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瀝青降粘—泡沫瀝青技術
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瀝青降粘—泡沫瀝青技術
2021年08月30日    閱讀量:8857    新聞來源:昆侖瀝青  |  投稿

瀝青作為道路工程使用時,需與石料拌和形成瀝青混合料,再經過攤鋪、壓實之后形成瀝青路面。為了實現瀝青與拌和材料拌和,需要降低瀝青的粘度,使得瀝青呈現良好的流動性,從而使得與石料充分接觸、浸潤,待溫度降低后形成有一定強度和剛度的瀝青混合料。


1、泡沫瀝青研究進展


1956年,美國依阿華州立大學LadisCsanyi教授首次將泡沫瀝青用于全尺寸回收冷拌瀝青混合料瀝青網sinoasphalt.com。Ladis Csanyi教授將蒸汽注入熱瀝青中,然后通過噴嘴噴出形成瀝青泡沫,其技術原理是通過降低瀝青粘度和表面能,使得瀝青在常溫下與石料實現良好的裹覆。1971年,澳大利亞的Mobile Oil(美孚石油公司)對工藝作了改進,第一個提出了用冷水代替蒸汽的泡沫瀝青發生裝置上世紀90年代新開發的泡沫瀝青發生裝置增加壓縮空氣的噴射,使水滴與瀝青混合,有助于泡沫瀝青的形成,開始應用就地冷再生和廠拌冷再生。2002年德國的設備制造商維特根(Writgen Group)在前人研究的基礎上,改進了泡沫瀝青的生產工藝,并應用于其泡沫瀝青就地冷再生技術,目前已經全世界進行大規模推廣應用,在我國混合料冷再生技術領域占據主導地位。

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泡沫瀝青裝置典型結構示意圖


21世紀初泡沫瀝青將其應用領域擴展到溫拌瀝青混合料領域。泡沫瀝青溫拌技術,是指在正常熱拌瀝青混合料生產過程中,在高溫瀝青中以噴嘴噴射的方式添加一定比例的水,從而使瀝青急劇汽化,體積迅速膨脹,生成混合物叫泡沫瀝青。再將泡沫瀝青加入拌和倉中與集料拌和成瀝青混合料,泡沫瀝青物理性質發生短時變化,瀝青的粘度顯著降低,施工和易性提升,混合料在相對較低的溫度下就可進行拌和、攤鋪和碾壓。


2、泡沫瀝青的原理


在高溫瀝青中加入少量水,瀝青就會產生微細的泡沫,從而膨脹,此時瀝青的物理性質會暫時發生變化,其粘度顯著降低,可以方便地與冷濕集料拌合均勻,而不必像乳化瀝青那樣需要經過額外的乳化加工,也不必像熱拌料那樣需要加熱至高溫而耗費許多的能源,這種狀態下的瀝青即成為泡沫瀝青。泡沫瀝青并不是一種新型的瀝青材料,而是相對于瀝青來說的瀝青攪拌技術,且泡沫瀝青的技術的核心在于設備。

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 泡沫瀝青現場樣品展示

3、泡沫瀝青的技術特點


為了衡量瀝青的發泡效果,目前主要用膨脹率(發泡體積倍數)、半衰期2指標加以評價。


膨脹率是指在瀝青發泡狀態下最大體積與未發泡狀態下體積之比。由于瀝青在噴射過程中先前噴出的泡沫瀝青體積已經開始衰減,因此所測得的最大發泡體積要小于實際的最大值。為了使泡沫瀝青與翻動的集料充分接觸,并形成良好的裹覆,則瀝青的膨脹率越大,拌制的泡沫混合料質量越好。


半衰期是指泡沫瀝青最大體積縮小到蓋體積一半所維持的時間。該指標實際描述了瀝青泡沫的穩定性。半衰期長,瀝青泡沫破滅速度越慢,集料就能有較長時間與瀝青泡沫接觸與拌和,提高泡沫瀝青混合料的質量。

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 一定溫度下的瀝青發泡特性曲線


通常,隨著發泡溫度和水量的增加,膨脹率會增加,半衰期會減少。而半衰期的降低會導致瀝青膜的厚度變薄,從而使得瀝青的粘度降低。隨著粘度的降低,瀝青膜的表面張力也會下降,當在氣泡內的蒸氣壓超過瀝青和水泡表面的張力,就會導致氣泡的破裂,泡沫瀝青的就會失效。

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瀝青發泡效果評價流程圖


3、泡沫瀝青冷再生技術


上世紀90年代泡沫瀝青開始用于廠拌冷再生技術和就地冷再生技術中。廠拌泡沫瀝青冷再生混合料是一種半柔性的瀝青穩定材料,與乳化瀝青用冷再生、熱拌瀝青混合料在形成機理、材料要求、配合比的設計都有很大的差別。目前國內使用最多的是維特根的技術,自1998年,維特根將瀝青路面冷再生技術引入中國,在過去的20多年中,維特根冷再生技術在全國所有省份皆有應用,應用面積超過3億平方米。泡沫瀝青冷再生技術,主要的原理是對原有的面層料先進行銑刨,再與冷再生機中的發泡裝置產生的泡沫瀝青進行拌和,攤鋪之后,作為瀝青路面的基層使用,最后在其上面攤鋪新瀝青混合料,實現路面材料的快速再生,在交通量較大的城市道路有著重要應用。其工作原理見下圖,主要特點設備多,工藝復雜。

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4、泡沫瀝青溫拌技術


21世紀初泡沫瀝青將它的應用領域擴展至溫拌瀝青技術中,用于提供瀝青混合料的施工和易性。泡沫瀝青溫拌技術原理是利用發泡設備將高溫瀝青與水在發泡室內共混、發泡,發泡設備有多種形式和種類。機械發泡的典型代表工藝主要有Astec綠色雙滾筒及MEEKER瀝青發泡工藝等,泡沫瀝青溫拌的技術優勢:


  • 適用性廣泛,工程實踐證明,泡沫瀝青溫拌技術具有廣泛的適用性。普通瀝青混合料、橡膠改性瀝青混合料、SBS改性瀝青混合料、SMA混合料、超薄瀝青混合料以及再生瀝青混合料,均可采用該工藝進行生產施工。

  • 降低瀝青老化程度。研究表明,當溫度高于100℃時,瀝青加熱溫度每增加10℃,其老化的速率將提高1倍。泡沫溫拌瀝青混合料路用性能同熱拌瀝青混合料相近,但拌和及施工溫度的降低,可有效減輕瀝青的老化,使得混合料具有較強的抗疲勞性能,延長路面使用壽命。

  • 延長拌和設備使用壽命。由于生產溫度的降低,混合料生產過程中對鋼鐵制生產設備的損耗也相應降低,可以延長設備使用周期和使用壽命,降低維修保養成本。


正是由于其先進的技術特點,其在溫拌瀝青技術市場一直占有重要的地位,下圖為美國不同技術生產的溫拌瀝青混合料產品占比,從圖上可以發現,近10年來泡沫溫拌瀝青混合料的占比一直在50%以上,其中在2011年更是高達95.4%,近幾年隨著化學添加劑類溫拌技術的發展,泡沫溫拌占比有所下滑,但其主導溫拌瀝青市場的地位并沒有受到影響。


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美國溫拌瀝青混合料生產技術比例


在國內,由于溫拌技術起步較晚,設備不夠成熟,優先發展化學添加劑類的溫拌瀝青混合料技術,而泡沫溫拌技發展較慢,但是由于泡沫瀝青技術獨特的優越性,近幾年,越來越多的科研結構投入到泡沫溫拌瀝青研發。



標簽:道路建設,施工案例,技術中心,瀝青混凝土
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