表面活性劑法和泡沫瀝青法溫拌瀝青混合料性能對(duì)比研究

1.遼寧省交通廳公路管理局 遼寧沈陽 110005；2.遼寧仁泰交通科技有限公司 遼寧沈陽 110000

摘要：隨著社會(huì)對(duì)環(huán)境問題以及綠色低碳建設(shè)的關(guān)注程度日益提高，溫拌瀝青混合料因其具備有效減少熱拌瀝青混合料在拌和、運(yùn)輸、攤鋪等過程中有害氣體排放，降低能源消耗的優(yōu)勢被廣泛使用，本文詳細(xì)介紹了幾種溫拌技術(shù)類型，并采用主流的表面活性劑法和泡沫瀝青進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)，與普通熱拌瀝青混合料進(jìn)行對(duì)比，評(píng)價(jià)了兩種溫拌方式的使用效果和路用性能。

關(guān)鍵詞：溫拌；表面活性劑；泡沫瀝青

1 概述

溫拌瀝青混合料（WMA）是通過采取一定的技術(shù)方法，降低瀝青的粘度，使施工拌和溫度介于熱拌瀝青混合料（150℃～180℃）和冷拌瀝青混合料（常溫）（10℃～40℃）之間，其路用性能能夠達(dá)到（或接近）熱拌瀝青混合料的新型瀝青混合料。溫拌技術(shù)降低燃料消耗，有效減少膠結(jié)料老化并降低有害氣體的排放，對(duì)施工人員身體的傷害小，符合我國當(dāng)下建設(shè)“資源節(jié)約型，環(huán)境友好型”社會(huì)的要求，越來越得到國家的重視和行業(yè)的認(rèn)可。

2 溫拌瀝青技術(shù)類型

通過十余年的發(fā)展，瀝青混合料的溫拌技術(shù)已多達(dá)十幾種，在國內(nèi)能夠購買到的溫拌產(chǎn)品多達(dá)數(shù)十種，但是根據(jù)降溫機(jī)理，可以將國內(nèi)外溫拌瀝青技術(shù)分為四類：第一類是瀝青礦物法技術(shù)，第二類是有機(jī)添加劑技術(shù)，第三類是表面活性技術(shù)，第四類是瀝青發(fā)泡技術(shù)。

2.1瀝青-礦物法

瀝青-礦物法主要是采用合成沸石在瀝青混合料拌和過程中將這種粉末狀材料加入進(jìn)去，從而在結(jié)合料中產(chǎn)生泡沫作用，水分就隨著時(shí)間的延長從沸石中慢慢釋放出來，產(chǎn)生連續(xù)的發(fā)泡反應(yīng)。典型代表為德國Eurovia Services GmbH公司生產(chǎn)的Aspha-Min。

2.2有機(jī)添加劑技術(shù)

該類技術(shù)是將低熔點(diǎn)的有機(jī)添加劑添加到瀝青或者瀝青混合料中，從物理化學(xué)角度來改變?yōu)r青的粘溫曲線來實(shí)現(xiàn)溫拌的目的。這些化學(xué)添加劑的熔點(diǎn)通常較基質(zhì)瀝青的最低黏性流動(dòng)溫度要高，當(dāng)溫度高于添加劑的熔點(diǎn)時(shí)，瀝青混合料的粘度就會(huì)降低，混合料的拌和溫度降低。目前成功應(yīng)用的化學(xué)添加劑有兩類，分別為合成蠟和低分子量酯類化合物。

2.3表面活性技術(shù)

該類技術(shù)是國內(nèi)目前兩大主流溫拌技術(shù)之一，此類技術(shù)由瀝青、水和表面活性劑的共同作用?；旌狭习韬偷倪^程中，在混合料的內(nèi)部形成穩(wěn)定的具有潤滑作用的水膜結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)可以使混合料的粘度降低。水膜結(jié)構(gòu)在壓路機(jī)的作用下，水分在水膜結(jié)構(gòu)遭到破壞后排除，表面活性劑轉(zhuǎn)移到瀝青與石料的上面，可以起到抗剝落的作用。

2.4瀝青發(fā)泡技術(shù)

該類技術(shù)平臺(tái)是采用少量水加入瀝青中，或通過機(jī)械發(fā)泡裝置，或使用親水材料、或潮濕的集料等。當(dāng)水分散在瀝青中并變成水蒸氣（與熱瀝青接觸）時(shí)，會(huì)導(dǎo)致瀝青體積的迅速膨脹，從而降低瀝青的粘度實(shí)現(xiàn)溫拌的目的。

3 溫拌瀝青混合料和熱拌瀝青混合料對(duì)比試驗(yàn)分析

3.1 配合比設(shè)計(jì)

試驗(yàn)采用目標(biāo)空隙率（4%，體積分?jǐn)?shù)）為控制指標(biāo)，級(jí)配類型采用AC-13，粗集料取自遼陽小屯產(chǎn)的石灰?guī)r，細(xì)集料取自遼陽小屯的石灰?guī)r加工而成的機(jī)制砂，基質(zhì)瀝青為遼河90號(hào)道路石油瀝青，對(duì)瀝青和集料的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)檢測均符合規(guī)范要求。

基于表面活性劑法溫拌瀝青混合料配合比設(shè)計(jì)與熱拌瀝青混合料相同，在確保粗集料、細(xì)集料瀝青等原材料與級(jí)配相同的前提下，在混合料拌和階段，加入表面活性劑，拌制出溫拌瀝青混合料，設(shè)定不同的出料溫度，成型試件，計(jì)算空隙率，以目標(biāo)空隙率為標(biāo)準(zhǔn)，合理確定成型溫度，以此拌制溫拌瀝青混合料，進(jìn)行馬歇爾試驗(yàn)和性能驗(yàn)證試驗(yàn)。表面活性劑采用美德維實(shí)偉克公司生產(chǎn)的Evotherm DAT（下文中簡稱Evotherm DAT）。Evotherm DAT是黃綠色液體，沸點(diǎn)約為100℃，25℃密度1.03g/cm3。配制濃縮液的固化物（乳化劑）含量不低于7%，PH值一般以2.5～4為宜。根據(jù)使用場合不同摻加比例有所不同。一般拌和站摻加比例為添加劑：瀝青=5：95，室內(nèi)試驗(yàn)摻加比例為添加劑：瀝青=10：90。

基于泡沫瀝青法溫拌瀝青混合料配合比設(shè)計(jì)與熱拌瀝青混合料相同，在確保粗集料、細(xì)集料瀝青等原材料與級(jí)配相同的前提下，在混合料拌和階段，由維特根設(shè)備在最佳發(fā)泡條件下生產(chǎn)的泡沫瀝青，拌制出溫拌瀝青混合料，設(shè)定不同的出料溫度，成型試件，計(jì)算空隙率，以目標(biāo)空隙率為標(biāo)準(zhǔn)，合理確定成型溫度，以此拌制溫拌瀝青混合料，進(jìn)行馬歇爾試驗(yàn)和性能驗(yàn)證試驗(yàn)，根據(jù)《公路瀝青路面再生技術(shù)規(guī)范》（JTG41-2008）中規(guī)定，泡沫瀝青技術(shù)的膨脹率不小于10倍，半衰期不小于8s。

3.2試驗(yàn)結(jié)果

表1 不同成型溫度下熱拌和溫拌混合料空隙率

指標(biāo)級(jí)配類型溫拌類型成型溫度（℃）

100110120130140150

空隙率（%）AC-13無5.785.274.544.073.823.78

DAT4.664.083.923.733.613.54

泡沫瀝青5.174.424.073.853.723.65

由表1可知，瀝青混合料的空隙率隨溫度的升高而降低，取空隙率為4%為目標(biāo)空隙率得到四種瀝青混合料的最佳成型溫度。

通過比較，熱拌瀝青混合料成型溫度最高，通過表面活性劑法和泡沫瀝青實(shí)現(xiàn)溫拌后成型溫度降低，表面活性劑法的降溫效果較好。

在成型溫度下進(jìn)行馬歇爾體積指標(biāo)與混合料性能測定，結(jié)果見表2、3。

表2 熱拌和溫拌瀝青混合料體積指標(biāo)

項(xiàng)目瀝青

用量（%）成型溫度

（℃）溫拌

類型技術(shù)指標(biāo)

VV

（%）VMA

（%）VFA

（%）穩(wěn)定度

（kN）流值

（mm）

AC-134.6137無3.9714.5272.6510.873.86

117DAT4.0314.5772.3411.323.75

122泡沫

瀝青4.0414.5872.2910.743.91

設(shè)計(jì)要求3～5>1465～75>82～5

由表2可知，在最佳成型溫度下測定馬歇爾體積指標(biāo)，均滿足《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》（JTG F40-2004）中技術(shù)要求。

表3 熱拌和溫拌瀝青混合料路用性能試驗(yàn)結(jié)果

級(jí)配方式溫拌類型檢驗(yàn)項(xiàng)目實(shí)測值技術(shù)要求

AC-13無車轍試驗(yàn)動(dòng)穩(wěn)定度（次/mm）1368≥800

低溫彎曲破壞應(yīng)變（me）2654≥2300

凍融劈裂試驗(yàn)殘留強(qiáng)度比（%）89.9≥75

DAT車轍試驗(yàn)動(dòng)穩(wěn)定度（次/mm）1478≥800

低溫彎曲破壞應(yīng)變（me）2597≥2300

凍融劈裂試驗(yàn)殘留強(qiáng)度比（%）91.2≥75

泡沫瀝青車轍試驗(yàn)動(dòng)穩(wěn)定度（次/mm）1337≥800

低溫彎曲破壞應(yīng)變（me）2624≥2300

凍融劈裂試驗(yàn)殘留強(qiáng)度比（%）89.1≥75

由表3可知，在AC-13級(jí)配下，同比三種90號(hào)基質(zhì)瀝青混合料，高溫穩(wěn)定性低溫抗裂性和水穩(wěn)定性驗(yàn)證性試驗(yàn)的指標(biāo)值相差不大，且均能滿足《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》（JTG F40-2004）中的技術(shù)要求。

4 結(jié)論

1.在相同成型溫度下，溫拌瀝青混合料與熱拌瀝青混合料的空隙率大小對(duì)比：表面活性劑法<泡沫瀝青法<熱拌法，說明表面活性劑法溫拌瀝青混合料空隙率較小，壓實(shí)性提高，具有更好的的路用性能。

2.達(dá)到相同空隙率時(shí)，溫拌瀝青混合料與熱拌瀝青混合料的成型溫度大小對(duì)比：表面活性劑法<泡沫瀝青法<熱拌法。表明表面活性劑法的降溫效果更好，在相對(duì)較低溫度下可以進(jìn)行施工，不僅減緩瀝青的老化，又可以降低污染、節(jié)約能源，同時(shí)可延長施工工期。

3.溫拌料和熱拌料的路用性能對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果顯示：溫拌瀝青混合料的高溫抗車轍性能和水穩(wěn)定性能較熱拌瀝青混合料較好，低溫抗裂性能較差些，但仍滿足規(guī)范要求。

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