【摘 要】
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为解决传统的热拌沥青混合料施工温度过高、生产能耗巨大、污染排放过高的问题,在沥青路面摊铺过程中使用各式各样的温拌冷拌改性产品的比例越来越大。SMC常温改性剂就是其中的一款明星产品,由交通运输部科学研究院研发,其主要成分是由废旧塑料、轮胎提取的橡胶油,属于新型冷拌改性剂。SMC常温改性沥青声称可在常温下运输、储存与拌和,不仅可以代替传统冷拌沥青完成路面的补强工作,还能作为全幅路面摊铺的材料,目前已经
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为解决传统的热拌沥青混合料施工温度过高、生产能耗巨大、污染排放过高的问题,在沥青路面摊铺过程中使用各式各样的温拌冷拌改性产品的比例越来越大。SMC常温改性剂就是其中的一款明星产品,由交通运输部科学研究院研发,其主要成分是由废旧塑料、轮胎提取的橡胶油,属于新型冷拌改性剂。SMC常温改性沥青声称可在常温下运输、储存与拌和,不仅可以代替传统冷拌沥青完成路面的补强工作,还能作为全幅路面摊铺的材料,目前已经发展至第三代,在不到3年间就取得了超过1000公里的工程应用案例。但是应用温、冷拌改性剂的首要前提是不能一味地追求降低施工温度而影响了工程质量。因此,为了全面考察SMC改性沥青的性能及工程实用价值,本文围绕SMC开展了包括路用性能、改性机理、环境影响和经济效益四个方面的系统性试验研究及计算分析,主要开展的工作和取得的结果如下:(1)路用性能方面:运用液体石油沥青系列评价方法和传统的三大指标测试方法对SMC常温改性沥青的性能展开评价,并着重考察其挥发特性。混合料方面,在6种掺量条件下对SMC常温改性沥青混合料于AC-13、AC-20两种级配方案下的体积指标参数、强度指标参数、动稳定度、残留稳定度、冻融劈裂强度比和最大弯拉应变进行了测试。结果表明:当采用该类沥青进行道路铺装时,应在其制备完成后4小时内完成施工,并保证7天的养护时间;在AC-13级配下的SMC适宜掺量范围为6%-10%,在AC-20级配下的SMC适宜掺量范围为6%-8%;在上述掺量条件下,可降低施工温度至100℃,但很难实现其声称的“常温生产及摊铺”这一效果;相较常规热拌沥青混合料,添加SMC常温改性剂后,沥青混合料的低温抗裂性得到一定程度上的优化,但高温稳定性和水稳定性被劣化;(2)改性机理方面:采用傅里叶红外光谱变化分析添加SMC前后沥青中的官能基团变化以分析其改性机理,结果表明:SMC常温改性剂的本质是一类含酰胺基的季铵盐类表面活性剂,加入沥青后通过酰胺基团的强亲水性在沥青质表面基形成致密的水膜从而达到降温降粘的目的;(3)环境影响方面:通过废弃物排放检测试验对沥青混合料在实验室拌和过程中产生的CO2、CO、SO2、NOx、PM2.5、PM10、苯并(a)芘7种废弃物的排放情况进行定量的检测,并根据测试得到的实时排放数据对SMC常温改性剂的环境效益进行评价。试验结果表明:在室内试验中,SMC常温改性剂对于混合料拌和过程中产生的七种废弃物的排放情况均起到了抑制作用,添加10%的SMC后,混合料的生产温度下降75℃左右,而减排效果显著:CO2排放下降44.6%、CO下降96.6%,、SO2下降78.8%、NOx下降69.2%、PM2.5下降9.4%、PM10下降8.4%、苯并(a)芘下降76.9%。其中,在对于全球变暖、健康危害和酸化效应三种环境影响的特征化考察方面,SMC在缓解健康危害方面的效果显著;(4)经济效益方面:结合调研数据,采用全生命周期评价方法对SMC常温改性沥青混合料在生产、运输、建设三个阶段组成的生命周期中的经济效益进行考核,试验结果表明:在相同的边界条件下,SMC的节能效果主要体现在混合料生产阶段加热沥青所需能源燃烧的能耗,添加8%SMC常温可使混合料的拌和温度降低68℃,节约近40%的燃料燃烧能耗。综合研究结果表明:想要通过添加SMC常温改性剂实现毫无性能影响的常温下摊铺几乎是不可能的,其对沥青及沥青混合料的路用性能是存在一定的劣化效果的。因此,需要针对实际工程在使用前结合质量要求和环境、经济效益对SMC常温改性剂的掺量进行综合考虑,在不影响工程质量的前提下,充分发挥其降低施工温度、节能减排的效果,希望本文的研究结果能为类似的工程案例提供参考。
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