采用溫拌技術(shù)的橡膠瀝青熱拌混合料的生產(chǎn)和鋪筑

1、采用溫拌技術(shù)的熱拌橡膠瀝青混合料的生產(chǎn)和鋪筑Jack Van Kirk* - Jordan Reed* - Jeff Reed*摘要：熱拌橡膠瀝青混合料已經(jīng)使用多年,并且已被證明是非常劃算的。然而為了獲得足夠的壓實度，在鋪筑時熱拌橡膠瀝青混合料需要較高的拌合溫度，這將會導(dǎo)致在生產(chǎn)是消耗較多的能量。有時在鋪筑時還會產(chǎn)生比較明顯的濃煙。在工廠與街道廢氣排放測試表明，常規(guī)熱拌排放廢氣測試與之沒有顯著的差異。利用溫拌瀝青技術(shù)能使橡膠瀝青的熱拌溫度要求顯著下降。采用這種技術(shù)不僅會降低生產(chǎn)時所需的溫度，還會減少在生產(chǎn)和鋪筑過程中煙霧的排放，并最終降低生產(chǎn)的成本。本文的目的是介紹采用兩種溫拌瀝青技術(shù)生產(chǎn)的熱

2、拌橡膠瀝青混合料的生產(chǎn)和鋪筑過程。文章還涉及生產(chǎn)，鋪筑和壓實后就地得到的混和料性能。關(guān)鍵詞：橡膠瀝青，熱拌橡膠瀝青，溫拌瀝青混合料，熱拌瀝青混合料生產(chǎn)，鋪筑和壓實。1.介紹溫拌瀝青混合料（WMA）是一個通用術(shù)語，它是指運用各種技術(shù)，使得熱拌瀝青混合料（HMA）路面在較低溫度下生產(chǎn)和鋪筑。在許多項目中采用溫拌技術(shù)，可使溫度下降高達55(Prowell,et al, 2007)。顯著下降的溫度，有助于減少燃料的消耗和降低廢氣的排放，同時也抑制降低了溫室氣體的產(chǎn)生。然而，除此之外其他潛在的工程性好處，包括：熱拌混合料較好的壓實性，熱拌混合料運輸距離顯著提高，在較低溫度下鋪設(shè)的能力。減少廢氣的排放不僅

3、能改善工人的工作條件，還能增進與鄰近社區(qū)的關(guān)系。許多國家的研究已表明溫拌瀝青混合料能減少廢氣的排放(D Angelo,et al., 2007)。在2002年美國國家瀝青路面協(xié)會（NAPA）從歐洲首次引入了WMA技術(shù)（D安杰洛，等人，2007年），這引起了熱拌瀝青混合料生產(chǎn)商，承包商，研究人員和政府機構(gòu)的強烈興趣。自那時起，新技術(shù)已經(jīng)在美國發(fā)展起來了。同時WMA的好處也被廣泛的認可。然而最重要的是，所有的WMA與HMA的經(jīng)驗是聯(lián)系在一起的。本文記載了采用兩種WMA技術(shù)的熱拌橡膠瀝青混合料(ARHM)的生產(chǎn)，攤鋪和壓實后就地得到的混和料性能。橡膠瀝青粘合劑應(yīng)用于鋪路已超過40年(Van Kirk

4、, 1992) (Van Kirk, 1999) (Van Kirk, 2003) (Van Kirk, 2006)。ARHM的使用也被很好的記錄下來。在19世紀80年代后期首次引入了斷級配熱拌橡膠瀝青混合料（ARHM-GG）(Van Kirk, 1999)。在其被引入后的數(shù)年時間里已經(jīng)表明，設(shè)計和鋪筑合理斷級配熱拌橡膠瀝青混合料（ARHM-GG）不僅能夠降低成本，還能提供優(yōu)良的場地性能。采用橡膠瀝青路面策略的優(yōu)點在許多研究工作中得到了驗證(Marvin, 2004) (Van Kirk, 1992)。橡膠瀝青策略的成本效益也在壽命周期成本分析的研究工作中得到了驗證(Hicks, et al.

5、, 1999)。由于橡膠瀝青獨特的性能，所以它提供了一種經(jīng)濟有效的來維護和修復(fù)受損的路面。2.背景正如上面提到的那樣，最重要的是所得的WMA與傳統(tǒng)的HMA的經(jīng)驗是聯(lián)系在一起的。傳統(tǒng)的HMA的生產(chǎn)，鋪筑和壓實是受氣候條件限制的。其中包括施工現(xiàn)場的環(huán)境溫度限制和從熱拌廠到施工現(xiàn)場的運距限制。因為ARHM的鋪筑和壓實過程對溫度很敏感，所以這些參數(shù)對ARHM拌合影響更為顯著。在這同時也出現(xiàn)了建筑工人關(guān)于使用這些混合物而增加的敏感性的投訴，這些投訴已經(jīng)被確定是與ARHM拌合所需的高溫度要求直接相關(guān)的。對于ARHM來說，如果允許在較低的溫度下生產(chǎn)時，可以推斷這將會對使用這些混合物的建筑工人的敏感度產(chǎn)生顯著

6、的影響。WMA技術(shù)的出現(xiàn)為此提供了顯著優(yōu)勢，特別是對于ARHM的拌合。因此，ARHM承包商想在這些混合物的生產(chǎn)中，結(jié)合使用這種新的技術(shù)。然而加利福尼亞州運輸部門（加州交通局）沒有關(guān)于這些項目的計劃和廣告。因此在Modesto的George Reed項目的建設(shè)中，加州不僅主動利用WMA的技術(shù)，并且通過伙伴關(guān)系努力設(shè)想和構(gòu)建了一個測試項目。雖然對于承包商而言，使用這種技術(shù)會產(chǎn)生一個更高的成本，但是他們?nèi)栽敢鈳е兄獌?yōu)勢的希望去前進。最終在測試項目中，這些優(yōu)勢均實現(xiàn)了。3.溫拌瀝青混合料技術(shù)3.1什么是溫拌瀝青混合料 WMA技術(shù)的幾種基本類型;有機或蠟添加劑,化學(xué)添加劑或表面活性劑,和簡單的通過發(fā)泡

7、噴嘴添加水或親水材料,如沸石。WMA技術(shù)類型可以分為兩大類;發(fā)泡法和化學(xué)/有機改性劑法。WMA技術(shù)會趨向于降低瀝青(或粘結(jié)劑)的粘度，并且在較低的生產(chǎn)和鋪筑溫度下提供完整的集料層。這些WMA技術(shù)可使得HMA生產(chǎn)過程中的溫度顯著下降高達55，這使得承包商和他們的代理合作伙伴能獲得一些潛在的利益。在本文中，有兩種類型的WMA技術(shù)。第一種是Astec雙桶綠色系統(tǒng),這是一個瀝青發(fā)泡法,第二種是MeadWestvaco Evotherm DAT,化學(xué)添加劑法。3.2溫拌瀝青混合料技術(shù)的優(yōu)點WMA技術(shù)的優(yōu)點是已經(jīng)被 (Prowell, et al., 2007) (Hurley, et al., 2008

8、) 論證了，這項技術(shù)的優(yōu)點包括；-行業(yè)中新熱拌混合料的優(yōu)勢-溫度下降高達55-減少了鋪筑溫度-降低了燃料消耗-較低的溫室氣體排放量-結(jié)合更高含量的回收瀝青路面材料（RAP）的能力承包商的直接效益：-工廠減少了廢氣排放-審批容易-節(jié)約能源-延長運輸距離-較少的異味和煙霧-減少了工人暴露在煙霧里的時間-改善薄層的性能-改善壓實能力-擴大施工季節(jié)代理商和承包商在每個新建項目都實現(xiàn)這些優(yōu)勢。正因為WMA技術(shù)有著這些顯著的優(yōu)勢，所以目前大多數(shù)代理商看好這項技術(shù)的。因為 WMA技術(shù)有巨大的潛在好處,加州運輸部決定在他們自己的一些項目中應(yīng)用這一項技術(shù)。2006年加州運輸部首次在試驗路上使用了WMA。從那時起

9、,他們使用開級配或密實配熱拌瀝清混合料并運用WMA技術(shù)，興建了一系列的項目。適用于將來測試項目的WMA規(guī)范正在趨于完善,這將給承包商使用這一技術(shù)提供了選擇(引自加州運輸部批準(zhǔn)列表)。3.3 Astec公司的雙桶綠色溫拌瀝青技術(shù)Astec公司的雙桶綠色系統(tǒng)利用多噴嘴裝置來使瀝青發(fā)泡?！岸鄧娮煅b置”讓少量的水與瀝青水泥混合并形成泡沫，而該泡沫又由許多的微小氣泡組成。如圖1所示該設(shè)備是一個包括多閥門、混合室和噴嘴的系統(tǒng)。噴嘴把水注入混合室，粘結(jié)劑體積會發(fā)生膨脹，這會使得包裹在集料表面的粘結(jié)劑的粘度下降,從而使得混合料可以在較低的溫度下生產(chǎn)和鋪筑。如圖1所示雙桶綠色系統(tǒng)是George Reed Ast

10、ec公司的雙桶連續(xù)逆流滾筒式拌合廠的一部分。橡膠瀝青粘結(jié)劑通過多噴嘴裝置進入混合室，使運用WMA技術(shù)生產(chǎn)的 RHMA-G型混合料的生產(chǎn)溫度顯著降低。圖1. Astec雙桶綠色系統(tǒng),“多噴嘴裝置”,裝備雙桶綠色系統(tǒng)的Astec雙桶連續(xù)逆流滾筒式拌合廠3.5 Evotherm Warm Mix Asphalt Technology Evotherm公司的溫拌瀝青技術(shù)MeadWestvaco Evotherm的分散瀝青技術(shù)(DAT)該方法在是熱拌廠中將化學(xué)添加劑以溶液的形式直接注入到拌合設(shè)備的瀝青中。Evotherm DAT可以提高低溫下瀝青與骨料的裹覆能力、施工和易性與粘結(jié)能力。如圖2所示Evot

11、herm DAT是由一個裝置所運輸?shù)?，用于Astec雙桶綠色系統(tǒng)的水也貯存在里面，而橡膠瀝青粘結(jié)劑通過多噴嘴裝置添加到熱拌廠中。這樣就可以運用WMA技術(shù)在較低的溫度下生產(chǎn) RHMA-G型混合料。圖2. MeadWestvaco Evotherm攜帶裝置4.溫拌橡膠瀝青混合料的測試項目4.1熱拌橡膠瀝青項目ARHM項目位于Fresno and Merced縣，并且靠近一個叫桑塔妮拉的加利福尼亞州小鎮(zhèn)，是屬于加州交通局(Caltrans)的項目。它位于5號州際公路，kiloposts FRE105.9/106.4，與Mer的0.0/52.5在加州交通局10區(qū)，合同號10-0N1504。路面罩面設(shè)計

12、方法是在現(xiàn)有的傳統(tǒng)熱拌混合料上加鋪一層60mm的ARHM-G型混合料。這種混合物由加入橡膠瀝青粘合劑的間斷級配的集料組成的。ARHM-GG的混合料是在2008年的夏季進行鋪筑的。與加州交通局合作的承包商通過變更合同單（CCO），來允許在項目中使用這種材料。在向南行進一側(cè)的路肩上鋪筑WMA RHMA混合料，以此作為RHMA-GG混合料的WMA技術(shù)的一種示范。加州交通局非常想知道與傳統(tǒng)熱拌相比，這項新技術(shù)是否能提供RHMA同樣的好處。測試項目承建商是George Reed Construction, Modesto CA?；旌狭系纳a(chǎn)是在位于Santa Nella, California的便攜式熱

13、拌廠中進行的。這個熱拌廠是屬于Astec雙桶連續(xù)逆流滾筒式拌合廠。橡膠瀝青粘結(jié)劑是由國際堆焊系統(tǒng)（ISS），Modesto，CA.生產(chǎn)的，而混合設(shè)備是由Reed International, VSS Macropaver Division, Hickman, CA生產(chǎn)的。4.2熱拌橡膠瀝青混合料配合比設(shè)計在這個項目有兩種不同的ARHM G型混合料的生產(chǎn)和鋪筑。第一種混合料使用的來自Los Banos礦井供應(yīng)的Triangle Rock，項目的大部分采用的都是這種原料。第二種混合料使用骨料是由George Reed從他們的Snelling礦井供應(yīng)的。這兩種混合料的設(shè)計都是由承包商進行，并由代理機

14、構(gòu)進行核實，兩種混合料的設(shè)計特性見表1。由于WMA技術(shù)的配合比設(shè)計沒什么變化，溫拌添加劑同樣采用傳統(tǒng)的混合料配合比設(shè)計方法。兩者混合料也都采用的最大粒徑為19mm的骨料，集料的級配見表2。兩者混合料使用了相同的集料級配，但粘結(jié)劑含量有較大差別。Triangle Rock和Snelling中的橡膠瀝青粘結(jié)劑的含量分別為7.7和7.0（占集料總量的干重）。兩種RHMA-GG混合料的粘結(jié)劑的含量分別都是依據(jù)Triangle Rock混合料的5.8% 和Snelling混合料的3.8%空隙率來選擇的。對這種類型的混合料來說5.8%的空隙率已經(jīng)很高了。這些ARHM-G型混合料難以在現(xiàn)場壓實，而且在混合配

15、合比設(shè)計時選擇高的空隙率也會給現(xiàn)場壓實造成困難。這些是實驗室的混合料配合比設(shè)計，也許并不能反應(yīng)現(xiàn)場的一些鋪筑情況。表 1. RHMA-G 混合料的特性表 2. RHMA-G 混合料的級配 (通過篩分率)4.3 熱拌橡膠瀝青混合料的鋪筑在這個項目中混合料被鋪筑在州際公路靠近熱拌廠的運料路的試驗段上。該測試是用來確定使用WMA技術(shù)的ARHM-GG混合料的溫度下降值。Astec雙桶綠色系統(tǒng)可以確保讓混合料鋪筑在運料路上。ARHM-GG混合料鋪筑溫度范圍從163降至135。試驗路成功地證明了這種混合料容易被壓實，因此承包商有信心在項目現(xiàn)場采用這種ARHM-G型混合料。如圖3和圖4所示W(wǎng)MA ARHM-

16、GG被鋪筑在拌合廠的運料路上。這種混合料鋪筑的運料路在一個月的重交通下并出現(xiàn)損害的痕跡。 圖3 ，現(xiàn)場有熱拌廠的運料路和試驗路的鋪筑圖4，完工后的熱拌廠的運料路和通行重型交通一個月后的運料路RHMA-GG應(yīng)用于大多數(shù)沒有溫拌瀝青混合料技術(shù)的項目中。它被應(yīng)用于行車道和路肩中。正常生產(chǎn)，鋪筑，壓實的溫度分別是163，154，145。每一種型號的測試部分信息被總結(jié)在表3中。 表3 WMA RHMA-GG測試信息總結(jié)Astec 雙筒綠色系統(tǒng)使得ARHM-GG混合料的生產(chǎn)，攤鋪和壓實時的溫度分別減少28、29、25，如圖57。這種物料的混合，攤鋪，壓實中幾乎沒有問題，但是當(dāng)溫度處于125時，會對壓實產(chǎn)生

17、一些困難。圖 5. 試驗路上 Astec 雙筒綠色系統(tǒng)的布置圖6. 試驗路上Astec 雙筒綠色系統(tǒng)的攤鋪和壓實 圖7. Astec 雙筒綠色系統(tǒng)鋪筑的試驗路完工后的路表可以在Astec雙桶綠色系統(tǒng)中加入Evotherm化學(xué)添加劑，這樣就可以使得ARHM-GG的攤鋪和壓實溫度再下降5，但這同樣會給混合料的攤鋪和壓實造成一些困難。大約達到264噸的產(chǎn)量時Astec雙桶綠色系統(tǒng)的噴嘴開始堵塞起來，生產(chǎn)被迫停止。究其原因是由于粘合劑流過的開口太小，其結(jié)果就是生產(chǎn)許多天后噴嘴就堵塞了。瀝青橡膠是一種非常粘稠的材料，所以在以后的項目中可以使用更大的噴嘴來克服這個缺點。在Evo/Astec WMA RHM

18、A-GG鋪筑過程中也出現(xiàn)了一些問題。當(dāng)運輸車輛到達測試點時，攤鋪機后面一半熨平板上的加熱器已經(jīng)停止工作了。所以在Evo/Astec WMA RHMA-GG鋪筑過程中，在路面表面出現(xiàn)了嚴重的拖痕，如圖8所示。通常情況下，這種完工后的RHMA-GG混合料的不光滑的表面，會產(chǎn)生嚴重的問題。因為這種不光滑的平面是攤不平的。但Evo/Astec WMA技術(shù)可以使不光滑的表面經(jīng)攤鋪后被松散的混合料填充起來。如圖9最終在表面沒留下可見的拖痕，而且在鋪筑過程中也沒有明顯的問題。這是WMA技術(shù)的一個顯著優(yōu)勢。然而不知道到那時，是否會影響到最終的壓實。圖 8. Evotherm/Astec 試驗路上的鋪筑問題圖

19、9. Evotherm/Astec 試驗路的最終表面4.4熱拌橡膠瀝青的測試結(jié)果約一個月后試驗路的建設(shè)樣品被提取出來送往亞利桑那州立大學(xué)。在那里的一個叫Jordan Reed的研究生對其進行了一系列的檢測。在后面的時間里Jordan也會對剩余的樣品進行測試，測試的結(jié)果會在刊登在后面的文章中。為了保證對試驗路上的每個部分進行檢測，在各個不同試驗段上采取6或12個樣品。每個試驗段的樣品和測試數(shù)據(jù)總結(jié)在表4中。最大的Rice比重由混合料確定，而隨后的密度值則由測試段確定。Snelling 和 Triangle Rock 混合料的Rice值分別為2.44 和 2.42。除了RHMA-GG Triang

20、le Rock 混合料的孔隙率比其他混合料的少了1.4%1.9%外，在不同試驗段上其他的混合料的平均空隙率都比較接近。然而采用和沒有采用WMA技術(shù)的RHMA的Snelling混合料表現(xiàn)出非常相似的空隙率。這兩種混合料之間的差異可能是集料來源的不同所造成的。由于數(shù)據(jù)量較少，所以從這種差異中不能得出明顯的結(jié)論。但可以看出該空氣空隙的所有混合料該空隙率都遠高于推薦值。壓實度要求是一個設(shè)計方法的規(guī)范，而不是最后的結(jié)果規(guī)范，這可能就是產(chǎn)生較高空隙率的原因。最后可以得出結(jié)論，WMA技術(shù)對RHMA 混合料的性質(zhì)不產(chǎn)生顯著的影響。表4. RHMA-G樣品和測試數(shù)據(jù)匯總5. 結(jié)語1. RHMA-GG使用Aste

21、c雙桶綠色系統(tǒng)和Evotherm WMA技術(shù)來構(gòu)建和鋪筑。2.當(dāng)使用Astec雙桶綠色和Evotherm WMA技術(shù)時，可以使RHMA-GG的生產(chǎn)和攤鋪溫度下降34之多。3.當(dāng)使用Astec雙桶綠色和Evotherm WMA技術(shù)時，可以使RHMA-GG的壓實溫度下降30之多。4.當(dāng)采用Astec雙桶綠色和Evotherm WMA技術(shù)時，可以讓RHMA-GG最終的不光滑的表面變得更易于攤平。5.當(dāng)采用Astec雙桶綠色和Evotherm WMA技術(shù)時，可以顯著減少RHMA-GG生產(chǎn)和攤鋪過程中的可見廢氣的排放量。6. 當(dāng)采用Astec雙桶綠色和Evotherm WMA技術(shù)時，在相同的壓實功能下，

22、并在較低的溫度下攤鋪和壓實的RHMA-GG混合料，會得到相似的孔隙率。6.建議1.代理商需要采用WMA技術(shù)來設(shè)計和建造更大規(guī)模的RHMA項目，并以此來獲得更加完備的經(jīng)驗。2.代理商應(yīng)該通過采用不同的WMA技術(shù)，來確定各種WMA技術(shù)生產(chǎn)的RHMA的有效性。3.在未來項目的建設(shè)中，RHMA應(yīng)在不同的溫度進行攤鋪，這樣就可以確定RHMA合適的攤鋪和壓實溫度。3.在未來項目的建設(shè)中應(yīng)該測試廢氣的排放量，以此來衡量在較低溫度下的攤鋪和壓實的積極因素。7. 參考文獻1D Angelo, J., et.al., “Warm-Mix Asphalt: European Practices”, Internat

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