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机械发泡温拌沥青技术在广西乐百高速公路的应用
2022年11月17日    新闻来源:《道路工程》2020年第11期    |  投稿

摘 要

机械发泡温拌沥青技术是一种低碳、环保且投入成本低的绿色施工技术。本文依托广西乐百高速公路建设项目,对所采用的沥青进行了发泡试验并确定了发泡参数,对3种不同级配的沥青混合料进行了路用性能对比试验。实体工程施工试验结果表明,所用的两种沥青均满足发泡要求,3种不同级配的温拌沥青混合料性能与相应的热拌沥青混合料相当,均满足规范要求沥青网sinoasphalt.com。施工温度较热拌沥青混合料降低20℃左右,节能减排效果显著,尤其是隧道内施工。工后检测结果,路面压实度满足要求,渗水系数接近于零,施工效果良好。


关键词 机械发泡法 | 膨胀率 | 半衰期 | 路用性能 | 压实度


我国公路和城市道路的路面80%以上为沥青路面,其中,95%以上采用热拌沥青混合料。热拌沥青混合料的施工拌和温度一般为160℃~180℃,橡胶沥青和部分改性沥青的拌和温度甚至高达190℃。这不仅耗费大量的加热燃油(每吨沥青混合料需消耗约7~8公斤燃油),而且会产生大量的温室气体(每生产1t沥青混合料将产生约18公斤二氧化碳)和沥青烟(苯可溶物、苯并[a]芘)等有害、有毒物质。有效的降低施工温度,达到低碳、环保的效果是绿色公路、绿色施工很重要的一环。因此,温拌沥青技术(WMA)受到越来越多的重视。温拌沥青混合料是一种新型沥青混合料,其拌和温度介于热拌沥青混合料(150℃~180℃)和冷拌(常温)(10℃~40℃)沥青混合料之间,性能达到(或接近)热拌沥青混合料。机械发泡温拌技术是温拌沥青技术的一种,该技术是将热沥青、微量水和必要的添加剂通过机械发泡装备形成泡沫沥青,使得沥青的比表面积大量增加,体积膨胀至数十倍,黏度降低和易性增强,从而可使得施工温度降低20℃~30℃。据2018年统计数据,美国在应用的温拌沥青混合料技术当中机械发泡类是所有温拌技术使用比例最高的,超过60%(如表1所示),成为温拌技术中的主流。目前国内对机械发泡温拌沥青技术处于初期推广阶段。


本文依托广西乐百高速公路建设项目开展了机械发泡温拌技术的应用研究。实施路段位于乐业至百色高速公路土建No.17合同段永乐隧道进口(左线KP173+815~KP174+316.1,右线KO173+815~KO174+315)至园艺场隧道出口(左线:KT176+585~KT177+387,右线KS176+675~KS177+390)。实施部位是园艺场隧道、永乐隧道沥青混凝土中、上面层,路基段沥青混凝土下面层、改性沥青混凝土中、上面层,双向单幅全长7km多。

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原材料及试验方案


原材料及集料级配设计


(1)沥青及添加剂


依托工程路段下面层采用埃索70#基质沥青,中、上面层采用埃索SBS改性沥青,技术指标分别见表2、3。为了提高SBS改性沥青的发泡效果和沥青混合料的抗水性能,选择了一种代号为P32157的添加剂,该添加剂为深棕色粘稠液体,与沥青相容性良好,添加量为沥青质量的0.1%。

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(2)各面层配合比设计


依托工程路段下、中、上面层分别采用AC-25C、AC-20C、AC-13C型混合料,集料级配如表4所示,油石比分别为3.8%、4.3%、4.9%。

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试验方案


(1)沥青发泡试验


首先进行试验室沥青发泡试验,根据测得的不同沥青温度、不同加水量的膨胀率与半衰期,确定沥青发泡温度与最佳用水量。


试验室采用专用沥青发泡设备,为了与实际施工拌和设备发泡装置的工况相符合,在不加气的情况下进行沥青发泡试验。根据经验,70#基质沥青发泡温度采用135℃、150℃、165℃,用水量为1%、2%、3%;SBS改性沥青发泡温度采用140℃、155℃、170℃,用水量为2%、3%、4%。添加P32157添加剂的SBS改性沥青发泡温度采用140℃、150℃、160℃,加水量为1.5%、2.0%、2.5%。


(2)沥青混合料路用性能试验


分别对用于上、中、下三层的泡沫温拌沥青混合料的高温、低温以及抗水性能开展了试验,并与相应的热拌沥青混合料进行了对比,评价了泡沫温拌沥青混合料的性能。


室内沥青混合料试验包括:马歇尔稳定度、流值、浸水马歇尔试验、冻融劈裂试验、高温车辙试验、低温小梁试验。


由于试验室马歇尔成型的击实功要低于现场施工时的压实功,马歇尔试验击实温度若采用施工现场比热拌沥青混合料降低20℃~30℃的施工温度进行,则会导致混合料的空隙率过大。因此,进行室内马歇尔试验时,应采用沥青混合料等体积法进行,即尽量使成型后温拌沥青混合料的密度(或空隙率)与相应的热拌沥青混合料相同。根据大量的试验,为了达到等密度或等空隙率,进行室内马歇尔试验时温拌沥青混合料的击实温度一般比热拌沥青混合料低10℃左右,这种条件下成型的试件,其空隙率与现场降低20~30℃施工的沥青路面的空隙率相当。


室内试验分析

沥青发泡试验


三种不同的沥青试样在同一温度下的发泡试验参数变化趋势如图1、2、3所示,由于添加了P32157添加剂的SBS改性沥青半衰期都很长(均超过3min),因此在图3中并没有标出。


同时,绘制三种不同的沥青试样在同一加水量下发泡参数随温度变化的趋势结果如图4、5、6所示。

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分析三种沥青试样的发泡结果可以看出:


(1)整体来说,随着沥青温度以及用水量的提高,沥青的膨胀率逐渐增大,半衰期逐渐降低;


(2)在同一温度下随着用水量的增加,基质沥青的膨胀率呈现规律性的增加,半衰期并没有一致的变化规律;SBS改性沥青的膨胀率呈现规律性的增大,140℃与170℃的半衰期随用水量增加而缩短,然而155℃的半衰期则逐渐增长;


(3)在同一用水量下随着温度的增加,基质沥青的半衰期逐渐降低,膨胀率并没有一致的变化规律;SBS改性沥青则与之相反,它的膨胀率逐渐增大,而半衰期并无一致性规律。


(4)当SBS改性沥青加入P32157添加剂后,气泡小且密,半衰期明显变长。膨胀率与普通SBS改性沥青相比有所减小。发泡效果得到提升。


结合3种沥青试样发泡的试验结果最终确定:


70#基质沥青发泡温度为145℃、最佳用水量为2.2%;SBS改性沥青发泡温度为160℃、最佳用水量为3.2%,膨胀率>6,半衰期>10;加入P32157添加剂的SBS改性沥青发泡温度为160℃,最佳用水量为2.5%。3种沥青试样的发泡效果满足基质沥青膨胀率≥6、半衰期≥10和改性沥青膨胀率≥4、半衰期≥10的要求。


沥青混合料性能试验


根据上节确定的沥青发泡温度及用水量,进行三个面层的沥青混合料制备并进行路用性能测试。各个面层混合料性能试验结果如图表5、6、7所示:

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从表中可以发现,3个面层的沥青混合料各方面性能包括水稳定性、高温稳定性、低温抗裂性能,机械发泡温拌沥青混合料与相应热拌沥青混合料相当,并均满足施工规范要求。温拌沥青混合料残留稳定度指标大于热拌沥青混合料,冻融劈裂强度稍有降低,当加入P32157添加剂后,冻融劈裂强度优于热拌沥青混合料,抗水性能得到提升。


施工质量检测


对于下、中、上沥青混合料,在现场进行出料抽样检查。现场出料温度较热拌沥青混合料降低20℃左右,混合料裹附性良好,未出现花白料情况,如图7所示。

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现场压实工艺与普通热拌沥青混合料无异,摊铺温度较热拌沥青混合料降低20℃左右。施工过程中,可以感觉到沥青烟等带有刺激性气味的气体排放明显减少,尤其在隧道内施工,感受更加明显,如图8所示。

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(1)渗水系数检测

对各个面层路面进行了渗水系数检测,各个面层的渗水系数均接近于0,基本无渗水现象。


(2)压实度检测

对各个面层路面进行了钻芯取样,测试其压实度。根据《公路沥青路面施工技术规范》(JTGF40),采用最大理论密度来计算压实度时,可满足平均压实度≥92的要求。


三个面层压实度分布如图9所示。可以看出,所测得各个面层的压实度只有一个点不符合规范要求,压实度数据点大部分分布在94%左右。经计算,下面层平均压实度为95.2%,中面层平均压实度为94.3%,上面层平均压实度为94.6%。因此,采用机械发泡温拌沥青混合料技术进行路面施工,在降低施工温度20℃左右的情况下压实效果情况良好。

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结论

(1)对三个面层所用沥青进行发泡试验,发泡效果良好,最终确定下、中、上面层沥青发泡温度分别为145℃、160℃、160℃,最佳用水量分别为2.2%、3.2%、2.5%。


(2)三个面层的泡沫温拌沥青混合料性能与热拌沥青混合料相差不大,均满足规范要求,甚至在一些性能上要超过了热拌沥青混合料。


(3)现场施工情况良好,摊铺压实温度较普通热拌沥青路面降低了20℃左右。由此来了一系列收益:①施工和易性提升,压实度效果良好,基本无渗水现象;②沥青烟等有毒气体与带有刺激性气味儿气体排放减少,尤其是隧道内施工感受尤为明显;③施工温度仍然具有下降空间。


(4)机械发泡温拌混合料技术在广西乐百高速路的成功应用为今后在广西省甚至全国范围内大规模推广奠定了基础。


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标签:道路建设今日头条沥青混凝土施工案例
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