機械發泡溫拌技術在高速公路瀝青路面的應用

付良舉

(甘肅省公路建設管理集團有限公司，甘肅 蘭州 730000)

0 引言

傳統普通熱拌瀝青混合料施工溫度較高，一般控制在155～165 ℃之間[1]，其在施工過程中會產生大量能源消耗，同時在拌和、攤鋪施工環節中會釋放較多CO2氣體，對施工環境產生一定影響[2]。采用機械發泡溫拌技術進行瀝青混合料施工，通過給拌和站配備特殊生產裝置，采取一定措施降低瀝青黏度，在確保瀝青混合料性能的前提下，可將瀝青混合料拌和及施工溫度降低20～30 ℃，CO2排放量降低20%，煙塵排放量降低40%，能耗降低30%[3-6]。相比于傳統普通熱拌瀝青混合料施工工藝[7]，機械發泡溫拌技術在環保、節能方面具有顯著優勢，市場推廣應用前景廣泛[8-11]。

1 機械發泡溫拌技術應用

1.1 項目概述

甜永高速公路是國家高速公路銀百高速(G69)的一部分，是寧夏、甘肅、陜西3省區毗鄰地區重要的對外運輸大通道。路線總長303.590 km，呈南北走向，瀝青路面5 201.6 km3。實體工程應用在甜永高速公路慶城服務區匝道BK0+530 ～BK0+660瀝青混凝土下面層ATB-25。試驗路路面結構為36 cm 水泥穩定碎石+下面層 8 cm ATB-25+中面層6 cm superpave-20+上面層4 cm superpave-13。瀝青為克拉瑪依某石化公司的A級70#瀝青，集料產地為碎石，發泡機為某江峽船用機械有限責任公司生產的YJMM-LF3000A型泡沫瀝青溫拌裝置。

1.2 泡沫瀝青溫拌技術原理、特點及裝置

(1)技術原理

發泡降黏型溫拌技術的核心是通過水發泡瀝青以降低瀝青黏度[12-16]。機械泡沫瀝青技術主要是利用常溫狀態的冷水滴與140 ℃以上的熱瀝青接觸后，水滴溫度達到100 ℃瞬間汽化，急劇膨脹。蒸汽泡在一定的壓力作用下被壓入瀝青的連續相，從而形成瀝青泡沫，發泡倍數大，發泡周期短，機械泡沫瀝青技術需要配備特殊的生產裝置[17-18]。

(2)技術特點

①降低瀝青混合料拌和溫度，節約燃氣及經濟造價；

②節能減排，降低有害氣體的排放；

③試驗路路用性能指標均符合技術規范要求。

(3)設備裝置

泡沫瀝青溫拌裝置由顯示控制系統、水箱和瀝青發泡管3大部分組成，其中瀝青發泡管安裝于原間歇式生產設備的瀝青噴射管。生產泡沫瀝青時需在瀝青發泡管內，同步加入一定比例的水、生產配合比中的瀝青量，采用起止信號進行顯示控制系統與瀝青噴射管聯動。YJMM-LF3000A型泡沫瀝青溫拌裝置的發泡管為不銹鋼材質，并與拌和機匹配，泡沫瀝青溫拌裝置安裝圖，如圖1所示。

圖1 泡沫瀝青溫拌裝置Fig.1 Warm mixing device for foamed asphalt

1.3 應用效果

(1)瀝青混合料配合比及路用性能

本研究根據試驗路鋪筑時TYLM-4的下面層ATB-25的目標及生產配合比設計，合成級配集料參配比例為：23～33 mm(6#)∶17～23 mm(5#)∶11～17 mm(4#)∶7～11 mm(3#)∶4～7 mm(2#)∶0～4 mm(1#)∶礦粉∶25∶23∶12∶8∶8∶20.5∶3.5。最佳油石比為3.8%.

根據上述設計結論，在設計級配和最佳瀝青用量下，按規范要求成型相應試件，驗證馬歇爾殘留穩定度和動穩定度性能指標。檢驗結果如表1所示。

表1 配合比驗證結果Tab.1 Result of mix proportion verification

上述強度、水穩定性和高溫車轍性能試驗結果表明，3.8%油石比制備的ATB-25機械發泡溫拌瀝青混合料的各項性能指標都達到了《公路瀝青路面施工技術規范》中相應的要求。

(2)機械發泡瀝青混合料生產

依托工程采用機械發泡溫拌技術，瀝青混合料拌和時間控制在50 s，出料溫度為135 ℃，拌和后瀝青混合料均勻，無花白料；傳統普通熱拌瀝青混合料拌和時間為45 s，出料溫度為163 ℃，相比之下，采用普通熱拌瀝青混合料技術進行瀝青混合料生產時出料溫度明顯較高。

1.4 試驗路段檢測結果

試驗段鋪筑完成后，第2天對試驗路段進行鉆芯檢測，檢測結果如表2 所示。

表2 試驗段鉆芯結果Tab.2 Core drilling result in test section

根據鉆芯檢測結果，試驗路各項檢測指標：空隙率、飽和度及礦料間隙率均達到技術指標要求。

2 機械發泡溫拌施工控制要點

2.1 主要機械設備

機械發泡溫拌施工所需機械產量及型號與熱拌瀝青混合料一致。主要施工設備見表3。各設備運行情況良好，滿足施工條件。

表3 主要機械設備表Tab.3 List of major mechanical equipment

2.2 瀝青混合料拌和

(1)拌和前須檢查發泡設備，確保正常運行和計量精度后方可開始生產。

(2)通過試拌確定密級配瀝青混合料拌和時間，分別將混合料拌和均勻與否、瀝青結合料完全裹覆礦料顆粒與否，作為判別標準，一般情況下需將熱拌瀝青混合料的拌和時間延長5 s。

(3)對于出廠混合料需進行檢測，以每車出廠混合料的溫度以及拌和均勻性作為檢測指標，禁止滿足要求的混合料出廠。

(4)機械發泡溫拌瀝青混合料施工中的溫度控制見表4。

表4 機械發泡溫拌瀝青混合料施工溫度控制表(單位：℃)Tab.4 Construction temperature control sheet of mechanical foamed warm mixed asphalt mixture(unit:℃)

2.3 瀝青混合料運輸

(1)當運輸瀝青混合料的時間超過半小時以上，或者運輸混合料所處的環境溫度低于10 ℃時，應用遮蓋材料對運料車上瀝青混合料進行覆蓋，建議選用篷布或棉布。同時對于到達攤鋪地點的瀝青混合料進行檢查，以拌和質量和溫度作為控制指標，到達施工現場時瀝青混合料溫度一般不得低130 ℃。

(2)對于存在以下情況的瀝青混合料均應廢棄：發生離析、結塊的，留存于運料車輛的，鋪筑溫度低于規定的。

2.4 瀝青混合料攤鋪

(1)當攤鋪溫度低于5 ℃,氣候為雨天，或路面較為濕滑時均禁止進行瀝青混合料的攤鋪。

(2)攤鋪機攤鋪過程中，應將攤鋪速率控制在1～3 m/min以內，禁止隨意變換攤鋪速度或停頓攤鋪。檢測頻數為沿攤鋪方向每2～5 m設1個點。

2.5 瀝青混合料壓實

(1)碾壓段長度宜為30～60 m，在碾壓各階段均應滿足壓實溫度的規定。

(2)壓路機類型，壓實速度和碾壓遍數參考表5進行。應采用雙鋼輪靜作用壓路機或振動壓路機不起振進行初碾；采用雙鋼輪振動壓路機或輪胎壓路機進行復壓；采用輪胎壓路機或雙鋼輪靜作用壓路機進行終壓。靜作用壓路機工作時重迭寬度為輪寬1/3，振動壓路機工作時重迭寬度約為25 cm左右。

表5 壓路機參數Tab.5 Parameters of roller

2.6 機械發泡溫拌設備施工控制

機械發泡溫拌瀝青混合料的技術控制指標為膨脹率和半衰期，應符合表6要求。

表6 機械發泡溫拌設備施工控制表Tab.6 Construction control sheet of mechanical foamed warm mixing equipment

3 經濟效益分析

相比于普通熱拌工藝，機械發泡溫拌工藝在環境效益、經濟效益方面優勢顯著，對比見表7。

表7 環境經濟效益對比Tab.7 Comparison of environmental and economic benefits

相比于熱拌工藝，采用機械發泡溫拌工藝生產普通瀝青混合料可節約燃氣費用6.8元/t，節能率達到26%。

4 環境影響分析

相比于傳統普通熱拌工藝，采用機械發泡溫拌工藝生產瀝青混合料，可在一定程度降低瀝青混合料施工溫度、能源消耗及有害氣體排放量。試驗路瀝青混合料拌和過程中煙氣排放數據見表8。

表8 試驗路煙氣排放數據Tab.8 Smoke emission data of test road

對機械發泡溫拌青混合料進行現場實測，試驗結果表明采用溫拌技術，可以大幅度的降低二氧化碳、一氧化碳等其他有害氣體。

5 結論

將機械發泡溫拌瀝青混合料應用于甘肅甜永高速公路瀝青路面下面層ATB-25，對試驗路段進行檢測，進行環境影響分析、經濟效益分析后，得出如下結論：將溫拌技術應用于甜永高速公路，在材料滿足路用性能要求的同時，環境及經濟效益同樣較為顯著。采用機械發泡溫拌工藝生產瀝青混合料，將節約耗氣量1.9 m3/t，節約造價6.8元/t，二氧化碳排放量降幅達到44%，一氧化碳排放量降幅達到12%。機械發泡溫拌技術應用于甘肅甜永高速公路經濟效益及社會效益顯著，在陜甘寧3省的推廣應用前景巨大。