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        ROM M1溫拌瀝青添加劑低溫施工應用

        1.概述

        溫拌技術是瀝青鋪裝行業的一項革命性技術,該類技術通過采用特殊的化學、物理手段,降低瀝青混合料拌合、攤鋪、碾壓等工藝環節的控制溫度,從而達到節省燃料、減少污染物排放的目地。由于溫拌技術的核心理念與我國的可持續發展戰略及建設節約型社會、和諧社會的國家目標相符合,因此在我國得到飛速發展,并在部分城市和項目上得到了規?;瘧?。

        ROM M1由INGTE(原美國MWV公司)開發,表面活性劑類溫拌添加劑由于具有不改變瀝青材料本身性質、有效幫助碾壓、增強混合料抗水損性能等技術特點,成為國際上主要的溫拌瀝青混合料技術。截止2010年,我國溫拌混合料實際應用中90%以上采用了表面活性劑類溫拌技術。


        1.1 ROM M1的技術核心

        ROM M1溫拌劑的技術核心是利用表面活性劑技術降低瀝青的表面張力,并改變瀝青較高溫度(90℃-140℃)時的流變性能,使瀝青在該溫度范圍內具有更好的鋪展性,從而增強瀝青混合料在該溫度范圍內拌合的裹覆效果;同時表面活性劑親水集團在拌合過程中會俘獲石料內部毛細空隙含有的微量水分,在瀝青內部形成水膜潤滑結構,從而降低瀝青裹覆石料時所需的能量,顯著增加瀝青混合料在較低溫度時的拌和和易性。

        在壓實過程中,在鋼輪壓路機的振動和膠輪壓路機的揉搓作用下,結構性水膜的潤滑作用得到較大程度的發揮,使得集料位置調整和骨架結構形成更加容易,從而達到促進瀝青混合料壓實的目的。


        圖1  剪切力導入降低粘度示意圖

        靜止條件下,未受剪切作用的瀝青相 剪切條件下(碾壓作用),受剪切作用的瀝青相

                        

        1.2技術特點

        ROM M1溫拌劑是基于表面活性劑技術的溫拌添加劑,相比于常見降粘、發泡等溫拌技術而言具有以下特點:

        ? 通過采用表面活性劑技術,降低了低溫拌合條件下瀝青的表面張力,有效的解決了由于低溫拌合所導致的石料難以浸潤、粘附力損失問題,能夠在低溫條件下形成良好裹覆,提高溫拌混合料的抗水損性能。

        ? 通過采用表面活性劑技術,能夠在攤鋪、碾壓過程中在瀝青膠漿內形成結構性水膜,大幅度的提升溫拌混合料的碾壓效果,且在施工結束后表面活性劑將富集于瀝青-石料界面,不存在于瀝青膠漿內,不會對膠結料性能產生負面影響。

        ?

        1.3產品序列

        EWMA系列表面活性劑類的溫拌劑的發展經歷了三個主要階段:

        ? 第一代:高濃度乳化瀝青添加模式;早期應用中使用的高濃度乳化瀝青在保溫及與熱拌樓瀝青管路配合上存在缺點,促使開發了第二代溫拌技術。

        ? 第二代:DAT(拌和樓拌缸直投),對一代改進后開發出溫拌添加劑濃縮水溶液,大大減少了水汽的產生,使用更加方便。

        ? 第三代:ROM M1(直接與瀝青混合生產成為溫拌瀝青),消除了水蒸汽對拌合設備運行的影響,進一步方便使用,降低了操作成本,實現國產化。目前第三代溫拌技術ROM M1已經占到美國溫拌混合料用量的90%以上,并在四川省高速公路的低溫施工中得到了規?;瘧?。

        表1  表面活性劑溫拌第三代產品ROM M1與第二代DAT對比表

        類型

        二代產品DAT-H5

        三代產品ROM M1

        添加方式

        拌和樓專用設備投放

        拌和樓直投以及儲運站添加

        混合料生產

        產生水汽,容易出現礦粉堵塞

        無水汽,生產工藝與熱拌一致

        添加計量

        需改造拌和樓,添加輸送控制系統

        與瀝青輸送控制體系相同

        儲存

        在0℃以下容易出現結冰

        0℃以下不結冰,更利于低溫施工

        物流

        需單獨的物流體系支撐,物流壓力大

        與現有瀝青供應體系完全相同

        降溫幅度

        30-60℃

        30-60℃

        成本

        由于生產,流通環節較多,成本較高

        施工方便,成本有優勢

        從表1中可以看出相比于二代產品DAT,ROM M1在0℃以下溫度條件下儲存時不會出現結冰現象,更加適用于冬季低溫施工應用,由于省去了拌合樓改造、增加添加設備的環節,使其更加適合于施工現場大規模使用,在生產效率、質量控制等方面都表現出了更大的優勢,適應了市場發展的要求。


        2.ROM M1 的物理性質及性能評價

        2.1 ROM M1物理性質

        ROM M1溫拌添加劑常溫下為暗黃色液體,低溫下具有良好的流動性,便于精確計量添加。其主要物理性質見表2。

        表2   ROM M1溫拌劑物理性質表

        檢測項目

        單位

        技術要求

        物理形態(25℃)

        -

        暗黃色液體

        粘度(20 ℃)

        mPa.s

        660-1225

        粘度(30 ℃)

        mPa.s

        350-645

        密度(25℃)

        kg/m3

        968

        胺值

        mgKOH/g

        515-605

        表面張力((25℃)、0.6g/L)

        mN/m

        34.0-37.0

        2.2 ROM M1溫拌瀝青及溫拌瀝青混合料性能

        基于表面活性劑技術的ROM M1不會改變瀝青本身性質,常用摻量在4‰~8‰之間,其摻量根據所使用混合料級配、瀝青種類的不同,通過相應的室內試驗確定,添加ROM M1生產的溫拌瀝青各項指標與原樣瀝青基本相同,且完全符合規范的相應技術要求,參見表3。


        表3  ROM M1溫拌瀝青技術指標與基質瀝青對比表

        技術指標

        單位

        基質瀝青檢測值

        溫拌瀝青實測值

        技術指標

        △胺值*

        mg/g

        0

        7.5

        針入度(5s)

        dmm

        65

        64.6

        60~80

        針入度指數PI


        -0.77

        -0.75

        -1.5~+1.0

        軟化點(R&B)

        46.8

        46.6

        ≥46

        動力粘度

        Pa.s

        201.5

        196.5

        ≥180

        延度

        cm

        33.4

        33.6

        ≥15

        延度

        cm

        >100

        >100

        ≥100

        蠟含量(蒸餾法)

        %

        1.9

        1.9

        ≤2.2

        閃點

        >300

        >300

        ≥260

        溶解度

        %

        99.7

        99.7

        ≥99.5

        密度

        g/cm3

        1.011

        1.012

        實測記錄

        TFOT(或RTFOT)后

        質量變化

        %

        -0.031

        -0.033

        ±0.8

        殘留針入度比

        %

        65

        65

        61

        殘留延度

         cm

        9

        9.2

        6

        添加ROM M1溫拌劑生產的70#溫拌瀝青,在125℃成型試件溫度下,按AC16級配拌合溫拌瀝青混合料(油石比4.6%,成型試件平均空隙率4.0%),測得混合料性能如表4所示,從試驗數據可以看出,溫拌瀝青混合料的各項指標完全滿足規范要求。

        表3  溫拌瀝青混合料性能表

        檢測項目

        單位

        溫拌瀝青混合料

        規范要求

        試驗方法

        馬歇爾穩定度

        KN

        11.6

        ≥8

        T0709

        流值

        mm

        3.1

        1.5~4

        T0709

        浸水馬歇爾試驗

        殘留穩定度

        %

        86.9

        ≥80

        T0709

        凍融劈裂試驗

        殘留強度比

        %

        89

        ≥75

        T0729

        車轍試驗動穩定度

        次/mm

        2134

        ≥1000

        T0719

        滲水試驗

        mL/min

        5

        ≤120

        T0730


        2.3 ROM M1熱穩定性評價

        為評價ROM M1溫拌劑的熱穩定性,將ROM M1溫拌劑添加至70#瀝青中,在125℃條件下儲存30天,間隔兩天取樣,通過檢測瀝青中胺值、低溫成型試件測定空隙率、測定混合料TSR等數據變化評價ROM M1長期儲存熱穩定性。檢測結果如圖2、圖3、圖4所示。

        圖2  胺值隨儲存時間變化圖

        圖3  TSR隨儲存時間變化圖

        圖4  低溫成型試件空隙率隨儲存時間變化圖

         

        [注]:空隙率、TSR試驗中,混合料級配采用AC13,試件成型溫度125℃。

        從圖3中可以看出,在儲存初期,胺值下降很快,這主要是由于溫拌劑中低沸點雜質蒸發所致。在儲存5天以后胺值保持穩定,這說明ROM M1中的有效成分在125℃儲存時具有良好的熱穩定性。

        同樣從圖4、圖5的低溫成型混合料空隙率變化、TSR變化也可以看出,在長時間儲存后,添加ROM M1生產的溫拌瀝青仍然具有優異的溫拌性能,也證明了ROM M1在125℃長期儲存時具有良好的熱穩定性。


        3.ROM M1溫拌劑應用方向及應用案例

        3.1 ROM M1溫拌劑的應用方向

        ROM M1溫拌劑能夠有效降低瀝青混合料在拌合、攤鋪階段的控制溫度,達到節能減排的使用目的,此外添加ROM M1溫拌劑生產的溫拌混合料具有碾壓時間窗口大、降溫速度慢、低溫裹覆效果好、工藝過程膠結料老化輕、施工低熱低煙等特點,可以拓展瀝青混合料的應用場合、應用方式。主要應用方向如下:

        ? 人口密集城區道路

        ? 長大隧道瀝青面層

        ? 低溫施工,延長施工季節

        ? 高海拔山區,寒冷地區

        ? 長距離運輸

        ? 溫拌再生-大比例舊料熱再生


        3.2 ROM M1溫拌劑低溫應用案例

        自2003年表面活性劑類溫拌技術引進國內以來,已經在多個省份、多條道路上得到大量應用,國內已經有多個省份將該技術列為打造“科技示范路”或者“低碳公路建設示范工程”的主要支撐技術,并制定了相應的地方標準、指南。

        隨著溫拌技術的應用日趨成熟,溫拌技術的應用范圍更為多元化,在市政道路(節能減排)、特殊路段(隧道路面)、特殊材料(橡膠瀝青)、特殊級配(密實型超薄罩面)均得到了應用,在低溫施工領域更是得到了規?;瘧?。將2003年來具有代表性的低溫施工應用案例匯總,詳見表4。

        表4  ROM M1溫拌技術應用案例及應用分類表

        項目名稱

        應用類型

        實施時間

        厚度

        類型

        長度、數量

        河北省道津汕公路

        低溫施工

        2007.1

        100px

        AC13

        1km

        四川都汶路

        低溫施工

        2007.11

        62.5px

        UTAC-10

        500m

        四川映日路

        低溫施工

        2007.11

        100px

        AC13

        500m

        海省德令哈市政道路

        低溫施工

        2008.11

        100px

        AC13

        1km

        150px

        AC20

        神府高速

        低溫施工

        2011.11

        100px

        AC-13

        24000噸

        150px

        AC-20

        十天高速安康段

        低溫施工

        2012.1

        100px

        AC-13

        1300噸

        鄭民高速開封段

        低溫施工

        2011.12

        100px

        AC-13

        4600噸

        西長鳳高速

        低溫施工

        2011.11

        100px

        Sup13

        40000噸

        125px

        Sup20

        永古高速

        低溫施工

        2011.11

        100px

        AC-13

        1270噸

        達陜高速

        低溫施工

        2011.11

        100px

        SMA-13

        187429噸

        150px

        AC-20

        廣南高速

        低溫施工

        2011.11

        100px

        SMA-13

        172489噸

        150px

        AC-20

        納黔高速

        低溫施工

        2011.12

        100px

        SMA13

        15000噸

        雅西高速

        低溫施工

        2011.1

        100px

        SMA13

        23000噸

        4.ROM M1溫拌劑低溫施工應用

        4.1低溫施工應用原理

        對于熱拌瀝青混合料,影響碾壓效果的是瀝青的黏度,而黏度則關聯于碾壓時瀝青混合料的溫度。而影響ROM M1溫拌混合料碾壓效果的是瀝青黏度與結構性水膜的疊加。

        圖5  ROM M1低溫施工應用原理圖

        如圖5所示,采用EWMA溫拌技術生產的溫拌混合料的攤鋪、碾壓工作性對溫度的敏感度大大降低,在一定溫度范圍內形成了溫度不敏感區間,在該溫度區間內碾壓時均可達到目標壓實度,低溫施工就是充分利用這個溫度不敏感區間,拓展施工作業的溫度、時間范圍。


        4.2低溫施工應用方法


        4.2.1 添加ROM M1溫拌劑

        ROM M1溫拌瀝青添加劑可以在瀝青混合料拌合樓直接加入瀝青儲罐適當攪拌后使用;也可在瀝青煉制工廠或瀝青貯運中心添加。


        圖6 ROM M1添加示意圖

        直接在高溫罐計量添加                在瀝青泵送過程中實現添加

             

          

        4.2.2 ROM M1溫拌瀝青混合料室內試驗

        ROM M1溫拌瀝青混合料設計不改變原有熱拌瀝青混合料的級配設計以及瀝青用量。在進行ROM M1溫拌瀝青混合料室內試驗設計時,建議先采用同樣材料進行熱拌瀝青混合料的材料組成設計,并完成各項性能指標試驗,確定一套完整的熱拌瀝青混合料設計體系作為標尺,然后通過切換室內試驗溫度,成型試件,檢測相應的性能指標與同類型熱拌瀝青混合料性能指標進行對比,從而綜合評價ROM M1溫拌瀝青混合料的性能。

        ROM M1溫拌添加劑為深黃褐色粘稠狀液體,直接添加至瀝青中,適用于不同的瀝青混合料類型,相比同類型的熱拌瀝青混合料,各環節控制溫度可下降 30℃~60℃。ROM M1溫拌添加劑的摻加比例為瀝青質量的 4‰~8‰,添加劑不計入膠結料用量,不改變原有熱拌瀝青混合料的組成設計。樣品常溫狀況下密閉儲存,避免陽光直接照射。室內試驗流程如下:

        ①溫拌瀝青制備:將瀝青加熱至拌和溫度,計算ROM M1溫拌添加劑的添加 量,準確稱量后,在攪拌狀態下緩慢將溫拌添加劑倒入瀝青中,隨后攪拌約 10min,完成溫拌瀝青制備;

        ②石料加熱:加熱溫度一般比同類型熱拌條件下的加熱溫度下降30℃ 以上,具體各階段的建議溫度可參見表 5。

        表5  ROM M1溫拌瀝青混合料室內試驗溫度控制表

        試驗環節

        AC 類

        SMA 類

        70

        90

        110

        SBS 改性

        橡膠瀝青

        SBS 改性

        瀝青加熱溫度(℃)

        145-165

        140-160

        135-155

        160-170

        170-190

        160-170

        集料加熱溫度(℃)

        125-135

        120-130

        115-125

        140-150

        140-150

        145-155

        出料溫度(℃)

        125-135

        120-130

        115-125

        140-150

        140-150

        145-155

        成型溫度 不低于(℃)

        120

        115

        110

        135

        135

        140

        ③按同類型的熱拌瀝青混合料的試驗流程完成溫拌瀝青混合料的拌和過程;

        ④出料溫度:出料溫度一般比同類型的熱拌瀝青混合料低 30~60℃;

        ⑤混合料在設定的成型溫度(一般比同型號的熱拌混合料低 30~60℃)條件下恒溫 1 小時后成型。

        試件成型方法推薦采用旋轉壓實,溫拌混合料的旋轉壓實與馬歇爾擊實的成型效果偏差比熱拌大,偏差的多少與級配類型有關。如偏差過大,由于旋轉壓實效果更接近現場壓實,以旋轉壓實為準。

        對于沒有旋轉壓實儀實驗室,采用馬歇爾擊實成型時擊實溫度按照少于同類熱拌成型溫度10℃控制?,F場工程實施時以同類型熱拌馬歇爾密度控制溫拌現場壓實度,以消除成型方式對體積指標的影響。


        4.2.3 ROM M1溫拌瀝青混合料低溫施工控制溫度

        添加ROM M1溫拌劑的基質瀝青生產AC級配溫拌混合料用于低溫施工時,推薦的各環節控制溫度范圍如表6所示。按使用級配、采用膠結料不同,控制溫度需參考表5并結合室內試驗、現場試驗段情況進行調整。

        表6  ROM M1溫拌瀝青混合料低溫施工推薦溫度

        施工工序

        溫度(℃)

        瀝青加熱溫度

        145~155

        石料加熱溫度

        145~155

        瀝青混合料出料溫度

        135~145

        混合料攤鋪溫度 不低于

        130

        初壓溫度 不低于

        120

        復壓溫度,不低于

        100

        終壓溫度 不低于

        80

        ②攤前熨平板應預熱至100℃,保證夯錘工作正常。

        ③攤鋪速度應嚴格控制,切忌為了趕施工進度造成攤鋪速度過大,通??刂圃?.5~4m/s為宜。


        4.2.7 ROM M1溫拌瀝青混合料的碾壓

        4.2.7.1 設備配置

        ①對于兩臺攤鋪機同步攤鋪的情況,推薦采用2臺初壓鋼輪、4臺膠輪,1臺終壓鋼輪;或者3臺初壓鋼輪、3臺膠輪,1臺終壓鋼輪。

        ②對于加寬段三臺攤鋪機同步攤鋪的情況,推薦采用3臺初壓鋼輪、5臺膠輪、1臺終壓鋼輪;或者4臺初壓鋼輪,4臺膠輪,1臺終壓鋼輪。

        ③鋼輪噸位要求為13~16t,膠輪噸位為26~30t。


        4.2.7.2 碾壓原則

        低溫施工環境下,瀝青混合料散失較快,采用溫拌瀝青混合料并不意味著“一勞永逸”,仍然要采取普通熱拌瀝青混合料在低溫施工環境下的一些相應施工措施和碾壓準則,保證碾壓。

        ①初壓緊跟原則:初壓宜采用振動性能良好、噸位大、水量可控的優質鋼輪壓路機,緊跟攤鋪機攤鋪進度,盡早開振(一般為壓實遍數1遍,去程靜壓找平,回程即開振),隨后后續壓路機緊跟碾壓,組成“梯隊緊跟”序列。

        ②早上膠輪原則:在攤鋪面層厚度較?。ㄐ∮?cm)時,可根據實際情況,也可以將膠輪提至初壓,即第一遍碾壓就采用膠輪壓路機,但此時應根據實際碾壓效果調整,注意平衡碾壓路面平整度要求。

        ③水量適宜原則:鋼輪水量在不粘輪的情況下,應盡量減少噴水量,對于水量大小不可調控的壓路機,可以采取“去程噴水,回程關閉”的方式。此外,還可以在噴灑趕上綁上布片,覆蓋在壓實輪上,用浸濕的布片來潤濕車輪。

        ④振動與揉搓結合原則:溫拌瀝青混合料特殊的潤滑結構適合鋼輪的振動碾壓方式和膠輪的搓揉碾壓方式,無特殊情況,膠輪不允許停駛。


        5.ROM M1低溫施工應用的工程價值

        低溫施工是ROM M1溫拌劑是主要工程應用方向,通過采用該技術可以有效的延長施工時效,帶來相應的工程價值,具體包括以下三個方面。

        ①在熱拌瀝青混合料不宜施工的月份施工,在保證施工質量的前提下加快工程進度,降低施工單位的人力、機械成本。

        ②延長可施工作業時間,在氣溫較低的夜間也可安排施工作業,從而減少單位工程的施工封閉時間,加快施工進度節省成本。

        ③增大混合料供應半徑,減少拌合樓供應盲區,使拌合樓的產能能夠得到更為充分的發揮,提高設備利用率,節省成本。

        ROM M1系列溫拌技術是目前國內應用較為成熟的溫拌技術體系,自2005年以來國內用該技術體系生產的溫拌瀝青混合料已累計超過300萬噸,積累了大量令人信服的工程案例。

        目前第三代產品ROM M1目前在美國本土的應用已經占到了表面活性劑類溫拌技術的90%以上,并在在2011年冬季的四川省高速項目低溫施工中得到大規模的應用。從目前國內研究、應用實踐以及應用道路的跟蹤觀測情況看,ROM M1溫拌劑產品穩定、工藝成熟,具有優異的低溫施工性能。


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        2017/1/9 11:06:00

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