溫拌瀝青技術(shù)在低溫施工中的應(yīng)用-

1、文章編號:1671-2579(201403-0264-04溫拌瀝青技術(shù)在低溫施工中的應(yīng)用楊彥海1,高小晰1,沈陽1,劉燕燕2(1.沈陽建筑大學(xué)土木工程學(xué)院,遼寧沈陽110168;2.浙江順暢高等級公路養(yǎng)護有限公司摘要:在對比分析溫拌瀝青混合料與熱拌S B S 瀝青混合料路用性能基礎(chǔ)上,結(jié)合實體工程,著重研究了施工溫度降低后材料的可壓實特性。試驗表明:在降低溫度30的情況下,溫拌瀝青技術(shù)可以有效地保證混合料及路面的各項性能,并形成一個穩(wěn)定的壓實區(qū)間,延長施工時間,實現(xiàn)冬季低溫施工。同時還可以較大程度地降低瀝青混合料拌和與施工過程中有害氣體的排放,有利于節(jié)約能源,保護環(huán)境。關(guān)鍵詞:道路工程;溫拌;

2、瀝青路面;低溫施工;壓實區(qū)間;降溫速率收稿日期:2013-08-03作者簡介:楊彥海,男,博士,教授.E -m a i l :y a n g ya n h a i 168126.c o m 1前言目前,建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會是中國一項長期的戰(zhàn)略任務(wù),而交通運輸行業(yè)又是能源資源消費和溫室氣體排放的重點領(lǐng)域之一。熱拌瀝青混合料雖然路用性能好,但環(huán)境污染重,能耗大,瀝青老化問題嚴(yán)重。同時,隨著中國道路建設(shè)的快速發(fā)展,如何解決瀝青路面在冬季施工所面臨的因瀝青混合料降溫速率快而造成的混合料壓實困難、空隙率過大、早期病害嚴(yán)重等問題,已成為道路建設(shè)中的重要任務(wù)。為了解決這些問題,溫拌瀝青混合料這種節(jié)

3、能環(huán)保的路用新材料、新技術(shù)得到了發(fā)展和應(yīng)用。這一技術(shù)能在保證混合料性能的前提下降低其拌和及碾壓溫度,為解決低溫地區(qū)及低溫季節(jié)進(jìn)行瀝青混凝土路面施工提供了新的思路。溫拌技術(shù)的本質(zhì)是通過降低膠結(jié)料的施工粘度,從而降低工作溫度。它要求摻加的物理和化學(xué)添加劑不會對路面的使用性能構(gòu)成負(fù)面影響,在盡可能少地改變現(xiàn)有工作條件(配合比、設(shè)備等的前提下,采用物理或化學(xué)手段,實現(xiàn)瀝青混合料在較低溫度下施工這一技術(shù)核心。該文研究的溫拌瀝青混合料是通過在常規(guī)瀝青混合料中加入采用表面活性劑原理實現(xiàn)溫拌化的新型液態(tài)添加劑,有效降低工作溫度,減少瀝青老化,為瀝青混合料提供充分壓實時間,保證路面的施工質(zhì)量。不僅能夠延長道路的

4、使用壽命,櫙櫙櫙櫙櫙櫙櫙櫙櫙櫙櫙櫙櫙櫙櫙櫙櫙櫙櫙櫙櫙櫙櫙櫙櫙櫙櫙櫙櫙櫙櫙櫙櫙櫙櫙櫙櫙櫙櫙櫙櫙櫙櫙櫙櫙櫙櫙櫙櫙櫙櫙還可以延長道參考文獻(xiàn):1張文剛,鄒雨芯,孫國慶,等.二氧化鈦瀝青混合料光催化性能影響因素研究J .武漢理工大學(xué)學(xué)報,2012(3.2徐海銘,劉黎萍,孫立軍,等.納米二氧化鈦在實際道路工程中的應(yīng)用J .公路工程,2011(4.3孫立軍,徐海銘,李劍飛,等.納米二氧化鈦處治汽車尾氣效果與應(yīng)用方法研究J .公路交通科技,2011(4.4葉超,陳華鑫,王闖.納米二氧化鈦改性瀝青混合料路用性能研究J .中外公路,2010(3.5S p a n h e l L ,W e l l e r H ,H

5、 e n g l e i n A.E l e c t r o n I n je c t i o nf r o m I l l u m i n a t e d C d S i n t o A t t a c h e d T i O 2a n d Z n O P a r t i -c l e s J .J A m C h e m S o c ,1987,109:6632-6638.6任成軍,李大成,周大釗,等.納米T i O 2的光催化原理及其應(yīng)用J .四川有色金屬,2004(2.7B a m w e n d a G R ,e t a l .T h e P h o t o c a t a l yt

6、 i c O x i d a t i o n o f W a t e r t o O 2O v e r P u r e C e O 2,WO 3a n d T i O 2U s i n g F e 3+a n d C e 4+a s E l e c t r o n A c c e p t o r s J .A p p l i e d C a t a l ys i s A :G e n e r a l ,2001,205:117-120.8尚華美,邱劍勛,王承遇,等.光催化納米C d S 復(fù)合T i O 2薄膜的表面形貌及太陽光光催化性能J .玻璃與搪瓷,2002(3.9廖芳齡,許婷婷,錢瑋.玄

7、武巖纖維瀝青混凝土技術(shù)性能研究J .中外公路,2012(3.10張文剛,紀(jì)小平,宿秀麗,等.路用礦物纖維瀝青混合料性能及增強機理研究J .武漢理工大學(xué)學(xué)報,2012(8.462中外公路第34卷第3期2014年6月路的施工季節(jié),從而實現(xiàn)在較低溫度下施工。2溫拌瀝青混合料性能評價與分析在相同級配下,對比溫拌瀝青混合料和S B S 熱拌瀝青混合料,在集料種類相同、試件空隙率基本接近的情況下進(jìn)行有關(guān)指標(biāo)的測試,驗證溫拌瀝青混合料的路用性能。2.1高溫性能瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性,即是在外界車輛荷載作用下瀝青路面抵抗永久變形的能力。如果高溫穩(wěn)定性不足,就會容易形成瀝青路面車轍等病害。目前,一般采用動穩(wěn)定度

8、指標(biāo)來評價。溫拌瀝青混合料和熱拌SB S 瀝青混合料動穩(wěn)定度指標(biāo)的對比試驗結(jié)果見圖1。動穩(wěn)定度/(次·m m -15普通AC-10溫拌AC-10普通AC-13溫拌AC-13普通AC-16溫拌AC-16混合料類型圖1不同瀝青混合料的動穩(wěn)定度從圖1可知:不同級配的溫拌瀝青混合料的動穩(wěn)定度均有提高。例如,溫拌A C-13瀝青混合料的動穩(wěn)定度為3968次/m m ,高出S B S 熱拌A C-13瀝青混合料(3526次/m m 13%。說明溫拌瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性略優(yōu)于S B S 熱拌瀝青混合料。2.2低溫性能瀝青混合料的低溫性能不足會導(dǎo)致路面低溫開裂,造成瀝青路面使用性能的降低和使用壽命

9、的縮短。該文采用低溫彎曲試驗來評價,以最大彎拉應(yīng)變作為評價指標(biāo),試驗結(jié)果如圖2所示。一般情況下,低溫彎曲試驗的最大彎拉破壞應(yīng)變越大,則彎曲勁度模量越小。表示瀝青混合料在低溫時的脆性較小,路面不容易開裂。由圖2可知,溫拌瀝青混合料的小梁試件在破壞時的彎拉應(yīng)變相比S B S 熱拌瀝青混合料降低,但差異不大,都在2800以上,完全符合規(guī)范的技術(shù)要求。最大彎拉破壞應(yīng)變/30503000295029002850280027502700普通AC-10溫拌AC-10普通AC-13溫拌AC-13普通AC-16溫拌AC-16混合料類型圖2不同瀝青混合料的最大彎拉破壞應(yīng)變2.3抗水損害性能抗水損害性能的不足會使瀝

10、青路面出現(xiàn)坑槽、松散等損壞,最終表現(xiàn)為瀝青混合料的整體強度降低,影響行車安全。瀝青混合料的水穩(wěn)定性是由浸水條件下混合料物理力學(xué)性能降低的程度來進(jìn)行評價的,試驗采用凍融劈裂殘留強度比、浸水馬歇爾殘留穩(wěn)定度指標(biāo)表征。試驗結(jié)果對比如圖3、4所示。凍融劈裂殘留強度比/%93普通AC-10溫拌AC-10普通AC-13溫拌AC-13普通AC-16溫拌AC-16混合料類型圖3不同瀝青混合料的凍融劈裂殘留強度比浸水馬歇爾殘留穩(wěn)定度/%9695949392919089普通AC-10溫拌AC-10普通AC-13溫拌AC-13普通AC-16溫拌AC-16混合料類型圖4不同瀝青混合料的浸水馬歇爾殘留穩(wěn)定度從圖3、4試

11、驗結(jié)果看,溫拌瀝青混合料的凍融劈裂殘留強度比、浸水馬歇爾殘留穩(wěn)定度均高于相應(yīng)的SB S 熱拌瀝青混合料。例如,溫拌A C-13混合料的凍融劈裂殘留強度比為90.4%,高于相應(yīng)的S B S 熱拌5622014年第3期楊彥海,等:溫拌瀝青技術(shù)在低溫施工中的應(yīng)用瀝青混合料的88.9%;溫拌A C-13混合料的浸水馬歇爾殘留穩(wěn)定度為94.2%,高于相應(yīng)的S B S 熱拌瀝青混合料的92.8%。2.4抗疲勞性能瀝青混合料的疲勞損壞是材料在重復(fù)荷載作用下不可恢復(fù)的強度衰減積累進(jìn)而引起的破壞現(xiàn)象。該文采用室內(nèi)四點彎曲小梁疲勞試驗來評價瀝青混合料的疲勞特性,加載控制方式選擇應(yīng)變控制模式。圖5為疲勞試驗結(jié)果。

12、疲勞作用次數(shù)應(yīng)變水平/100001000001000000300400500圖5不同瀝青混合料的疲勞作用次數(shù)由圖5的試驗結(jié)果可知:溫拌瀝青混合料的疲勞作用次數(shù)要高于相應(yīng)的S B S 熱拌瀝青混合料,說明其具有更好的耐疲勞性能。3低溫施工3.1溫度與壓實區(qū)間的相關(guān)關(guān)系對于熱拌瀝青混合料,在正常施工溫度時,瀝青粘度決定壓實效果,而瀝青粘度與溫度密切相關(guān)。該文通過室內(nèi)試驗對碾壓溫度與壓實度進(jìn)行了研究,結(jié)果如圖6所示。 空隙率/%溫度/20180從圖6中可以看出:溫拌瀝青混合料和熱拌瀝青混合料在達(dá)到相同空隙率時,前者的壓實溫度要明顯低于后者,在一個相當(dāng)大的溫度區(qū)間內(nèi),其可壓實區(qū)間基本變化不大,壓實曲線

13、總體上接近于直線。對比混合料目標(biāo)空隙率達(dá)到4%時,溫拌瀝青混合料較熱拌料溫度低40左右。碾壓溫度范圍的向下移動以及對溫度不敏感碾壓區(qū)域的存在,保證了溫拌瀝青混合料在降低施工溫度后仍然具有足夠好的工作性。溫拌瀝青混合料相對于熱拌瀝青混合料,其與環(huán)境溫度的差異縮小。3.2降溫速率對比研究在實際施工現(xiàn)場,對溫拌瀝青混合料與S B S 改性瀝青混合料的施工過程不同階段進(jìn)行了溫度檢測,具體數(shù)據(jù)見表1。表1兩種混合料施工溫度比較混合料類型瀝青加熱溫度礦料加熱溫度混合料出廠溫度攤鋪溫度初壓溫度終壓溫度溫拌瀝青混合料16015013012011065S B S 改性瀝青混合料17019017516015090

14、溫差104045404035從表1施工溫度中可見,溫拌瀝青混合料施工溫度較熱拌瀝青混合料低,解決了混合料低溫難以拌和及壓實的問題。為定量分析混合料散熱狀況,進(jìn)行了不同初始溫度的溫拌及熱拌瀝青混合料降溫試驗。溫拌瀝青混合料初始溫度為120、S B S 改性瀝青混合料初始溫度為160,為了增加可比性,最終溫度確定為90左右。降溫曲線如圖7所示。從圖7可以看到:不同起始溫度降到一定的溫度時,溫拌瀝青混合料的降溫曲線更平緩,其降溫速率為溫度/時間/min35302520151050溫拌瀝青混合料熱拌SBS 改性瀝青混合料圖7不同混合料降溫曲線662中外公路第34卷1.1/m i n,而熱拌S B S改

15、性瀝青混合料為2.3/m i n。這也符合物體與環(huán)境溫度差異越小,則其溫度變化速率越小這一熱傳導(dǎo)學(xué)原理。研究表明:溫拌瀝青混合料較熱拌混合料能獲得2倍以上有效壓實時間,并有比較寬的有效施工溫度范圍,這一點對于低溫季節(jié)施工具有非常重要的意義。4實體工程4.1七朱線七朱線大修改造工程位于沈陽市大東區(qū),路面寬度23m。上面層采用4c mA C-13型溫拌基質(zhì)瀝青混合料,下面層6c mA C-20型熱拌基質(zhì)瀝青混合料,改造時間為2011年10月2530日,地表溫度5。上面層溫拌基質(zhì)瀝青混合料出料溫度120,攤鋪溫度111,初壓溫度96;下面層熱拌基質(zhì)瀝青混合料出料溫度150,攤鋪溫度140,初壓溫度1

16、30。4.2鞍山出海通道遼寧中部工業(yè)走廊出海通道(鞍山段,位于鞍山市境內(nèi),路面寬度18m。上面層為3c mA C-10溫拌S B S改性瀝青混合料,下面層為4c mA C-16溫拌基質(zhì)瀝青混合料和1c m改性瀝青纖維稀漿封層,2012年10月3011月3日溫拌施工,地表溫度12。下面層溫拌基質(zhì)瀝青混合料出料溫度120,攤鋪溫度112,初壓溫度98;上面層溫拌S B S改性瀝青混合料出料溫度140,攤鋪溫度128,初壓溫度120。4.3遼陽小小線小小線改擴建工程,位于遼陽燈塔市,路面寬度12m。上面層采用3c mA C-10型溫拌S B S改性瀝青混合料,下面層4c mA C-16型溫拌再生瀝青

17、混合料。2012年10月2310月30日溫拌施工,地表溫度8。下面層溫拌再生瀝青混合料出料溫度120,攤鋪溫度112,初壓溫度90;上面層溫拌S B S 改性瀝青混合料出料溫度140,攤鋪溫度120,初壓溫度115。從以上3個實體工程可以得出:同比熱拌瀝青混合料,采用溫拌技術(shù)可降低混合料施工溫度30以上,實現(xiàn)低溫施工。5經(jīng)濟、節(jié)能和環(huán)境效益分析溫拌瀝青混合料的瀝青用量為5%,使用的新型添加劑用量占瀝青用量的5%,價格為2000元/t,則每噸溫拌瀝青混合料中新型添加劑增加的費用為5元左右。經(jīng)分析計算,與溫拌相比,每噸熱拌瀝青混合料可節(jié)省燒火油11.5k g,考慮油料價格浮動,則每噸溫拌瀝青混合料

18、可節(jié)省燃油費46元。因此,采用溫拌技術(shù)后,同比普通瀝青混合料不增加造價,或成本增加較少。經(jīng)測試,應(yīng)用溫拌技術(shù)后,C O2、N Ox的排放量分別下降60.0%和72.6%,S O2和煙塵的排放量下降75.2%和47.9%,瀝青煙、苯并芘和苯可溶物分別下降91.9%、80.2%和97%,使用溫拌技術(shù)可顯著減少有毒有害氣體揮發(fā),極大地改善施工人員的工作環(huán)境。6結(jié)論(1通過對不同級配溫拌瀝青混合料與普通瀝青混合料的橫向比較,證明溫拌混合料路用性能可靠,能夠滿足使用要求。并且相比普通S B S瀝青混合料,溫拌混合料在高溫穩(wěn)定性、抗水損害和抗疲勞性能上均有所提高。(2溫拌瀝青混合料施工溫度曲線下移,工作溫度降低。在某一溫度區(qū)間內(nèi)的壓實性能相接近,存在溫度不敏感碾壓區(qū)域,為混合料現(xiàn)場攤鋪碾壓提供了較寬的壓實時間,有利于保證瀝青路面良好的壓實度。(3通過實體工程施工證明,溫拌瀝青混合料施工溫度較熱拌S B S瀝青混合料降低30以上,且降溫速率小于熱拌瀝青混合料,能夠為施工提供更加充足的壓實時間,并可實現(xiàn)冬季施工。(4溫拌瀝青混合料技術(shù)在降低施工溫度,減少有毒有害氣體排放,延長施工周期,保證混合料性能的情況下,沒有或較少增加造價。節(jié)約能源,減輕了對施工人員和周圍環(huán)境的污染。參考文