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科普 | 沥青混合料泡沫温拌技术

类别:公司新闻 发布时间:2021-10-19 15:07 浏览人次:

引言
 
我国当前公路建设中沥青路面普遍使用具有良好路用性能的热拌沥青混合料HMA(Hot Mixture Asphalt)。热拌基质沥青混合料的生产过程为: 将沥青从常温加热到140 ℃左右,矿料从常温加热到160℃~180℃,然后将沥青和矿料160℃高温下进行拌合,拌合后温度不低于150 ℃,摊铺和碾压时的温度不低于130℃。随着“绿色”理念的不断加深,热拌沥青混合料也暴露出许多自身不可调和的缺点,主要体现为:①高温加速沥青老化过程,对沥青结合料性能造成显著降低;②不利于“绿色”工程,释放的SO2 等气体对人类和环境产生不利影响。
温拌沥青混合料WMA(Warm Mixture Asphalt)能有效降低热拌沥青混合料的不利影响。WMA 是通过一定的技术措施,降低沥青黏度,使沥青在相对较低的温度下全面覆盖矿料,与矿料进行充分结合,形成稳定均匀的结合料,并不降低其混合料的性能。目前,WMA的拌合温度一般可以保持在110℃~120℃,摊铺和碾压时的温度保持在90℃~100℃,比HMA温度降低了30℃左右,且与HMA 具有相同的路用性能。因此,温拌沥青混合料因其降低生产能耗、减少废气和粉尘排放等优点而成为一项十分具有应用前景的新兴技术。
 
泡沫温拌
沥青路面铺筑时采用的WMA技术主要有3种:第1,采用沥青发泡技术使施工中的沥青粘度降低;第2,在沥青中添加有机制剂,如采用Sasobit等温拌剂降低沥青施工粘度;第3,采用表面活性制剂如Evotherm等温拌剂降低沥青施工粘度。其中,采用发泡沥青技术的混合料温拌技术,由于不添加化学制剂,具有节能减排和减少生产成本的优势。
泡沫沥青温拌技术是在生产沥青混合料过程中利用特定的技术,促使高温沥青体积迅速膨胀,在一定的时间内降低粘度,使沥青更容易裹覆在砂石骨料的表面,从而使沥青混合料在较低温度下进行生产与施工。沥青的这种由发泡导致的粘度降低,只是物理性和暂时的,沥青本身没有发生任何化学性质上的变化,沥青本身具有的高低温、水稳及抗疲劳、耐老化特性并无任何影响。所以从理论上讲,任何种类的沥青都可以采用发泡技术降低其施工作业的温度。
 
原理
沥青发泡过程是水和沥青的混合,是1个复杂的物理过程,是常温水和高温沥青在高温高压作用下混合后形成的1种表现状态。沥青发泡过程可描述为以下3个步骤:
(1)因为发泡用水为常温水,沥青的发泡温度在100℃以上,所以水与高温沥青混合时会产生能量传递,水吸收热量后变成水蒸气,水蒸气体积迅速膨胀,此时沥青的温度降低。下图为沥青发泡过程图。
(2)汽化后的水蒸气被液态沥青裹覆,需要克服沥青膜的表面张力以及沥青分子团之间的黏聚力。水蒸气这一克服张力过程使沥青体积迅速增大,形成沥青泡沫。
(3)泡沫沥青对比原来沥青体积膨胀了数倍甚至数十倍。随着泡沫沥青体积的膨胀,内能得到释放后的水蒸气温度逐渐降低,使沥青泡沫的内压力逐渐减小,沥青内压力与表面张力达到了短暂的平衡。
(4)泡沫沥青的稳定性较低,表现为泡沫沥青体积不断增大,体积达到最大后迅速衰减,并且在几十秒内泡沫沥青恢复至原来的体积。
 
应用
我国对于泡沫沥青的研究大多集中在泡沫沥青的发泡机理、物理力学特性及路面冷再生混合料在低等级路面中的应用。泡沫沥青技术是否具有更好的经济价值,能否得到广泛应用取决于其性能是否能达到热拌沥青混合料的同等水平。目前国内对于泡沫沥青温拌技术在高等级路面及高速公路上的研究与应用还相对匮乏,对于泡沫沥青混合料试验路段相关检测也相对缺乏。
综观文献,现有的研究结论如下:与常规热拌混合料相比,温拌泡沫沥青混合料能将平均生产温度降低20℃~30℃,水稳定性与耐久性略低,高温稳定性较高,沥青混合料的施工和易性两者基本一致,以上性能均满足技术规范要求。
寻找泡沫沥青温拌技术应用的适宜场景与开发低成本专用掺加剂可能将大大促进该技术的普及。



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