温拌沥青技术在低温施工中的应用-

1、文章编号:1671-2579(201403-0264-04温拌沥青技术在低温施工中的应用杨彦海1,高小晰1,沈阳1,刘燕燕2(1.沈阳建筑大学土木工程学院,辽宁沈阳110168;2.浙江顺畅高等级公路养护有限公司摘要:在对比分析温拌沥青混合料与热拌S B S 沥青混合料路用性能基础上,结合实体工程,着重研究了施工温度降低后材料的可压实特性。试验表明:在降低温度30的情况下,温拌沥青技术可以有效地保证混合料及路面的各项性能,并形成一个稳定的压实区间,延长施工时间,实现冬季低温施工。同时还可以较大程度地降低沥青混合料拌和与施工过程中有害气体的排放,有利于节约能源,保护环境。关键词:道路工程;温拌;

2、沥青路面;低温施工;压实区间;降温速率收稿日期:2013-08-03作者简介:杨彦海,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,建设资源节约型、环境友好型社会是中国一项长期的战略任务,而交通运输行业又是能源资源消费和温室气体排放的重点领域之一。热拌沥青混合料虽然路用性能好,但环境污染重,能耗大,沥青老化问题严重。同时,随着中国道路建设的快速发展,如何解决沥青路面在冬季施工所面临的因沥青混合料降温速率快而造成的混合料压实困难、空隙率过大、早期病害严重等问题,已成为道路建设中的重要任务。为了解决这些问题,温拌沥青混合料这种节

3、能环保的路用新材料、新技术得到了发展和应用。这一技术能在保证混合料性能的前提下降低其拌和及碾压温度,为解决低温地区及低温季节进行沥青混凝土路面施工提供了新的思路。温拌技术的本质是通过降低胶结料的施工粘度,从而降低工作温度。它要求掺加的物理和化学添加剂不会对路面的使用性能构成负面影响,在尽可能少地改变现有工作条件(配合比、设备等的前提下,采用物理或化学手段,实现沥青混合料在较低温度下施工这一技术核心。该文研究的温拌沥青混合料是通过在常规沥青混合料中加入采用表面活性剂原理实现温拌化的新型液态添加剂,有效降低工作温度,减少沥青老化,为沥青混合料提供充分压实时间,保证路面的施工质量。不仅能够延长道路的

4、使用寿命,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还可以延长道参考文献:1张文刚,邹雨芯,孙国庆,等.二氧化钛沥青混合料光催化性能影响因素研究J .武汉理工大学学报,2012(3.2徐海铭,刘黎萍,孙立军,等.纳米二氧化钛在实际道路工程中的应用J .公路工程,2011(4.3孙立军,徐海铭,李剑飞,等.纳米二氧化钛处治汽车尾气效果与应用方法研究J .公路交通科技,2011(4.4叶超,陈华鑫,王闯.纳米二氧化钛改性沥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任成军,李大成,周大钊,等.纳米T i O 2的光催化原理及其应用J .四川有色金属,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尚华美,邱剑勋,王承遇,等.光催化纳米C d S 复合T i O 2薄膜的表面形貌及太阳光光催化性能J .玻璃与搪瓷,2002(3.9廖芳龄,许婷婷,钱玮.玄

7、武岩纤维沥青混凝土技术性能研究J .中外公路,2012(3.10张文刚,纪小平,宿秀丽,等.路用矿物纤维沥青混合料性能及增强机理研究J .武汉理工大学学报,2012(8.462中外公路第34卷第3期2014年6月路的施工季节,从而实现在较低温度下施工。2温拌沥青混合料性能评价与分析在相同级配下,对比温拌沥青混合料和S B S 热拌沥青混合料,在集料种类相同、试件空隙率基本接近的情况下进行有关指标的测试,验证温拌沥青混合料的路用性能。2.1高温性能沥青混合料的高温稳定性,即是在外界车辆荷载作用下沥青路面抵抗永久变形的能力。如果高温稳定性不足,就会容易形成沥青路面车辙等病害。目前,一般采用动稳定度

8、指标来评价。温拌沥青混合料和热拌SB S 沥青混合料动稳定度指标的对比试验结果见图1。动稳定度/(次·m m -15普通AC-10温拌AC-10普通AC-13温拌AC-13普通AC-16温拌AC-16混合料类型图1不同沥青混合料的动稳定度从图1可知:不同级配的温拌沥青混合料的动稳定度均有提高。例如,温拌A C-13沥青混合料的动稳定度为3968次/m m ,高出S B S 热拌A C-13沥青混合料(3526次/m m 13%。说明温拌沥青混合料的高温稳定性略优于S B S 热拌沥青混合料。2.2低温性能沥青混合料的低温性能不足会导致路面低温开裂,造成沥青路面使用性能的降低和使用寿命

9、的缩短。该文采用低温弯曲试验来评价,以最大弯拉应变作为评价指标,试验结果如图2所示。一般情况下,低温弯曲试验的最大弯拉破坏应变越大,则弯曲劲度模量越小。表示沥青混合料在低温时的脆性较小,路面不容易开裂。由图2可知,温拌沥青混合料的小梁试件在破坏时的弯拉应变相比S B S 热拌沥青混合料降低,但差异不大,都在2800以上,完全符合规范的技术要求。最大弯拉破坏应变/30503000295029002850280027502700普通AC-10温拌AC-10普通AC-13温拌AC-13普通AC-16温拌AC-16混合料类型图2不同沥青混合料的最大弯拉破坏应变2.3抗水损害性能抗水损害性能的不足会使沥

10、青路面出现坑槽、松散等损坏,最终表现为沥青混合料的整体强度降低,影响行车安全。沥青混合料的水稳定性是由浸水条件下混合料物理力学性能降低的程度来进行评价的,试验采用冻融劈裂残留强度比、浸水马歇尔残留稳定度指标表征。试验结果对比如图3、4所示。冻融劈裂残留强度比/%93普通AC-10温拌AC-10普通AC-13温拌AC-13普通AC-16温拌AC-16混合料类型图3不同沥青混合料的冻融劈裂残留强度比浸水马歇尔残留稳定度/%9695949392919089普通AC-10温拌AC-10普通AC-13温拌AC-13普通AC-16温拌AC-16混合料类型图4不同沥青混合料的浸水马歇尔残留稳定度从图3、4试

11、验结果看,温拌沥青混合料的冻融劈裂残留强度比、浸水马歇尔残留稳定度均高于相应的SB S 热拌沥青混合料。例如,温拌A C-13混合料的冻融劈裂残留强度比为90.4%,高于相应的S B S 热拌5622014年第3期杨彦海,等:温拌沥青技术在低温施工中的应用沥青混合料的88.9%;温拌A C-13混合料的浸水马歇尔残留稳定度为94.2%,高于相应的S B S 热拌沥青混合料的92.8%。2.4抗疲劳性能沥青混合料的疲劳损坏是材料在重复荷载作用下不可恢复的强度衰减积累进而引起的破坏现象。该文采用室内四点弯曲小梁疲劳试验来评价沥青混合料的疲劳特性,加载控制方式选择应变控制模式。图5为疲劳试验结果。

12、疲劳作用次数应变水平/100001000001000000300400500图5不同沥青混合料的疲劳作用次数由图5的试验结果可知:温拌沥青混合料的疲劳作用次数要高于相应的S B S 热拌沥青混合料,说明其具有更好的耐疲劳性能。3低温施工3.1温度与压实区间的相关关系对于热拌沥青混合料,在正常施工温度时,沥青粘度决定压实效果,而沥青粘度与温度密切相关。该文通过室内试验对碾压温度与压实度进行了研究,结果如图6所示。 空隙率/%温度/20180从图6中可以看出:温拌沥青混合料和热拌沥青混合料在达到相同空隙率时,前者的压实温度要明显低于后者,在一个相当大的温度区间内,其可压实区间基本变化不大,压实曲线

13、总体上接近于直线。对比混合料目标空隙率达到4%时,温拌沥青混合料较热拌料温度低40左右。碾压温度范围的向下移动以及对温度不敏感碾压区域的存在,保证了温拌沥青混合料在降低施工温度后仍然具有足够好的工作性。温拌沥青混合料相对于热拌沥青混合料,其与环境温度的差异缩小。3.2降温速率对比研究在实际施工现场,对温拌沥青混合料与S B S 改性沥青混合料的施工过程不同阶段进行了温度检测,具体数据见表1。表1两种混合料施工温度比较混合料类型沥青加热温度矿料加热温度混合料出厂温度摊铺温度初压温度终压温度温拌沥青混合料16015013012011065S B S 改性沥青混合料17019017516015090

14、温差104045404035从表1施工温度中可见,温拌沥青混合料施工温度较热拌沥青混合料低,解决了混合料低温难以拌和及压实的问题。为定量分析混合料散热状况,进行了不同初始温度的温拌及热拌沥青混合料降温试验。温拌沥青混合料初始温度为120、S B S 改性沥青混合料初始温度为160,为了增加可比性,最终温度确定为90左右。降温曲线如图7所示。从图7可以看到:不同起始温度降到一定的温度时,温拌沥青混合料的降温曲线更平缓,其降温速率为温度/时间/min35302520151050温拌沥青混合料热拌SBS 改性沥青混合料图7不同混合料降温曲线662中外公路第34卷1.1/m i n,而热拌S B S改

15、性沥青混合料为2.3/m i n。这也符合物体与环境温度差异越小,则其温度变化速率越小这一热传导学原理。研究表明:温拌沥青混合料较热拌混合料能获得2倍以上有效压实时间,并有比较宽的有效施工温度范围,这一点对于低温季节施工具有非常重要的意义。4实体工程4.1七朱线七朱线大修改造工程位于沈阳市大东区,路面宽度23m。上面层采用4c mA C-13型温拌基质沥青混合料,下面层6c mA C-20型热拌基质沥青混合料,改造时间为2011年10月2530日,地表温度5。上面层温拌基质沥青混合料出料温度120,摊铺温度111,初压温度96;下面层热拌基质沥青混合料出料温度150,摊铺温度140,初压温度1

16、30。4.2鞍山出海通道辽宁中部工业走廊出海通道(鞍山段,位于鞍山市境内,路面宽度18m。上面层为3c mA C-10温拌S B S改性沥青混合料,下面层为4c mA C-16温拌基质沥青混合料和1c m改性沥青纤维稀浆封层,2012年10月3011月3日温拌施工,地表温度12。下面层温拌基质沥青混合料出料温度120,摊铺温度112,初压温度98;上面层温拌S B S改性沥青混合料出料温度140,摊铺温度128,初压温度120。4.3辽阳小小线小小线改扩建工程,位于辽阳灯塔市,路面宽度12m。上面层采用3c mA C-10型温拌S B S改性沥青混合料,下面层4c mA C-16型温拌再生沥青

17、混合料。2012年10月2310月30日温拌施工,地表温度8。下面层温拌再生沥青混合料出料温度120,摊铺温度112,初压温度90;上面层温拌S B S 改性沥青混合料出料温度140,摊铺温度120,初压温度115。从以上3个实体工程可以得出:同比热拌沥青混合料,采用温拌技术可降低混合料施工温度30以上,实现低温施工。5经济、节能和环境效益分析温拌沥青混合料的沥青用量为5%,使用的新型添加剂用量占沥青用量的5%,价格为2000元/t,则每吨温拌沥青混合料中新型添加剂增加的费用为5元左右。经分析计算,与温拌相比,每吨热拌沥青混合料可节省烧火油11.5k g,考虑油料价格浮动,则每吨温拌沥青混合料

18、可节省燃油费46元。因此,采用温拌技术后,同比普通沥青混合料不增加造价,或成本增加较少。经测试,应用温拌技术后,C O2、N Ox的排放量分别下降60.0%和72.6%,S O2和烟尘的排放量下降75.2%和47.9%,沥青烟、苯并芘和苯可溶物分别下降91.9%、80.2%和97%,使用温拌技术可显著减少有毒有害气体挥发,极大地改善施工人员的工作环境。6结论(1通过对不同级配温拌沥青混合料与普通沥青混合料的横向比较,证明温拌混合料路用性能可靠,能够满足使用要求。并且相比普通S B S沥青混合料,温拌混合料在高温稳定性、抗水损害和抗疲劳性能上均有所提高。(2温拌沥青混合料施工温度曲线下移,工作温度降低。在某一温度区间内的压实性能相接近,存在温度不敏感碾压区域,为混合料现场摊铺碾压提供了较宽的压实时间,有利于保证沥青路面良好的压实度。(3通过实体工程施工证明,温拌沥青混合料施工温度较热拌S B S沥青混合料降低30以上,且降温速率小于热拌沥青混合料,能够为施工提供更加充足的压实时间,并可实现冬季施工。(4温拌沥青混合料技术在降低施工温度,减少有毒有害气体排放,延长施工周期,保证混合料性能的情况下,没有或较少增加造价。节约能源,减轻了对施工人员和周围环境的污染。参考文