温拌沥青混合料技术及其应用

施工机械&施工技术ConsturetionMachinery&ConstuetrionTeehnologyR叫ICIUI温拌沥青混合料技术及其应用WarmM议AsPhaltTeehnology泊,都培文Li一quan,GUANBo,HAOPei一wenandAPPlieation王春,唐礼泉,关丫VANGChunTANG长安大学道路结构与材料交通行业重点实验室,陕西西安71064KeYLaboratoryforRoadStruCtUreandMaterla}5ofTransPortationIndustryShaanxiCh旧aChang,anUnlverslty,XI󰀁an710064󰀁摘要󰀁从技术机理󰀁主要产品类型󰀁在隧道路面及城市道路中的应用,以及环境与经济效益等方面,对温拌沥青混合料技术进行了介绍,并对sasobit和DAT两种温拌沥青混合料的技术󰀁l生能进行了研究󰀁结果表明,各性能均满足规范要求󰀁IAbstract]Thewarmmixasphaltteehnolog丫wasintrodueedinaspeetsofteehn,ealmeehan.sm,ma.nproduetsaPPlieationintunne}PavementandurbanroadsonPerformaneeofwarmandDAT.Theresultsshowaswellasenvironmentalandeeonomlebenef一tsTheresearehmixaSPha}twaseonduetedontwotyPesofasPhaltmixturesWh,ChadoPtedSasobltthatbothofthemmeettherequirementsofsPee一fieations.󰀁关健词󰀁温拌沥青混合料;发泡降粘技术;有机外加剂;经济效益1Kevwords]warmmixasphalt;foam一ngandvisbreakingteehnology;organleaddit一ve;eeonomiebenef,t中图分类号:U416.04文献标志码:B文章编号:1000一033X(2012)01一0045一040弓!言温拌技术起源于1995年的欧洲,是在能源紧缺󰀁全球利亚开始大量使用wMA󰀁而随着wMA的不断推广应用,其技术种类也越来越多,相关产品更是层出不穷󰀁根据其技术机理,这些产品大都可以归为发泡降粘(引进水)和有机外加剂降粘两种类型󰀁一󰀁Ll发泡降粘技术气候变暖的大背景下快速发展起来的路面材料新技术󰀁随着󰀁京都协议书󰀁的签定,各个国家越来越重视环境保护󰀁如何解决道路施工造成的污染,是道路工作者需要解该技术是借助亲水性材料(如Ze(i[l)e等)在热沥青中引入一些水分,或者直接向沥青中喷入表面活性剂水溶液(如DAT等),使水分在热沥青中发生汽化,从而引起决的难题,温拌技术由此而生󰀁温拌沥青混合料川(WarmMixAsphalt,简称WMA)技术可以降低沥青拌和时的粘度,在相同拌和效能下可以增加沥青对集料的附着,从而降低沥青混合料生产及摊铺温度󰀁相对于常规的热拌沥青混合料,wMA的生产温度可以降低2o󰀁一55󰀁,而使用性能基本不变󰀁沥青体积瞬间膨胀,沥青粘度降低,进而提高混合料的和易性󰀁1.1.1Aspha一Min通过掺加一种人工合成沸石(硅铝酸钠),使沥青中充满泡沫,从而提高沥青混合料的和易性󰀁此类外加剂1温拌技术简介WMA首先由Shell和Koloveidekke于1995年联合研制,并于1996年进行了现场试验󰀁初期wMA是利用软沥在拌和厂中一般被存放在袋子或特别筒仓内,通过特殊设备投放,投放方法与向沥青混合料中掺加纤维的做法类似󰀁AsPha一Min是一种很细的白色粉末(图1),其内部含有占其21%体积的水分󰀁在混合料拌和时,这些水分会被逐渐释放出来,使沥青体积膨胀产生泡沫,从而实现较低青和乳化沥青来生产,但由于成本太高,于是在1998年又改用泡沫沥青和软沥青来制备2󰀁󰀂随后,欧洲󰀁日本󰀁澳大RIUICM施工机械&施工技术Cons恤etionMaehinery&ConsturetionTeehnology图1AsPha一Min温度下与集料充分裹覆spha一Ain的推荐掺量是混合料M󰀁左右,图2DAT浓缩液质量的0.3%,可以使混合料的拌和温度降低30效果良好Creen,见图3),用于间歇式沥青拌和设备生产温拌沥青混合料_在混合料拌和时,当每吨混合料中通过一条安装了10个高压喷嘴的管子喷入0-5kg的雾化冷水时,就可使沥青体积迅速膨胀18倍左右.󰀁采用Dourole一Bar,,elCree,1技另外,AdveraWMA和Iterlorlg都属于此类温拌剂,其主成分都是硅铝酸盐󰀁1.1.2丫仃A入1一Foa们󰀁术生产的温拌沥青混合料温度约为135为l巧󰀁󰀁,摊铺温度约wAM一Foal:1(WarnlAsphaltMixFoam)是由软沥青和硬沥青所构成的调和沥青)󰀁在混合料拌和过程中,首先在110󰀁左右将软沥青加入,拌和使其充分覆盖在集料表面;再将硬沥青以泡沫沥青的形式加入其中,拌和均匀󰀁这种方法成功与否,关键在于软沥青与硬沥青品种的选择及其合适比例的确定而在第一次拌和中,保证软沥青与集料充分裹覆以避免水分与集料表面接触,对于确保混合料的路用󰀁}生能极其重要与热拌相比,这种温拌技术可以减少3O%的燃料消耗以及30%的CO,排放量󰀁除了wAM一Foaol外,采用该类技术开发的产品还有意大利的Creenllat沥青混合料和Lafarge北美公司的D盯aliCne沥青混合料󰀁l1.1.3乳化沥青产品Evother二11.15图3Double一BarrelGreen其他发泡降粘技术Evothel󰀁m采用了化学外加剂和沥青分散技术它的其他发泡降粘技术包括:在法国󰀁西班牙󰀁意大利󰀁美国等地都有一定应用的IEA󰀁EBE󰀁EBT产品,掺量为沥青化学外加剂包含了乳化剂以及具有提高裹覆能力󰀁混合料和易性󰀁粘附力等多种作用的改性剂󰀁这些改性剂分散在含有7O%沥青的乳状液中,形成了Ev)󰀁therm󰀁与传统沥青不同的是,EVotherm在8o󰀁下储存󰀁当它与热集料拌和结合料质量的02%一0.5%,可使拌和温度低于100󰀁;在荷兰应用较多的LEAB(结合料直接发泡技术),掺量仅为沥青混合料质量的0.1%,即可使拌和温度降低到9o󰀁;欧洲的时候,乳液中的水以蒸汽的形式释放出来,使其对集料形成与热拌沥青相似的裹覆后来,Meadwestvaco针对Nyna󰀁公司的IT沥青技术(泡沫沥青加吸湿矿粉技术);Mathyconstl以111公司的稀释表面活性剂产品,需借助发0泡装置来发泡,可在110󰀁下生产WMA;荷兰BAM公司的voEthelm在应用中存在的一系列问题,推出了改进后的第二代直投沥青分散技术(DAT,见图2),取得了良好的效果目前,DAT技术已在世界范围内得到大量运用,在这种温拌方式可Lo󰀁EnergyAsl)halte󰀁󰀂n(rete技术,还有Telex技术等1.2有机外加剂降粘技术有机外加剂(如蜡)的加入可以使得沥青在外加剂熔点以上的粘度显著降低,从而从化学上改变沥青的粘温中国也已经先后铺筑了十几条试验路以使混合料拌和温度降低3o󰀁左右6国内一些研究机构目前也在研发类似的产品,如克拉玛依的KSH系列温拌剂也有不错的使用性能,且已经铺筑了试验路,工程效果良好1.1.4Double一BarrelGreen曲线,降低拌和温度󰀁目前应用较多且较成功的有机外加剂主要有合成蜡状物与低分子量的醋两类,它们的熔点都在100󰀁左右,能使混合料的拌和温度降低约30󰀁󰀂比较典型的产品有Sas()l󰀁i一󰀁Asl)hal*anB(褐煤蜡)󰀁Fisher-r叩sch󰀁氨基月旨肪等T美国AStee公司研发了一套发泡装置(Doul)le一Barrele󰀁nstu󰀁rti󰀁n󰀁ac󰀁薯恐然烹黔黯RMCM(1)5邵(I)󰀁it属于固体石蜡(图4),是一种窄分布的合沥青与集料粘附󰀁}生的影响,以及拌和过程中水汽对设备的锈蚀󰀁此类技术还有美国AKzO一Nobel公司生产的Re.!i󰀁󰀂-成饱和碳氢化合物的混合物,也是一种长链脂肪烃󰀁它的熔点在lO()󰀁左右,可以完全熔化在温度高于l巧󰀁的沥青中,降低沥青的粘度,使拌和温度降低10󰀁一3o󰀁󰀂在温wMx(1.3,2表面活性剂)产品以及Revix产品等低粘度天然胶结料度低于熔点时,sasoht在沥青中形成网状的晶格结构,增i加沥青的稳定性,提高路面的抗车辙性能󰀁但sas汕it的掺量不宜过多,以免影响到沥青的低温性能󰀁sasobit只需简单的机械搅拌,即可均匀地分布于沥青中󰀁(,rlFaphah是壳牌生产的一种透明状天然聚合物改性胶结料,其90%以上的成分都可以再生利用,可使混合料拌和温度降低到130󰀁一150󰀁,由于其高温性能较差,故多用于非机动车道及人行道上󰀁V6g6(.)l(Colas)禾DBiophalt(EIFFAGETravat,xl)󰀁,l)11󰀁󰀂s)也属于同类产品,它们可以使混合料的拌和温度降低至110󰀁一120󰀁󰀂1.33硫磺沥青改性剂以硫磺为主要成分的SEAM是一种沥青替代剂和改性剂,同时也是一种降粘剂󰀁它是在硫磺中添加烟雾抑制图4Sasobit剂和增塑剂等成分后制成的半球状黑褐色固体颗粒,可(2)Asr󰀁haltanB属于一种低分子量的醋化蜡(图5),是褐煤萃取甲苯时的副产物,其推荐掺量在2%一4%之间,以在常温下储运在沥青混合料拌和过程中,将其直接加入拌和仓而取代一定比例的沥青,按常规方法拌和后形成SEAM改性沥青混合料,其拌和温度可比传统热拌沥青混合料降低25󰀁一3o󰀁,具有较好的降温效果和良好󰀁左右拌和,大大降低了硫磺蒸熔点在100󰀁左右󰀁AsphaloanB的󰀁}生能与Sasobit相似,既可以降低沥青粘度,降低拌和温度,又可以提高混合料的抗车辙性能󰀁的压实特性;而且在130汽的浓度,便于施工󰀁因此,这种基于硫磺的添加剂技术在改善沥青混合料路用性能的同时,亦可体现󰀁温拌󰀁的特点󰀁2两种温拌沥青混合料技术的性能研究针对添加Sas)it和DAT的温拌阻燃沥青混合料进行(l󰀁了研究2.1配合比设计图5AsPhaltanB研究采用了SBS改性沥青,集料为花岗岩,矿料合成级配为AC一13C,如表l所示󰀁表1AC一13C沥青混合料的合成级配%(3)德国Clariant公司的Li󰀁󰀂onlontBSIOO/St;}󰀁it(氨基酸脂肪),掺量为沥青混合料质量的3%;法国c(las公司的)3EUr/凡胡ex,可使混合料的拌和温度相对于热拌下降3O󰀁一40󰀁;广东省石油化工研究院研制的主要成分为脂肪酞胺化合物的低聚表面活性剂类沥青减粘减阻剂SLA),熔点在10(0󰀁左右,在沥青中掺加4%一5%的sI人规范要求级配范围上限T限100卯95.0856576)683553刀502437.0351526525一019力20713石15510刀846刀7石9级配范围中值合成级配92石082.65529233.69253818刀413211026后,可使沥青混合料的拌和温度下降121.3其他温拌技术󰀁左右在试验过程中,sasobit利用湿法添加到沥青中,掺量为沥青质量的1%;DAT则是在拌和过程中喷至沥青上,掺量为沥青质量的1/9,具体方法如图6所示试验中,沥青加热温度为170󰀁,集料加热温度为1.3.1化学添加剂Ce(󰀁al,aseRT是法国Arkema公司的产品,其成分以表面活性剂为主,按沥青质量的0.2%一as%添加,可降低沥青混合料生产温度约30󰀁󰀂 !CecabaseRT添加剂已经在一40󰀁,拌和温度为140󰀁󰀂经马歇尔试验.确定sa󰀁󰀂,I󰀁it󰀁DAT温拌沥青混合料油石比分别为4.9叹,󰀁.8%,添加阻燃4欧洲得到了较广泛的应用󰀁因其不使用水.故避免了水对剂后,对应混合料油石比分别为5.2%󰀁5.1%RM仁M黔黔票c悠焉黔Structl󰀁n*chn󰀁}󰀁󰀁铺设备因隧道内过热而频繁出现故障在添加阻燃剂后,更是有效提高了沥青混凝土在路面建成运营后的防火抗灾能力󰀁󰀂 ,较好地解决了热拌沥青混合料在隧道路面应用上存在的一些问题_温拌沥青混合料用于城市道路沥青路面铺筑(图8),不仅可以减少施工过程中的有害气体排放,确保施工现场环境不受污染,保障施工人员身体健康,而且由于较低z):杰加Sas󰀁b󰀁t图6l:)添加I)八I的拌和及摊铺温度,可以允许混合料远距离运输,因此可以将拌和楼设在较远的郊区,这对于环境要求更为严格的市政道路极其重要󰀁󰀂温拌混合料较低的压实温度,使两种温拌沥青混合料的生产过程.2温拌沥青混合料性能2对温拌沥青混合料进行了残留稳定度󰀁冻融劈裂󰀁车辙以及低温弯曲试验,以评价其路用性能,试验结果见表其在施工完成后可以更快地开放交通,这对于拥堵的城市道路也极为有益2从表2可以看出,温拌沥青混合料的水稳定性󰀁高温稳定性󰀁低温抗裂性能均可以满足规范要求表2温拌沥青混合料性能试验结果SBS98.32 >󰀂󰀁0839256357.94523.255󰀁2.3>3以)()2747.994058.503851󰀁80475󰀁.50Sasol󰀁i一温拌SBS+阻燃剂SBS87月696.24DAT温拌SBS+阻燃剂规范要求86.74>85图8>25󰀁托)城市道路温拌沥青混合料施工现场3温拌沥青混合料在隧道路面及城市道路中的应用4温拌沥青混合料的环境与经济效益在沥青混合料的生产过程中,温度每升高10狱,每在隧道路面中使用温拌沥青混合料(图7)󰀁不仅可以节能减排,还可以消除沥青烟雾,增加隧道内的空气透明度,改善隧道内工人的施工环境,方便施工质量管理温拌吨混合料将多产生住9kg的以)2低30如果混合料生产温度降󰀁,则CO排放量至少会减少30叼,据统计,2()()9年中国公路建设的沥青消耗总量为2oo)万t,如果按5.((l/,的油)石比算,即可生产4.2xlo󰀁t的沥青混合料以此计算󰀁如沥青混合料适应隧道的温度环境󰀁可压实时间显著延长即使由于层间水分蒸发,混合料温度下降到蒸汽条件下,温拌沥青混合料仍然能够实现有效的压实,有利于保证隧道沥青路面施工质量此外,温拌沥青的氧化和挥发轻微,果用温拌沥青混合料完全取代热拌沥青混合料,则当年可减少co,排放量113.4万t,这对于减少温室气体排放󰀁保护环境有着极其重要的作用德国的研究数据表明,每生产l:沥青混凝土需消耗81燃料油,如果拌和温度降低3)(料油2.4L,即节约3󰀁/󰀁一35󰀁,则可节约燃沥青老化减轻,沥青路面寿命得以延长;降低温度,避免摊如按照2o(9年生产4.2)xl)吕t沥青(混合料计算,那么仅生产这些混合料需要消耗的燃料就会多达33.6xl了L要是能够使用温拌沥青混合料代替热拌,贝日可减少3)%的能耗,即当年大概可节约l()()8刘((sl)燃料油,这对于高速发展的能源消耗大国中国来说意义重大󰀁5结语中国道路工程建设目前正处于快速发展期,每年新图7隧道路面温拌沥青混合料施工现场(下转第52页)RMCM表6温度离析评定标准悠悉黔决c悠弄黔stUctlLr󰀁n*c,󰀁,󰀁󰀁10一,󰀁󰀁只On门一u󰀁-ut温差l󰀁󰀂10一0一1617一21>21服脚荟彩一三󰀁.53试验路铺筑效果检测试验路铺筑于2009年lO月24日,在铺筑完约lO个月󰀁气目岛󰀂O󰀁曰八n后,对试验路的实体工程施工质量进行了检测,检测方法主要采用渗水󰀁现场钻芯的方式󰀁检测结果见图5,从检测结果可看出,温拌沥青混合料段落的路面压实度󰀁密水性更好,更能适应低温下沥青路面的施工󰀁Kw份温拌混合料S是以󰀁bit温拌混合料(a)渗水检测结果热拌混合料4结语低温环境是北疆地区沥青路面施工中遇到的重大难蜜比回致积咪恻一多题之一,如何在低温环境下保证沥青混合料的压实度成为技术关键󰀁)赛果高速公路项目在新疆地区首次采用了克拉玛依石化温拌剂技术来解决沥青路面低温施工问题,从实际运用效果来看,这项温拌技术是提高低温下沥青路面施工质量的较为合适的解决方案参考文献:󰀁]l关彦忠,王小东.寒区沥青混凝土路面水损害施工工艺措施研究[J].黑龙江交通科技,2()(),(9):79一8󰀁).󰀁2󰀁彭煌,蔺习雄,吕文妹,等KWB有机降粘剂对温拌沥青性能KWB温拌Sas󰀁)b󰀁t贡品拌热拌路面(b)压实度检测结果图5低温环境下温拌与热拌沥青路面压实性对比收稿日期:2011一05一06的影响研究[J󰀁.石油沥青,2)11,2(5(2):1一5󰀁3]JT(;I)5()一2(川6,公路沥青路面设计规范󰀁s].󰀁责任编辑:谭忠华󰀁(上接第48页)理,2()1󰀁一(8):68一7().建和翻修的工程量比世界上任何一个国家都要多得多,}31严世祥温拌沥青混合料的应用枝术研究{l)1.重仄重庆大学,2()()7.但使用热拌沥青混合料带来的环境破坏以及大量的能源消耗,都与中国公路建设的绿色可持续发展理念背道而󰀁4]郭红兵,陈拴发.A印ha一ITln温拌沥青混合料技术现状与路用性驰;而采用温拌沥青混合料代替传统的热拌沥青混合料,贝l]会带来巨大的社会经济效益󰀁能日󰀁中外公路,2008,28(2):1犯一巧5.15󰀁杨树人.温拌添加剂对沥青和沥青混合料性能的影响󰀁D󰀁.重庆:重庆交通大学,2)08(温拌沥青混合料作为一种新型的低排放󰀁低能耗环保型材料,不仅可以用于沥青路面的各结构层,还适用于沥青路面建设和维修养护中的薄层罩面和超薄罩面,尤其适用于环保要求较高的市政工程建设󰀁维修养护以及隧道路面的铺筑而且由于能延长施工季节,对于个别工期较紧的重点建设项目就更加适用󰀁随着温拌再生󰀁温拌󰀁6]罗晓辉,徐立廷,李平,等.乳化沥青温拌技术在长隧道沥青路面铺装中的应用󰀁J󰀁筑路机械与施工机械化,2)O9,2(,(I):!8-(21.󰀁7]丁宪德.添加剂Cec二aseR丁在温拌中的应用介绍󰀁J󰀁.山东交通科技,2川((4):4)3一45.橡胶沥青等研究成果的逐步成熟,温拌沥青混合料作为一种绿色󰀁节能󰀁环保的新型道路材料,在公路建设及养护中必将具有更广阔的发展前景卜参考文献:󰀁]l李忠凯温拌沥青混合料技术在欧洲的实践󰀁J].中外公路,加1),(3((4)):286一291!8󰀁王春.隧道温拌阻燃沥青混合料技术性能研究󰀁I)].西安:长妥大学,2(l())󰀁,]孙大权,王锡通,汤士良,等.环境友好型温拌沥青混合料制备技术研究进展[J]石油沥青,2)((7,21(4):54一57.)收稿日期:2011一07一02󰀁责任编辑:谭忠华󰀁󰀁2󰀁孙国生.欧美温拌沥青混合料枝术现状{J󰀁建设机械技术与管