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温拌橡胶沥青混合料路面技术试验研究

发布日期:2014-05-09 14:34:32  来源:本站整理  将本页收藏至:QQ书签 百度收藏

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温拌橡胶沥青混合料路面技术试验研究

                             温拌橡胶沥青混合料路面技术试验研究
                           杨志方1, 孙文州1, 鞠英明2, 闵伟春3
    (1.上海市市政规划设计研究院上海道路工程重点实验室,上海200031;2.上海浦东新区公路管理署,上海200336; 3.上海南信公路建设有限公司,上海201300)
    摘要:基于表面活性温拌沥青路面技术平台,进行了温拌橡胶沥青混合料路面试验研究与上海首次工程试点应用,表明温拌橡胶沥青混合料与热拌橡胶沥青混合料性能相近,温拌橡胶沥青路面技术显著降低了橡胶沥青路面生产施工能耗与污染排放,路面具有良好压实特性与使用性能。
    关键词:表面活性;温拌;沥青路面;橡胶沥青混合料
    中图分类号: U416. 217    文献标识码: A    文章编号: 1004-4655(2011)01-0075-03
    将由废旧轮胎加工而成的废橡胶粉用于道路工程,制备改性沥青或沥青混合料,不但可改善路面质量,工艺简单,成本低[1],而且可大量处治废胶,具有深远的环保效益。废橡胶粉应用于沥青路面的技术分为湿法和干法2大类。下文中所论述的工程试点即采用了湿法。但橡胶沥青材料黏度较高,摊铺碾压需在较高温度条件下完成,并产生较大烟雾现象,即消耗大量的燃料也污染了施工周边环境,对城市道路建设环境适用性不佳。因此,在确保道路施工质量的前提下,研究降低路面施工温度,减少施工污染排放,将有利于该技术在城市道路工程中进一步推广应用。
    1 温拌沥青路面技术
    1.1 发展情况
    温拌沥青混合料是一类拌和温度介于热拌沥青混合料(150~180℃)和冷拌(常温)沥青混合料之间,性能达到(或接近)热拌沥青混合料的新型沥青混合料。该混合料起源于欧洲, 2000年开始铺筑试验路,并于同年在第一届国际沥青路面大会上首次报道。该路面技术发展至今虽不足10 a的时间,但在节能减排、遏制全球气候变暖成为国际共识的背景下,该路面技术国际范围内得到大规模的发展。
    1.2 技术种类
    目前,温拌沥青混合料主要有4种:
    1)沥青—矿物法(Aspha-Min)。在沥青混合料拌和过程中,采用一种合成沸石的矿物,使沥青产生连续的发泡反应,从而使混合料在较普通热沥青温度低的条件下,具有良好的可拌和性。
    2)有机添加剂法。将低熔点的有机添加剂添加到混合料中,从化学角度来改变黏度—温度曲线。目前成功应用的化学添加剂有合成蜡和低分子量酯类化合物2类。各类添加剂在较低温度条件下融化,从而在其熔点以上产生的大量液体会降低沥青黏度。
    3)泡沫沥青温拌法(WAM-Foam)。将软质沥青和硬质沥青的泡沫沥青在拌和的不同阶段加入到混合料中。
    4)基于表面活性乳化平台的温拌技术。将含有活性剂的皂液直接加入到搅拌锅进行沥青混合料的拌和;在沥青混合料内部引入油包水的结构,润滑沥青膜,改善沥青路面的可压实性。
    1.3 技术优势
    大量工程实践表明,温拌沥青路面主要技术优势有以下几点。
    1)施工温度比热拌低40 K左右,温度下降速度减缓(只有热拌的一半),为压实赢得时间。
    2)操作无烟尘,利于环境保护。
    3)作业时间短,减少施工对交通的干扰。
    4)拌合温度较低,不会造成老胶结料的进一步老化。
    2·橡胶沥青路面温拌技术选用
    鉴于表面活性乳化平台的温拌技术在上海地区得到较充分的研究,并在新市路、S4高速公路、逸仙路高架、中山南路、南北高架整治、长江隧桥等工程中得到成功应用。采用其中的DAT温拌技术,并通过了室内试验研究与试点工程应用。
    3·温拌橡胶沥青混合料设计
    根据国内外研究成果,本次选择了富橡胶沥青混合料ARAC-13进行混合料设计与性能试验研究。试验用料为上海地区常用辉绿岩粗集料、石灰岩细集料、石灰石矿粉。橡胶沥青材料为试验室制备,选用大车轮胎胶粉(粒径<1. 18 mm),掺量为18% (内比),试验结果见表1。
             
    在温拌技术实施过程中,由于所选用的添加剂残留少,对现有热拌体系改变少,所以配合比设计结果与热拌逼近。因此,在混合料设计过程中,主要根据热拌沥青混合料设计流程,进行了ARAC-13橡胶沥青混合料级配与最佳沥青用量的确定,结果见表2。
            
    温拌材料则是按沥青用量的1/9添加,温拌、热拌ARAC-13混合料的马歇尔体积指标、水稳定性、高温稳定性、低温抗裂性等性能指标试验结果见表3。
            
    由表3可见,温拌橡胶沥青ARAC-13混合料在较低的成型温度条件下,具有与热拌橡胶沥青混合料相近的性能,各项指标均满足技术标准要求。
    4·温拌橡胶沥青路面工程实例
    为推进橡胶沥青路面在上海地区的推广应用最大限度地发挥其节能减排效果,改善沥青路面使用性能,结合浦东新区(原南汇区区域)2009年城东路改造工程,进行了温拌橡胶沥青路面试验段研究。
    4.1 试验段路面结构
    温拌橡胶沥青路面试验段位于城东路(沪南公路—东门大街)改建工程的非机动车道与机动车道路幅宽15 m。上面层由原设计的改性沥青SMA-1调整为温拌橡胶沥青混合料ARAC-13。其结构自上而下: 4 cm温拌ARAC-13+8 cm普通沥青AC-25+处治后的原水泥混凝土路面。   
    4.2 混合料设计
    按目标配合比设计结果确定的冷料进料,进行热仓筛分并取样试验。根据筛分试验结果进行级配组成设计,确定各热仓料比例与生产级配见表4。油石比为8. 7%,混合料马歇尔体积指标试验结果见表5。
             
    4.3 温拌橡胶沥青路面施工
    2009年6月13日进行了试验段施工。施工过程中研究人员对拌和、运输、摊铺、碾压等进行了跟踪。1)拌和。温拌沥青混合料拌和质量控制严格。过高的拌和温度,将会导致温拌技术失效而造成不必要的损失。施工过程中通过严格掌控橡胶沥青加热温度、矿料加热温度来严格控制拌和温度。橡胶沥青加热温度基本稳定在185℃,矿料加热温度控制在155~165℃,混合料出厂温度实际按135~145℃控制,较热拌橡胶沥青混合料出厂温度175~190℃,降低40~55 K。矿料干拌时间设定为7 s,湿拌时间为45 s,温拌剂较橡胶沥青添加延时5 s,尽量减少温拌剂与高温矿料的直接作用。这样,混合料拌和效果优良,出料口无烟雾现象。
    2)摊铺碾压。图1为温拌ARAC-13橡胶沥青路面施工现场图片资料,摊铺温度基本控制在135~143℃,压路机能做到紧跟摊铺。其碾压工艺为: 2台DD110初压3遍(振动); 1台DD110复压2遍(振动); 1台DD110终压(静压)≥1遍。施工现场未发现废气与沥青烟雾现象。
                      
    3)工程质量检测。施工过程中对混合料进行了取样,并送至试验室进行混合料抽提试验,以确定混合料级配、油石比,结果均满足生产控制波动要求。上海市公路工程质量检测中心,对试验路段路面压实度、摆值、构造深度、渗水系数等指标试验结果如下:压实度达101%,现场空隙率为4. 4%;路面构造深度0. 91 mm,摆值超过55 BPN;现场平均渗水系数为31. 5 mL/min。
    4.4 试验路跟踪观测
    该试验段完工通车至今已有1 a多时间,经过1个冬季、2个夏季的考验。因项目毗邻南汇汽车站,且沿线布有2个过境车站,路面经受了频繁重型车辆交通的作用,未发现路面车辙、推移、裂缝、泛油等损坏情况,而相邻路段为改性沥青SMA-13路面,却存在轻微的车辙推移现象。由此,温拌橡胶沥青路面性能得到初步验证。
    5·结语
    橡胶沥青路面作为一项处治利用废旧材料、改善道路性能的道路新技术,在国内外道路工程中已得到较广泛的应用。但受其自身黏度高、压实困难等特点制约,施工过程中往往需要采取较高的摊铺碾压温度,在消耗较多的燃料的同时,还带来较多的施工污染排放,不利于该技术在城市密集区域的大规模推广应用。研究将表面活性平台的温拌沥青路面技术与橡胶沥青混合料路面技术相结合,进行了混合料性能试验与试验路铺筑研究。实践表明温拌橡胶沥青路面技术的采用,可大幅降低橡胶沥青路面生产施工能耗与排放,且获得了良好的路用性能。这必将对推进橡胶沥青路面技术在城市人口密集区域的推广应用具有积极意义。
    参考文献:
    [1]曹卫东,王超,韩恒香.废旧轮胎在道路工程中的应用综述[J].交通标准化, 2005(6): 78-81, 82.


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作者:佚名
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