一種高速公路泡沫瀝青混合料、生產工藝及其檢測方法與流程
2024-02-09 02:48:15 1
本發明涉及一種溫拌瀝青混合料，更具體的說，它涉及一種高速公路泡沫瀝青混合料、生產工藝及其檢測方法。
背景技術：
：目前，道路建設的材料仍以熱拌瀝青混合料為主，但是瀝青拌和站對瀝青和集料拌和的過程中，由於拌和溫度較高，會造成能源的極大消耗，同時會排放瀝青煙以及CO2等溫室氣體，造成環境的汙染。為響應國家大力提倡環境保護與能源節約並推行可持續發展戰略，現越來越多的道路建設中開始使用瀝青溫拌技術，溫拌泡沫瀝青混合料的生產以及施工溫度，相對熱拌瀝青混合料能減低20℃左右，具有減少碳排放、節約燃料、保護環境的效果。泡沫瀝青溫拌技術，採用瀝青發泡設備產生的壓縮空氣與小水滴形成蒸汽泡，與熱瀝青相結合，熱瀝青在表面張力作用下以薄膜狀形式充分裹覆蒸汽泡，瀝青以泡沫瀝青的形式噴入拌缸與熱集料拌合形成瀝青混合料，泡沫瀝青比常規瀝青粘度降低，和易性增加，可以在較低的溫度下充分裹覆集料，降低瀝青混合料的拌合溫度，實現泡沫瀝青溫拌混合料生產。我國對於泡沫瀝青的研究大多集中在泡沫瀝青的發泡機理、物理力學特性及路面冷再生混合料在低等級路面中的應用。例如，授權公告號為CN104355568B的中國專利公開的一種溫拌瀝青混合料及其製備方法和設備，採用瀝青微發泡溫拌技術達到節約成本、節能減排的目的。隨著社會的發展，高等級路面及高速公路的建設越來越多，高等級路面及高速公路的交通量大、要求使用壽命長且常常要面對車輛大型化和嚴重超載等問題，使瀝青路面容易發生車轍、開裂等破壞現象，尤其是在夏季高溫條件下，瀝青路面在車輛荷載長期反覆作用下路面產生推移和車轍等病害的情況更容易發生。而我國對於泡沫瀝青溫拌技術在高等級路面及高速公路上的研究與應用還相對匱乏。由於高等級路面及高速公路要求使用壽命長，並且由於存在車速快、建造地形特殊等問題，對其的建設和維護困難性都較大，因此為增加使用壽命、減少使用過程中路面出現問題的情況的發生，全面對於泡沫瀝青混合料試驗路段進行檢測，選用優質的材料進行建設在建設等級路面及高速公路中是十分必要的。技術實現要素：本發明的目的在於提供一種高速公路泡沫瀝青混合料及其生產工藝，將泡沫瀝青溫拌技術應用到高等級路面及高速公路中，在達到節能減排的目的的同時增加路面的使用壽命以及抗車轍能力。為實現上述目的，本發明提供了如下技術方案：一種高速公路泡沫瀝青混合料，包括下述以重量份表示的組分：集料100份，改性瀝青4.3-4.9份，水0.043-0.049份。由於微量水分與氣泡引入泡沫瀝青混合料，泡沫瀝青有效降低混合料粘性從而有利於拌合以及降低壓實溫度，並且通過實驗測試泡沫瀝青在一定程度上提高了混合料的高溫抗車轍能力，相比熱拌改性瀝青，泡沫瀝青製作的混合料試件動穩定度提高9％左右，其高溫穩定性有較大的提高，從而在達到節能減排的目的的同時增加路面的使用壽命以及抗車轍能力。進一步的，所述集料由下述以重量份表示的組分組成：作為優選，所述的高速公路泡沫瀝青混合料包括下述以重量份表示的組分：集料100份，改性瀝青4.6份，水0.046份。一種生產高速公路泡沫瀝青混合料的方法：步驟一：將16～22mm、11.2～16mm、6～11.2mm、3.5～6mm、0～3.5mm的石灰巖碎石分別加入料倉進行加熱至170℃，保溫備用；步驟二：取步驟一各料倉中的石灰巖碎石以及礦粉作為集料，一邊攪拌集料一邊加熱，保證溫度維持在170℃；步驟三：將改性瀝青投入到加熱儲罐中，加熱到150℃-165℃得到高溫瀝青；步驟四：取步驟三得到的高溫瀝青裝入瀝青發泡設備中，通過高壓泵向瀝青發泡設備中加入冷水，隨後往瀝青發泡設備中通入氣體，啟動瀝青發泡裝置，高溫瀝青、冷水以及氣體在瀝青發泡設備內急劇汽化，迅速膨脹生成泡沫瀝青，瀝青發泡過程中保持發泡溫度165℃；步驟五：將步驟二中得到集料和步驟四中得到的泡沫瀝青同時裝入攪拌缸攪拌，在160℃的溫度下拌和；步驟六：將步驟五中拌和好的泡沫瀝青混合料放入150℃恆溫試驗箱中保溫半小時，得到高度公路泡沫瀝青混合料。通過採用上述技術方案，在集料混合前對不同規定的碎石進行加熱、保溫，使集料自身內外溫度更加均勻；實驗顯示泡沫瀝青在150℃-165℃的瀝青加熱溫度與發泡用水量下有較好的降粘效果，並能在泡沫瀝青膨脹率與半衰期指標上達到最佳；泡沫瀝青混合料在使用前放入150℃恆溫試驗箱中保溫半小時以確保泡沫瀝青混合料具有均勻的壓實溫度，以更加滿足高速公路對施工現場壓實度較高的要求，從而保證路面具有良好的抗車轍能力，從而增加路面的使用壽命。作為優選，所述步驟三中改性瀝青的加熱溫度為165℃。在瀝青發泡設備中，用流量計控制發泡用水量與瀝青的質量比為1％，為了更好地保證瀝青的發泡效果，瀝青仍然需要較高的加熱溫度，因此採用瀝青的加熱溫度與熱拌瀝青加熱溫度相同的165℃，在此溫度下泡沫瀝青半衰期與膨脹率指標較好。本發明的另一目的在於提供一種高速公路泡沫瀝青混合料的檢測方法，其能夠更加全面的對於泡沫瀝青混合料試驗路段進行檢測。為實現上述目的，本發明提供了如下技術方案：一種檢測高速公路泡沫瀝青混合料的方法：P1：取高度公路泡沫瀝青混合料以150℃的壓實溫度製成標準馬歇爾試件；P2：P1中得到的馬歇爾試件經97.3Kpa壓強下真空保水15min後經-18℃冷凍16h後25℃恆溫水浴時間為12h，進行劈裂試驗；P3：重複五次步驟P2，並且對每一次的測試結果進行記錄。通過採用上述技術方案，以模仿我國北方寒冷地區以及西部晝夜溫差較大地區路面長期反覆凍融對瀝青混合料的損害的情況，從而對高速公路泡沫瀝青混合料的長期反覆凍融下的耐久性進行檢測，能夠對泡沫瀝青混合料試驗路段進行更加全面的檢測，以篩選出更為適用於高等級路面及高速公路使用的泡沫瀝青混合料，保證高等級路面及高速公路具有更長的使用壽命且減少維修次數。本發明的優點是：1、泡沫瀝青有效降低混合料粘性從而有利於拌合以及降低壓實溫度；2、泡沫瀝青混合料在較低的生產與壓實溫度下，其中面層的施工壓實度與熱拌瀝青混合料基本一致，完全符合規範對施工壓實度的要求標準；3、提高了混合料的高溫抗車轍能力，其高溫穩定性有較大的提高從而在達到節能減排的目的的同時增加路面的使用壽命以及抗車轍能力；4、能夠對泡沫瀝青混合料試驗路段進行更加全面的檢測，以篩選出更為適用於高等級路面及高速公路使用的泡沫瀝青混合料，保證高等級路面及高速公路具有更長的使用壽命且減少維修次數。附圖說明圖1為本發明中的生產工藝流程圖。具體實施方式下面通過實施例對本發明作進一步說明。應該理解的是，本發明實施例所述製備方法僅僅是用於說明本發明，而不是對本發明的限制，在本發明的構思前提下對本發明製備方法的簡單改進都屬於本發明要求保護的範圍。本發明實施例中所涉及的所有物質均為市售。實施例中涉及的具體原材料如表1所示：表1各原材料的規格及生產廠家表1中，集料包括有不同粒徑的石灰巖碎石與礦粉，按照AC-20C的要求對集料進行分檔，採用的分檔為：16～22mm，11.2～16mm，6～11.2mm，3.5～6mm，0～3.5mm以及礦粉；水為可飲用的自來水。本發明中所採用的評價指標及檢測方法如下：馬歇爾試驗：參照《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程》(JTGE20-2011)規範要求進行馬歇爾試驗，試驗將馬歇爾試件置於室溫中冷卻12小時後脫模，然後在常溫乾燥的室內放置21天後，進行體積參數測試；浸水馬歇爾試驗：按照《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程》(JTGE20-2011)規範要求進行浸水馬歇爾試驗，評價抗水損害性能；凍融劈裂試驗：按照《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程》(JTGE20-2011)規範要求進行凍融劈裂試驗，高速公路對施工現場壓實度要求較高，因此凍融劈裂試驗所用試件仍採用擊實次數75次成型的標準馬歇爾試件，評價抗水損害性能；高溫穩定性試驗：按照《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程》(JTGE20-2011)規範要求進行車轍試驗，採用輪碾機製作300×300×50標準車轍板試件，將同種材料每組三塊試件放入全自動車轍試驗儀中60℃分別保養7～9h後，進行車轍試驗研究瀝青混合料的高溫抗車轍能力，評價高溫性能；壓實性能試驗：按照《JTGE60-2008公路路基路面現場測試規程》中T0924-2008鑽芯法測定瀝青面層壓實度試驗方法，對鑽取的瀝青混合料芯樣試件進行密度測定。實施例一：生產高度公路泡沫瀝青混合料：步驟一：將16～22mm、11.2～16mm、6～11.2mm、3.5～6mm、0～3.5mm的石灰巖碎石分別加入料倉進行加熱至170℃，保溫備用；步驟二：按照表2中的配比取步驟一各料倉中的石灰巖碎石以及礦粉共計100kg作為集料，一邊攪拌集料一邊加熱，保證溫度維持在170℃，所得集料的粒徑分布如表3所示；表2表3集料的粒徑分布步驟三：將改性瀝青投入到加熱儲罐中，加熱到165℃得到高溫瀝青；步驟四：取步驟三得到的高溫瀝青4.6kg，裝入瀝青發泡設備中，通過高壓泵向瀝青發泡設備中加入0.046kg冷水，隨後往瀝青發泡設備中通入氣體，啟動瀝青發泡裝置，高溫瀝青、冷水以及氣體在瀝青發泡設備內急劇汽化，迅速膨脹生成泡沫瀝青，瀝青發泡過程中保持發泡溫度165℃；步驟五：將步驟二中得到集料和步驟四中得到的泡沫瀝青同時裝入攪拌缸攪拌，在160℃的溫度下拌和；步驟六：將步驟五中拌和好的泡沫瀝青混合料放入150℃恆溫試驗箱中保溫半小時，得到高度公路泡沫瀝青混合料。檢測高度公路泡沫瀝青混合料：取高度公路泡沫瀝青混合料按照規範要求製成標準馬歇爾試件與車轍板試件，壓實溫度為150℃；對馬歇爾試件進行體積參數測試、浸水馬歇爾試驗、凍融劈裂試驗以及耐久性試驗；其中耐久性試驗為凍融循環試驗，馬歇爾試件經97.3Kpa壓強下真空保水15min後經-18℃冷凍16h後25℃恆溫水浴時間為12h，進行劈裂試驗，此為一個循環，共循環5次；對車轍板試件高溫穩定性試驗和壓實性能試驗。實施例二：與實施例一的區別僅在於步驟三中的瀝青加熱溫度為150℃。實施例三：與實施例一的區別僅在於步驟四中的高溫瀝青質量為4.3kg，冷水的質量為0.043kg。實施例四：與實施例一的區別僅在於步驟四中的高溫瀝青質量為4.9kg，冷水的質量為0.049kg。實施例一至四中製備得到的標準馬歇爾試件，其體積參數測試結果如表4所示：表4實施例一至四中體積參數測試結果比較性能測試結果實施例一實施例二實施例三實施例四技術要求毛體積相對密度2.4022.3862.3692.401/空隙率(％)5.35.664.14-6馬歇爾穩定度(KN)13.8313.7211.213.3≥8根據上述測試結果可知，實施例一毛體積相對密度以及馬歇爾穩定度的測試值最高，空隙率更加合乎技術要求，因此選擇實施例一為較為優選的方案。實施例一中溫拌泡沫瀝青混合料包括下述以質量份表示的組分：改性瀝青46份，集料1000份，水4.6份，加工工藝參數為：瀝青加熱溫度165℃，集料加熱溫度為170℃，拌和溫度為160℃，出場溫度為160℃，壓實溫度為150℃。對比例一：生產熱拌改性瀝青混合料：步驟一：將16～22mm、11.2～16mm、6～11.2mm、3.5～6mm、0～3.5mm的石灰巖碎石分別加入料倉進行加熱至195℃，保溫備用；步驟二：按照表5中的配比取步驟一各料倉中的石灰巖碎石以及礦粉共計100kg作為集料，一邊攪拌集料一邊加熱，保證溫度維持在195℃；表5步驟三：將改性瀝青投入到加熱儲罐中，加熱到165℃得到高溫瀝青；步驟四：將步驟二中得到集料和步驟三中得到的高溫瀝青同時裝入攪拌缸攪拌，在185℃的溫度下拌和；步驟五：將步驟四中拌和好的瀝青混合料放入185℃恆溫試驗箱中保溫半小時，得到熱拌改性瀝青混合料。檢測高熱拌改性瀝青混合料：取熱拌改性瀝青混合料按照規範要求製成標準馬歇爾試件與車轍板試件，壓實溫度為175℃；對馬歇爾試件進行體積參數測試、浸水馬歇爾試驗、凍融劈裂試驗以及耐久性試驗；其中耐久性試驗為凍融循環試驗，馬歇爾試件經97.3Kpa壓強下真空保水15min後經-18℃冷凍16h後25℃恆溫水浴時間為12h，進行劈裂試驗，此為一個循環，共循環5次；對車轍板試件高溫穩定性試驗和壓實性能試驗。實施例一和對比例一中製備得到的標準馬歇爾試件和標準車轍試件性能測試結果如表6至表11所示：表6實施例一和對比例一中馬歇爾試件體積參數測試結果比較性能測試結果實施例一對比例一毛體積相對密度2.4022.425空隙率(％)5.34.4馬歇爾穩定度(KN)13.8314.00表7實施例一和對比例一中浸水馬歇爾試驗結果比較性能測試結果實施例一對比例一浸水前馬歇爾穩定度13.8314.00浸水馬歇爾穩定度11.8512.10殘留穩定度85.786.4技術要求≥85≥85表8實施例一和對比例一中馬歇爾試件凍融劈裂試驗結果比較性能測試結果實施例一對比例一凍融前空隙率(％)5.34.4凍融後空隙率(％)5.85.0凍融前劈裂強度(MPa)1.141.19凍融後劈裂強度(MPa)0.981.08劈裂強度比(％)86.090.8技術要求≥80≥80表9實施例一和對比例一中馬歇爾試件五次凍融循環試驗結果比較表10實施例一和對比例一中車轍試件高溫穩定性試驗結果比較表11實施例一和對比例一中車轍試件壓實性能試驗結果比較由以上數據對比可知：泡沫瀝青混合料與常規熱拌技術生產的改性瀝青混合料相比，泡沫溫拌技術在生產過程中的應用可將混合料平均加熱溫度降低20～30℃，泡沫瀝青有效降低混合料粘性從而拌合與壓實；由浸水馬歇爾試驗與凍融劈裂試驗評價泡沫瀝青混合料抵抗水損害的能力，試驗結果表明泡沫瀝青混合料浸水前後的穩定度比值與凍融劈裂破壞的強度比均略低於熱拌改性瀝青混合料，水穩定性有所降低，但此性能仍滿足規範要求的指標；經多次凍融循環後混合料的空隙率增大，試件的劈裂抗拉強度逐漸降低，凍融前後劈裂抗拉強度比由下降較快到趨於穩定，泡沫瀝青混合料的劈裂抗拉強度以及兩次循環間的劈裂強度比略微低於熱拌改性瀝青混合料，其低溫耐久性相對低於熱拌瀝青混合料，但仍維持在較高水平；泡沫瀝青混合料在較低的生產與壓實溫度下，其中面層的施工壓實度與熱拌瀝青混合料基本一致，完全符合規範對施工壓實度的要求標準；泡沫瀝青在一定程度上提高了混合料的高溫抗車轍能力，相比熱拌改性瀝青，泡沫瀝青製作的混合料試件動穩定度提高9％左右，其高溫穩定性有較大的提高，更適於應用到高等級路面及高速公路中，在達到節能減排的目的的同時增加路面的使用壽命以及抗車轍能力。對比例二至四：對比例二至對比例四為申請公布號201410547316.2，發明名稱為：一種微發泡溫拌瀝青混合料設備的實驗數據。對比例二至對比例四中的組分質量百分含量、工藝參數以及性能測試結果如表12、13以及14所示：表12對比例二至對比例四中的組分質量百分含量組分(％)對比例二對比例三對比例四瀝青4.204.304.10集料95.7595.6495.85水0.050.060.05油石比(％)4.44.54.3表13對比例二至對比例四中涉及的工藝參數工藝參數(℃)對比例二對比例三對比例四瀝青加熱溫度160160160集料加熱溫度165165165拌和溫度140140140表14對比例二至對比例四中性能測試結果比較性能測試結果對比例二對比例三對比例四殘留穩定度(％)94.895.196.4劈裂強度比(％)88.790.392.2動穩定度(次/mm)322538934842由以上數據看出，對比例二至對比例四中，瀝青加熱溫度為160℃，集料加熱溫度為165℃，拌和溫度140℃。相較於實施例一中，殘留穩定度與劈裂強度比相對於實施例一中雖然有所上升，但是上升幅度較小，並且實施例一中的動穩定度遠遠大於對比例二至對比例四中的動穩定度，實施例一在一定程度上提高了混合料的高溫抗車轍能力，因此實施例一中溫拌泡沫瀝青混合料更適於應用到高等級路面及高速公路中，在達到節能減排的目的的同時增加路面的使用壽命以及抗車轍能力。當前第1頁1 2 3