泡沫沥青温拌混合料路面技术标准文档格式.docx
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膨胀率与半衰期是一对呈现相反变化趋势、互相矛盾的评价指标。
沥青泡沫体积膨胀的越大,相应的粘度将减小,其稳定性必然降低,随之半衰期减小,反之亦然。
2.1.4发泡能力指数foamabilityindex
泡沫沥青的膨胀率随时间的衰落曲线下最小膨胀率ERmin以上区域面积。
2.1.5表面积指数surfaceareaindexoffoamedasphalt
沥青发泡后产生的泡沫总表面积与最终泡沫消散后沥青的总表面积之比。
2.1.6裹附性指数coatabilityindex
粗集料的吸水率与松散的沥青混合料中粗集料吸水率的相对差值。
2.1.7泡沫沥青温拌混合料foamedasphaltwarmmixture
采用泡沫沥青温拌工艺拌制的,拌和及施工温度介于热拌沥青混合料(150℃~180℃)和冷拌或常温沥青混合料之间,能够实现沥青路面施工且性能达到热拌沥青混合料要求的新型沥青混合料。
2.1.8泡沫沥青温再生混合料foamedasphaltwarmrecyclemixture
采用沥青混合料回收料(RAP)与粗集料、细集料、填料、泡沫沥青胶结料等,通过温拌方式生产的再生沥青混合料。
2.2符号
FWMA
——
泡沫沥青温拌混合料;
UTFC
超薄磨耗层混合料;
FI
发泡能力指数;
SAI
泡沫沥青表面积指数;
CI
裹附性指数;
RAP
沥青混合料回收料;
OPa
沥青混合料的最佳油石比;
ER
膨胀率;
ERmin
最小膨胀率;
ERa
实际的最大膨胀率;
ERm
测量的最大膨胀率;
半衰期。
3基本规定
3.0.1泡沫沥青温拌技术可用于普通沥青混合料、SBS改性沥青混合料、橡胶改性沥青混合料、沥青玛蹄脂碎石混合料以及再生沥青混合料的生产和施工。
3.0.2本规程所指的各种类型的泡沫沥青温拌混合料均采用间歇式沥青发泡工艺进行拌和生产。
国际上通用间歇式和连续式两类沥青拌和设备,经我国的试验和使用实践证明,采用间歇式拌和机更符合我国国情。
间歇式沥青发泡工艺拌和原理为:
在间歇式拌和机上配套安装间歇式沥青发泡装置,该装置能够控制一定比例的水与高温沥青同步添加到沥青发泡管内。
在沥青发泡管内冷水与热沥青充分混合,体积迅速膨胀,使沥青在极短的时间内能够大量、集中、间歇地发泡,并以泡沫沥青的形态喷入拌缸与集料等拌和均匀。
泡沫沥青黏度降低,可以在较低的温度下充分裹覆集料,从而使混合料的拌和温度比常规热拌沥青混合料降低30℃左右。
4材料
4.1沥青
4.1.1
泡沫沥青温拌混合料宜采用以下沥青:
170号、90号、110号的A、B级道路石油沥青,或其他经过工程实践证明可以用作泡沫沥青温拌混合料路面的道路石油沥青,其技术要求应符合现行行业标准《公路沥青路面施工技术规范》JTGF40的规定。
2SBS改性沥青技术要求应符合现行行业标准《公路沥青路面施工技术规范》JTGF40的规定。
3橡胶改性沥青技术要求应符合现行行业标准《橡胶沥青路面技术标准》CJJ/T273的规定。
泡沫沥青温拌混合料所采用的道路石油沥青标号宜按照所修建的道路等级、交通条件、路面类型以及在结构层中的层位和受力特点等,结合当地的使用经验,经技术论证后确定。
国内在已有的工程应用中,以70号、90号、110号道路石油沥青,SBS改性沥青以及橡胶改性沥青居多,30号、50号道路石油沥青应用较少,因此本规程以70号、90号、110号道路石油沥青,SBS改性沥青以及橡胶改性沥青为主。
标准编制组对70号道路石油沥青、SBS改性沥青发泡前后的各项指标进行测试,发现泡沫沥青待气泡消散后,其指标和原样沥青的各项指标基本相同。
这表明沥青发泡过程更多可以被认为是物理过程,并没有引起沥青胶结料化学成分的改变。
因此,本规程仅对原样沥青的技术要求做出规定。
表4-170号道路石油沥青发泡前后性能对比
试验项目
单位
原样沥青测定值
泡沫沥青测定值
技术要求
延度(10℃,5cm/min)
cm
35
33
≥20
延度(15℃,5cm/min)
>100
≥100
软化点(环球法)
℃
47.0
46.0
≥46
动力粘度(60℃)
Pa·
s
225
219
≥180
溶解度(三氯乙烯)
%
99.90
≥99.5
闪点(COC)
312
310
≥260
密度(15℃)
g/cm3
1.027
1.026
≥1.01
蜡含量(蒸馏法)
1.9
≤2.0
表4-2SBS改性沥青发泡前后性能对比
延度(5℃,5cm/min)
42
40
≥30
70.5
68.0
≥60
运动粘度(135℃)
1.8
1.6
≤3.0
99.82
99.75
≥99
308
305
≥230
离析
1.4
1.5
≤2.5
弹性恢复
83
79
≥70
4.2泡沫沥青
4.2.1在进行泡沫沥青温拌混合料配合比设计及路用性能试验前,应进行沥青发泡试验,确定最佳的发泡温度和发泡用水量。
4.2.2沥青的最佳发泡温度和发泡用水量可按表4.2.2推荐的发泡条件,并应经过沥青发泡试验后,根据泡沫沥青的技术指标综合确定。
表4.2.2沥青最佳发泡温度和发泡用水量
沥青类型
发泡温度(℃)
发泡用水量(%)
A、B级道路石油沥青
140~160
1~1.5
SBS改性沥青
160~180
橡胶改性沥青
175~190
注:
发泡用水量是指水与沥青的质量百分比,单位为%。
在满足泡沫沥青技术要求的情况下,发泡用水量越小越好。
表4.2.2中推荐的沥青最佳发泡条件,是在对A级70号、90号道路石油沥青、SBS改性沥青、橡胶改性沥青等不同的沥青结合料,进行了大量的发泡试验后,结合泡沫沥青的膨胀率、半衰期、发泡能力指数、表面积指数以及裹附性指数等技术指标,综合确定的。
4.2.3泡沫沥青温拌混合料使用的泡沫沥青,应满足表4.2.3的要求。
表4.2.3泡沫沥青技术要求
项目
试验方法
普通沥青
SBS改性沥青或橡胶改性沥青
膨胀率(倍)
≥6
≥4
本规程
附录A
半衰期(s)
≥10
沥青发泡工艺目前主要应用于冷再生技术和温拌技术中,两种技术对泡沫沥青的要求有所不同。
冷再生技术要求沥青发泡充分、膨胀率大,以便泡沫沥青能够在冷再生混合料中分散均匀,形成“点焊式”的粘结效果。
而温拌技术主要是利用沥青发泡后的低黏性,来实现在较低的温度下充分裹附集料。
因此温拌技术所用的泡沫沥青可不必追求过大的膨胀率,一般来说,膨胀率满足一定要求的、半衰期越长的泡沫沥青,低黏性持续时间越长,与集料的拌和效果越好。
试验室发泡设备是为试验室进行沥青混合料配合比设计提供精确、重复性高的泡沫沥青而设计制造的专用设备,一般将试验室发泡设备称为“室内发泡机”。
室内发泡机应采用全自动控制系统以保证准确的定时和沥青发泡控制,应具有在一定发泡用水量下,能持续不断的产生泡沫沥青,并可设定和调整沥青和水量的比例、流量、定时、压力等。
目前,生产室内发泡机的厂家主要有德国维特根集团(WirtgenGroup)、美国PTI(PavementTechnologyInc.)公司、美国InstroTek公司、福建南方路面机械股份有限公司(简称南方路机)等。
这些发泡机大多都是依据沥青发泡的基本原理,通过设置合适的沥青进口、水、压缩空气、发泡出口、腔体等结构的尺寸,来达到理想的发泡效果。
市场上试验室发泡设备调研结果如表4-3所示。
表4-3市场上试验室发泡设备调研
规格
WirtgenWLB10S
InstroTekAccufoamer
PTIFoamer
PMLQ10S
气压
100~1000kPa
517~1034kPa
552~758kPa
300~500kPa
水压
≤1000kPa
≤207kPa
≤230kPa
400~600kPa
沥青压力
≤413kPa
靠重力喷洒
发泡机理
水和压缩空气注入热沥青中
加压沥青和水在反应室相遇
少量空气将水分裂的更细
空气雾化水在发泡腔与热沥青混合
沥青温度
140~200℃
160~200℃
≤170℃
130~190℃
生产速度
≤100g/s
16~20g/s
14~20g/s
50~100g/s
质量控制
质量
压力控制
体积控制
变频
功率
适应不同国家需求
220V,30A
120V,20A
7.5kW
沥青罐尺寸
20L
150~6800g
6350g
15L
发泡用水量
0~5%
0~9%
1~7%
水温
不加热
≤82℃
编制组在分别采用美国PTI的发泡试验机和德国维特根集团WLB10S两种室内发泡试验机以及间歇式沥青发泡装置,对基质沥青和改性沥青进行大量的发泡试验后,发现基质沥青与改性沥青发泡效果不同。
基质沥青发泡效果比改性沥青充分,膨胀率较大、半衰期相对较短。
而改性沥青则不同,由于SBS改性沥青自身的空间网络结构以及橡胶改性沥青中自由沥青与橡胶颗粒的两相混合,使得SBS改性沥青、橡胶改性沥青不能像基质沥青那样充分发泡,在同等温度下发泡后膨胀率略小。
4.2.4在进行沥青发泡试验时,应以泡沫沥青的膨胀率、半衰期作为确定最佳发泡条件的主要指标,以发泡能力指数、表面积指数及裹附性指数作为确定最佳发泡条件的检验指标。
目前,对于沥青发泡特性及发泡效果的评价,普遍采用膨胀率和半衰期两个指标。
通常情况下,这是一对呈现相反变化趋势、互相矛盾的评价指标。
单独选取较大的膨胀率或较长的半衰期,都不能达到满意的效果。
即使是寻找出的两者的平衡点,也不能综合的评价沥青的发泡效果和泡沫沥青的使用性能。
因此本规程引入发泡能力指数(FI)、表面积指数(SAI)以及裹附性指数(CI)三项新的评价指标,与膨胀率、半衰期两项指标共同来综合评价泡沫沥青的技术性能。
这三项指标能够较为合理的反映和评价沥青的发泡效果,具有一定的先进性和合理性。
但是在实际应用中较为复杂、不易操作,因此不将其作为确定沥青最佳发泡条件和评价泡沫沥青技术性能的关键指标。
条件允许的情况下,鼓励采用这些指标来综合评价沥青发泡效果及泡沫沥青的技术性能,进一步积累经验。
发泡能力指数(FI)是1999年南非第七次沥青路面会议上,Jenkins教授首次提出的概念。
沧州市政根据Jenkins教授提出的泡沫沥青衰落曲线,进行了大量相关试验。
发泡能力指数比较合理的反映了泡沫沥青体积衰变的全过程,可以很好的评价沥青的发泡效果。
发泡能力指数越大,表明泡沫沥青在可拌和的黏度范围内具有的能量越高,发泡效果越好。
一般来说,非改性沥青的发泡能力指数大于175时,发泡效果较好。
表面积指数(SAI)是一个有效的无量纲参数,它是定量表征沥青发泡后,泡沫的总表面积随时间变化的参数。
膨胀率可以说是泡沫沥青的一个总体积参数,但是它并不能提供泡沫尺寸分布的参数信息,而表面积指数可以定量地表征泡沫的尺寸分布与衰落情况。
表面积指数越大,泡沫沥青与集料的裹附性越好,同时泡沫的破灭速度也越慢,泡沫沥青的低黏性持续时间越长,混合料的施工和易性越好。
裹附性指数(CI)是表征沥青结合料与集料裹附程度的技术指标。
裹附是一种复杂的物理化学过程,是指两种相同或不同物质接触时,发生在物质界面间的分子结合。
由于集料与沥青是两种性质不同的材料,两者之间的裹附性将直接影响沥青混合料的使用性能,对沥青路面的使用寿命有着较大的影响。
因此,引入裹附性指数的概念及试验方法,对基于水发泡原理的泡沫沥青温拌技术有着重要的意义。
它可以间接表征集料被沥青膜裹附后抵抗受水侵蚀的能力,裹附性指数越大,沥青混合料的抗水损能力越高。
4.3粗集料
4.3.1泡沫沥青温拌混合料路面所用粗集料应洁净、干燥、无风化,并应具有足够的强度和耐磨性以及良好的颗粒形状,其质量应符合表4.3.1的规定。
表4.3.1泡沫沥青温拌混合料用粗集料质量技术要求
指标
城市快速路、主干路及高速公路、一级公路
城市次干路、支路及其他等级公路
表面层
其他层次
石料压碎值
≤22
≤25
≤30
JTGE42
(T0316)
洛杉矶磨耗损失
≤28
≤35
(T0317)
表观相对密度
—
≥2.60
≥2.50
≥2.45
(T0304)
吸水率
≤1.0
坚固性
≤12
—
(T0314)
针片状颗粒含量(混合料)
其中粒径大于9.5mm
其中粒径小于9.5mm
≤15
≤18
≤20
(T0312)
水洗法<0.075mm颗粒含量
≤1
(T0310)
软石含量
≤3
≤5
(T0320)
1.坚固性试验可根据需要进行。
2.用于城市快速路、主干路及高速公路、一级公路时,多孔玄武岩的视密度可放宽至2.45t/m3,吸水率可放宽至3%,且不得用于SMA路面。
4.3.2粗集料的粒径规格应按现行行业标准《公路沥青路面施工技术规范》JTGF40的规定生产和使用。
4.3.3粗集料的磨光值以及粗集料与泡沫沥青的粘附性应符合现行行业标准《公路沥青路面施工技术规范》JTGF40的规定。
当使用粘附性不符合要求的粗集料时,需采取添加抗剥落剂等措施使泡沫沥青温拌混合料的水稳定性检验达到要求。
4.4细集料
4.4.1泡沫沥青温拌混合料所使用的细集料宜采用机制砂和石屑。
4.4.2细集料应洁净、干燥、无风化、无杂质,并有适当的颗粒级配,其质量要求应符合表4.4.2的规定。
机制砂和石屑的洁净程度以砂当量(适用于0mm~4.75mm)或亚甲蓝值(适用于0mm~2.36mm或0mm~0.15mm)表示。
表4.4.2泡沫沥青温拌混合料用细集料质量要求
试验
方法
(T0328)
坚固性(>0.3mm部分)
%
≥12
(T0340)
含泥量(小于0.075mm的含量)
(T0333)
砂当量
≥65
≥55
(T0334)
亚甲蓝值
g/kg
(T0349)
棱角性(流动时间)
s
(T0345)
坚固性试验可根据需要进行。
泡沫沥青温拌混合料路面所用细集料除砂当量有所提高外,其他均参考《公路沥青路面施工技术规范》(JTGF40)的规定。
4.4.3机制砂或石屑的规格应符合现行行业标准《公路沥青路面施工技术规范》JTGF40的规定。
4.5填料
4.5.1泡沫沥青温拌混合料的填料必须采用石灰岩或岩浆岩中的强基性岩石等憎水性石料经磨细得到的矿粉,原石料中的泥土杂质应除净,允许同时掺加1%~2%的消石灰粉替代部分矿粉。
4.5.2矿粉质量应符合现行行业标准《公路沥青路面施工技术规范》JTGF40的规定。
4.6其他
4.6.1沥青发泡用水应为可饮用水。
当使用非饮用水时,水中不得含有消泡、抑泡成分,不得影响泡沫沥青温拌混合料质量,并应经试验验证。
4.6.2泡沫沥青温拌混合料中掺加的纤维稳定剂应符合现行行业标准《公路沥青路面施工技术规范》JTGF40的规定。
4.6.3纤维应在拌和温度下不变质、不发脆,在混合料拌和过程中必须充分分散均匀,使用纤维必须符合环保要求。
《公路沥青路面施工技术规范》(JTGF40)中规定纤维应在250℃的干拌温度下不变质、不发脆,但实际上很多纤维难以满足,而且施工过程中一般不会遇到超过200℃的高温,考虑到温拌能够降低施工温度的特点,这里仅规定纤维在拌和温度下不变质、不发脆。
4.6.4用于泡沫沥青温再生混合料的沥青混合料回收料(RAP)的技术要求应符合现行行业标准《公路沥青路面再生技术规范》JTG/T5521的规定。
5配合比设计
5.1一般规定
5.1.1泡沫沥青温拌混合料配合比设计应经过目标配合比设计、生产配合比设计以及生产配合比验证三个阶段。
5.1.2本规程采用马歇尔试验配合比设计方法,按照与热拌沥青混合料等体积的原则进行配合比设计,即泡沫沥青温拌混合料的体积指标应最大限度的接近相同配合比的热拌沥青混合料的体积指标。
泡沫沥青温拌混合料配合比设计除采用马歇尔试验配合比设计方法外,还可采用Superpave等其他设计方法进行配合比设计。
当采用其他方法设计泡沫沥青温拌混合料时,设计指标应遵循相应设计方法的技术要求,但体积指标应最大限度的接近相同配合比的热拌沥青混合料的体积指标。
5.1.3各种类型的泡沫沥青温拌混合料均应根据不同类型混合料设计空隙率的要求,并结合其他体积参数,由试件实际空隙率水平确定相应的油石比。
5.1.4各种类型的泡沫沥青温拌混合料的体积指标及路用性能应符合相应类型混合料的技术要求。
5.2目标配合比设计
5.2.1泡沫沥青温拌混合料配合比设计流程及步骤应符合下列规定:
1确定矿料级配和最佳油石比。
1)根据沥青混合料类型、应用层位及功能要求等,按照马歇尔试验配合比设计方法进行热拌沥青混合料的配合比设计,确定矿料级配和最佳油石比,并检测热拌沥青混合料的体积指标。
2)泡沫沥青温拌混合料采用与热拌沥青混合料相同的矿料级配和最佳油石比。
2确定沥青的最佳发泡条件。
1)选择合适的实验室发泡设备,按本规程附录A的试验方法进行沥青发泡试验,检测泡沫沥青的膨胀率和半衰期,将这两项指标作为确定沥青最佳发泡条件的主要指标。
2)按本规程附录B及附录C的试验方法,检测泡沫沥青的发泡能力指数、表面积指数以及裹附性指数,将这三项指标作为确定沥青最佳发泡条件的检验指标。
3)根据1)、2)项试验结果,结合泡沫沥青的各项技术指标,综合确定沥青的最佳发泡温度和发泡用水量。
3拌制泡沫沥青温拌混合料。
将沥青在试验确定的最佳发泡条件下进行发泡,生成泡沫沥青,并按本规程附录D的试验方法拌制泡沫沥青温拌混合料。
4确定成型温度。
1)对普通沥青混合料,在150℃~110℃的范围内,每间隔10℃拌制一组泡沫沥青温拌混合料,共5组。
2)取拌和好的5组泡沫沥青温拌混合料采用击实法成型马歇尔试件,击实温度一般比拌和温度低10℃。
3)分别检测5组不同击实温度下成型的泡沫沥青混合料试件的体积指标。
4)泡沫沥青温拌混合料试件的空隙率最接近热拌沥青混合料试件空隙率所对应的击实温度,即为泡沫
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