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目前用于瀝青路面建設(shè)、養(yǎng)護(hù)的瀝青混合料主要有兩類:熱拌瀝青混合料和冷拌(常溫)瀝青混合料。熱拌瀝青混合料是指瀝青與礦料在高溫(150℃~185℃)狀況下拌和的混合料;冷拌(常溫)瀝青混合料是指以乳化瀝青或稀釋瀝青與礦料在常溫(10℃~40℃)狀態(tài)下拌和、鋪筑的混合料。熱拌瀝青混合料使用比較多,但在拌和、運(yùn)輸及攤鋪過程中出現(xiàn)的有害氣體排放、過多能耗以及熱老化等問題比較突出;而冷拌瀝青混合料,盡管在環(huán)境保護(hù)、能耗等方面有很大優(yōu)勢,但由于其路用性能與熱拌瀝青混合料相比還有較大差距,因此只能用于瀝青路面的養(yǎng)護(hù)、低交通量路面、中重交通量路面的下面層和基層。
正是在這樣的背景下,20世紀(jì)90年代歐洲開始了溫拌瀝青混合料的研究,它是一類拌和溫度介于熱拌瀝青混合料(150℃~185℃)和冷拌(常溫)(10℃~40℃)瀝青混合料之間,性能達(dá)到(或接近)熱拌瀝青混合料的新型瀝青混合料,其拌和和壓實(shí)溫度一般為110℃~130℃(針對普通瀝青而言,改性瀝青的拌和溫度還需要提高一些。歐美較少采用改性瀝青)。
采用溫拌瀝青混合料可部分解決熱拌瀝青混合料由于高溫拌和而導(dǎo)致的幾個(gè)問題:1)高溫下的有害氣體排放問題。據(jù)國外的檢測報(bào)告,瀝青混合料從熱拌轉(zhuǎn)為溫拌可使二氧化碳CO2排放減少約1/2,一氧化碳CO排放減少約2/3,二氧化硫SO2減少40%,氧化氮NOx類減少近60%,采用溫拌瀝青混合料技術(shù)的環(huán)境效益是非常明顯的。2)能耗問題。據(jù)國外文獻(xiàn)報(bào)道,采用溫拌瀝青混合料可降低燃油消耗30%以上。3)高溫施工導(dǎo)致的瀝青老化問題。
瀝青溫拌技術(shù)根據(jù)工作機(jī)理,可以分為三大類:發(fā)泡瀝青技術(shù);Sasobit蠟技術(shù)和基于表面活性劑平臺的Evotherm技術(shù)。
1)發(fā)泡瀝青降粘技術(shù):國內(nèi)外產(chǎn)品以Aspha-Min、易鋪130及Double Barrel Green為主,利用水對瀝青進(jìn)行發(fā)泡,從而降低瀝青粘度,提高瀝青混合料和易性。Eurovia公司建議的Aspha-Min用量為混合料質(zhì)量的0.3%,比典型的熱拌瀝青混合料的生產(chǎn)溫度減少12℃,施工溫度可降低30℃。據(jù)報(bào)道,生產(chǎn)溫度降低12℃,耗能將減少約30%。通過國內(nèi)外學(xué)者研究表明,不添加抗剝落劑的情況下,含有Aspha-Min沸石的混合料比普通瀝青混合料的抗水損壞能力差。另外這種技術(shù)對拌合設(shè)備的要求較高。
2)有機(jī)降粘溫拌技術(shù):通過使用有機(jī)降粘劑,降低熱瀝青拌合時(shí)的粘度,以蠟或蠟狀物為主;其中以Sasobit合成蠟為主,Sasobit是Sasol Wax公司的產(chǎn)品,它是一種聚烯烴類費(fèi)托合成蠟,可以降低改性瀝青高溫粘度,降低拌合及成型溫度,Hurley系統(tǒng)評價(jià)了使用Sasobit的溫拌瀝青混合料的性能,認(rèn)為在瀝青中摻加2.5%Sasobit后,推薦的*低拌合溫度129℃,*低碾壓溫度110℃。過低的拌合及碾壓溫度將增加車轍bing害發(fā)生的可能性,而過高的摻量會增大低溫開裂的問題。
3)表面活性溫拌技術(shù):該方法是由美國美德維實(shí)偉克公司(MeadWestvaco)于2003年起開始研究并逐步應(yīng)用的技術(shù),在美國稱為Evotherm溫拌技術(shù)。該方法可在混合料性能達(dá)到熱拌瀝青混合料的同時(shí),將拌和溫度降至110℃~130℃。
Evotherm溫拌技術(shù)已經(jīng)發(fā)展到第三代溫拌技術(shù),而在國內(nèi)比較熟悉的是第二代的表面活性溫拌技術(shù),其采用水基乳化分散技術(shù)的Evotherm為主,其作用原理是水基乳化劑在瀝青中形成結(jié)構(gòu)水膜,增加混合料的和易性,來達(dá)到降低混合料拌合溫度,但拌合過程中溫拌劑水分大量揮發(fā),易造成設(shè)備的腐蝕和濾布袋的頻繁更換,同時(shí)由于其溫拌作用機(jī)理,不能直接制備溫拌瀝青,而是在拌合過程中與瀝青同時(shí)噴灑入拌合鍋,造成了添加改造設(shè)備造成施工費(fèi)用增加,綜合使用成本較高。
而第三代產(chǎn)品,為無水型表面活性類溫拌劑,直接加入瀝青膠結(jié)料中,在混合料拌合之前,將溫拌劑加入至瀝青罐中,充分?jǐn)嚢璞WC溫拌劑均勻分散于瀝青中。在拌和過程中,在機(jī)械拌和力的作用下,溫拌劑發(fā)生非極性頭部反轉(zhuǎn),在瀝青內(nèi)部形成大量結(jié)構(gòu)性潤滑結(jié)構(gòu)。該潤滑結(jié)構(gòu)在拌和過程中將避免瀝青膠結(jié)料的團(tuán)聚效應(yīng),能夠明顯增加瀝青混合料在較低溫度時(shí)的拌和工作性。在壓實(shí)過程中,在鋼輪壓路機(jī)的振動(dòng)碾壓和膠輪壓路機(jī)的揉搓碾壓作用下,潤滑作用得到叫大程度的發(fā)揮,集料位置調(diào)整和骨架結(jié)構(gòu)形成更加容易,促進(jìn)瀝青混合料壓實(shí)。壓實(shí)終了時(shí),在機(jī)械撕扯力以及環(huán)境因素的作用下,膠團(tuán)潤滑結(jié)構(gòu)逐漸散失,其中的表面活性類化學(xué)物質(zhì)發(fā)生界面轉(zhuǎn)移,轉(zhuǎn)移至瀝青與集料交界面上,形成化學(xué)錨固結(jié)構(gòu),加強(qiáng)集料與瀝青膠結(jié)料的粘結(jié)性能,提高了道路的使用壽命。所以第三代無水型表面活性類溫拌劑的綜合性能更具有優(yōu)勢。