性良好,添加量為瀝青質量的0.1%。

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                                  (2)各面層配合比設計


                                  依托工程路段下、中、上面層分別采用AC-25C、AC-20C、AC-13C型混合料,集料級配如表4所示,油石比分別為3.8%、4.3%、4.9%。

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                                  試驗方案


                                  (1)瀝青發泡試驗


                                  首先進行試驗室瀝青發泡試驗,根據測得的不同瀝青溫度、不同加水量的膨脹率與半衰期,確定瀝青發泡溫度與最佳用水量。


                                  試驗室采用專用瀝青發泡設備,為了與實際施工拌和設備發泡裝置的工況相符合,在不加氣的情況下進行瀝青發泡試驗。根據經驗,70#基質瀝青發泡溫度采用135℃、150℃、165℃,用水量為1%、2%、3%;SBS改性瀝青發泡溫度采用140℃、155℃、170℃,用水量為2%、3%、4%。添加P32157添加劑的SBS改性瀝青發泡溫度采用140℃、150℃、160℃,加水量為1.5%、2.0%、2.5%。


                                  (2)瀝青混合料路用性能試驗


                                  分別對用于上、中、下三層的泡沫溫拌瀝青混合料的高溫、低溫以及抗水性能開展了試驗,并與相應的熱拌瀝青混合料進行了對比,評價了泡沫溫拌瀝青混合料的性能。


                                  室內瀝青混合料試驗包括:馬歇爾穩定度、流值、浸水馬歇爾試驗、凍融劈裂試驗、高溫車轍試驗、低溫小梁試驗。


                                  由于試驗室馬歇爾成型的擊實功要低于現場施工時的壓實功,馬歇爾試驗擊實溫度若采用施工現場比熱拌瀝青混合料降低20℃~30℃的施工溫度進行,則會導致混合料的空隙率過大。因此,進行室內馬歇爾試驗時,應采用瀝青混合料等體積法進行,即盡量使成型后溫拌瀝青混合料的密度(或空隙率)與相應的熱拌瀝青混合料相同。根據大量的試驗,為了達到等密度或等空隙率,進行室內馬歇爾試驗時溫拌瀝青混合料的擊實溫度一般比熱拌瀝青混合料低10℃左右,這種條件下成型的試件,其空隙率與現場降低20~30℃施工的瀝青路面的空隙率相當。


                                  室內試驗分析

                                  瀝青發泡試驗


                                  三種不同的瀝青試樣在同一溫度下的發泡試驗參數變化趨勢如圖1、2、3所示,由于添加了P32157添加劑的SBS改性瀝青半衰期都很長(均超過3min),因此在圖3中并沒有標出。


                                  同時,繪制三種不同的瀝青試樣在同一加水量下發泡參數隨溫度變化的趨勢結果如圖4、5、6所示。

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                                  分析三種瀝青試樣的發泡結果可以看出:


                                  (1)整體來說,隨著瀝青溫度以及用水量的提高,瀝青的膨脹率逐漸增大,半衰期逐漸降低;


                                  (2)在同一溫度下隨著用水量的增加,基質瀝青的膨脹率呈現規律性的增加,半衰期并沒有一致的變化規律;SBS改性瀝青的膨脹率呈現規律性的增大,140℃與170℃的半衰期隨用水量增加而縮短,然而155℃的半衰期則逐漸增長;


                                  (3)在同一用水量下隨著溫度的增加,基質瀝青的半衰期逐漸降低,膨脹率并沒有一致的變化規律;SBS改性瀝青則與之相反,它的膨脹率逐漸增大,而半衰期并無一致性規律。


                                  (4)當SBS改性瀝青加入P32157添加劑后,氣泡小且密,半衰期明顯變長。膨脹率與普通SBS改性瀝青相比有所減小。發泡效果得到提升。


                                  結合3種瀝青試樣發泡的試驗結果最終確定:


                                  70#基質瀝青發泡溫度為145℃、最佳用水量為2.2%;SBS改性瀝青發泡溫度為160℃、最佳用水量為3.2%,膨脹率>6,半衰期>10;加入P32157添加劑的SBS改性瀝青發泡溫度為160℃,最佳用水量為2.5%。3種瀝青試樣的發泡效果滿足基質瀝青膨脹率≥6、半衰期≥10和改性瀝青膨脹率≥4、半衰期≥10的要求。


                                  瀝青混合料性能試驗


                                  根據上節確定的瀝青發泡溫度及用水量,進行三個面層的瀝青混合料制備并進行路用性能測試。各個面層混合料性能試驗結果如圖表5、6、7所示:

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                                  從表中可以發現,3個面層的瀝青混合料各方面性能包括水穩定性、高溫穩定性、低溫抗裂性能,機械發泡溫拌瀝青混合料與相應熱拌瀝青混合料相當,并均滿足施工規范要求。溫拌瀝青混合料殘留穩定度指標大于熱拌瀝青混合料,凍融劈裂強度稍有降低,當加入P32157添加劑后,凍融劈裂強度優于熱拌瀝青混合料,抗水性能得到提升。


                                  施工質量檢測


                                  對于下、中、上瀝青混合料,在現場進行出料抽樣檢查?,F場出料溫度較熱拌瀝青混合料降低20℃左右,混合料裹附性良好,未出現花白料情況,如圖7所示。

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                                  現場壓實工藝與普通熱拌瀝青混合料無異,攤鋪溫度較熱拌瀝青混合料降低20℃左右。施工過程中,可以感覺到瀝青煙等帶有刺激性氣味的氣體排放明顯減少,尤其在隧道內施工,感受更加明顯,如圖8所示。

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                                  (1)滲水系數檢測

                                  對各個面層路面進行了滲水系數檢測,各個面層的滲水系數均接近于0,基本無滲水現象。


                                  (2)壓實度檢測

                                  對各個面層路面進行了鉆芯取樣,測試其壓實度。根據《公路瀝青路面施工技術規范》(JTGF40),采用最大理論密度來計算壓實度時,可滿足平均壓實度≥92的要求。


                                  三個面層壓實度分布如圖9所示??梢钥闯?,所測得各個面層的壓實度只有一個點不符合規范要求,壓實度數據點大部分分布在94%左右。經計算,下面層平均壓實度為95.2%,中面層平均壓實度為94.3%,上面層平均壓實度為94.6%。因此,采用機械發泡溫拌瀝青混合料技術進行路面施工,在降低施工溫度20℃左右的情況下壓實效果情況良好。

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                                  結論

                                  (1)對三個面層所用瀝青進行發泡試驗,發泡效果良好,最終確定下、中、上面層瀝青發泡溫度分別為145℃、160℃、160℃,最佳用水量分別為2.2%、3.2%、2.5%。


                                  (2)三個面層的泡沫溫拌瀝青混合料性能與熱拌瀝青混合料相差不大,均滿足規范要求,甚至在一些性能上要超過了熱拌瀝青混合料。


                                  (3)現場施工情況良好,攤鋪壓實溫度較普通熱拌瀝青路面降低了20℃左右。由此來了一系列收益:①施工和易性提升,壓實度效果良好,基本無滲水現象;②瀝青煙等有毒氣體與帶有刺激性氣味兒氣體排放減少,尤其是隧道內施工感受尤為明顯;③施工溫度仍然具有下降空間。


                                  (4)機械發泡溫拌混合料技術在廣西樂百高速路的成功應用為今后在廣西省甚至全國范圍內大規模推廣奠定了基礎。


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                                  標簽:今日頭條,道路建設,施工案例,瀝青混凝土
                                  免責聲明: 本文僅代表作者本人觀點,與中國瀝青網無關。本網對文中陳述、觀點判斷保持中立,不對所包含內容的準確性、可靠性或完整性提供任何明示或暗示的保證。請讀者僅作參考,并請自行承擔全部責任。本網轉載自其它媒體的信息,轉載目的在于傳遞更多信息,并不代表本網贊同其觀點和對其真實性負責。如因作品內容、版權和其它問題需要同本網聯系的,請在一周內進行,以便我們及時處理。郵箱:23341570@qq.com
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