国外温拌沥青混合料技术与性能评价

1、文章编号:1671-2579(2007 06-0164-04国外温拌沥青混合料技术与性能评价左锋, 叶奋编译(同济大学, 上海市200092摘要:温拌沥青的概念是最近10年来在欧洲发展起来的, 德国、挪威、了研究。在美国,NCA T 色、节能、环保的路面新材料, 间。, 50。, 的性能评价, 。:; ; ; 技术性能; 评价收稿日期:2007-03-13温拌沥青混合料(WMA 是一类使用特定的技术或添加剂, 使拌和及施工温度介于热拌沥青混合料(150180 和冷拌(常温 沥青混合料之间, 性能达到热拌沥青混合料的新型沥青混合料的统称。WMA 首先是在欧洲由Shell 和K olo -veid

2、ekke 于1995年联合研制出来, 并于1996年进行了现场试验。在研制和使用初期, WMA 是利用软沥青和乳化沥青来生产温拌沥青, 这样生产出来的WMA 虽然在性能上能和HMA 相媲美, 但生产成本却高出HMA20%。为了降低成本, 同时又不降低WMA 的性能,Shell 和K olo -veidekke 在1998年开始用泡沫沥青和软沥青来生产温拌沥青, 并制备WMA , 这种WMA 于1999年和HMA 进行了现场对比试验, 经过1年的春、冬季跟踪观测,WMA 的使用性能良好。因此, Shell 和K olo -veidekke 在2000年的Eurobitume -Eu 2roasp

3、halt 国际会议上第一次提出了WMA 。随后, 日本和欧洲等国开始大量使用WMA ,2001年WMA 的使用量达8000t ,2002年增长到15000t ,2003年就高达30000t 。从WMA 使用量的大幅提高上, 可以看出WMA 的发展势头非常好。1温拌沥青混合料技术目前, 欧洲国家生产温拌沥青有3种技术:(1 在厂拌过程中增加一种名为Asp ha -Min的合成沸石在胶结料中产生泡沫效应。(2 使用一种名为WAM -Foam (温拌泡沫沥青混合料 的胶结料, 含有软、硬两种胶结料, 在工厂生产的不同阶段分别使用软胶结料和硬胶结料。(3 使用添加剂, 例如Sasobit (Fisch

4、er -Trop 2sch 石蜡 和Asp haltan B (Evot herm , 一种低分子量的酯化蜡 。1. 1Aspha -Min 温拌剂Asp ha -Min 是德国Eurovia -Services 股份有限公司的产品。它是一种极细、白色粉末状人造合成沸石(硅酸铝钠 , 已经被热液结晶。沸石内部容纳的水的质量百分率为21%, 在85182被释放。在向混合料中加入胶结料的同时加入Asp ha -Min , 就会产生极小的喷水现象。水的释放会使胶结料体积变大, 导致出现沥青泡沫效应, 可以在较低的温度下增加集料的覆盖率。Eurovia 公司建议所加的Aspha -Min 占混合料的质

5、量百分率为0. 3%, 这样可以将HMA 典型的生产温度降低12。据报告, 温度降低12可以节省30%的燃料消耗量。Eurovia 介绍说所有常用的沥青和聚合物改性沥青, 包括再生沥青都可以添加Aspha -Min 。可以将Asp ha -Min 加入到矿物填料中或者单独加料, 直接将其加入到间歇式拌和厂的搅拌机中。沸石是网状硅酸盐组合, 在其结构中有巨大的空间可以容纳较大的阳离子, 例如钠离子、钾离子、钡离461中外公路第27卷第6期2007年12月子、钙离子, 甚至是相对较大的分子和阳离子群, 例如水分子。在沸石中, 空间是互相连通的, 并且根据种类的不同形成了各种尺寸的较长、较宽的通道。

6、这些通道可以使其中的离子和分子更容易地进出沸石结构。沸石最常见的用途是作为水软化剂。沸石的特点是可以在不破坏它们结晶结构的情况下吸水和失水。它们可以将结构中的水通过加热或者其他方法排出结构。因此沸石可以作为新流体的运输系统。1. 2WAM -Foam 温拌剂WAM -Foam 是英国壳牌石油有限公司和挪威K olo -Veidekke 合资的产品。在WAM -Foam 中, 在拌和阶段使用两种单独的胶结料, , 的流动性, , 能够裹覆住矿料。软胶结料控制最小放置温度, 混合料可以在80下放置, 相对于HMA , 降低了5060; 硬胶结料是以泡沫沥青的形式加入的, 根据路面的需求, 硬沥青在

7、25时的针入度应在10100(0. 1mm 之间。根据要配制的调和沥青针入度来确定软胶结料和硬胶结料的混合比率。如果需要的话, 结合料中还可以加入抗剥落剂, 以减少水损坏。在第一阶段, 在100左右软胶结料与矿料拌和, 初步覆盖矿料, 矿料的加热温度为100120。然后以泡沫形式加入硬胶结料在90120进行充分拌和。当硬胶结料加入到混合料中时, 通过向加热的硬胶结料注入冷水而产生的快速蒸发会产生大量的烟雾。硬泡沫胶结料与软胶结料结合, 从而达到所需的沥青产品的最终的组成和特性。至于温拌沥青混合料的矿料级配、混合料的配合比设计、拌和设备等可以完全参照热拌沥青混合料的相关方法与规定。壳牌公司指出,

8、WAM -Foam 需要对软、硬胶结料成分进行仔细选择。拌和第一阶段, 集料的最初裹覆对于阻止水接触胶结料和集料交界面从而进入集料是至关重要的, 水必须从沥青混合料中排出, 以确保得到高质量的产品。壳牌公司报道说使用WAM -Foam 导致的生产温度降低可以节省30%燃料, 减少30%的CO 2排放量。1. 3S asobit 温拌剂Sasobit 是南非Sasol -Wax (Formerly Sch ümann Sasol 公司的产品。Sasobit 被认为是一种改性剂或者“沥青流动改进剂”。它是一种细结晶体, 可以薄片或者粉末的形式存在。使用Fischer -Trop sch

9、(F T 过程从煤气化中生产的长链脂肪族烃, 也被称为F T固体石蜡。Sasol -Wax 公司指出Sasobit 的熔点大约是99, 在超过116时, 可以完全溶解于沥青胶结料中。使胶结料的粘度降低。这可以使生产温度降低12。温度低于熔点时, Sasobit 在沥青胶结料中形成晶格结构, 这是含有Sasobit 的沥青的稳定性的基础。在使用温度下,Sasobit 。此外-, , 其压3%的 , 以使粘度降到所需的标准, 并且不应超过4%, 以免对胶结料的低温性能产生不良影响。不建议将固体Sasobit 直接拌和, 因为这样不能够使其在沥青中均匀分布。1. 4Asphaltan B 温拌剂As

10、p haltan B 是德国Romonta -Gmb H , Ams 2dorf 公司的产品。可以粒状存放。它是专门为沥青混凝土研制的, 是褐煤蜡与高分子烃的混合物。Romonta 公司建议加入质量百分率为2%4%的Asp haltan B 。它可以加到沥青拌和机中, 或是直接加入到胶结料生产机中, 也可以加入到聚合物改性胶结料中。Asp haltan B 的熔点大约是99。与F T 蜡相似, 它也被认为是一种“沥青流动改进剂”, 可以降低生产温度。与F T 蜡一样, 其压实性和抗车辙能力均会增强。2温拌沥青混合料性能的试验室评价及与HMA 比较2. 1温拌沥青混合料性能的试验室评价美国国家沥

11、青技术中心(NCA T 对温拌沥青混合料进行了试验室测试, 以确定这些摊铺过程的可行性、典型的摊铺过程, 在美国最常见的环境下, 包括在快速交通路段和高温环境下的混合料性能。上述3种温拌技术都是为了改进Superpave 旋转压实仪和振动压实仪压实混合料的能力, 这些技术都降低了空隙率。添加Asp ha -Min ,Sasobit 和Evo 2t herm 3种添加剂并没有影响沥青混合料的回弹模量, 用沥青路面分析仪(A PA 做车辙试验的结果表明也没有增加车辙量。搅拌和压实温度的降低确实导致车辙量有所增加, 这有可能是因为较低的温度下沥青5616期国外温拌沥青混合料技术与性能评价老化减弱所致

12、。在制作温拌沥青混合料的时候, 较低的压实温度可能会增加水损坏的可能。试验室测试得出以下结论:(1 旋转压实仪对于降低压实温度不敏感。因此, 所有的试件成型都用振动压实仪。(2 用旋转压实仪, 制作温拌沥青混合料的3种温拌技术都降低了空隙率。这有可能是因为最佳沥青用量的减少, 因此需要作进一步的研究确定在不掺加任何添加剂情况下的最佳沥青用量。需要说明的是, 在本研究中所有的试验都是在最佳沥青用量并且无其他添加剂的情况下进行的。(3 无论是用Superpave 仪,3, 空隙率平均降低 0. 89%, 用1. 53%。用这3种添加剂在88时的压实度都有所提高(图1 。图13种温拌沥青混合料压实性

13、能的对比(4 本研究评价的温拌沥青混合料同具有相同P G 等级沥青结合料的混合料相比, 其回弹模量不受影响。因此在用温拌沥青混合料时, 设计路面摊铺厚度不受影响。(5 Asp ha -Min , Sasobit 和Evot herm 3种添加剂没有增加混合料的车辙量。混合料搅拌和压实温度的降低使车辙量增加, 这可能是由于老化的沥青减少了。然而, 添加Sasobit 制成的混合料在温度降低时, 其对车辙的敏感性较低(图2 。图2APA 车辙深度(P G64-22花岗岩(6 添加Sasobit 制成的混合料的间接拉伸强度较低, 这个拉伸强度的降低可能是因为Sasobit 有抗老化的能力。其他的试验

14、室试验表明添加Sasobit 制成的混合料具有很好的抗车辙能力。(7 在制作温拌沥青混合料时, 压实温度较低会增加水损害的可能。搅拌温度和压实温度较低会导致集料未被完全烘干, 其结果就是导致水损坏。(8 剂, 。添加1. 5。(9 , 添加Sasobit 对于增加帮助的。汉堡轮轴试验的结果还表明掺加石灰对于添加Asp ha -Min 的温拌沥青混合料可以增加其抗车辙的能力, 这是因为石灰使沥青混合料的劲度增大。(10 经过不同时间放置后进行的间接拉伸强度测试证明不需要养护期。2. 2实际工程与H MA 的对比通过实际工程的应用, 同样发现温拌沥青混合料与普通热拌沥青混合料的路用性能基本一致(图

15、3、4 。WMA 与HMA 之间的相关数据对比见表1。图3WMA 与H MA 的车辙深度对比(欧洲某路使用3年后图4WMA 与H MA 的平均纵断面深度对比(欧洲某路铺筑2年后661中外公路27卷表1WMA 与H MA 对比混合料类型日期生产能力/t燃料消耗/L t -1矿料含水量/%混合料类型日期生产能力/t燃料消耗/L t -1矿料含水量/%WAgb11(WMA 2001-09-039416. 052. 92001-09-0511466. 291. 82001-09-063025. 892. 0WAgb11(HMA 2001-09-106358. 752. 32001-09-1112299

16、. 322. 42001-09-1216348. 692. 42001-09-1313458. 872. 62001-09-148098. 852. 3平均值6. 982. 3平均值8. 902. 43温拌沥青混合料的优缺点3. 1温拌沥青混合料的优点(1 , 。(2 可以延长施工期。可以在寒冷的天气使用温拌沥青混合料铺筑路面, 因为温拌沥青混合料的施工温度比HMA 低3050, 不必担心寒冷天气中的温度损失。可以在某些地区使施工期延长到冬季。(3 可以降低生产和施工温度约3050, 因而可以节约能耗20%左右。简化沥青装置, 节约投资。(4 降低存放温度, 因而更容易存放, 这种材料流动性更

17、大, 所以使用静态压路机就可以得到所需的密度, 不必使用振动压路机。(5 减少排放物。温拌沥青与传统的热拌沥青混合料相比, 可以极大地减少工厂的排放物, 温度越低, 烟雾越少, 温度每降低10,CO 2和沥青烟雾的排放量会随之减半。由于控制气体的排放, 在沥青厂, 大约可以节省30%50%的间接成本。由于对排放物的控制, 可以在更多的地区, 例如, 在限制空气污染地区建立沥青厂, 大大减小有害气体和气味对施工人员身体健康的影响。(6 可以加强路面的耐久性, 因为混合料中液态沥青的轻质烃部分不会被加热驱除掉。(7 可以使沥青层较厚的路面更快施工, 例如, 需要尽快开放的交叉口。因为混合料的初始温

18、度不高, 所以在下一层摊铺前不需要冷却很长时间。(8 可以使沥青被运输到更远的距离, 无需担心温度的临界损失, 有助于市场的开拓。(9 减轻热拌过程中沥青的老化, 延长沥青路面的使用寿命, 同时不需要添加新的施工设备。(10 可以提高路面性能, 易于混合、铺筑及压实。3. 2温拌沥青混合料的不足, , 大约(34 美元/t 。2。(3 由于胶结料老化的减弱, 车辙随着生产温度的降低有增大的趋势。(4 较低的生产温度也许会使潮湿损坏的可能性增大, 因为集料没有完全烘干。某种技术也许会增加潮湿敏感性。(5 一些过程或者添加剂需要改进工厂设备或生产条件, 燃料的节省并不能完全弥补增加的费用。(6 生

19、产WAM -Foam 需要对工厂进行改进, 估计需要5000070000美元。4结语尽管目前温拌沥青混合料的使用还存在一些没有解决的问题, 但是由于WMA 的诸多优点, 温拌沥青混合料在欧洲被广泛应用。例如, 在德国法兰克福机场就使用了Sasobit 对道面进行重新铺筑; 在挪威首都奥斯陆, 使用WAM -Foam 铺筑路面。欧洲工程使用的硬沥青针入度大部分是50/70(0. 1mm , 调和沥青针入度以70/100(0. 1mm 为主, 并且从2003年开始, 基本上采用间歇式拌和, 例如2003年的RV155Krokhol ,RV152K olbot n 工程等。但是也有不同的情况, 例如

20、2002年的Seljesvingen 工程就采用了针入度160/220(0. 1mm 的调和沥青, 并采用连续式拌和。在美国, 温拌沥青也逐渐引起各方面的重视, 以NCA T 为中心,F HWA 、NA PA 以及其他一些研究机构均参与其中。我国目前对温拌沥青混合料的研究和应用还相对较少。由交通部科学研究院、同济大学、北京路桥路兴物资中心以及美国Westvaco 公司合作研发的我国第7616期国外温拌沥青混合料技术与性能评价文章编号:1671-2579(2007 06-0168-03不同添加剂对温拌沥青混合料路用性能的影响陈志一1, 孙见林2, 庞立果1, 郝培文1编译(1. 长安大学, 陕西

21、西安710064; 2. 陕西三秦路桥有限责任公司摘要:温拌沥青混合料WMA (Warm Mix Asphalt 是一种新型、, 它使用一种具有合适粘度的调和沥青, (成, 从而可以使沥青混合料在较低温度下拌和、, 料(HMA 相同的路用性能。该文主要介绍 和; ; 收稿日期:2007-04-10热拌沥青混合料(HMA 的拌和、摊铺、碾压温度相对较高, 较高的温度不仅要消耗大量的能源, 而且在生产和施工过程中会排放出大量的废气和粉尘, 对环保和施工人员的健康非常不利, 同时过高的温度会造成沥青结合料的老化, 从而导致其路用性能劣化。近年来发展起来的温拌沥青混合料(WMA 就是在沥青混合料中使用一种调和沥青, 从而使沥青混合料在相对较低的温度下拌和与施工。目前,WMA 的拌和温度一般保持在100120, 摊铺和压实温度为8090, 相对于HMA 温度降低了30左右。随着我国公路事业的快速发展, 许多道路的改、扩建势在必行, 如果在今后的道路建设中大量采用WMA , 既降低成本、保护环境, 又促进了沥青混合料在低温地区的应用, 必定会带来较大的社会效益和经济效益。1混合料设计试验确定对比级配、花岗岩和石灰岩级配的最佳沥青用量分别为5. 3%、5. 1%和4. 8%, 具体如表1所示。通过在花岗岩和石灰岩两种集料一种沥青结合料(PG64-22 中加入3