摘 要

泡沫溫拌瀝青混合料技術是綠色環保的路面技術。研究了瀝青發泡的過程，采用瀝青發泡方法，可使施工溫度降低20~30℃,泡沫溫拌瀝青混合料的施工和易性、裹附性、可壓實性與熱拌瀝青混合料相當。在發泡溫度160℃與發泡用水量2%的條件下，泡沫溫拌Sup-20瀝青混合料的體積參數與各項路用性能均滿足技術要求瀝青網sinoasphalt.com。在盤興高速泡沫溫拌Sup-20中面層試驗路取得了較好的效果。

關鍵詞 泡沫溫拌瀝青技術 | 泡沫溫拌瀝青混合料 | 和易性 | 裹附性 | 可壓實性

國民經濟社會發展綱要明確提出了“生產方式綠色、低碳水平上升，能源資源開發利用效率大幅提高，能源和水資源消耗、碳排放總扯得到有效控制”的目標要求，實現環境質量總體改善的經濟社會發展基本理念。在公路建設領域，瀝青路面溫拌技術屬于綠色低碳技術[1-4]。

瀝青路面溫拌技術分為機械發泡類與添加劑類。泡沫溫拌瀝青技術具備高效節能、綠色環保、縮短施工周期、減小施工老化等特點，同時，不需要添加劑，僅需瀝青質量2%的水，具有經濟性的優勢。采用機械發泡溫拌技術，可降低瀝青混合料拌和溫度20℃，具有顯著的經濟環境效益[5-7]。

采用泡沫溫拌瀝青混合料在拌和生產過程中所排放的有害氣體大大降低，其中與溫室氣體相關的二氧化碳和氮氧化合物氣體排放分別下降61.5%和73.5%;二氧化硫和煙塵排放量分別下降74.6%和53.8%,具有重要的社會效益。相比熱拌瀝青混合料，每噸泡沫溫拌瀝青混合料節約重油1.21kg，約4元，節能18.8%。相比較添加劑類溫拌技術，每噸泡沫溫拌瀝青混合料節約30元，具有顯著的經濟效益[8-10]。

本文圍繞泡沫溫拌瀝青混合料技術，開展瀝青發泡效果分析、泡沫溫拌Sup-20瀝青混合料配合比設計研究，并在盤興高速中面層試驗路驗證效果。

1瀝青發泡效果分析

1.1瀝青發泡原理

瀝青發泡的基本過程如圖1所示。整個過程瀝青的化學性質沒有發生改變，只是物理性質的暫時改變。當冷水滴(環境溫度)與高溫瀝青(140℃以上)接觸時，熱瀝青與小水滴表面發生熱量交換，將水滴加熱至100℃，產生蒸汽，導致體積膨脹，同時瀝青冷卻。蒸汽泡在一定壓力下壓入瀝青的連續相；隨著融有大量蒸汽泡的瀝青從噴嘴噴出，蒸汽膨脹，從而使略微變涼的瀝青形成薄膜狀，并依靠薄膜的表面張力將氣泡完全裹覆。此時，在蒸汽膨脹過程中，瀝青膜產生的表面張力將抵抗蒸汽壓力直到達到一種平衡狀態，一般能夠維持數秒的時間；發泡過程中產生的大量氣泡以一種亞穩態的形式存在，隨著瀝青膜在常溫下冷卻和氣泡中蒸汽的冷凝，瀝青膜表面張力與蒸汽壓力的平衡狀態被打破，最終導致氣泡破滅。

1.2瀝青發泡特性的評價指標

對于瀝青的發泡效果，主要用膨脹率(發泡體積倍數)和半衰期兩個指標加以評價。膨脹率是指瀝青在發泡狀態下測量的最大體積與未發泡狀態下的體積之比。半衰期是指泡沫瀝青從最大體積縮小至該體積一半所用的時間。

最佳發泡條件一般由瀝青溫度和發泡用水量組成，最佳發泡條件下的發泡效果稱作最佳發泡效果。實際操作時主要是通過改變發泡溫度和用水量，來研究膨脹率與半衰期的變化關系，以期找到最佳的發泡效果，并在這種狀態下拌制泡沫溫拌瀝青混合料。

1.3發泡試驗

試驗采用Wirtgen公司生產的WLB10S瀝青發泡實驗機，在室溫20℃左右對瀝青進行發泡試驗，選擇兩種發泡溫度，分別是150、160℃，每種溫度下發泡用水量分別取瀝青質量的1.5%、2.5%、3.5%和4.5%，測試其膨脹率與半衰期，見圖2。

本次發泡試驗，160℃曲線位于最上方，在該曲線上選擇膨脹率和半衰期都較高的位置，可得出該瀝青的最佳發泡條件如表1所示。

2泡沫溫拌Sup-20瀝青混合料配合比設計

泡沫溫拌Sup-20瀝青混合料配合比設計結果，如表2~4所示，混合料各項體積指標均滿足《公路瀝青路面施工技術規范》(JTGF40-2004)技術要求。

根據旋轉壓實體積指標試驗結果，選擇瀝青用量4.0%為最佳瀝青用量。采用馬歇爾擊實法對配合比設計結果進行驗證，馬歇爾試驗體積指標及性能指標驗證結果如表5所示。

3試驗路施工

3.1工程概況

2016年11月23日在盤興高速路面工程開展了泡沫溫拌SBS改性瀝青中面層Sup-20試驗段試鋪工作，進行了過程控制與施工質量檢測，主要包括：后場拌和樓控制、施工現場攤鋪、碳壓、瀝青混合料性能試驗(級配、油石比、體積性能指標)、壓實度、滲水系數檢測等。試鋪段施工概況如表6所示。

3.2生產配合比設計

依據拌和樓泡沫溫拌改性瀝青Sup-20中面層配合比設計結果，混合料各項體積指標均滿足JTGF40-2004技術要求。表7和表8分別給出了生產配合比的材料比例和設計級配。

根據旋轉壓實體積指標試驗結果，選擇瀝青用樁4.0%為最佳瀝青用量。采用馬歇爾擊實法對生產配合比設計結果進行驗證，馬歇爾試驗體積指標及性能指標驗證結果均滿足要求。

3.3試驗路鋪筑

2016年11月23日在盤興高速路面工程YK8+750~YK8+980段落進行了泡沫溫拌改性瀝青Sup-20中面層試驗段施工。為將泡沫溫拌實施效果與熱拌實施效果進行對比，泡沫溫拌試驗段實施方案如表9所示。

(1)拌和樓控制

平均生產周期為50~60s左右，干拌時間為35s，平均拌和樓產量為220t/h左右，拌和樓各項參數見表10。

采用中交西筑JD-4000型拌和樓，拌和樓生產由計算機全程自動控制。拌和樓整體生產較為穩定，各料倉計量波動偏差基本滿足允許誤差要求；從拌和的混合料外觀看，瀝青裹覆均勻，未出現花白料現象。

(2)瀝青混合料運輸

根據泡沫溫拌實施方案，檢測了熱拌瀝青混合料、降10℃泡沫溫拌混合料、降20℃泡沫溫拌混合料出廠溫度。

抽檢結果如表11所示。

混合料出廠溫度控制較穩定，175°C熱拌混合料出廠溫度波動區間為170-180°C，165°C溫拌混合料出廠溫度波動區間為160-170°C，155℃溫拌混合料出廠溫度波動區間為150℃～160 ℃。

(3)瀝青混合料攤鋪

現場攤鋪瀝青混合料溫度檢測結果如表12所示。

(4)瀝青混合料壓實

現場瀝青混合料輾壓溫度檢測如表13所示。

3.4試驗路檢測

(1)滲水試驗

對泡沫溫拌Sup-20試驗路的滲水系數進行檢測，滲水系數分布如圖3所示。從滲水系數檢測結果看，拌和溫度降低10°C泡沫溫拌段落現場滲水系數檢測結果最佳，合格率為100%;拌和溫度降低20℃泡沫溫拌段落滲水系數合格率合格率為90%。泡沫溫拌段落滲水系數與熱拌段落相比，具有較好的封水效果。

(2)壓實度檢測

對泡沫溫拌Sup-20試驗路進行壓實度檢測，取芯壓實度散點圖見圖4,壓實度合格率為100%。泡沫溫拌Sup-20壓實度與熱拌相當，可以保證混合料輾壓密實。

4結語

通過瀝青發泡效果分析、泡沫溫拌Sup-20瀝青混合料配合比設計，以及試驗路施工，得到以下結論：

(1)瀝青發泡的過程，化學性質沒有發生改變，只是物理性質的暫時改變。采用瀝青發泡方法，使得施工溫度降低20-30℃，泡沫溫拌瀝青混合料的施工和易性、裹附性、可壓實性與熱拌瀝青混合料相當。

(2)在發泡溫度160℃與發泡用水量2%的條件下，泡沫溫拌Sup-20瀝青混合料的體積參數與各項路用性能均滿足技術要求。

(3)盤興高速泡沫溫拌Sup-20中面層試驗路的工程應用表明：分別采用降溫10℃與20的兩種方案，室內混合料各項指標、試驗路現場滲水與壓實度檢測，均與熱拌瀝青混合料相當。