鄧亞麗， 李 泉

(1.岳陽市通衢興路公司, 湖南 岳陽 414000; 2.湖南云中再生科技股份有限公司, 湖南 長(zhǎng)沙 410007 )

0 引言

到2018年末，全國(guó)四級(jí)及以上等級(jí)公路里程達(dá)到了484.65萬km，其中高速公路里程為14.26萬km，比2017年新增了0.6萬km，并且路面類型逐漸以瀝青路面為主[1]。瀝青路面主要為熱拌瀝青混合料、溫拌瀝青混合料，其在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生大量的粉塵,并且重油燃燒產(chǎn)生大量有害氣體，對(duì)環(huán)境污染較大，在高溫施工環(huán)境下對(duì)工人危害也較大。輕油燃燒后主要產(chǎn)生非甲烷總烴、氮氧化物和水；重油比較粘稠，很難揮發(fā)，燃燒后除了以上物質(zhì)外還會(huì)產(chǎn)生大量含有的氮、硫、蠟質(zhì)的其他物質(zhì)以及金屬[2-3]。采用乳化瀝青制作的冷拌瀝青混合料是在常溫下進(jìn)行拌和和施工的路面材料，具備節(jié)能低碳的特性，在環(huán)境保護(hù)、節(jié)約資源方面優(yōu)勢(shì)巨大。在新建路面中經(jīng)常用于路面表面層和罩面施工，在路面養(yǎng)護(hù)中用于路面修復(fù)，獲得了較大的推廣與應(yīng)用；但在新建路面或大、中修路面的中、下面層中的研究與實(shí)際應(yīng)用較少[4]。采用冷拌瀝青混合料替代熱拌瀝青混合料用于一級(jí)及以下路面的中、下面層，能在很大程度上解決熱拌瀝青混合料生產(chǎn)帶來的環(huán)境污染問題，極大地節(jié)約能源，改善生產(chǎn)與施工環(huán)境。

本文通過對(duì)乳化瀝青冷拌AC-20與熱拌AC-20瀝青混合料路用性能進(jìn)行對(duì)比研究，驗(yàn)證了乳化瀝青冷拌瀝青混合料應(yīng)用于路面結(jié)構(gòu)中、下面層的可行性。

1 原材料

1.1 乳化瀝青

本文采用高富A-70#瀝青作為乳化瀝青的基質(zhì)瀝青，采用專用的拌合型BC-1慢裂乳化瀝青進(jìn)行冷拌瀝青混合料試驗(yàn)研究，瀝青與乳化瀝青基本指標(biāo)分別見表1、表2。

表1 70#瀝青基本指標(biāo)類別25 ℃針入度/(0.1 mm)15 ℃延度/cm軟化點(diǎn)/℃60 ℃動(dòng)力粘度/(Pa·s)閃點(diǎn)/℃25 ℃相對(duì)密度TFOT試驗(yàn)后質(zhì)量變化/%針入度比/%10 ℃延度/cm技術(shù)要求60～80≥100≥46≥180≥260實(shí)測(cè)-0.8～+0.8≥61≥6試驗(yàn)結(jié)果65>100492703201.03-0.0470.59

表2 乳化瀝青基本指標(biāo)類別破乳速度粒子電荷篩上殘留量(1.18 mm篩)/%粘度恩格拉粘度計(jì)E25蒸發(fā)殘留物性質(zhì)殘留分含量/%25℃針入度/(0.1 mm)15℃延度/cm與粗集料的黏附性,裹覆面積儲(chǔ)存穩(wěn)定性/%1 d5 d技術(shù)要求慢裂陽離子(+)≤0.12～30≥5545～150≥40≥2/3≤1.0≤5.0試驗(yàn)結(jié)果慢裂陽離子(+)0.046.361.26274>2/30.52.6

1.2 新集料

試驗(yàn)中采用9.5～19mm(1#)、4.75～9.5mm(2#)與0～4.75mm(3#)這3檔石灰?guī)r和1檔石灰石礦粉作為集料，其篩分結(jié)果如表3所示，技術(shù)指標(biāo)如表4所示。

表3 集料篩分結(jié)果集料通過下列篩孔(mm)的質(zhì)量百分率/%26.5191613.29.54.752.361.180.60.30.150.0751#10084.464.338.47.21.31.11.11.11.11.10.62#10010010010077.42.30.50.50.50.50.50.13#10010010010099.990.356.137.727.816.813.410.3礦粉10010010010010010010010010010096.886.8

表4 集料技術(shù)指標(biāo)試驗(yàn)結(jié)果類別壓碎值/%洛杉磯磨耗損失/%與瀝青的粘附性/級(jí)表觀密度/(g·cm-3)吸水率/%針片狀顆粒含量/%1#2#3#礦粉1#2#3#1#2#細(xì)集料棱角性/s砂當(dāng)量/%礦粉/%親水性塑性指數(shù)試驗(yàn)結(jié)果25.224.852.7022.6752.6672.6500.540.811.147.811.842630.72.8技術(shù)要求≤28.0≤30.05≥2.5≥2.5≥2.5≥2.45≤2.0≤2.0≤2.0≤15≤20≥30≥60≤1.0≤4.0

2 乳化瀝青冷拌AC-20瀝青混合料配合比設(shè)計(jì)

2.1 乳化瀝青冷拌AC-20瀝青混合料級(jí)配合成

本研究中乳化瀝青冷拌AC-20瀝青混合料級(jí)配范圍參考《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》。在級(jí)配合成時(shí)，為更好地提高混合料的性能，乳化瀝青冷拌AC-20瀝青混合料采用粗型級(jí)配，合成級(jí)配如表5所示。其中水泥采用P·O.42.5普通硅酸鹽水泥，外摻1%，不參與級(jí)配合成。

表5 冷拌AC-20瀝青混合料合成級(jí)配集料比例/%通過下列篩孔(mm)的質(zhì)量百分率/%26.5191613.29.54.752.361.180.60.30.150.0751#4010084.464.338.47.21.31.11.11.11.11.10.62#24100100.0100.0100.077.42.30.50.50.50.50.50.13#34100100.0100.0100.099.990.356.137.727.816.813.410.3礦粉2100100.0100.0100.0100.0100.0100.0100.0100.0100.096.886.8合成級(jí)配 10093.885.775.357.433.821.615.312.08.27.15.4規(guī)范要求 10090～10078～9262～8050～7226～5616～4412～338～245～174～133～7

2.2 乳化瀝青冷拌AC-20瀝青混合料成型與養(yǎng)生方法

乳化瀝青冷拌瀝青混合料初期強(qiáng)度較低，其強(qiáng)度隨著水泥水化和水分的不斷揮發(fā)逐漸提高，因此在確定其成型及養(yǎng)生方法時(shí)既要考慮這些特性，又要盡可能模擬現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況。根據(jù)JTG E20—2011規(guī)范[5]，乳化瀝青冷拌瀝青混合料宜采用高溫養(yǎng)生方法:拌和完后立即雙面擊實(shí)50次，置于110℃烘箱中養(yǎng)生24h，再雙面擊實(shí)25次，常溫養(yǎng)生24h后脫模[6-7]。

2.3 最佳含水率與最佳乳化瀝青用量

乳化瀝青冷拌瀝青混合料最佳含水率采用試拌的方法確定，保持乳化瀝青用量一致，添加不同比例的外加水拌合冷拌AC-20瀝青混合料，觀察混合料拌合狀態(tài)。當(dāng)混合料拌合過程中乳液能夠均勻裹附在集料表面，無結(jié)團(tuán)、離析等現(xiàn)象產(chǎn)生，此時(shí)的添水劑量則是最佳添水量[8]。結(jié)合乳液中含水量計(jì)算得出冷拌AC-20瀝青混合料的最佳含水率，通過拌合試驗(yàn)得出冷拌AC-20瀝青混合料最佳含水率為4.0%。

已有研究表明：乳化瀝青冷拌AC-20瀝青混合料與熱拌AC-20瀝青混合料油石比基本一致，乳化瀝青用量按其固含量根據(jù)熱拌AC-20瀝青混合料油石比進(jìn)行換算[9-10]。熱拌AC-20瀝青混合料的油石比為4.2%，換算得到乳化瀝青冷拌AC-20瀝青混合料的瀝青用量為6.9%。

3 乳化瀝青冷拌AC-20與熱拌AC-20瀝青混合料路用性能對(duì)比

對(duì)乳化瀝青冷拌AC-20與熱拌AC-20瀝青混合料進(jìn)行路用性能對(duì)比研究，高溫性能、水穩(wěn)性能試驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果如表6所示。由表6可得，在外摻1%水泥的情況下,乳化瀝青冷拌AC-20瀝青混合料的動(dòng)穩(wěn)定度高于熱拌AC-20瀝青混合料，即高溫抗車轍能力優(yōu)于熱拌AC-20瀝青混合料；其殘留穩(wěn)定度超過了100%，原因?yàn)樗嘣?0 ℃水浴養(yǎng)護(hù)過程中，隨著時(shí)間的推移進(jìn)一步水化；其凍融劈裂強(qiáng)度比亦高于熱拌AC-20瀝青混合料，代表其水穩(wěn)定性能優(yōu)異。根據(jù)規(guī)范，乳化瀝青冷拌AC-20瀝青混合料的路用性能滿足一級(jí)及以下路面中、下面層要求。

表6 混合料路用性能檢測(cè)結(jié)果混合料類型油石比/%毛體積密度/ g·cm-3 空隙率/%穩(wěn)定度/kN動(dòng)穩(wěn)定度/ 次·mm-1 殘留穩(wěn)定度/%凍融劈裂強(qiáng)度比/%冷拌AC-204.22.4364.013.759 664107.883.8熱拌AC-204.22.4424.013.682 10093.682.4

4 經(jīng)濟(jì)效益分析

對(duì)乳化瀝青冷拌AC-20與熱拌AC-20瀝青混合料生產(chǎn)成本進(jìn)行比較，結(jié)果見表7。生產(chǎn)熱拌AC-20瀝青混合料時(shí)，每生產(chǎn)1t瀝青混合料將消耗大約0.007t重油，成本為24.5元，還會(huì)有大約5%左右的粗集料溢料損失，以及5%左右的細(xì)集料廢粉損失，將會(huì)增加約0.1t的材料消耗，成本為12元；而乳化瀝青冷拌AC-20瀝青混合料為在常溫下采用連續(xù)式生產(chǎn)工藝，材料損失可忽略不計(jì)。由表7可知，每生產(chǎn)1t乳化瀝青冷拌AC-20瀝青混合料成本為316.7元，每生產(chǎn)1t熱拌AC-20瀝青混合料成本為314.7元。單純從材料生產(chǎn)成本計(jì)算,乳化瀝青冷拌AC-20瀝青混合料生產(chǎn)成本略高于熱拌AC-20瀝青混合料，但生產(chǎn)熱拌AC-20瀝青混合料時(shí)需要更多的勞動(dòng)力、設(shè)備維修和廢粉處理成本。并且在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生大量的粉塵,重油燃燒還會(huì)產(chǎn)生大量的有害氣體，對(duì)環(huán)境污染較大，環(huán)保成本較高，在高溫施工環(huán)境下施工對(duì)工人身心健康危害較大。

表7 乳化瀝青冷拌AC-20與熱拌AC-20瀝青混合料材料成本比較類別冷拌AC-20熱拌AC-20各材料占比/%成本/(元·t-1)各材料占比/%成本/(元·t-1)粗石灰?guī)r61.412061.4120細(xì)石灰?guī)r32.611032.6110礦粉1.91601.9160重交瀝青——4.044 200乳化瀝青6.92 900——水泥1450——重油——0.93 500總成本—316.7—302.7(未考慮溢料)

5 結(jié)論

本文通過室內(nèi)試驗(yàn)研究，得到以下結(jié)論:

1) 乳化瀝青AC-20冷拌瀝青混合料具有比熱拌AC-20瀝青混合料更好的高溫抗車轍與抗水損害性能，冷拌瀝青混合料可以替代熱拌瀝青混合料用于一級(jí)及以下路面中、下面層中。

2) 單純從材料成本上看，乳化瀝青冷拌AC-20瀝青混合料生產(chǎn)成本略高于熱拌AC-20瀝青混合料，但生產(chǎn)熱拌AC-20瀝青混合料需要更多的勞動(dòng)力成本、設(shè)備維修成本與廢粉處理成本。并且在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生大量的粉塵以及重油燃燒產(chǎn)生大量的有害氣體，對(duì)環(huán)境污染較大，環(huán)保成本較高，在高溫施工環(huán)境下施工對(duì)工人身心健康危害較大。

3) 乳化瀝青AC-20冷拌瀝青混合料能在很大程度上解決熱拌瀝青混合料生產(chǎn)帶來的環(huán)境污染問題，極大地節(jié)約能源，改善生產(chǎn)與施工環(huán)境，在節(jié)能減排的大趨勢(shì)下應(yīng)得到很好地應(yīng)用和推廣。