温拌沥青混合料技术

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、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(warmMixtureAsphalt).环境友好SO2、COX、NO30-50%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KoloVeidekke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。AvailableWMATechnologies•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_bearingadditives;•4、Water_basedpeocesses;•5、其他；有机添加剂•——Sasobit(Fischer—TropschWax)，一种合成石蜡，熔点110℃;•——Asphaltan-B(MontanWaxWithfattyacidamide),一种带有脂肪酸胺的褐煤蜡，熔点82~95℃;•——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（PispersedAsphaltFechnology）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；•——CecabaseRTWater_bearingadditives•一种人工合成的沸石，在温度超过100℃时释放出结晶水产生泡沫效应。•——Aspha-min•——AdveraWater_basedpeocesses•泡沫技术：利用喷嘴把水喷射到混合料容器中；•——DoubleBarrelGreen(AStec)•——GreenMachine（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•——WAMFoam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。2.2WMA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2.3EC120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20～30℃）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。基质沥青基质沥青改性沥青待测试样预热140℃改性剂机器搅拌3.3温拌改性沥青粘度特性研究3.3.1粘度与剪切速率00.20.40.60.811.21.41.61.82010203040剪切速率（1/s）粘度（Pa•s）70#70#～EC120SBSSBS～EC120SBS～Aspha-minSBS～Sasobit135℃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。00.511.522.533.5110120130140150160170180温度（℃）粘度（Pa•s）SBSSBS～EC-120(3%)SBS～Aspha-min(3%)SBS～Sasobit(3%)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。沥青类型70#基质沥青70#～EC120SBS改性沥青SBS～EC120SBS～Aspha-minSBS～Sasobit拌和温度（℃）158±3128±3168±3138±3148±3140±3压实温度（℃）148±4118±4158±4128±4137±4130±4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、各种温拌改性沥青常规性能指标都满足《公路沥青路面施工技术规范》（JTGF40-2004）的技术要求。3.4.1常规试验沥青类型针入度（100g,5s;0.1mm）针入度比（%）P.I.T800,(℃)T1,2,(℃)老化前老化后15℃25℃30℃25℃25℃1#70#基质沥青25639546730.2751.3-19.22#70#～EC120(2%)20406130751.5463.9-18.23#70#～EC120(3%)19395931771.3465.3-16.84#70#～EC120(3.5%)18385730801.2865.7-15.75#70#～EC120(4%)17365629811.1566.8-14.56#70#～EC120(5%)15345328820.9367.2-14.17#SBS改性沥青2061885574-0.2354.2-22.28#SBS～EC120（1%）16446933750.1264.9-20.79#SBS～EC120（3%）14325127760.4969.5-19.310#SBS～EC120（5%）11264023780.4572.8-18.611#SBS～Aspha-min（1%）1956963965-1.0353.8-13.612#SBS～Aspha-min（3%）1853853968-0.8054.4-12.113#SBS～Aspha-min（4%）1751813970-0.7654.7-11.214#SBS～Aspha-min（5%）1649774173-0.9055.9-9.615#SBS～Sasobit（1%）16436831720.1255.4-14.816#SBS～Sasobit（3%）15335730750.3461.2-13.617#SBS～Sasobit（5%）11264121790.3464.0-10.3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%SBS～EC1203.5%70#～EC1203%SBS～Sasobit4%SBS～Aspha-minSBS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SBS～SasobitSBS～Aspha-minSBS～EC12070#～EC120。3.5温拌改性沥青SHRP试验分析3.5.1DSR试验分析*G*G0.010.020.030.040.050.04652586470768288温度（℃）复数模量（KPa）70#基质沥青70#～EC-120(3.5%)SBS改性沥青SBS～EC-120(3%)SBS～Aspha-min(4%)SBS～Sasobit(3%)0.010.020.030.040.050.060.04652586470768288温度（℃）车辙因子（KPa）70#基质沥青70#～EC-120(3.5%)SBS改性沥青SBS～EC-120(3%)SBS～Aspha-min(4%)SBS～Sasobit(3%)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：SBS～EC12070#～EC120SBS～Sas-obitSBS～Aspha-minSBS改性沥青70#基质沥青。3.5.2BBR试验分析050100150200250300350400450-30-24-18-12-6温度(℃)蠕变劲度S(Mpa)70#基质沥青70#～EC-120(3%)S