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1、温拌沥青混合料技术,主讲人：张起森 教授、博导,主讲内容,一、热拌及冷拌沥青混合料技术的缺点二、温拌沥青混合料技术的发展状况三、EC120温拌沥青混合料性能试验研究四、EC120温拌沥青混合料的经济分析五、EC120温拌沥青混合料的应用前景,一、热拌及冷拌沥青混合料技术缺点,目前，道路工程中使用的沥青混合料，根据拌和温度和施工温度可分为两种类型：热拌沥青混合料（HMA）和冷拌沥青混合料（CMA）.1.1 热拌沥青混合料技术缺陷 热拌沥青混合料是当前应用最为广泛、路用性能比较良好的一种路用性能，经过几十年的发展，其应用效果有目共睹。但是其存在的技术缺陷，已经引起各国科技工作者的关注：1、高能耗；
2、2、污染环境；3、沥青老化。,1.2冷拌沥青混合料技术缺陷,冷拌沥青混合料一般采用乳化沥青或稀释沥青，与集料在常温下拌和、铺筑，无需加热，因而可节约大量的能源。但是其路用性能与热拌沥青混合料相比有较大的差距，只能用于沥青路面的修补，低、中交通量路面的下面层和基层。因此，如何保留热拌沥青混合料良好的性能特点，并且又有冷拌沥青混合料环保方面的优势，这是我们值得研究的问题。,二、温拌沥青混合料技术,温拌沥青混合料是采用中温化技术降低沥青混合料的拌和及摊铺、碾压温度，但又不影响或甚至改善沥青混合料性能的一种热拌沥青混合料。通常施工温度在100 120的沥青混合料称作温拌沥青混合料 WMA(warm M
3、ixture Asphalt).,环境友好SO2、COX、NO 30-50%,环境污染SO2、COX、NO 等,2.1温拌技术发展现状,1995年在欧洲由shell和Kolo Veidekke公司首先研制开发，并于次年铺筑试验路段。随着温拌技术的不断完善，其使用量不断增加。根据作用原理分为两类：泡沫技术：降低沥青粘度，主要有微细胞技术和高倍率发泡技术两种。降粘技术：利用成分调节剂调整的组分及分子量分布，从而降低沥青粘度。,Available WMA Technologies,搅拌沥青混合料分类一般有五大类技术1、有机添加剂；2、化学添加剂；3、Water_bearing additives;4
4、、Water_based peocesses;5、其他；,有机添加剂,Sasobit(FischerTropsch Wax)，一种合成石蜡，熔点110;Asphaltan-B(Montan Wax With fatty acid amide),一种带有脂肪酸胺的褐煤蜡，熔点8295;EC120,一种合成直链脂肪族碳氢混合物，熔点100，,化学添加剂,Evotherm，应用化学添加剂和沥青分散技术（Pispersed Asphalt Fechnology）制备的沥青乳化物。Rediset 有机物和化学添加剂组合的一种技术；Cecabase RT,Water_bearing additives,一
5、种人工合成的沸石，在温度超过100时释放出结晶水产生泡沫效应。Aspha-minAdvera,Water_based peocesses,泡沫技术：利用喷嘴把水喷射到混合料容器中；Double Barrel Green(AStec)Green Machine（Gencor）LEA(Mccomnaughay)用湿的细骨料与普通加热了的粗骨料混合以产生泡沫效应，并降低混合温度WAM Foam 利用双组分沥青（调和沥青），在沥青混合料拌和不同阶段加入软质沥青和泡沫化的硬质沥青。,其他,Fhiopave/SEAM(shell)利用硫磺改性剂，代替25左右的沥青混合料，降低沥青粘度。,以上五种方法，都是
6、为了降低混合料在生产温度下的粘度，达到降低拌合和压实温度、降低能耗减少二氧化碳及粉尘排放的目的，同时保证温拌沥青混合料性质与热拌沥青混合料性质基本相同。,2.2 WMA技术显著特点,1.减少有害气体的排放有利于保护环境2.降低能源消耗,3.降低生产设备的损耗 4.减轻沥青胶结料老化程度 5.使路面更容易实现再生 6.较快的开放交通 7.延长施工季节 8.起助碾作用,2.3 EC120温拌沥青混合料技术,EC120是一种聚烯茎类的沥青改性剂，EC120对沥青改姓的主要特点：一方面提高沥青的软化点，使沥青的高温抗变形能力提高；另一方面降低沥青高温粘度。EC120温拌改姓沥青在结构和物理特性方面不同
7、于常规改姓沥青：高软化点 高粘度（60粘度高，135粘度低）低温度（施工温度较常规低2030）低掺量,三、EC120温拌沥青混合料试验研究,试验选用了三种温拌改性剂进行试验研究，一种是德国一家公司生产的新型聚烯烃类沥青普适改性剂Sasobit（沙索比德）；一种是德国另一家公司生产的人造合成沸石Aspha-Min；一种是深圳海川工程科技公司生产的EC120温拌改性剂。,3.1 温拌改性剂,3.2 制备工艺,制备温拌改性沥青时，只需要将温拌改性剂加入温度高于120（在不老化的前提下温度最好稍微高些）的沥青中，通过简单的机械搅拌一段时间（通常为30min左右）即可制得。,3.3 温拌改性沥青粘度特性
8、研究,3.3.1粘度与剪切速率,135时不同沥青的粘度与剪切速率关系曲线,美国BrooeldD-VH+型旋转粘度计,从试验结果可以得到，这三种温拌改性沥青在135以上粘度基本上不随剪切速率的增大而变化，基本上成为牛顿液体，即在此温度之上粘度不受剪切速率大小的影响。各种沥青随剪切速率的增大而变化的影响大小：SBSAspha-minSasobit70#EC120。,SBS与三种SBS温拌改性沥青的粘温关系曲线,3.3.2 粘度与温度,从试验结果可以看出，当温度低于85左右时，粘度随着温度的降低而不断增大；当温度高于85左右时，粘度随着温度升高而不断减小。这表明掺加这三种温拌改性剂即能保证有效降低路
9、面的施工温度，又能提高路面在使用温度下的高温稳定性。从试验结果看，在同一个温度下，降粘效果比较：EC120SasobitAspha-min。,3.3.3 粘度与施工温度控制,本章先采用等粘温度原则来初步确定试验室混合料的拌和与压实温度。从试验数据可以看出，添加温拌改性剂可以有效地降低沥青混合料的拌和与压实温度20 30 左右。特别是EC120，其降温效果最好。,根据等粘温度确定的沥青混合料的施工温度,3.4 温拌改性沥青常规试验分析,本文进行的常规试验包括：针入度、延度、软化点、闪点、溶解度、旋转薄膜加热试验后的质量损失、针入度比和延度。从试验结果看，基质沥青、SBS改性沥青、各种温拌改性沥青
10、常规性能指标都满足公路沥青路面施工技术规范（JTG F40-2004）的技术要求。,3.4.1常规试验,各种沥青针入度试验结果,3.4.2针入度试验,从试验结果看，添加这三种温拌改性剂后，沥青针入度都降低，说明掺入这三种温拌改性剂后能使沥青变硬，抵抗变形能力有所增加。特别是EC120比较明显。掺入EC120、Sasobit后，针入度比也都增大，可以很大的减缓沥青的老化速率，有利于改善沥青的抗老化性能。掺入EC120、Sasobit后，针入度指数增大，可以改善沥青的感温性。掺入这三种温拌改性剂后，当量软化点都有所增大，提高了沥青的高温稳定性。,3.4.3软化点试验,掺入这三种温拌改性剂后，沥青的
11、软化点明显升高，且随掺量的增加而升高，这说明可以很好的改善沥青的高温性能。EC120尤其显著。掺入温拌改性剂后，软化点高低比较：3%SBSEC120 3.5%70#EC120 3%SBSSasobit 4%SBS Aspha-min SBS改性沥青70#基质沥青。,3.4.4延度试验,从试验数据可以看出，掺入温拌改性剂会使沥青老化前后的低温延度都有所降低，且都随着掺量的增加而进一步降低，说明掺入温拌改性剂会降低沥青的低温性能，但相差不大。综合来看，沥青延度的低温性能优劣比较：SBS改性沥青70#基质沥青SBSSasobitSBSAspha-minSBSEC120 70#EC120。,3.5 温
12、拌改性沥青SHRP试验分析,3.5.1 DSR试验分析,复数模量-T关系曲线,车辙因子-T关系曲线,动态剪切流变仪(DSR),从试验结果可以得到，添加温拌改性剂后，沥青的复数模量和车辙因子明显增大，特别是EC120,这说明在沥青掺加温拌改性剂可以很好的提高沥青的高温性能。从流变性能看，高温稳定性能优劣排序为：SBSEC12070#EC120SBSSas-obitSBSAspha-minSBS改性沥青70#基质沥青。,3.5.2 BBR试验分析,m-T关系曲线,S-T关系曲线,从试验结果看，掺加这三种温拌改性剂后，蠕变劲度S变大，曲线斜率m变小，这对沥青的低温性能会造成一定的负面影响，但影响不大
13、，这几种温拌改性沥青在-18以上的S和m都满足SHRP规范中的要求。从流变性能评价看，低温性能优劣比较：SBS改性沥青70#基质沥青SBSSasobitSBSEC120SBSAspha-min70#EC120。,弯曲梁流变仪(BBR),弯曲梁流变仪(BBR),3.5.3 PG分级,各种沥青的临界分级温度,从试验结果看，掺加这三种温拌改性剂，高温临界温度都有不同程度的提高。掺加EC120，高温等级提高了2-3级，掺加Sasobit高温等级提高了1级，掺加Aspha-min的提高不多，还是与SBS改性沥青同一个高温等级。掺加这三种温拌改性沥青，低温临界温度都有不同程度的提高，大概提高在4-6，低温
14、等级上升了一个级别。这也同样进一步地检验了掺加温拌改性剂对沥青的低温性能会有一定的负面影响，但影响不大。,3.6 温拌改性沥青混合料性能试验分析,级配设计 为了使温拌沥青更具有代表性和便于比较，试验采用两种级配进行试验，依据公路沥青路面施工技术规范（JTG F40-2004）和公路沥青玛蹄脂碎石路面技术指南（SHC F40-01-2002）的要求分别提出了AC-13和SMA-13的矿料级配。级配曲线见下图。,3.6.1 配合比设计,AC-13级配曲线,SMA-13级配曲线,最佳沥青用量确定,通过试验数据的综合分析，以及水稳性和抗车辙能力的检验得出，对于AC-13型，确定70#基质沥青混合料最佳
15、油石比为4.7%，70#EC120的为4.6%。对于SMA-13型，确定70#EC120温拌沥青混合料的最佳油石比为6.0%，SBSEC120 和SBSSasobit的为6.1%，SBS改性沥青的为6.2%。,3.6.2 拌和与压实温度分析,确定温拌改性沥青的施工温度，试验采用将压实达到最大密度时对应的温度视为最佳压实温度。,毛体积密度与压实温度的关系,通过试验，本文确定70#基质沥青混合料的拌和与压实温度分别为160和150左右；SBS的为175和165左右；70#EC120的为120和110左右；SBSEC120和SBSSasobit的分别都是为130和120左右。,空隙率与压实温度的关系
16、,以下是普通沥青混合料与温拌沥青混合料拌和与压实过程中产生的烟雾对比情况：,普通沥青混合料烟雾较大 温拌沥青混合料无烟雾,3.6.3 水稳性试验,浸水马歇尔试验 冻融劈裂试验,残留稳定度比和劈裂强度比,从试验结果可以看出，掺入温拌改性剂后，温拌沥青混合料的劈裂强度比和残留稳定度都有不同程度的提高，EC120的提高最大。这说明添加温拌改性剂后可以很好地改善沥青混合料的水稳性能。EC120温拌沥青混合料的水稳性最好。,3.6.4 高温稳定性试验,车辙试验仪,车辙试验5 cm厚车辙板试件,不同沥青混合料的车辙动稳定度,从试验结果可以看出，SMA-13型的动稳定度比AC-13型的都要大。掺入温拌改性剂
17、后，沥青混合料的动稳定度有明显的提高，特别是EC120，SMA-13型动稳定度次数达到8000多次/mm。这说明掺入温拌改性剂后，可以改善沥青混合料的高温性能，大大的提高了路面的抗车辙能力，这与前面的沥青试验得出的结论时一致的。车辙试验后的试件车辙深度对比见下图：,70#EC120（AC-13）,70#EC120（SMA-13）,SBSEC120（SMA-13）,70#（AC-13）,SBS（SMA-13）,SBSSasobit（SMA-13）,3.6.5 低温抗裂性试验,弯拉应变,抗弯拉强度,弯拉劲度模量,从试验结果看，综合分析可见，在SBS改性沥青里面掺加温拌改性剂对沥青混合料的低温性能有
18、一定的负面影响，但相差不大，都能满足规范要求。在-10时，Sasobit这种温拌改性剂影响更大，在0时，EC120这种温拌改性剂影响更大。这与前面的沥青试验得出的结论是一致的。,低温弯曲试验 低温弯曲试验试件,低温弯曲试验温控箱,3.6.6 抗疲劳性能试验,从试验数据看，掺加温拌改性剂后，沥青混合料的疲劳次数明显增大，这说明EC120和Sasobit这两种温拌改性剂能提高沥青混合料的抗疲劳性能。这些沥青混合料的抗疲劳性能优劣顺序为：SBSSasobitSBSEC120SBS70#EC120。,疲劳次数与应力比的关系曲线,MTS810材料试验系统,疲劳试验试件,MTS疲劳试验,疲劳试验后的破坏试
19、件,3.6.7温拌沥青与温拌沥青混合料指标关系,将反映沥青高温稳定性的指标车辙因子与当量软化点，和沥青混合料的高温稳定性指标动稳定度进行相关性分析。分析结果如下：,车辙因子与当量软化点的关系,动稳定度与车辙因子的关系,从上图可以看出，反映沥青混合料高温稳定性的动稳定度与车辙因子、当量软化点的相关性非常好，相关系数分别为：0.988、0.9906和0.9603。这就说明用着三种指标来评价温拌沥青混合料的高温稳定性都是可行的。,动稳定度与当量软化点的关系,3.6.8温拌沥青混合料现场施工控制,为使EC120中温拌改性剂能够均匀的分散到沥青混合料中，集料应先进行干拌，在喷入热沥青的同时加入EC120
20、温拌改性剂，与热沥青一起进行湿拌。1、集料加热温度：140150之间。2、干拌时间：按常规进行。3、沥青加热温度：比常规稍低。4、湿拌时间：比常规稍长些，在4045s 左右，以拌和均匀无花白料为止。,5、出料温度：约为120130。严格控制拌和温度和拌和时间，每盘料拌和温度差异小于5，拌和时间差异小于5s。6、碾压（1）采取紧跟碾压工艺压实，初压温度120（2）终压温度应不低于90100。其他施工工艺请参照公路沥青路面施工技术规范（JTG F40-2004）中的相关要求执行。,3.6.9 应用温拌改性剂铺筑现场试验路段,温拌沥青混合料试验路测试结果,试验路段钻心取样试验结果,应用温拌改性剂铺筑
21、的温拌沥青路面的现场测试，包括：渗水系数、构造深度、摆值和压实度都满足规范的要求，这说明应用温拌改性剂铺筑沥青路面也有很好的路面状况。,试验路段现场铺筑,试验路段现场的温拌沥青混合料的马歇尔稳定度和冻融劈裂强度都比普通沥青路面的要好，这说明温拌沥青混合料比普通沥青混合料更容易碾压密实，反过来也就验证了在达到相同的压实度的要求的情况下，温拌沥青混合料可以降低拌和及压实温度。,现场铺筑的试验路段的路面情况,通过对本文大量的试验数据分析表明，EC120温拌改性剂比其它温拌改性剂更具有比较理想的降粘降温效果和各方面性能，特别是高温稳定性能方面。因此，EC120温拌改性剂是一种很好的新型路面材料，值得在
22、工程上推广应用。,3.7试验主要结论,四、EC120温拌沥青混合料经济分析,温拌沥青混合料经济性能主要体现在节约能源和降低环境污染两方面：1节能方面 集料加热过程中的能耗主要与集料的物理性质、含水量等因素有关。如果假定集料的比热不变，那么集料加热过程中的能耗与温度成正比。但集料加热温度超过100后，由于集料中水分的蒸发，需要的能量会增加。,德国研究数据表明，每生产1t热拌沥青混凝土需消耗8L燃料油，如拌和温度降低3050，则可节约燃料油2.4L/t。Shell公司对温拌沥青混合料和热拌沥青混合料的燃料消耗进行了比较，见右表：结果表明，每吨温拌沥青混合料可节约燃油3L.,废弃排放比较,2、减排方
23、面 温拌沥青混合料可明显降低粉尘、废弃等污染物的排放量。Shell公司提供的数据表明，温拌沥青混合料生产过程中可减少30%以上的CO2气体排放量，同时NOx、CO等有害气体明显降低，如下表：,废弃排放量比较,五、温拌沥青混合料技术应用前景,5.1 高性能超薄罩面 热拌沥青超薄罩面在施工中遇到的最大问题是混合料温度降低太快，造成混合料压实度低于规范要求。由于温拌沥青混合料的良好工作性和可压实性，可以克服超薄罩面温度降低造成的不易压实问题。因此采用温拌技术设计超薄罩面可以有效地解决超薄罩面的压实问题。,5.2回收含量较高的再生混合料 厂拌热再生混合料中通常添加20%30%的旧沥青路面回收料（RAP
24、）。如果添加30%以上的RAP，会造成出料温度过低或RAP加热温度过高和老化严重等问题。如果采用温拌技术，就可以降低再生沥青混合料的出料温度。因此即使采用40%以上的RAP，也可以达到混合料的出料温度，获得良好的压实效果。,5.3 隧道沥青路面 在长大隧道路面施工时，由于隧道中温度较低，空气流动较慢，空气相对封闭，沥青混合料烟尘排放突出和难以解决的。如果在隧道路面施工中采用温拌技术，在提高混合料压实性能的同时，可显著降低沥青排放出的有害气体，为施工人员创造出良好的施工环境。,5.4 环保要求较高的城市道路 温拌沥青混合料将有害气体排放降低了30%以上，适合在居民聚集区和医院、景区等道路施工中应用。,广阔的市场前景,Changsha University of Science&Technology,Thank You!,
