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泡沫瀝青溫拌技術在道路工程中的應用
【編者按】 溫拌瀝青混合料技術作為一種節(jié)能環(huán)保效果顯著的新型綠色路面材料技術，近年來在歐美等發(fā)達國家得到了快速發(fā)展。據(jù)有關文獻介紹，2010年美國已有44個州推廣使用溫拌瀝青混合料技術，截止到2010年8月，在美國實際應用的各類溫拌技術已達22種之多，這些溫拌技術基于不同的技術平臺，可分為“化學添加劑溫拌技術”、“有機添加劑溫拌技術”及“泡沫瀝青溫拌技術”三大類。我國自2005開始從國外引入溫拌瀝青混合料技術，并取得了較快的發(fā)展。目前在我國應用最廣的主流溫拌技術是“化學添加劑溫拌技術”。從美國溫拌瀝青混合料技術的發(fā)展及應用趨勢看，各種“泡沫瀝青溫拌技術”的應用日趨廣泛，占據(jù)了較大的市場份額，而我國目前有關“泡沫瀝青溫拌技術”的研究和應用尚處于起步和探索階段。該特約稿介紹了“泡沫瀝青溫拌技術”在河北滄州市的研究和應用情況，供業(yè)內人士參考。
泡沫瀝青溫拌技術在道路工程中的應用
吳英彪，郭艷芳，石津金，張寶峰 （滄州市市政工程公司， 河北 滄州 061000） 摘 要：瀝青混合料溫拌技術以其節(jié)能減排的顯著優(yōu)勢得到越來越廣泛的應用。論述了一種采用特殊的瀝青發(fā)泡裝置，通過在高溫瀝青中加入一定比例的水，使瀝青發(fā)泡，以降低瀝青混合料拌和溫度的新技術。應用研究結果表明，泡沫瀝青溫拌技術能夠有效降低瀝青混合料的生產(chǎn)施工操作溫度，且泡沫瀝青溫拌混合料的路用性能仍能達到熱拌瀝青混合料的標準。
關鍵詞：道路；瀝青再生；瀝青混合料；泡沫瀝青溫拌
中圖分類號： U 416.217 文獻標志碼： B 文章編號：1009-7767（2011）04-0017-05 Application of Warm Mix Technology Based on Foamed Asphalt in Road Construction Wu Yingbiao，Guo Yanfang，Shi Jinjin，Zhang Baofeng 目前，環(huán)境污染和能源枯竭已經(jīng)成為全球普遍關注的兩大熱點，為了保護生存環(huán)境，世界各國都在倡導“低碳”技術。溫拌瀝青混合料由于具有降低生產(chǎn)能耗、減少廢氣和粉塵排放等優(yōu)點，而成為瀝青路面材料領域里一項很有前景的新興材料。 溫拌瀝青混合料起源于歐洲[1]，是通過一定的技術措施降低瀝青的黏度，從而使瀝青混合料能在相對較低的溫度[2]下進行拌和及施工，同時保持不低于熱拌瀝青混合料的使用性能，通常有乳化瀝青溫拌技術、有機添加劑法、瀝青—礦物法以及泡沫瀝青溫拌法4種技術途徑[3-4]。滄州市市政工程公司2010年從美國MEEKER公司引進了用于瀝青混合料溫拌的瀝青發(fā)泡設備，將其配套安裝在具備熱再生瀝青混合料生產(chǎn)能力的間歇式瀝青混合料拌和設備上，使設備能夠生產(chǎn)溫拌泡沫瀝青混合料。設備改裝完成后，于同年6月中旬在滄州市的化工路進行了泡沫瀝青溫拌混合料的工程應用。 1 工程概況 化工路為滄州市東西方向城市次干路，全長789.34 m，1幅路，行車道寬21 m，車道設計路面結構為：30 cm石灰土＋18 cm水泥穩(wěn)定碎石基層＋噴灑透層油＋橡膠瀝青下封層＋6 cm AC-20型瀝青混凝土＋4 cm AC-13型SBS改性瀝青混凝土�；ぢ返臑r青下面層采用了泡沫瀝青溫拌技術進行生產(chǎn)施工，廢舊瀝青混合料（RAP）摻量為25 %。 2 原材料 1）瀝青材料：滄州地區(qū)在氣候分區(qū)上屬夏炎熱冬寒區(qū)（1-2）[5]，根據(jù)規(guī)范規(guī)定[5]并結合該地區(qū)特點，工程下面層采用A級90號普通石油瀝青，上面層采用A級90號基質瀝青加工生產(chǎn)的I-C級SBS改性瀝青，其各項指標如表1所示。  2）新集料：下面層AC-20所用新集料為河北滿城的石灰?guī)r；上面層AC-13所用新集料除0～5 mm細集料為河北滿城的石灰?guī)r外，其余均為山東鄒平的玄武巖。 3）廢舊瀝青混合料（RAP）：為京滬高速公路滄州段大修時的銑刨料，經(jīng)篩分處理分為10～20 mm和10 mm以下粗、細兩檔，粗RAP的瀝青含量為2.9 %，細RAP的瀝青含量為4.8 %，RAP中回收舊瀝青的針入度符合30號道路石油瀝青的規(guī)范標準。 3 生產(chǎn)設備及生產(chǎn)過程 瀝青混合料生產(chǎn)設備采用3000型間歇式廠熱拌再生設備，瀝青發(fā)泡裝置主要由控制系統(tǒng)和瀝青發(fā)泡管組成（見圖1、2）。瀝青發(fā)泡管安裝在原有3000型間歇式生產(chǎn)設備的瀝青噴射管上，控制系統(tǒng)采集瀝青噴射的起止信號，將一定比例的水與瀝青同步加入到瀝青發(fā)泡管內。在瀝青發(fā)泡管內，冷水遇熱瀝青急劇汽化，體積迅速膨脹，生成泡沫瀝青[7]。瀝青以泡沫瀝青的形態(tài)噴入拌缸與集料拌和成瀝青混合料，泡沫瀝青比瀝青黏度降低，和易性增加，可以在較低的溫度下充分裹覆集料，從而使瀝青混合料的拌和溫度比熱拌降低20～30 ℃。   圖1 瀝青發(fā)泡裝置控制系統(tǒng) 圖2 瀝青發(fā)泡管 由于泡沫瀝青溫拌技術只是對瀝青混合料生產(chǎn)工藝方面的改進，因此泡沫瀝青溫拌混合料仍采用與熱拌瀝青混合料相同的生產(chǎn)配比。在化工路面層的初始生產(chǎn)時，都分別采用熱拌工藝生產(chǎn)了少量熱拌瀝青混合料進行鋪筑施工，作為工程中泡沫瀝青溫拌工藝的對比段。 下面層AC-20再生瀝青混合料初始生產(chǎn)采用熱拌工藝，熱拌再生瀝青混合料的拌和溫度為155～165 ℃，RAP加熱溫度95 ℃ 左右，新集料加熱溫度190～200 ℃。隨后采用泡沫瀝青溫拌工藝拌制再生瀝青混合料。首先開通瀝青發(fā)泡裝置，向瀝青發(fā)泡管中與瀝青同步加入新瀝青用量1 %的水，使瀝青發(fā)泡，同時逐步將新集料加熱溫度降低至155～160 ℃，泡沫瀝青溫拌再生混合料的拌和溫度為130～135 ℃，比熱拌降低了約30 ℃。在由熱拌轉溫拌生產(chǎn)過程中，拌和設備是連續(xù)生產(chǎn)的，混合料采用相同的礦料級配和油石比，外觀檢測溫拌再生泡沫瀝青混合料與熱拌瀝青混合料無明顯區(qū)別，混合料拌和均勻，無花白料、離析現(xiàn)象，瀝青均勻地裹附集料。上面層AC-13 SBS改性瀝青混合料生產(chǎn)時，也是先采用的熱拌工藝，熱拌SBS改性瀝青混合料的拌和溫度為170～175 ℃。泡沫瀝青溫拌SBS改性瀝青混合料的拌和溫度降至145～150 ℃，比熱拌降低約25 ℃。SBS改性瀝青發(fā)泡效果也較理想，混合料拌和均勻，沒有花白料、離析等現(xiàn)象。生產(chǎn)過程中，用裝載機在拌缸出料口接泡沫瀝青檢測瀝青的發(fā)泡情況，瀝青發(fā)泡效果良好（見圖3）。  圖3 瀝青發(fā)泡效果 除溫拌瀝青混合料的拌和溫度比熱拌降低20～30 ℃外，在進行泡沫瀝青溫拌混合料生產(chǎn)時，拌和站的空氣環(huán)境要好于熱拌，CO2和瀝青煙的排放量比熱拌生產(chǎn)時明顯減少（見圖4、5）。   圖4 泡沫瀝青溫拌混合料生產(chǎn)無明顯瀝青煙 圖5 熱拌瀝青混合料生產(chǎn)時產(chǎn)生的瀝青煙 4 施工工藝 拌和廠與施工現(xiàn)場運距較近，并采用瀝青混合料專用保溫運輸車，混合料到場及攤鋪溫度與生產(chǎn)溫度相比，溫降比較小。施工采用1臺攤鋪機半幅攤鋪施工，設專人對混合料的攤鋪、碾壓溫度進行檢測，其中，AC-20型溫拌再生瀝青混合料的攤鋪溫度在130 ℃左右，碾壓終了溫度不低于80 ℃；AC-13型溫拌SBS改性瀝青混合料攤鋪溫度為140 ℃左右，碾壓終了溫度不低于90 ℃。 熱拌與溫拌混合料采用相同的碾壓組合，即：初壓時雙鋼輪壓路機先靜壓1遍，再振動碾壓2～3遍；復壓時膠輪壓路機碾壓4～5遍；終壓時雙鋼輪壓路機靜壓2～3遍，碾壓道路邊緣并消除輪跡。施工時泡沫瀝青溫拌混合料的工作性與熱拌混合料無明顯區(qū)別，易于碾壓密實。泡沫瀝青溫拌混合料施工時作業(yè)環(huán)境得到明顯改善，與熱拌混合料相比瀝青煙明顯減少，施工作業(yè)環(huán)境溫度也顯著降低。 施工完畢后，及時對施工現(xiàn)場進行了鉆芯，芯樣完整密實，經(jīng)檢測壓實度達到規(guī)范要求（見表2）。  5 室內試驗 在AC-20型再生瀝青混合料和AC-13型SBS改性瀝青混合料生產(chǎn)過程中，分別取熱拌和泡沫瀝青溫拌混合料進行性能對比試驗。 5. 1 混合料性能試驗 將取回的瀝青混合料樣品立即放入恒溫箱，恒溫放置2 h后進行成型試驗，試驗結果見表3。將熱拌與泡沫瀝青溫拌混合料的主要技術指標進行比較，結果如圖6、7所示。    圖6 溫拌與熱拌混合料馬歇爾穩(wěn)定度值的比較 圖7 溫拌與熱拌混合料動穩(wěn)定度值的比較 從試驗結果看：雖然泡沫瀝青溫拌混合料的馬歇爾穩(wěn)定度和動穩(wěn)定度指標同熱拌相比略有降低，但均能達到規(guī)范[5]中的熱拌瀝青混合料的技術要求，說明其高溫穩(wěn)定性能較好。另外，泡沫瀝青溫拌混合料的殘留穩(wěn)定度和凍融劈裂殘留強度比都滿足規(guī)范技術要求，這說明泡沫瀝青溫拌混合料的水穩(wěn)定性[8]良好。 5. 2 旋轉壓實試驗 為了進一步比較溫拌和熱拌混合料的可壓實性，分別取熱拌和泡沫瀝青溫拌的AC-20型再生混合料，采用旋轉壓實儀旋轉壓實75圈成型試件，旋轉壓實過程記錄見表4。  由此可見，泡沫瀝青溫拌混合料的可壓實性同熱拌瀝青混合料相比沒有明顯區(qū)別，泡沫瀝青溫拌混合料具有較好的可壓實性。采用泡沫瀝青溫拌技術雖然降低了混合料的拌和溫度，但是在達到一定壓實功后亦可達到與熱拌混合料相同的密度。 6 節(jié)能及經(jīng)濟效益 化工路瀝青面層施工正值6月中旬，氣候干燥，生產(chǎn)施工時環(huán)境溫度30～37 ℃。瀝青混合料生產(chǎn)所用粗集料平均含水率0.5 %，0～5 mm細集料平均含水率1.7 %，集料自然溫度25～31 ℃。瀝青混合料拌和設備是以天然氣為燃料，在生產(chǎn)過程中，對瀝青混合料拌和溫度和天然氣耗氣量進行了跟蹤，進行節(jié)能與經(jīng)濟效益分析（見表5）。  采用泡沫瀝青溫拌技術使瀝青混合料的生產(chǎn)拌和溫度降低25～30 ℃，生產(chǎn)能耗節(jié)約30 %以上，瀝青混合料的生產(chǎn)成本可降低8元/t以上，能夠有效地節(jié)約能源，降低生產(chǎn)成本。此外，泡沫瀝青溫拌混合料生產(chǎn)時，CO2和瀝青煙的排放量明顯比普通熱拌瀝青混合料減少[7]，因此，泡沫瀝青溫拌技術具有顯著的經(jīng)濟效益和環(huán)境效益。 7 結論和建議 1）化工路工程證明，泡沫瀝青溫拌混合料的生產(chǎn)施工溫度可比熱拌瀝青混合料降低25～30 ℃，泡沫瀝青溫拌混合料易于拌和均勻、碾壓密實，其可操作性良好。 2）泡沫瀝青溫拌技術適用于再生瀝青混合料和SBS改性瀝青混合料，雖然泡沫瀝青溫拌混合料的各項指標比熱拌混合料略有降低，但仍能達到JTG F40-2004《公路瀝青路面施工技術規(guī)范》中對熱拌瀝青混合料的技術要求。 3）泡沫瀝青溫拌混合料與熱拌瀝青混合料相比，生產(chǎn)能耗可節(jié)約30 %以上，混合料生產(chǎn)成本可降低8元/t以上，且能夠有效地降低生產(chǎn)能耗，減少溫室氣體、瀝青煙等有害氣體的排放，改善施工作業(yè)環(huán)境。泡沫瀝青溫拌技術是一項節(jié)約資源、低碳、環(huán)保的綠色技術，必將發(fā)展成為瀝青路面的主流施工技術。 4）化工路道路工程已通車使用近1年，使用狀況良好，無裂縫、車轍、擁包等病害，但仍需要對泡沫瀝青溫拌混合料鋪筑的路面進行長期性能評測，對其耐久性做進一步的研究�！� 參考文獻： [1] John D’Angelo，Eric Harm，John Bartoszek，et al. 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