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瀝青路麵混合料供應溫拌瀝青混合料(WMA)技術與應用

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瀝青路麵混合料供應溫拌瀝青混合料(WMA)技術與應用

發布日期:2015-11-25 17:37 來源:http://www.cn-kdkj.com 點擊:

瀝青路麵混合料供應溫拌瀝青混合料(WMA)技術與應用


溫拌瀝青混合料(WMA)技術是指生產瀝青混合料的溫度比常用的熱拌瀝青混合料低30-50℃,且能保證其強度、耐久性與使用性能與熱拌瀝青混合料相似的一種生產工藝。通常把施工溫度100-120℃的瀝青混合料稱為溫拌瀝青混合料(Warm Mix Asphalt)。它是上世紀九十年代在歐洲作為一種減少溫室氣體排放的措施發展起來的。隨後在美國和歐洲得到了迅速的發展,目前美國市麵上的WMA方法有20多種。2007年美國邀請了歐洲國家的一些專家對歐洲修建的WMA路麵進行現場考察,考察結果表明WMA路麵的性能好於HMA。甚至有專家預言他將在未來的5-10年取代現有的技術。 


1 WMA的原理與方法根據作用原理可將WMA分為兩大類:

(1)泡沫技術:降低瀝青粘度,主要有微細胞技術和高倍率發泡技術兩種;

(2)降粘技術:利用成分調節劑調整的組分及分子量分布,從而降低瀝青粘度。常用的溫拌瀝青混合料的方法主要有:有機添加劑、化學添加劑、Water-bearing 添加劑和Water-based 方法。這些方法都是為了降低混合料在生產溫度下的粘度,從而達到降低拌合和壓實溫度、降低能耗減少二氧化碳及粉塵排放的目的,同時保證生產的溫拌瀝青混合料與熱拌瀝青混合料性能基本一致。


1.1 有機添加劑目前最常用的有機添加劑包括:Sasobit、Asphaltan-B和EC-120。Sasobit是美國WMA項目中使用最廣泛的一種Fischer-Tropsch石蠟,它是從煤的氣化中生產出來的。它呈球狀,這些球狀的石蠟可以在瀝青終點站設備或工廠儲存罐中添加到膠結料中,或者通過吹入到鼓筒中的方式把石蠟添加到混合料中,它與在瑪蹄脂碎石(SMA)中添加纖維的方式相類似。眾所周知,瀝青中蠟含量偏高會對瀝青的性能產生明顯的負麵影響,但是摻入一定量的Sasobit卻不會出現這種問題,這是因為它與瀝青中的蠟在分子結構上有很大的不同。它的熔點在100℃左右,可以完全融解在溫度高於115℃的瀝青中,降低瀝青的粘度,使混合料拌和及壓實溫度降低。在溫度低於熔點時,則在瀝青中形成網狀的晶格結構增加瀝青的穩定性,提高路麵在使用溫度範圍內的抗車轍性能。Asphaltan-B 是一種帶有脂肪酸胺的褐煤蠟,熔點82-95℃。它是專門為瀝青混凝土研製的,它可以加到瀝青拌和機中, 或是直接加入到膠結料生產機中, 也可以加入到聚合物改性膠結料中。與FT蠟相似, 也被認為是一種“瀝青流動改進劑”可以降低生產溫度, 其壓實性和抗車轍能力均會增強。ECl20溫拌改性劑是一種合成直鏈脂肪族碳氫混合物,其熔點為為100℃,溫度超過110℃時完全溶解於瀝青膠結料中,在瀝青膠結料中形成柵格結構,這使溫拌改性劑很好的穩定在瀝青膠結料裏,而不產生離析中國瀝青網。這種溫拌改性劑一方麵可以提高瀝青的軟化點,使瀝青的高溫抗變形能力提高,另一方麵可以明顯的降低瀝青的高溫粘度,增加瀝青的低溫(60℃)粘度。


1.2 化學添加劑Evotherm和Rediset是最常用的化學添加劑。Evotherm添加劑是由MeadWestvaco公司開發的並於2005年推出[1]。Evotherm中的活性成分為化學添加劑,可以提高低溫下瀝青與骨料的裹覆能力、施工和易性與粘結能力。最初,Evotherm是作為一種高殘餘乳液,目前稱為Evotherm ET(乳化技術)。當與熱骨料混合時,乳液中的水分蒸發,剩下殘餘瀝青與化學添加劑。MeadWestvaco公司隨後又推出了Evotherm DAT(分散添加劑技術),該方法是將化學添加劑以溶液的形式直接注入到拌合設備的瀝青中。與乳液方法相比,該方法的優勢為:加入到混合料中的水更少。MeadWestvaco公司最近又推出了第三代方法——Evotherm 3G,這是一種無水溫拌技術,是與Ergon瀝青與乳液公司及Mathy建設公司共同研發的。該方法允許添加劑與膠結料在瀝青終點站設備中混合,然後用標準的膠結料分配方法分配到瀝青設備中。因為它們使用更加方便,所以Evotherm DAT和Evotherm 3G已廣泛地取代了Evotherm ET。Rediset WMX是美國在2007年推出的一種化學方法。Rediset WMX是由AkzoNobel生產的,作為一種有助粘性能的溫拌添加劑上市。它呈小球狀,這些球狀的石蠟可以在瀝青終點站設備或工廠儲存罐中添加到膠結料中,或者通過吹入到鼓筒中的方式把它添加到混合料中,與在瑪蹄脂碎石(SMA)中添加纖維的方式相類似。


1.3 Water-bearing 添加劑這種添加劑主要是Aspha-min與Advera,它們均是合成沸石,在膠結料中產生泡沫效應。沸石為礦物,在其多孔結構中存有重約20%的水分。當加熱至約185°F (85°C)時,水被釋放出來。在向混合料中加入膠結料的同時加入Aspha-min與Advera, 就會產生極小的噴水現象。水的釋放會使膠結料體積變大,導致出現瀝青泡沫效應,可以在較低的溫度下增加集料的覆蓋率。


1.4 Water-based 方法泡沫技術:利用噴嘴把水噴射到混合料容器中。LEA方法是用濕的細骨料與普通加熱了的粗骨料混合以產生泡沫效應,並降低混合溫度[5]。在LEA方法中,粗骨料與一部分細骨料都加熱到標準的HMA溫度然後與膠結料混合。在瀝青供應到設備的管道中時,把塗覆粘結劑加入到膠結料中。等加熱的骨料被膠結料裹覆後,再加入泠的、濕的細骨料。當加熱時,這部分水分蒸發,從而引起裹覆在粗集料上的瀝青產生泡沫並包裹未裹覆的細骨料。LEA是一個複雜的熱力學方法,當濕骨料中的水分變成為蒸汽時,混合料的溫度迅速下降。最終的出廠溫度略低於212°F (100°C ),在該溫度下一些蒸汽凝結成水,這有助於提高混合料的和易性與可壓實性。WAM Foam 方法是利用雙組分瀝青(調和瀝青),在瀝青混合料不同的拌和階段加入軟質瀝青和泡沫化的硬質瀝青。 

2 WMA的優勢

(1)應用法範圍廣。適用於各種類型的瀝青混合料,包括密級配混合料、SMA、多孔瀝青混合料、地瀝青砂膏(mastic asphalt)以及RAP中。可用於交通量超過3千萬當量單軸荷載的路麵上,同樣適用於停車場、機場公路和港口碼頭處。

(2)減少瀝青膠結料施工過程中的老化,減少設備的損耗。

(3)降低排放。可減少30-40%的CO2和SO2、50%的揮發性有機化合物、10%-30%的CO、60%-70%的NOx、20%-25%的粉塵。

(4)節省燃料。使用WMA方法通常可節省11%-35%的燃料 ,使用低能量瀝青混凝土(LEAB)與低能量瀝青(LEA)可節省燃料高達50%。

(5)改善路麵質量。延長施工季節,可在較泠的天氣鋪築路麵且能獲得良好的密實度。增加運輸距離且能很好的進行攤鋪和壓實。可以加強路麵的耐久性,因為混合料中液態瀝青的輕質烴部分不會被加熱驅除掉。(6) 較快的開發交通。因為WMA的初始施工溫度較低,所以不需要泠卻很長的時間就可以開放交通。(7)改善了工人的工作條件,減少30-50%瀝青煙霧的吸入。  

3 WMA的實際應用情況

 為了驗證WMA的性能,鋪築了三段試驗路,分別為70#基質瀝青加EC-120、SBS改性瀝青加EC-120、SBS改性瀝青加Sasobit,每段試驗路段均長500m。70#~ EC-120路段的拌合溫度為120℃、壓實溫度為110℃;SBS~ EC-120、SBS~ Sasobit路段的拌合溫度為130℃、壓實溫度為120℃。 試驗路段鋪築見圖3.1與3.2。進行現場測試和鑽心取樣室內試驗。

 現場測試項目包括滲水係數、構造深度、擺值和壓實度,四項測試項目均滿足規範要求,這說明溫拌瀝青混合料鋪築的路麵路用性能良好。其中70#~ EC-120路段的壓實度和抗水損害能力甚至比普通70#瀝青路段更好,但是抗滑性能略微有下降。從表3.2可知,摻了溫拌劑路段的馬歇爾穩定度和凍融劈強度均高於普通瀝青路麵,同時溫拌瀝青混合料試件的空隙率比普通瀝青混合料的小0.5%,這說明在相同的壓實功下,溫拌瀝青混合料路麵密實度更高,也就是說要達到相同的密實度,溫拌瀝青混合料所需的壓實功更小。70#~ EC-120路段的凍融劈強度高於普通瀝青路麵,說明摻EC-120溫拌劑的路麵水穩定性更好,這也與路麵現場測試結果相一致。現場測試和鑽心試驗均表明,溫拌瀝青混合料路麵性能良好,壓實度、水穩定性等甚至好於熱拌瀝青混合料。從兩種溫拌的實際應用情況來看,EC-120比Sasobit的效果更好。 

4  社會經濟分析

溫拌瀝青混合料社會經濟性能主要體現在節約能源和降低環境汙染兩方麵。

4.1 節能方麵集料加熱過程中的能耗主要與集料的物理性質、含水量等因素有關。如果假定集料的比熱不變,那麽集料加熱過程中的能耗與溫度成正比。德國研究數據表明,每生產1t熱拌瀝青混凝土需消耗8L燃料油,如拌和溫度降低30~50℃ ,則可節約燃料油2.4L/t。Shell公司對溫拌瀝青混合料和熱拌瀝青混合料的燃料消耗也進行了比較,結果表明,每噸溫拌瀝青混合料可節約燃油3L。

4.2 減排方麵溫拌瀝青混合料可明顯降低粉塵、廢棄等汙染物的排放量。Shell公司提供的數據表明,溫拌瀝青混合料生產過程中可減少30%以上的CO2氣體排放量,同時NOx、CO等有害氣體明顯降低。 

5 結語

 溫拌瀝青混合料在充分地降低生產溫度的同時又能保證生產的混合料與HMA具有相似的強度、耐久性與使用性能。降低生產溫度對環境和人體健康都非常有利——能夠減少溫室氣體的排放、降低燃油的消耗及減少工人吸入的瀝青煙霧量。較低的生產溫度能減少膠結料的老化、增加混合料的壓實時間並能提高寒泠天氣鋪路時的壓實度,進而可以提高路麵的使用性能。本文還通過試驗路的測試進一步驗證溫拌瀝青混合料是一種良好的路麵材料,具有廣闊的應用前景。


 瀝青路麵混合料供應.jpg


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