关于低温条件下沥青路面施工的分析

'关于低温条件下沥青路面施工的分析穆清臣摘要：本文以高速公路沥青路面冬季低温施工为研究对象，介绍了目前国内外主要温拌剂的技术特点，并进行了技术对比检测。关键词：低温条件下；沥青路面；施工；分析某高速公路位于典型的黄土高原丘陵沟壑区，由于受路基填筑工期的限制及雨季的影响，原施工计划全部落空。为保证总工期，必须在低温下施工。为此，经与有关部门协商，采用温拌混合料技术以保证低温季节沥青路面的施工质量。1温拌沥青混合料介绍WMA的原理是使用添加剂，降低沥青在高温下的粘度，使沥青混合料能在相对较低的温度下进与施工。一般情况下，WMA的拌和、摊铺和碾压的温度比普通热拌沥青混合料ＨＭＡ（HotMixAs－phalt）可以降低20～50℃，其混合料具有与普通ＨＭＡ相当的施工和易性与路用性能。温拌剂主要有５种类型：1.1触变有机添加剂，主要有固体石蜡Sasobit和低分子量酯化合物；1.2泡沫沥青；1.3沸石降粘技术Alpha－Min；1.4乳化沥青；1.5国内自主创新技术———表面活性剂和低分子聚合物共聚型HPAS。Sasobit是德国Ｓｃｈｉｉｍａｎｎ－Ｓａｓｏｌ公司生产的产品，属合成蜡。Sasobit的凝固点为100℃，远高于沥青软化点，而135℃的粘度却很低，这体现了Sasobit对沥青改性的主要特点：一方面提高沥青的软化点进而提高沥青的高温抗变形能力；另一方面又能降低沥青的高温粘度进而降低沥青混合料的拌和温度和碾压温度。掺量一般为沥青质量的3％。泡沫沥青温拌技术是壳牌公司（ＳＨＥＬＬ）和挪威Ｋｏｌｏ－Ｖｅｉｄｅｋｋｅ研发的，自2000年开始推出，已成功地在欧洲和美国进行试验路的建设和研究。相应于传统的热拌沥青，它的拌和温度只有100～120℃，摊铺温度下降到80℃左右。Ａｓｐｈａ－Ｍｉｎ是德国Ｅｕｒｏｖｉａ公司的产品，为一种含水人工合成沸石，结晶水含量约为20％，85℃以上时水分散失出来，从而使沥青发泡，泡沫起到润滑剂的作用，从而使混合料在较低温度（120～130℃）下具有可拌和性。掺量为混合料质量的0.3％。Ｅｖｏｔｈｅｒｍ，中国称为益路ＤＡＴ，是由美国的ＭｅａｄＷｅｓｔｖａｃａ（美德维实伟克）公司研发，其原理是通过独特的化学表面活性剂，配置成皂液的形式直接加入拌和缸，与沥青﹑石料进行搅拌，在化学表面活性剂和水膜共同作用下改变了沥青短暂的动力粘度，从而提高了较低温度下的拌和性能。Ｅｖｏｔｈｅｒｍ温拌沥青混凝土的碾压温度相比于热拌降低30～50℃。DAT浓缩液的掺量为沥青质量的5％。HPAS属中国自主研发产品，它属于低分子量梳型聚合物，支链系含硅长链，具有良好的耐高温分散作用，通过调节主链长度，可有效降低沥青高温粘度，同时加入定量的表面活性剂。加入到融态沥青中，轻微机械搅拌能使沥青分散成碎片，迅速充分包裹于砂石料表面，形成均一高度分散的沥青胶体，其作用机理为：a.增大沥青表面的动电电位，增大沥青胶粒之间的静电斥力，从而破坏沥青胶粒的胶凝结构使沥青胶粒分散；b.吸附在粒子表面形成溶剂化水膜阻止胶凝结构的形成，产生空间保护作用；c.在沥青表面形成吸附层，提高了沥青与集料表面的润滑性能，提高沥青浆的流动性；d.引入稳定均匀的微小气泡，减小沥青胶粒之间的摩擦，从而提高沥青的分散性和稳定性；e.残留物不会对沥青混合料的路用性能产生影响。HAPS掺量为沥青质量的5％～6％。2不同温拌剂的性能对比试验 根据温拌剂的生产规模、国外产品国产化的水平、使用情况及质量水平，初选3种温拌剂进行试验，分别是Ｓａｓｏｂｉｔ、益路ＤＡＴ和ＨＰＡＳ。鉴于人工合成沸石和Ｗａｒｍ－ｆｏｒｍ在中国使用案例很少，此次试验未将其纳入。采用上面层ＡＣ-１６原材料：玉石湾石料、邱家峡水洗石屑、水洗砂，青峰矿粉厂石灰岩矿粉和壳牌（ＳＨＥＬＬ）沥青。根据相关文献及产品说明书的降温幅度，确定室内试验温度如表１所示。2.1降温效果验证对不掺温拌剂、掺3％Ｓａｓｏｂｉｔ、掺１０％ＤＡＴ（稀释液）、掺6％ＨＰＡＳ在同一级配、同一油石比（4.8％）下进行Ｍａｒｓｈａｌｌ试验，剔除变异数据后结果见表２。ＤＡＴ使用前先加入等质量的水分配制成稀释液，掺量调整为10％ＤＡＴ稀释液。对每个Ｍａｒｓｈａｌｌ试件在将混合料装入试模前测试温度并记录（表２）。由试验温度和Ｍａｒｓｈａｌｌ试件的体积指标可知：2.1.1掺3％Ｓａｓｏｂｉｔ温拌混合料的空隙率比热拌混合料的高0.73％，说明Ｓａｓｏｂｉｔ温拌混合料的降温应小于15℃，最大室内降温幅度需进一步试验。2.1.2掺10％ＤＡＴ（稀释液）温拌混合料的空隙率与热拌混合料的基本一致并略偏高，说明ＤＡＴ温拌混合料的室内降温约为25℃。2.1.3掺6％ＨＰＡＳ温拌混合料的空隙率与热拌混合料的基本一致并略偏高，说明ＨＰＡＳ温拌混合料的降温约为25℃。以上降温效果仅限于室内试验温度，至于更低温度下是否还能获得较低的空隙率还需进一步试验。但有研究表明对于液体类温拌剂，采用旋转压实成型比Ｍａｒｓｈａｌｌ成型的降温幅度更大，说明现场碾压的搓揉作用能使降温幅度更大，这也是很多使用案例在更低温度下能压实成功的原因。2.2路用性能验证对热拌沥青混合料和温拌沥青混合料进行残留稳定度试验、冻融劈裂试验和车辙试验，试验结果如表３、４、５所示。表３　残留稳定度试验结果 从试验结果可知：3种温拌混合料的残留稳定度和冻融劈裂均符合热拌沥青混合料的规范要求。3种温拌混合料的车辙均符合规范要求。3温拌剂的技术经济比较分析及选择 温拌剂的主要考察技术指标有：降温幅度和混合料性能的提高度或损失度。经济性主要考虑３个因素：掺量ｘ、进场单价ｐ和降温幅度ΔＴ。降温能使集料的加热温度降低，这样就减少了因加热集料的能量损耗，减少的能耗便是产生的效益。设因混合料的拌和温度降低引起的集料加热降低温度为ΔＴ，则效益（减少的能耗）Ｑ可用式（１）表达，使用温拌剂产生的费用Ｆ可用式（２）表达。式中：Ｋ为常数。根据对３种产品价格的了解，认为HPAS具有更高的效益费用比。通过温拌混合料的路用性能对比、技术经济性能分析及环境效益的对比分析，最终确定选择HPAS。4试验路使用效果2010年10月29日晚11：00到次日０：00，进行了温拌沥青混合料的试验路铺筑，气温在－3℃左右，并于第２天进行了检测。试验路方案为：4.1热拌沥青混合料，出料温度为180～190℃；4.2温拌沥青混合料，出料温度为160～170℃；4.3温拌沥青混合料，出料温度为150～160℃。铺筑时从拌和楼取料成型试件的体积指标如表６所示。铺筑时对每车混合料进行温度测试，测定出料温度、摊铺温度、初压温度及终压温度，以及试验段的压实度及渗水结果如表７所示。从试验段芯样压实度来看，掺ＨＰＡＳ的温拌沥青混合料在降低40℃之后，其压实度仍然比热拌沥青混合料的高，说明ＨＰＡＳ的降温幅度在40℃以上。5结论 5.1评述了温拌剂的种类及各种温拌剂的特性、使用状况等。5.2各种温拌剂对混合料性能的影响不一，Ｓａｓｏ－ｂｉｔ能较显著地提高混合料的高温性能。5.3从温拌剂对混合料性能的影响以及经济性论证分析认为ＨＰＡＳ具有最高的效益费用比，最后选择ＨＰＡＳ。5.4采用ＨＰＡＳ温拌剂铺筑了温拌混合料试验路，检测结果证明ＨＰＡＳ的降温幅度在40℃以上。参考文献：［1］冉晋，徐世法．Ｓａｓｏｂｉｔ对沥青混合料物理力学指标的影响分析［J］．公路，2009（4）．［2］侯月琴，郑南翔，李栓．掺Ｓａｓｏｂｉｔ的沥青及混合料性能研究［J］．中外公路，2010（5）．［3］孙大权，王锡通，汤士良，等．环境友好型温拌沥青混合料制备技术研究进展［J］．石油沥青，2007（4）．［4］郭红兵，陈栓发．Ａｓｐｈａ－ｍｉｎ温拌沥青混合料技术现状与路用性能［J］．中外公路，2008（2）．［5］王鹏，黄卫东．采用ＤＡＴ添加剂的温拌沥青拌和温度［J］．长沙理工大学学报：自然科学版，2010（2）．［6］邵强，汪林，吴光蓉．Ｓａｓｏｂｉｔ温拌沥青改性剂对沥青及沥青混合料性能的影响［J］．中外公路，2010（1）．论文投稿中国99期刊网http://www.99qikan.com'