国外温拌沥青混合料技术与性能评价
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关键词 :道路工程 ; 沥青路面 ; 温拌沥青混合料 ; 技术性能 ; 评价
温拌沥青混合料 ( WMA) 是一类使用特定的技术 或添加剂 ,使拌和及施工温度介于热拌沥青混合料 (150～180 ℃) 和冷拌 (常温) 沥青混合料之间 ,性能达 到热拌沥青混合料的新型沥青混合料的统称 。
WMA 首先是在欧洲由 Shell 和 Kolo - veidekke 于 1995 年联合研制出来 ,并于 1996 年进行了现场试 验 。在研制和使用初期 , WMA 是利用软沥青和乳化 沥青来生产温拌沥青 ,这样生产出来的 WMA 虽然在 性能 上 能 和 HMA 相 媲 美 , 但 生 产 成 本 却 高 出 HMA20 %。为了降低成本 ,同时又不降低 WMA 的 性能 ,Shell 和 Kolo - veidekke 在 1998 年开始用泡沫 沥青和软沥青来生 产温拌沥青 ,并制备 WMA ,这种 WMA 于 1999 年和 HMA 进行了现场对比试验 ,经过 1 年的春、冬季跟踪观测 ,WMA 的使用性能良好 。因此 , Shell 和 Kolo - veidekke 在 2000 年的 Eurobitume - Eu2 roasphalt 国际会议上第一次提出了 WMA 。随后 ,日本 和欧洲等国开始大量使用 WMA ,2001 年 WMA 的使 用量达8 000 t ,2002 年增长到15 000 t ,2003 年就高达 30 000 t 。从 WMA 使用量的大幅提高上 ,可以看出 WMA 的发展势头非常好 。
Sasobit 是南非 Sasol - Wax ( Formerly Schümann Sasol) 公司的产品 。Saso bit 被认为是一种改性剂或 者“沥青流动改进剂”。它是一种细结晶体 ,可以薄片
或者粉末的形式存在 。使用 Fischer - Trop sch ( F T) 过程从煤气化中生产的长链脂肪族烃 ,也被称为 F T 固体石蜡 。
Sasol - Wax 公司指出 Saso bit 的熔点大约是 99 ℃,在超过 116 ℃时 ,可以完全溶解于沥青胶结料中 。 使胶结料的粘度降低 。这可以使生产温度降低 12 ℃。 温度低于熔点时 , Saso bit 在沥青胶结料中形成晶格 结构 ,这是含有 Saso bit 的沥青的稳定性的基础 。在 使用温度下 ,Saso bit 改性沥青的抗车辙能力增强 。此 外 ,Sasol - Wax 公司报道 ,在同样的滚轮荷载下 ,其压 实性与非改性沥青相比有所增加 。
(3) 无论是用 Superpave 旋转压实仪还是振动压实 仪 ,3 种温拌技术都提高了压实度 ,用 Aspha - Min 法 空隙率平均降低 0. 77 % ,用 Sasobit 法空隙率平均降低 0. 89 % ,用 Evotherm 法空隙率平均降低1. 53 %。用这 3 种添加剂在 88 ℃时的压实度都有所提高 (图 1) 。
6 期
国外温拌沥青混合料技术与性能评价
56 1
子 、钙离子 ,甚至是相对较大的分子和阳离子群 ,例如 水分子 。在沸石中 ,空间是互相连通的 ,并且根据种类 的不同形成了各种尺寸的较长 、较宽的通道 。这些通 道可以使其中的离子和分子更容易地进出沸石结构 。 沸石最常见的用途是作为水软化剂 。沸石的特点是可 以在不破坏它们结晶结构的情况下吸水和失水 。它们 可以将结构中的水通过加热或者其他方法排出结构 。 因此沸石可以作为新流体的运输系统 。 1. 2 WAM - Foam 温拌剂
Eurovia 公司建议所加的 Aspha - Min 占混合料的 质量百分率为 0. 3 % ,这样可以将 HMA 典型的生产温 度降低 12 ℃。据报告 ,温度降低 12 ℃可以节省 30 %的 燃料消耗量 。Eurovia 介绍说所有常用的沥青和聚合物 改性沥青 ,包括再生沥青都可以添加 Aspha - Min 。
(6) 添加 Saso bit 制成的混合料的间接拉伸强度 较低 ,这个拉伸强度的降低可能是因为 Saso bit 有抗 老化的能力 。其他的试验室试验表明添加 Saso bit 制 成的混合料具有很好的抗车辙能力 。
(7) 在制作温拌沥青混合料时 ,压实温度较低会 增加水损害的可能 。搅拌温度和压实温度较低会导致 集料未被完全烘干 ,其结果就是导致水损坏 。
根据要配制的调和沥青针入度来确定软胶结料和 硬胶结料的混合比率 。如果需要的话 ,结合料中还可 以加入抗剥落剂 ,以减少水损坏 。
在第一阶段 ,在 100 ℃左右软胶结料与矿料拌和 , 初步覆盖矿料 ,矿料的加热温度为 100～120 ℃。然后 以泡沫形式加入硬胶结料在 90～120 ℃进行充分拌 和 。当硬胶结料加入到混合料中时 ,通过向加热的硬 胶结料注入冷水而产生的快速蒸发会产生大量的烟 雾 。硬泡沫胶结料与软胶结料结合 ,从而达到所需的 沥青产品的最终的组成和特性 。
Sasol - Wax 公司建议加入混合料质量的 3 %的 Saso bit ,以使粘度降到所需的标准 , 并且不应超过 4 % ,以免对胶结料的低温性能产生不良影响 。不建议 将固体 Saso bit 直接拌和 ,因为这样不能够使其在沥 青中均匀分布 。 1. 4 Asphaltan B 温拌剂
(8) 为了减轻水损坏掺加了各种不同的抗剥落 剂 ,水化石灰和沸石在花岗岩集料中是有效的 。添加 1. 5 %的消石灰的混合料相对于没有掺加消石灰的混 合料可以增加结合能力以及抗水损坏的能力 。
© 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved.
66 1 中 外 公 - 2579 (2007) 06 - 0164 - 04
第 27卷 第6期 2007年12月
国外温拌沥青混合料技术与性能评价
左 锋 , 叶 奋 编译
(同济大学 , 上海市 200092)
摘 要 :温拌沥青的概念是最近 10 年来在欧洲发展起来的 ,德国 、挪威 、法国都对其进行 了研究 。在美国 ,NCA T 以及其他一些机构也对其进行了研究 。温拌沥青混合料是一种绿 色 、节能 、环保的路面新材料 ,它的生产施工温度介于热拌沥青混合料和冷拌沥青混合料之 间 。其力学性能和路用性能不亚于传统的热拌沥青混合料 ,但生产施工温度可以降低 30～ 50 ℃。该文通过与热拌沥青混合料的对比 ,介绍了欧洲使用的温拌沥青混合料技术及对它 的性能评价 ,并介绍了温拌沥青混合料的优缺点和需要解决的问题 。
A sp haltan B 是 德 国 Ro mo nta - Gmb H , Ams2 do rf 公司的产品 。可以粒状存放 。它是专门为沥青混 凝土研制的 ,是褐煤蜡与高分子烃的混合物 。
Ro mo nta 公司建议加入质量百分率为 2 %～4 % 的 A sp haltan B 。它可以加到沥青拌和机中 ,或是直 接加入到胶结料生产机中 ,也可以加入到聚合物改性 胶结料中 。A sp haltan B 的熔点大约是 99 ℃。与 F T 蜡相似 ,它也被认为是一种“沥青流动改进剂”,可以降 低生产温度 。与 F T 蜡一样 ,其压实性和抗车辙能力 均会增强 。
至于温拌沥青混合料的矿料级配 、混合料的配合 比设计 、拌和设备等可以完全参照热拌沥青混合料的 相关方法与规定 。
壳牌公司指出 , WAM - Foam 需要对软 、硬胶结 料成分进行仔细选择 。拌和第一阶段 ,集料的最初裹 覆对于阻止水接触胶结料和集料交界面从而进入集料 是至关重要的 ,水必须从沥青混合料中排出 ,以确保得 到高质 量 的 产 品 。壳 牌 公 司 报 道 说 使 用 WAM Foam 导致的生产温度降低可以节省 30 %燃料 ,减少 30 %的 CO2 排放量 。 1. 3 Sasobit 温拌剂
可以将 A sp ha - Min 加入到矿物填料中或者单 独加料 ,直接将其加入到间歇式拌和厂的搅拌机中 。
沸石是网状硅酸盐组合 ,在其结构中有巨大的空 间可以容纳较大的阳离子 ,例如钠离子 、钾离子 、钡离
收稿日期 :2007 - 03 - 13 © 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved.
WAM - Foam 是英国壳牌石油有限公司和挪威 Kolo - Veidekke 合资的产品 。在 WAM - Foam 中 , 在拌和阶段使用两种单独的胶结料 ,软胶结料和以泡 沫形式加入的硬胶结料 ,即两种硬度不同的沥青材料 。 软胶结料的针入度较大 ,使其能在 100 ℃时 ,具有一定 的流动性 ,从而便于与矿料拌和均匀 ,能够裹覆住矿 料 。软胶结料控制最小放置温度 ,混合料可以在 80 ℃ 下放置 ,相对于 HMA ,降低了 50～60 ℃;硬胶结料是 以泡沫沥青的形式加入的 ,根据路面的需求 ,硬沥青在 25 ℃时的针入度应在 10～100 (0. 1 mm) 之间 。
2 温拌沥青混合料性能的试验室评价 及与 HMA 比较
2. 1 温拌沥青混合料性能的试验室评价 美国国家沥青技术中心 (NCA T) 对温拌沥青混合
料进行了试验室测试 ,以确定这些摊铺过程的可行性 、 典型的摊铺过程 ,在美国最常见的环境下 ,包括在快速 交通路段和高温环境下的混合料性能 。
上述 3 种温拌技术都是为了改进 Superpave 旋转 压实仪和振动压实仪压实混合料的能力 ,这些技术都 降低了空隙率 。添加 A sp ha - Min ,Saso bit 和 Evo2 t herm 3 种添加剂并没有影响沥青混合料的回弹模 量 ,用沥青路面分析仪 ( A PA) 做车辙试验的结果表明 也没有增加车辙量 。搅拌和压实温度的降低确实导致 车辙量有所增加 ,这有可能是因为较低的温度下沥青
(3) 使用添加剂 ,例如 Saso bit ( Fischer - Trop2 sch 石蜡) 和 A sp haltan B ( Evot herm ,一种低分子 量的酯化蜡) 。 1. 1 Aspha - Min 温拌剂
温拌沥青混合料 ( WMA) 是一类使用特定的技术 或添加剂 ,使拌和及施工温度介于热拌沥青混合料 (150～180 ℃) 和冷拌 (常温) 沥青混合料之间 ,性能达 到热拌沥青混合料的新型沥青混合料的统称 。
WMA 首先是在欧洲由 Shell 和 Kolo - veidekke 于 1995 年联合研制出来 ,并于 1996 年进行了现场试 验 。在研制和使用初期 , WMA 是利用软沥青和乳化 沥青来生产温拌沥青 ,这样生产出来的 WMA 虽然在 性能 上 能 和 HMA 相 媲 美 , 但 生 产 成 本 却 高 出 HMA20 %。为了降低成本 ,同时又不降低 WMA 的 性能 ,Shell 和 Kolo - veidekke 在 1998 年开始用泡沫 沥青和软沥青来生 产温拌沥青 ,并制备 WMA ,这种 WMA 于 1999 年和 HMA 进行了现场对比试验 ,经过 1 年的春、冬季跟踪观测 ,WMA 的使用性能良好 。因此 , Shell 和 Kolo - veidekke 在 2000 年的 Eurobitume - Eu2 roasphalt 国际会议上第一次提出了 WMA 。随后 ,日本 和欧洲等国开始大量使用 WMA ,2001 年 WMA 的使 用量达8 000 t ,2002 年增长到15 000 t ,2003 年就高达 30 000 t 。从 WMA 使用量的大幅提高上 ,可以看出 WMA 的发展势头非常好 。
Sasobit 是南非 Sasol - Wax ( Formerly Schümann Sasol) 公司的产品 。Saso bit 被认为是一种改性剂或 者“沥青流动改进剂”。它是一种细结晶体 ,可以薄片
或者粉末的形式存在 。使用 Fischer - Trop sch ( F T) 过程从煤气化中生产的长链脂肪族烃 ,也被称为 F T 固体石蜡 。
Sasol - Wax 公司指出 Saso bit 的熔点大约是 99 ℃,在超过 116 ℃时 ,可以完全溶解于沥青胶结料中 。 使胶结料的粘度降低 。这可以使生产温度降低 12 ℃。 温度低于熔点时 , Saso bit 在沥青胶结料中形成晶格 结构 ,这是含有 Saso bit 的沥青的稳定性的基础 。在 使用温度下 ,Saso bit 改性沥青的抗车辙能力增强 。此 外 ,Sasol - Wax 公司报道 ,在同样的滚轮荷载下 ,其压 实性与非改性沥青相比有所增加 。
(3) 无论是用 Superpave 旋转压实仪还是振动压实 仪 ,3 种温拌技术都提高了压实度 ,用 Aspha - Min 法 空隙率平均降低 0. 77 % ,用 Sasobit 法空隙率平均降低 0. 89 % ,用 Evotherm 法空隙率平均降低1. 53 %。用这 3 种添加剂在 88 ℃时的压实度都有所提高 (图 1) 。
6 期
国外温拌沥青混合料技术与性能评价
56 1
子 、钙离子 ,甚至是相对较大的分子和阳离子群 ,例如 水分子 。在沸石中 ,空间是互相连通的 ,并且根据种类 的不同形成了各种尺寸的较长 、较宽的通道 。这些通 道可以使其中的离子和分子更容易地进出沸石结构 。 沸石最常见的用途是作为水软化剂 。沸石的特点是可 以在不破坏它们结晶结构的情况下吸水和失水 。它们 可以将结构中的水通过加热或者其他方法排出结构 。 因此沸石可以作为新流体的运输系统 。 1. 2 WAM - Foam 温拌剂
Eurovia 公司建议所加的 Aspha - Min 占混合料的 质量百分率为 0. 3 % ,这样可以将 HMA 典型的生产温 度降低 12 ℃。据报告 ,温度降低 12 ℃可以节省 30 %的 燃料消耗量 。Eurovia 介绍说所有常用的沥青和聚合物 改性沥青 ,包括再生沥青都可以添加 Aspha - Min 。
(6) 添加 Saso bit 制成的混合料的间接拉伸强度 较低 ,这个拉伸强度的降低可能是因为 Saso bit 有抗 老化的能力 。其他的试验室试验表明添加 Saso bit 制 成的混合料具有很好的抗车辙能力 。
(7) 在制作温拌沥青混合料时 ,压实温度较低会 增加水损害的可能 。搅拌温度和压实温度较低会导致 集料未被完全烘干 ,其结果就是导致水损坏 。
根据要配制的调和沥青针入度来确定软胶结料和 硬胶结料的混合比率 。如果需要的话 ,结合料中还可 以加入抗剥落剂 ,以减少水损坏 。
在第一阶段 ,在 100 ℃左右软胶结料与矿料拌和 , 初步覆盖矿料 ,矿料的加热温度为 100～120 ℃。然后 以泡沫形式加入硬胶结料在 90～120 ℃进行充分拌 和 。当硬胶结料加入到混合料中时 ,通过向加热的硬 胶结料注入冷水而产生的快速蒸发会产生大量的烟 雾 。硬泡沫胶结料与软胶结料结合 ,从而达到所需的 沥青产品的最终的组成和特性 。
Sasol - Wax 公司建议加入混合料质量的 3 %的 Saso bit ,以使粘度降到所需的标准 , 并且不应超过 4 % ,以免对胶结料的低温性能产生不良影响 。不建议 将固体 Saso bit 直接拌和 ,因为这样不能够使其在沥 青中均匀分布 。 1. 4 Asphaltan B 温拌剂
(8) 为了减轻水损坏掺加了各种不同的抗剥落 剂 ,水化石灰和沸石在花岗岩集料中是有效的 。添加 1. 5 %的消石灰的混合料相对于没有掺加消石灰的混 合料可以增加结合能力以及抗水损坏的能力 。
© 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved.
66 1 中 外 公 - 2579 (2007) 06 - 0164 - 04
第 27卷 第6期 2007年12月
国外温拌沥青混合料技术与性能评价
左 锋 , 叶 奋 编译
(同济大学 , 上海市 200092)
摘 要 :温拌沥青的概念是最近 10 年来在欧洲发展起来的 ,德国 、挪威 、法国都对其进行 了研究 。在美国 ,NCA T 以及其他一些机构也对其进行了研究 。温拌沥青混合料是一种绿 色 、节能 、环保的路面新材料 ,它的生产施工温度介于热拌沥青混合料和冷拌沥青混合料之 间 。其力学性能和路用性能不亚于传统的热拌沥青混合料 ,但生产施工温度可以降低 30～ 50 ℃。该文通过与热拌沥青混合料的对比 ,介绍了欧洲使用的温拌沥青混合料技术及对它 的性能评价 ,并介绍了温拌沥青混合料的优缺点和需要解决的问题 。
A sp haltan B 是 德 国 Ro mo nta - Gmb H , Ams2 do rf 公司的产品 。可以粒状存放 。它是专门为沥青混 凝土研制的 ,是褐煤蜡与高分子烃的混合物 。
Ro mo nta 公司建议加入质量百分率为 2 %～4 % 的 A sp haltan B 。它可以加到沥青拌和机中 ,或是直 接加入到胶结料生产机中 ,也可以加入到聚合物改性 胶结料中 。A sp haltan B 的熔点大约是 99 ℃。与 F T 蜡相似 ,它也被认为是一种“沥青流动改进剂”,可以降 低生产温度 。与 F T 蜡一样 ,其压实性和抗车辙能力 均会增强 。
至于温拌沥青混合料的矿料级配 、混合料的配合 比设计 、拌和设备等可以完全参照热拌沥青混合料的 相关方法与规定 。
壳牌公司指出 , WAM - Foam 需要对软 、硬胶结 料成分进行仔细选择 。拌和第一阶段 ,集料的最初裹 覆对于阻止水接触胶结料和集料交界面从而进入集料 是至关重要的 ,水必须从沥青混合料中排出 ,以确保得 到高质 量 的 产 品 。壳 牌 公 司 报 道 说 使 用 WAM Foam 导致的生产温度降低可以节省 30 %燃料 ,减少 30 %的 CO2 排放量 。 1. 3 Sasobit 温拌剂
可以将 A sp ha - Min 加入到矿物填料中或者单 独加料 ,直接将其加入到间歇式拌和厂的搅拌机中 。
沸石是网状硅酸盐组合 ,在其结构中有巨大的空 间可以容纳较大的阳离子 ,例如钠离子 、钾离子 、钡离
收稿日期 :2007 - 03 - 13 © 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved.
WAM - Foam 是英国壳牌石油有限公司和挪威 Kolo - Veidekke 合资的产品 。在 WAM - Foam 中 , 在拌和阶段使用两种单独的胶结料 ,软胶结料和以泡 沫形式加入的硬胶结料 ,即两种硬度不同的沥青材料 。 软胶结料的针入度较大 ,使其能在 100 ℃时 ,具有一定 的流动性 ,从而便于与矿料拌和均匀 ,能够裹覆住矿 料 。软胶结料控制最小放置温度 ,混合料可以在 80 ℃ 下放置 ,相对于 HMA ,降低了 50～60 ℃;硬胶结料是 以泡沫沥青的形式加入的 ,根据路面的需求 ,硬沥青在 25 ℃时的针入度应在 10～100 (0. 1 mm) 之间 。
2 温拌沥青混合料性能的试验室评价 及与 HMA 比较
2. 1 温拌沥青混合料性能的试验室评价 美国国家沥青技术中心 (NCA T) 对温拌沥青混合
料进行了试验室测试 ,以确定这些摊铺过程的可行性 、 典型的摊铺过程 ,在美国最常见的环境下 ,包括在快速 交通路段和高温环境下的混合料性能 。
上述 3 种温拌技术都是为了改进 Superpave 旋转 压实仪和振动压实仪压实混合料的能力 ,这些技术都 降低了空隙率 。添加 A sp ha - Min ,Saso bit 和 Evo2 t herm 3 种添加剂并没有影响沥青混合料的回弹模 量 ,用沥青路面分析仪 ( A PA) 做车辙试验的结果表明 也没有增加车辙量 。搅拌和压实温度的降低确实导致 车辙量有所增加 ,这有可能是因为较低的温度下沥青
(3) 使用添加剂 ,例如 Saso bit ( Fischer - Trop2 sch 石蜡) 和 A sp haltan B ( Evot herm ,一种低分子 量的酯化蜡) 。 1. 1 Aspha - Min 温拌剂
