瀝青混合料直投改性工藝及應(yīng)用研究

張文利 付濤

摘要：介紹了中國(guó)瀝青路面中瀝青混合料的研究與發(fā)展概況，并敘述了直投工藝改性瀝青混合料的性能與工藝特點(diǎn)；詳細(xì)講述了用于直投整體改性瀝青混合料的添加劑材料和改性機(jī)理以及影響整體改性效果的因素，還通過(guò)一些實(shí)際施工案例總結(jié)了直投改性瀝青混合料工藝的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：直投工藝；改性機(jī)理；拌和時(shí)間；拌和溫度

中圖分類號(hào)：U414.1文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

0引言

對(duì)普通瀝青混合料直接進(jìn)行改性，即不對(duì)普通瀝青提前進(jìn)行改性，而是在攪拌過(guò)程中添加改性劑使普通瀝青混合料直接改性，可稱之為直投改性瀝青混合料工藝。這種工藝比通過(guò)改性瀝青來(lái)提高瀝青混合料的性能，具有更多優(yōu)越性，既減少了普通瀝青在改性過(guò)程中的高溫加熱環(huán)節(jié)，又可以延長(zhǎng)瀝青材料的使用壽命，簡(jiǎn)化道路材料改性生產(chǎn)工藝，降低改性成本，因此具有更大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益[1]。

2001年前后，直投改性瀝青混合料工藝進(jìn)入中國(guó)，成為替代改性瀝青工藝的一種新方法。它采用一種專門的瀝青混合料改性劑材料，在拌和瀝青混合料的同時(shí)完成對(duì)瀝青混合料的改性過(guò)程，工藝十分簡(jiǎn)單、方便。通過(guò)在拌和瀝青混合料的過(guò)程中添加改性劑，利用瀝青混合料的拌和溫度使改性劑與瀝青相互作用，達(dá)到改性混合料性能的效果，既節(jié)省能源，也減少對(duì)工作人員的不利影響。與常用的SBS改性瀝青比較，這種瀝青混合料的高溫性能更高，達(dá)到同樣的技術(shù)指標(biāo)時(shí)，成本比SBS改性瀝青更低。

1直投改性瀝青混合料技術(shù)的概況

1.1改性添加劑的基本性能

瀝青混合料的性能之所以能得到改善和提高，主要是因?yàn)橐环N高性能的瀝青混合料改性添加劑。這種瀝青混合料改性添加劑由多種高聚物、少量纖維以及填充材料組成，具有改善、提高瀝青混合料一項(xiàng)或者多項(xiàng)技術(shù)性能的作用[23]。一般添加劑呈深淺不同的黑色，常溫下為固體顆粒狀，粒徑在5 mm左右，有柱型和扁豆型。法國(guó)PR改性添加劑密度為0.91～0.985 g·cm-3，熔點(diǎn)為140 ℃～150 ℃（僅軟化不熔解），燃燒無(wú)氣味。這種改性添加劑具有良好的熱溶性，在普通瀝青混合料攪拌溫度下即可充分融化，與裹敷在骨料上的瀝青均勻融合。

1.2改性添加劑的作用機(jī)理

直投工藝所用的改性添加劑通過(guò)以下作用使瀝青混合料的性能得到提高。

（1） 增加了瀝青的粘聚性，提高了其與礦料的膠結(jié)作用。

（2） 增加瀝青混合料的彈性，提高了其回復(fù)變形的能力。

（3） 添加劑中的纖維加強(qiáng)了瀝青礦粉泥的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，提高了瀝青混合料的整體性。

（4） 填充物提高了瀝青混合料的密實(shí)度。

1.3改性添加劑的使用劑量

在一定范圍內(nèi)，改性添加劑的使用劑量與改性效果之間具有正比關(guān)系，可根據(jù)路面設(shè)計(jì)要求使用不同劑量的添加劑。一般使用劑量為瀝青混合料質(zhì)量的0.3%～0.5%，即每噸瀝青混合料中摻入3～5 kg。對(duì)于一般道路，可摻入035%；交通量大、重型車輛多的路面可用04%，特殊路段可加至05%。具體可根據(jù)工程對(duì)瀝青混合料性能的要求并通過(guò)試驗(yàn)確定。

1.4直投改性瀝青混合料工藝的關(guān)鍵環(huán)節(jié)

直投改性瀝青混合料工藝的關(guān)鍵環(huán)節(jié)在于拌和過(guò)程。在混合料攪拌過(guò)程中要完成改性添加劑的受熱融化和均勻融合、裹敷[4]。因此，拌和過(guò)程應(yīng)滿足以下幾方面要求[5]。

（1） 保證瀝青加熱溫度。根據(jù)使用瀝青的標(biāo)號(hào)按照規(guī)范要求加熱到規(guī)定的溫度。

（2） 礦料的溫度。礦料應(yīng)加熱到180 ℃～185 ℃。

（3） 添加劑的投入。添加劑和礦料應(yīng)同步投入拌和鍋，使其有充分的拌和時(shí)間。

（4） 干拌時(shí)間。添加劑與礦料的干拌時(shí)間為10～15 s，具體根據(jù)拌和的效果確定。

（5） 濕拌時(shí)間。加入熱瀝青的濕拌和時(shí)間為30～40 s，每盤的拌和周期應(yīng)在50 s以上，觀察混合料，瀝青必須均勻裹附在礦料上。

（6） 成品料溫度。成品混合料的出鍋溫度控制在170 ℃～180 ℃。

2直投工藝改性瀝青混合料的技術(shù)特點(diǎn)

2.1技術(shù)性能

瀝青混合料改性劑的類型有很多，目前使用比較多的是抗車轍類型的添加劑，其中法國(guó)PR高性能添加劑的改性效果顯著優(yōu)于SBS改性瀝青，其車轍指標(biāo)是SBS改性瀝青的2.5倍左右，是普通瀝青的6倍以上，馬歇爾穩(wěn)定度可以提高20%左右，一般為12～15 kN，殘留穩(wěn)定度在85%～90%[6]。

表1是采用不同劑量的法國(guó)PRPLASTS瀝青混合料高性能添加劑（PR）對(duì)普通70#瀝青混合料進(jìn)行直投改性后的性能試驗(yàn)及其與SBS改性瀝青混合料的對(duì)比結(jié)果。從表1可以看出，采用高性能添加劑并通過(guò)直投工藝改性后生產(chǎn)的混合料的技術(shù)性能比SBS改性瀝青更佳。

（1） 馬歇爾穩(wěn)定度比普通瀝混合料提高30%左右，比SBS改性瀝青混合料提高20%以上。

（2） 殘留穩(wěn)定度比普遍瀝混合料青提高3%～5%，與SBS改性瀝青混合料基本相同。

（3） 高溫穩(wěn)定性車轍指標(biāo)有顯著提高，比普通瀝青混合料提高6倍左右，比SBS改性瀝青混合料提高2.5倍以上。

（4） 孔隙率有所減小，說(shuō)明密實(shí)度在增加。

（5） 隨著添加劑量的增加，主要技術(shù)性能指標(biāo)也隨之提高。

2.2與SBS改性瀝青混合料的綜合性能比較

（1） 成本比較。達(dá)到同等技術(shù)指標(biāo)要求時(shí)，采用直投工藝改性的瀝青混合料成本低于SBS改性瀝青混合料。

（2） 采用直投工藝改性的瀝青混合料可以延長(zhǎng)瀝青的使用壽命。在制作SBS改性瀝青時(shí)，瀝青需要在180 ℃的溫度下加熱很長(zhǎng)一段時(shí)間，這個(gè)加熱過(guò)程使瀝青的組分發(fā)生一定變化，加速了瀝青的老化，影響了瀝青的使用壽命。采用直投改性瀝青混合料工藝由于沒(méi)有對(duì)瀝青的加熱環(huán)節(jié)，不破壞瀝青的基本性能，相應(yīng)延長(zhǎng)了路面的耐久性。

（3） 直投改性瀝青混合料工藝簡(jiǎn)單，不需要再增加其他設(shè)備；而生產(chǎn)SBS改性瀝青不僅需要專門的改性設(shè)備，還要增加改性過(guò)程的燃料費(fèi)用，成本較高。

（4） 直投工藝采用的改性劑是顆粒狀固體，容易存放，不易產(chǎn)生泄漏浪費(fèi)；而SBS改性瀝青在保存過(guò)程中需要一直保溫?cái)嚢?，這不但會(huì)影響瀝青的使用壽命，而且增加了成本。

（5） 采用直投工藝比生產(chǎn)SBS改性瀝青環(huán)保，對(duì)環(huán)境和工作人員的危害小。

2.3應(yīng)用實(shí)踐及經(jīng)驗(yàn)

國(guó)內(nèi)應(yīng)用這種工藝的工程很多，例如北京水立方周邊的道路工程、長(zhǎng)安街大修工程、四川的奉節(jié)高速、山西的太舊高速、云南的水麻高速、蒙新高速、楚大高速、新疆的哈星高速以及貴州的貴惠高速，許多省市都采用過(guò)這種技術(shù)和添加劑用于新建公路和維修養(yǎng)護(hù)工程。

國(guó)內(nèi)用戶在直投改性瀝青混合料工藝的應(yīng)用實(shí)踐中總結(jié)了許多經(jīng)驗(yàn)，歸納起來(lái)主要包括以下幾方面。

（1） 選用性能優(yōu)良的添加劑。添加劑的性能直接影響瀝青混合料的改性效果，而改性效果應(yīng)該綜合全面評(píng)價(jià)，不能單看車轍指標(biāo)，如果其他指標(biāo)低，混合料的路用性能也會(huì)降低。

（2） 保證混合料的拌和溫度。如果拌和溫度不夠高，添加劑不能很好地軟化，也不能和瀝青均勻混合，達(dá)不到改性效果。

（3） 保證拌和時(shí)間。瀝青混合料的拌和時(shí)間不夠，添加劑便不能和瀝青均勻混合，不能很好地裹附在礦料表面，達(dá)不到改性效果。特別是干拌時(shí)間不足，會(huì)使添加劑達(dá)不到足夠的軟化程度，影響改性效果。

3直投改性瀝青混合料的設(shè)備及工藝

由試驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，改性添加劑與瀝青混合料的質(zhì)量百分比對(duì)改性混合料的性能影響顯著，因此直投改性工藝需要一個(gè)計(jì)量并投放添加劑的附屬設(shè)備，這個(gè)設(shè)備的精度與靈敏度將直接影響瀝青混合料的改性效果。這種用于直投改性瀝青混合料生產(chǎn)的工藝設(shè)備稱為添加劑投料系統(tǒng)，是作為傳統(tǒng)瀝青混合料拌和設(shè)備的附加設(shè)備。但相對(duì)于其他改性生產(chǎn)工藝設(shè)備，該設(shè)備非常簡(jiǎn)單，具有規(guī)模較小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，能夠根據(jù)瀝青混合料攪拌設(shè)備的生產(chǎn)能力按照改性摻配比例精確計(jì)量改性添加劑，并能夠根據(jù)瀝青混合料攪拌設(shè)備的拌和周期定時(shí)投料。

4結(jié)語(yǔ)

實(shí)踐證明，直投改性瀝青混合料工藝不僅具有操作方便、配套設(shè)備簡(jiǎn)單、改性成本低等優(yōu)越特性，其改性質(zhì)量效果也明顯優(yōu)于傳統(tǒng)SBS改性瀝青，可以為施工單位、業(yè)主和社會(huì)帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)效益，已經(jīng)被越來(lái)越多的用戶和工程所接受，具有很大的推廣應(yīng)用價(jià)值。

參考文獻(xiàn)：

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[責(zé)任編輯：杜衛(wèi)華]