温拌型排水沥青路面集成技术研究.pdf

2 0 1 1 年8 月第8 期 2 0 1 1 城市道桥与防洪第六届全国技术高峰论坛专辑 2 3 温拌型排水沥青路面集成技术研究 陈红 缨 ， 徐健 ， 王 新 南 ， 郑 晓光 ( 1 上 海市政 工程设 计研 究 总院 ( 集 团 ) 有限公 司 ， 上海 市 2 0 0 0 9 2；2 上 海嘉定 新城 发展 有 限公 司 ， 上海 市 2 0 1 2 0 3) 摘要： 温拌型排水沥青路面是符合交通和城市发展的环境友好型低碳环保道路 ， 具有重要的社会经济意义。 在广泛调研、 室 内试验和实体工程验证的基础上 ， 对不同温拌技术进行了对比分析， 推荐了符合排水沥青路面技术要求的温拌技术； 给出了 温拌型排水沥青混合料的配合比设计方法 ， 进行了混合料的路用性能研究 ； 铺筑了温拌型排水沥青路面示范工程段 ， 对温拌 型排水 路 面施 工工 艺及 质量控 制进 行 了研究 ， 提 出了温拌 型排 水路 面的施 工温 度控 制和压 实 方法 ； 形 成 了低 碳 环保 、 耐久性 好 和具有 良好排 水性 能的温 拌型排 水沥青 路 面。 关键词： 沥青路面； 温拌技术； 排水沥青路面； 配合比设计； 路用性能 中图分类 号 ： U 4 1 6 2 文献 标识 码 ： A 文章编 号 ： 1 009 7 7 1 6 ( 2 0 1 1 ) 0 8 0 0 2 3 一 o 4 1 概 述 随着城市建设 、 道路网的完善， 城市地面覆盖率 越来越高 。 目前城市道路路面多采用密实 、 不透水材 料铺筑 ，使城市生态环境面临着一些 突出的问题 ： 一 、雨季时的大量雨水排泄将大大增加城市排水系 统的负担； 二、 路表积水在行驶车辆的作用下飞溅， 对周边车辆和行人安全产生不利影响； 三 、 密实 、 不 透水的路面缺乏对城市地表温度 、 湿度的调节能力 ， 扬尘污染重 ； 四、 路面阻止了地下水补给路径 ， 使城 市中用来调节小气候的地表植物生长困难 ，热岛效 应突出。 因此在城市道路建设中采取安全 、 生态环保 技术是十分有必要的。排水性沥青路面具有表面不 积水、 雨天抗滑性能好和吸音降噪等功能， 是一种高 质量环保型路面。上海嘉定新城将建成为上海市 示范性生态宜居城市 ，新区道路采用排水性沥青路 面。排水沥青混合料与普通密级配 、 S MA沥青混合 料相比 ， 具有空 隙大 、 粗集料含量高的特点 ， 在使用 过程 中必须具有足够的抗松散能力和水稳性 。高粘 沥青的使用可有效提高沥青膜的厚度，增强排水沥 青混合料的粘结性 ， 提高其抗松散性能和水稳性。 排水沥青路面采用高粘沥青后 ，施工难度加 大 ，混合料拌合 和摊铺温度较普通沥青混合料会 相应提高 ， 增加 了能耗和碳排放量。 而在 “ 低 消耗 、 低 污染 、 低排 放” 为基本 特征 的低碳经济 时代 ， 如 何建设节约能源 、减少碳排放量 的低碳化道路成 为 了当前研究 的热 点。温拌技术 3 l 通过降低 沥青 混合料 的拌制和摊铺温度从 而减少 能源消耗 和碳 排放 ，是实现环境友好与人 性化的低碳 道路建设 收稿 日期 ： 2 0 1 1 一 O 5 2 6 基金项 目： 上海 市科学 技术 委员会 资助课 题 ( 1 0 d z 1 2 0 2 5 00 ) 作者简介： 陈红缨( 1 9 7 0 一 ) ， 女， 上海人 ， 高级工程师， 从事道 路 工程设 计与研 究工作 。 措施之一 。 将温拌技术应用于排水 沥青路面 ， 既能 满足交通的需要 ， 也更符合城市发展的需要 ， 具有 重要 的社会经济意义及工程应用价值 。 本文在广泛调研 、室 内试验 和实体工程 验证 的基础上， 对不同温拌技术进行了对比分析， 推荐 了符合排水沥青路 面技术要求 的温拌技术 ；进行 了温拌型排水沥青混合料的配合比设计和路用性 能研究 ； 铺筑 了示范工程段 ， 并对温拌 型排水路 面 的施工工艺 和质量控制进行 了研究 ，形成 了低碳 环保 、耐久性好和具有 良好排水性能 的温拌型排 水 沥青路 面。 2温 拌技 术 温拌技术 ， 是指施工温度介于热拌沥青混合料 和 常温拌合混合料之间的沥青路面施工技术 。在 同样原材料条件下，温拌拌合温度和压实温度一 般 比热拌 的低 3 0 6 0。温拌技术 的核心是 ， 采用物理或化学手段 ，增加沥青混合料 的施 工操 作性 ， 同时 ， 这些物理或化学 添加剂不应对路 面使 用性能构成负 面影响 。温拌混合料可获得近 四倍 于热拌混合料的可压实操作时间，由于与环境温 度差异减少 ， 摊铺面温度离析状况也显著改善 ， 有 利于混合料特别是层间界面混合料 的压实成型 。 作为一种高节能 、 低排放 、 环境 友好 的新型沥 青混合料 ，温拌沥青混合 料 已经得到全球范 围内 的高度重视， 按照其工作机理， 温拌技术可以大致 划分为三类H , 5 1 ： ( 1 ) 沥青发 泡法 该方 法的基本原理是在混合料拌和过程 中或 者沥青进人拌和锅之前导入水 ， 诱发沥青发泡 ， 通 过发泡形成 的沥青膜结构来 实现较低温度下对集 料 的裹覆 ， 以及降低沥青混合料操作温度 ， 最具代 表 性 的 有 WAM F o a m 技 术 、 A s p h a Mi n技 术 及 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 4 2 0 1 1 城市道桥与防洪第六届全国技术高峰论坛专辑 2 0 1 1 年8 月第 8 期 A S T E C “ 绿 色双滚筒 ” 的温拌技术 。 ( 2 ) 添加剂 降粘型 热拌 沥青混合 料的施工工作性取决于沥青的 高温粘度 ， 而其抗变形能力与沥青在夏季路面使用 温度条 件下 的粘度有关 ， 添加有机添加剂 ， 使得沥 青高温粘度下降的同时， 夏季温度下粘度不变化甚 至提高。该类最具代表性的是 S a s o b i t 和 R e d i s e t 。 ( 3 ) 表面活性平台 表面活性平 台技术路线 的特点是少量的表面 活性添加 剂 ( 0 5 1 沥青 胶结料 ) 、 水 与热 沥 青在拌和过程 中共 同作用 ，借助拌和的强大分散 能力实现彼此交织 。表面活性剂富集于残 留微量 水 和沥青 的界面 ， 三者共 同作用 ， 暂时在胶结料 内 部形成较为稳定的结构性水膜 。由于水膜润 滑作 用不受温度影响 ， 温度下降时 ， 水膜润滑作用 能够 很大程度上抵消沥青粘度增大的作用 ，从而实现 温拌效果 。这类典 型产 品是 E v o t h e r m。 温拌沥青混合料技术符合我国可持续发展战略 和建设节约型社会、 和谐社会的要求。 温拌技术在降 耗 、 减排 、 可操作性 、 路面再生方面的发展， 对于交通 基础设施可持续发展与和谐发展具有战略性意义。 3温拌型排水沥青混合料 配合比设计及 路用性能研究 本节在对各种温拌技术调研的基础上 ，进行 温拌型排水沥青混合料 的室内对 比试验 ，研究各 种温拌技术的降温幅度及混合料路用性能。 3 1试验材料 ( 1 ) 温拌剂的选择 选取 了两种 常用的温拌剂 ， 编号 为 1 #和 2 # 。 l #温拌剂为 E v o t h e r m生产 的 D A T皂 液 ，皂液掺 量与基质沥青的 比例为 1： 9； 2 #温拌剂为有 机蜡 类 ， 掺量为基质沥青 的 3 。 ( 2 ) 沥青 根据排水沥青混合料的沥青技术要求 ，本次试 验选用 了高粘度沥青。 综合考虑国内外规范、 室内试 验数据及排水沥青混合料的实际使用情况 ，排水沥 青混合料抗车辙性能的要求为 6 o动稳定度不小 于 4 0 0 0次 mm； 而混合料动稳定度不低于 4 0 0 0次 mm对应的高粘度沥青的 6 0零剪切粘度昀 、 软化 点技术要求分别不低于 1 6 3 6 0 P a - s 8 0 9 o C 。 ( 3 ) 集料 粗集料选用公称粒径范围 l O 1 5 mi l l 和 5 1 0 m i l l 的辉绿 岩 ，细集料选用公称粒径 范围 0 5 m m 的 石灰岩 ， 填料选用细磨石灰岩矿粉 ， 矿料各项指标 均满足我国施 工技术规范要求 。 3 2 温拌型排水混合料 配合 比设计 ( 1 ) 设计原则 排水混合料的配合 比设计采用 马歇尔试验的 体积法进行 ，以空 隙率作为配合 比设计 的控制指 标 。马歇尔稳定度不作为配合 比设计接受或者拒 绝 的主要指标 。 ( 2 ) 目标配合比设计 选用 目标空隙率为 2 0 排水混合料级配， 最 大公称粒径 1 3 m m。级配组成见表 1 。 按照上海市 道路排水性沥青路 面技术规范 ( D G T J 0 8 2 0 7 4 2 0 1 0 )中相应方法进行 排水混合 料最佳沥青 用量确定 。 以沥青膜厚度 l 3 m对应 的油石 比作 为初始沥青用量 ，最终得到排水沥青 混合料的最佳 沥青用量为 4 9 。 3 3温拌型排水混合料成型温度试 验研 究 采用马歇尔击实法对混合料 的成型温度进行 研究 ， 试验结果见表 2 。 两 种温拌剂的降温幅度差 不太多 ， 为 2 0 3 0左右。 3 4 温拌型排水混合料 路用性能研究 对温拌和热拌排水沥青混合料 的路用性能进行 对比研究， 主要包括高温、 低温以及水稳定性试验。 ( 1 ) 高温稳定性 采用室 内小型往复式车辙试验方法来评价沥 青混合料的高温稳定性 。车辙试 验的试件尺寸是 表 1 排水性沥青混合料的级配组成 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 1 年 8 月第8 期 2 0 1 1 城市道桥与防洪第六届全 国技术高峰论坛专辑 2 5 3 0 0 mm3 0 0 mm5 0 mm， 试 验温度 为 6 O q C， 轮 压 0 7 MP a 。混合料 的动稳定度试验结果见表 3 。 从表 3中可 以看 出：温拌沥青混合料 的动稳定度 大于热拌沥青混合料的动稳定度 ；温拌剂 的加入 在 降低混 合料 高温 粘度 的 同时 ，适 当的增 加 了 6 0 的粘度 ； 2 #温拌剂可 以较 大程度 的提高混合 料的抗 车辙 能力 。 表 3动 稳定 度试验 结果 表 ( 2) 低温抗 裂性能 采用 一 l 0的小梁弯 曲试验来评价沥青稳定 碎石混合料 的低温抗裂性能。 试验结果 见表 4 。 试 验过程 中 ，将沥青混合料经轮碾成 型后切割制成 长 2 5 0 mm、宽 3 0 m m、高 3 5 m m的小梁试件 ， 在 一 1 0的环境箱 中放 置 5 h左右 。加载速率控 制 在 5 0 m m mi n 。1 #温拌剂对相 比热拌混合料而言 ， 其低温性能有一定 程度 的降低 ， 但降低幅度 不大。 2 撑温拌剂对低温 l 生能的影响相对来说 比较明显些 。 表 4 低 温弯 曲试验 结果表 ( 3 ) 水稳定性 能 采用冻融劈 裂试验作为沥青混合料抗 水损害 评价方法 。试验结果见表 5 ， 由表可知 ， 1 #温拌沥 青混合料 的水稳定性 与热拌沥青混合料的水稳定 性相 当； 而 2 #温拌沥青混合料的水稳定性 较热拌 沥青混合料稍差 。 表 5冻 融劈 裂试 验 结果 综合 以上各种性能 ， 虽然 温拌剂可 以提 高 排水沥青混合料 高温稳定性 ， 但 是却降低 了水稳 定性 与低 温抗裂性 ， 而 1 #温拌剂可提高排水沥青 混合料 的高温稳定性 ，同时对混合料 的低温性能 和水稳定性能影响较小 ， 因此选择 1 拌 温拌剂进行 最终 的混合料设计 。 4 实体 工程 4 1混合料 目标配合 比设计 温拌 沥青混合 料的生产方法和热拌沥青混合 料类似 ， 主要不同在与混合料拌合过程中， 要和热 沥青 同步向拌合锅喷入添加剂 。示范工程采用 的 添加剂 为 E v o e r m生产 的 D A T皂液 ， 该添加剂为 表 面活性类水溶液。 为保证活性 ， 必 要时需要调酸 或调碱 。 根据使用场合不 同， 溶液 的固含量也有所 不 同 。现场 施工 时拌 和楼 采用 固含量 的 1 5 的 D A T溶液 ， 掺加 比例 为 D A T溶液 ： 沥青 = 1 0： 9 0 。 室内试验采用固含量 7 的 D A T溶液，掺加比例 为 D A T溶液 ： 沥青 = 7： 9 3 。 以粒径 2 3 6 m m通过百分率处于设计级配范围 中值、 中值 3 左右进行控制 ， 初试 3 种级配混合 料的配合 比见表 6 。根 据希望的沥青油膜厚度 1 3 m ， 假定油石 比 4 9 ， 混合料试件 的击实次数 为 5 0次 面 ， 试样 目标高度为 6 3 5 m m1 3 m m， 成 型 试件并检测沥青混合料试件 的体积性能 ，试验结 果见 表 6 。综合考 虑马歇尔试件 空隙率体 积性能 指标要求及沥青含量可调整空间 ，最终选定级配 2作为沥青混合料最终 的 目标级配 。级 配 2合成 矿料级配 中合成矿料级配曲线见 图 1 。 表 6 初 选 混合料 的配 合 比 混合料 编号 各种材料配比 ) 1 号料 2号料 3 号料 矿粉 空隙率稳定度 ( )， k N 级配 1 级配 2 级配 3 筛孔尺寸 ra i n 图 1 温拌 型排 水性沥 青混 合料设 计级 配 曲线 9 6 l 6 6 7 7 6 2 4 4 3 舵 强 勰 舵 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 6 2 0 1 1 城市道桥与防洪第六届全国技术高峰论坛专辑 2 0 1 1 年8 月第 8 期 根据最终确定 的设计矿料级配 ，采用马歇尔 法进行混合料体积设计 ，确定沥青混合料 的最佳 油石 比为 4 9 。 4 2 示范工程铺筑 选择嘉定新城临泽路作为示范工程 ， 道路全长 约 1 0 2 k m， 红线 1 6 m。当天最 高气温 1 1 8 ， 最 低气温 5 1 ， 这样 的气温对于高粘排水 沥青混合 料是不能进行施工的。经过施工前的认真检查 和 准备 ，对温拌 型排水沥青混合 料进行 了拌 和 、 运 输 、 摊铺 和碾压。施工过程中严格按照沥青路面施 工技术规范进行操作 ， 同时要 紧密注意 以下几点 ： ( 1 ) 施工温度控制 做好施工前准备后 ，对温拌沥青混合料进行 拌合， 混合料的施工温度控制范围见表 7 ， 相对于 常规排水性沥青混合料 ， 温度降低 了 3 0 c c。 表 7温拌 沥青混 合料施 工控 制温度 施工工序 温度 ， 沥青温度 矿料加热温度 沥青混合料 出料温度 混合料摊铺温度 开始碾压温度 碾 压终 了温度 1 6 5l 7 5 1 5 5l 6 5 l 5 01 6 0 l 3 5 l 2 5 7 0 ( 2 ) 混合料 的碾压成型 压路 机应 以缓慢而 均匀 的速度碾压 ，做到初 压和复压 的压路机紧跟碾压 ， 初压 、 复压和终压全 部采用钢轮压路机静压 方式 ， 不得采用振动压实 。 压路机的碾压遍数和碾压速度按表 8执行 。温拌 D A 一 1 3混合料的施工效果见图 2 。 表 8压路机 的碾压 遍数 和碾压速 度 4 3 示范工程检测 示范工程铺 筑当天 ，从现场取样进行室 内试 验 ， 试验结果表 明 ， 混合料 的稳定 度 、 空隙率肯塔 堡飞散损失均满足技术要求。示 范工程现场测定 渗水 系数均在 9 0 0 m L 1 5 S以上 ， 摩擦 系数则均在 8 8以上 。测定结果表 明 ， 温拌型排水路面具有 良 好 的排水 、 抗滑性能 。 5 结论 ( 1 ) 通过对各种温拌技术的调研 ， 列举并分析 图 2温拌 排水性 沥青路 面施工 后的效 果 了不同温拌技术的降粘机理，为进一步的温拌型 排水混合料路用性能研究奠定 了基础。 ( 2 ) 选用不同的温拌剂 ， 进行温拌型排水沥青 混合料的室内对 比试验 ，研究各种温拌技术 的降 温幅度 、 混合料路用性 能 ， 推荐 了符合排水沥青路 面技术要求 的温拌技术。 ( 3 ) 给出了温拌型排水沥青混合料的配合比设 计方法和混合料性能及评价指标。 ( 4 ) 选定符合技术要求的温拌剂进行了实体工 程铺筑 ，对温拌型排水路面施工工艺及质量控制进 行了研究 ；提出了温拌型排水路面的施工温度控制 和压实方法。 ( 5) 进行了示 范工程 的质量检测 ， 检测结果表 明温拌型排水路面减低 了施工温度 ，同时具有 良 好 的排水和抗滑性能 。 参 考文献 1 吕伟 民 多孔性沥青混合料用结合料的性状与配制【 J 】 石油沥 青， 1 9 9 7 ， 1 3 ( 3 ) ： 8 - 1 3 2 1 t 高 永 多 孔 沥青 混 凝 土路 面 的调 研 分 析 I J 1 国 外建 材 科 技 ， 2 0 0 8 ， 2 9 ( 5 ) ： 0 4 0 6 3 】 徐世 法 高节能低 排放 型温拌 沥青混合 料 的技术现 状与应 用前 景 f J 公 路 2 0 0 5 7 【 4 B r a i n D P r o w e l l ， P E G r a h a m C H u r l e y E v a l u a t i o n o f Wa r m A s p h al t T e c h n o l o g i e s R N C A T P P T R e p o r t s 【 5 N a s h v i l l e ， T NWa r m Mi x A s p h a l t T ech n o l o g i e s A A AS r r 0 S t a n d i n g C o mm i t t e e O n Hi g h w a y s T e c h n i c a l M e e t i n g C 2 0 0 5 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m