1、基于表面活性功能的温拌沥青混合料室内试验研究【摘要】：在近 10 年来能源紧缺、全球变暖的大背景下，温拌沥青技术成为快速发展起来的沥青铺筑技术。本文选择具备表面活性功能的 Evotherm 温拌剂，进行温拌沥青混合料的室内马歇尔试验研究，分析了混合料级配、温拌剂掺量、操作温度等因素对温拌沥青混合料的物理与力学性能指标的影响。 【关键词】：表面活性，温拌技术，沥青混合料，室内试验研究 中图分类号：U41 文献标识码：A 文章编号： 1 引 言 随着我国经济社会的快速发展，能源问题已成为我国经济社会发展的瓶颈，交通运输领域作为国家确定的三个节能减排重点领域之一，其碳排放已占社会总排放的 12%。交
2、通运输节能减排“十二五”规划提出：加强公路建设和运营节能减排技术推广，建立温拌沥青技术规范体系。 温拌沥青技术就是在近 10 年来能源紧缺、全球变暖大背景下，快速发展起来的沥青铺筑技术。与传统热拌沥青混合料相比，在不改变材料配比和施工工艺以及性能不低于热拌混合料的前提下，温拌混合料拌和与碾压温度降低 3040。温拌技术可节省燃油 20%-30%，减少温室气体排放 60%左右，减少沥青烟等有毒气体排放 80%。温拌技术应用领域包括人口密集中心城市道路施工，隧道施工，高海拔和低温条件下施工等。伴随施工温度的降低，减少了沥青在施工过程的老化，减少道路养护费用。温拌技术是名符其实的高节能、低排放高新技
3、术，符合节能环保、绿色低碳的两型社会建设要求。 2 基于表面活性功能的温拌改性机理分析 温拌沥青混合料技术起源于欧洲，于 2000 年的第一届国际沥青路面大会上由 Harrison 和 Christodulaki 提出。目前温拌技术主要有四种：有机添加剂法、沥青-矿物法、温拌泡沫沥青混合料、基于表面活性功能的温拌技术。基于表面活性功能的温拌沥青技术是美国近几年研发的，有两种工艺实现。一种是用特殊乳化剂（表面活性剂的一种）制成乳化沥青作为胶结料，与热集料拌和生产温拌混合料。另一种是用表面活性剂配制成浓缩液，在沥青加入拌和锅同时，将浓缩液喷到沥青上与集料拌和，经充分搅拌生产出温拌混合料。以出料温度
4、 120的温拌混合料为例：在拌和锅中将 135热集料充分干拌，等 130沥青喷出后随即将50乳化溶液喷出，经充分拌和生产出 120的温拌混合料，称为浓缩液温拌法，国外代表产品有美德维实伟克公司的益路 Evotherm 温拌剂，国内有西安永和路陆邦温拌剂。 专用表面活性剂水溶液，在拌和过程中沥青内部和集料的裂隙水分在温拌条件下不完全去除，这些水分却很容易被表面活性剂俘获，水的沸点与界面条件密切相关。在狭小空间、不同表面压力下，水的沸点可能高于 100，表面活性剂在胶结料内部以胶团形式存在，胶团组成的膜结构有润滑作用，实现了在较低温度下的拌和及碾压功能。基于表面活性功能的温拌沥青技术，核心是采用物
5、理和化学一起作用的手段，增加沥青混合料的施工操作性，在完成混合料成型后，这些物理和化学添加剂不对路面使用性能构成负面影响。温拌剂分子在碾压完毕后将剩余水分带出混合料，同时温拌剂充分向石料和沥青的界面上富集，成为性能优良的抗剥落剂，提高混合料的水稳定性。 3 多因素组合马歇尔试验研究 3.1 原材料试验 （1）粗集料：石灰岩碎石，洗净烘干，筛成各档使用，确保级配准确。 （2）细集料：石灰岩石屑，矿粉采用石灰岩矿粉。 （3）沥青：佛山高富 AH-70 沥青及壳牌鄂州 SBS 改性沥青。 （4）温拌剂：美德维实伟克公司益路（Evotherm）温拌剂 DAT-H5（10F） 。 表 1 石灰岩试验结果
6、表（粗集料+细集料） 表 2 沥青三大指标试验结果表（AH-70 普通沥青+SBS 改性沥青） 3.2 矿料级配与油石比选择 为保证试验的准确性、可操作性及复现性要求，沥青混合料级配采用公路沥青路面施工技术规范 （JTG F40-2004）的 AC 类混合料级配曲线中值，由经验确定油石比见下表所示。 表 3 矿料级配+混合料油石比表（AC-25+ AC-20+ AC-13） 3.3 温拌沥青混合料试验温度与拌和方案 表 470 号沥青和 SBS 改性 温拌混合料试验操作温度计划表 根据温拌混合料的特点和温拌剂试验要求，确定拌和方案：（1）拌和锅先预热至相应出料温度。 （2）倒入已预热集料，干拌
7、 0.5 分钟。（3）集料干拌完，在锅内用不锈钢勺将集料拉成一斜面，露出锅底。（4）加入沥青，用细量筒加入温拌剂，温拌剂要倒在沥青上，避免倒在集料上，拌和 1.5 分钟。 （5）加入矿粉，拌和 1 分钟。温拌沥青混合料拌和时间共为：0.5 分钟+1.5 分钟+1 分钟=3 分钟。 3.4 AH-70 沥青温拌混合料试验分析 试验选取 AC-13，AC-20，AC-25 三种级配，两种温度（即 120与100）下击实，温拌剂掺量分别为沥青用量的 6%、8%、10%、12%。室内试验发现，AH-70 沥青混合料拌和温度低于 100及 SBS 改性沥青低于120时，温拌沥青混合料需延长拌和时间才能拌
8、和均匀。组合马歇尔试验结果如下表。 表 570#沥青温拌混合料马歇尔试验结果 由上表试验结果分析，对于 AH-70 沥青温拌混合料： （1）在 100时，不管是 AC-25、AC-20 还是 AC-13，空隙率随着温拌剂添加量的增加，有较明显下降趋势；而到了 120时，空隙率随温拌剂添加量的增大，增大趋势不明显。分析可能因为 120击实和热拌温度有一定接近，因此添加温拌剂的改良效果没有 100时的明显。 （2）在相同的击实温度（100或 120）下，级配变粗，空隙率增大，稳定度增大。 （3）在相同级配和温拌剂添加量时，击实温度增加，空隙率下降，稳定度增大。 （4）各因素变化时，马歇尔试件的流值
9、没有明显规律。 3.5 SBS 改性沥青温拌混合料试验分析 对于 SBS 改性沥青温拌试验，选取 AC-13、AC-20、AC-25 三种级配，两种温度（即 140与 120）下击实，温拌剂掺量分别为沥青用量的6%、8%、10%和 12%。组合马歇尔试验结果如下表。 表 6SBS 改性沥青温拌混合料马歇尔试验结果 由上表试验结果分析，对于 SBS 改性沥青温拌混合料： （1）在 120时，不管是 AC-25、AC-20 还是 AC-13，空隙率随着温拌剂添加量的增加，有较明显下降趋势；而到了 120时，空隙率随温拌剂添加量的增大，增大趋势不明显。分析可能因为 140击实和热拌温度接近，因此添加
10、温拌剂的改良效果没有 120时的明显。 （2）在相同的击实温度（120或 140）下，级配变粗，空隙率增大，稳定度变大。 （3）在相同级配和温拌剂添加量时，击实温度增加，空隙率下降，稳定度增大。 （4）各因素变化时，马歇尔试件的流值没有明显规律。 5 结 论 （1）温拌沥青比热拌沥青混合料外观偏暗，但混合料粘聚性较好，不易离析。益路温拌剂不改变 沥青粘度，70#沥青温拌沥青混合料低于 100手工分料感觉吃力，混合料和易性欠佳。 （2）温度越低，温拌沥青混合料和易性越差，混合料的可降温空间小，温度越高（与热拌温度越接近） ，温拌剂不能充分发挥效用。综合考虑温拌沥青混合料的和易性及最大限度发挥温拌
11、剂效用，建议选择最佳温拌配合比为：当为 70#沥青温拌混合料，拌和温度为 120 度，击实温度为 110 度；当为 SBS 改性沥青混合料，拌和温度为 140，击实温度为130。 （3）相比于热拌沥青混合料，温拌剂掺量不同，其混合料降温幅度不同，考虑到经济因素，益路温拌剂（DAT-H5（10F） ）为沥青质量的10%掺量时降温效果最优。 （4）考虑混合料运输过程的温度损失，建议温拌 70#普通沥青出料温度不得低于 120，改性沥青出料温度不得低于 135，低温施工时出料温度在此基础上提高 1015。 （5）热拌沥青与温拌沥青都存在压实温度不敏感区间，即可压实性能对温度下降不敏感。温拌沥青混合料
12、不敏感温度区间更宽，可延长施工时效，比热拌沥青具有更长的碾压操作时间。 6 参考文献 1 秦永春. 基于表面活性的温拌沥青混合料设计及性能研究D. 同济大学博士论文. 上海，2009 2 杨树人. 温拌添加剂对沥青和沥青混合料性能的影响D. 重庆交通大学硕士论文. 重庆，2008 3 李中秋，马敬坤. Sasobit 改性剂对沥青改性的室内试验分析J.公路交通科技，2004 4 袁媛，徐建勇，胡建福. Evotherm 温拌沥青混合料特性研究J. 浙江交通职业技术学院学报，2010 5 许菲菲，刘黎萍，唐海威等. 温拌沥青混合料与热拌沥青混合料性能对比J . 公路工程，2009 6 刘至飞，吴
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