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【摘 要】本文通过对不同沥青发泡温度、不同发泡用水量下的沥青发泡特性(膨胀比和半衰期)来分析韩国SK70号、SK90号以及中海70号基质沥青三种泡沫沥青的最佳发泡条件,试验结果表明:三种沥青的发泡特性由高到低依次为中海70号、SK70号、SK90号。
【关键词】沥青路面;冷再生;泡沫沥青;发泡温度;发泡用水量
Three types of foam asphalt of the best foaming conditions
Wei Zhen-chen 1, Wang Zhen-long2
(1. Shandong Hengjian Project Management Consulting Co., Ltd. Weifang Shandong 261061; 2. Guangdong Shanjie Expressway Co., Ltd. Guangzhou Guangdong 515556)
【Abstract】Based on the different bitumen temperature under different water bitumen foaming characteristics (expansion ratio and half-life) to analyze Korea No. SK70, SK90, and No. 70 in the sea foam bitumen asphalt the best hair of three bubble conditions, test results showed that: the foam characteristics of asphalt in the sea in order were 70, SK70 number, SK90 number.
【Key words】Asphalt pavement; Cold regeneration; Foam asphalt; Foaming temperature; Foaming water
1. 前言
随着我国公路交通事业的蓬勃发展,大部分省份高速公路和国省道干线路网已经基本形成,而且许多公路陆续进入大修期。但是长期以来我国公路大修时存在方案设计单一,维修工艺较落后,施工成本高,社会效益差等弊病。因地制宜的选择合理、科学的现代化维修方案和工艺技术成为目前公路管理和养护部门的迫切要求。泡沫沥青冷再生技术近年在国外日渐兴起,并在各地得到广泛应用。这项技术是利用沥青发泡技术将废弃的路面铣刨材料重新再生利用,并在压实力的作用下形成具有一定路用性能的路面结构层。这项技术不仅可以将废弃的路面铣刨材料再生使用,而且沥青铣刨材料中的老化沥青可以重新激活,可以变废为宝,从而达到保护环境、节约资源的作用;同时利用泡沫沥青再生技术可以将传统的路面结构改造成柔性基层路面结构,从而优化路面组合形式,延长路面使用寿命。本文主要通过试验研究泡沫沥青的两个主要指标:膨胀比和半衰期,从而来确定韩国SK70号和中海70号基质沥青的最佳发泡条件。
2. 沥青发泡的试验材料及试验方法
2.1 试验材料和参数。
本次试验以常用的韩国SK70号和中海70号基质沥青为研究对象,有关三种基质沥青的相关技术指标见表.1所示。
2.2 试验方法。
本次试验采用德国维特根公司生产的WLB10型沥青发泡试验机进行。沥青发泡受多种因素的影响,如沥青的类型、沥青的温度、发泡加水量、发泡时的水压和气压,因此,试验前需要对各个环节进行仔细把握,沥青发泡的具体试验步骤如下:
(1)在无压的状态下向水槽中注水,将水槽和气槽的压力表调节至要求的压力。本次试验设置空气压力为5bars,水压力为6bars,水压一定要比空气压力高1bar。
(2)开启加热系统给沥青加热:将沥青注入到沥青槽中,并加热至所需温度,并应使发泡前沥青保持该温度约5分钟左右。此次选定四种沥青发泡温度150℃ 、160℃、170℃、180℃进行发泡试验。
(3)调整发泡所需的水量:根据沥青流量,分别选定用水量为1.5%、2.0%、2.5%、3.0%、3.5%来进行发泡。
(4)将生产出来的泡沫沥青用容积为20升的洁净的钢桶收集起来。量测泡沫沥青膨胀比和半衰期。
(5)试验结束后必须彻底清洁沥青循环管道,将沥青罐清理干净,以备下次试验使用。
2.3 试验结果。
韩国SK70号基质沥青和中海70号基质沥青在不同沥青发泡温度、不同发泡用水量下的沥青发泡特性试验结果如表2~3所示。
3. 沥青发泡特性分析
3.1 韩国SK70号基质沥青的发泡特性。
根据表2中韩国SK70号基质沥青发泡的试验结果,在不同温度条件下,将膨胀比(expansion ratio,简称ER )、半衰期(half-life,简称HL)随发泡加水量的变化绘成曲线图,如图1所示。
从图1可以看出,膨胀比韩国SK70号基质沥青在发泡加水量1.5%时,其半衰期较长,在10s~15s之间,膨胀比在10~15之间;随着加水量的增加,膨胀比逐渐增大,在3.5%加水量时达到20~25之间,而半衰期则逐渐减小,基本上小于10s。综合考虑膨胀比、半衰期两个指标的特点,韩国SK70号基质沥青的最佳发泡条件为沥青发泡温度选择在160℃,发泡加水量为2.0%,喷射气压为5bar,水压为6bar,此时,发泡沥青的膨胀比为15.3,半衰期为10.3s。
3.2 中海70号基质沥青。
根据表3中海70号基质沥青发泡的试验结果,不同温度条件下膨胀比、半衰期与发泡加水量的关系如图2所示。
图1 不同温度条件下膨胀比、半衰期随发泡加水量的变化曲线图a.150℃;b.160℃;c.170℃;d.180℃
图2 不同温度条件下膨胀比、半衰期随发泡加水量的变化曲线图a.150℃; b.160℃;c.170℃;d.180℃
由图可知:在各个温度条件下,膨胀比随发泡加水量增加而增大,发泡加水量为3.5%时,膨胀比较大,在25~35之间;而半衰期随加水量的增加则逐渐减小,其中,当沥青发泡温度为150℃,发泡加水量为1.5%时,半衰期最大,达16.1s;当沥青发泡温度为170℃,发泡加水量为3.5%时,半衰期最小,仅7.5s。综合考虑膨胀比、半衰期两个指标的特点,中海70号基质沥青的最佳发泡条件为沥青发泡温度选择在160℃,发泡加水量为2.5%,喷射气压为5bar,水压为6bar,此时,发泡沥青的膨胀比为24.7,半衰期为11.4s。
依据上述数据分析,较好的发泡效果应该使膨胀率和半衰期均较高,按照这一原则,考察两种沥青的膨胀率与半衰期在分别大于某一数值的条件下,其发泡曲线满足这一条件的范围。如果该范围较广,并且数值较大,就可以认为该沥青发泡效果较好。由此,若取膨胀率和半衰期均大于10,可以得出中海70号较韩国SK70号的发泡特性好。
3.3 沥青粘度对发泡特性的影响。
粘度对沥青的发泡特性有着重要的影响,在对基质沥青发泡特性研究的基础上,选择韩国SK70号和SK90号基质沥青为研究对象,进一步分析沥青粘度对发泡特性的影响。下面将两种基质沥青不同温度条件下的膨胀比和半衰期汇总,如图3所示。
图3 SK70和SK90在不同温度条件下的膨胀比、半衰期随发泡加水量的变化曲线图a.150℃; b.160℃; c.170℃; d.180℃
由上图可以看出,在各个温度条件下,低粘度SK90号基质沥青的膨胀比均小于高粘度SK70号基质沥青的膨胀比;而大部分SK90号基质沥青的半衰期大于SK70号基质沥青的半衰期。
4. 结论
综合考虑膨胀比、半衰期两个指标的特点,韩国SK70号及中海70号基质沥青的最佳发泡条件分别为:
(1)韩国SK70号基质沥青的最佳发泡条件为沥青发泡温度选择在160℃,发泡加水量为2.0%,喷射气压为5bar,水压为6bar,此时,发泡沥青的膨胀比为15.3,半衰期为10.3s。
(2)中海70号基质沥青的最佳发泡条件为沥青发泡温度选择在160℃,发泡加水量为2.5%,喷射气压为5bar,水压为6bar,此时,发泡沥青的膨胀比为24.7,半衰期为11.4s。
(3)低粘度SK90号基质沥青的膨胀比均小于高粘度SK70号基质沥青的膨胀比;而大部分SK90号基质沥青的半衰期大于SK70号基质沥青的半衰期。
参考文献
[1] 杨虎荣,何桂平,韩海峰. 不同粘度沥青的发泡性能比较和机理分析. 公路. 2004, No.6, 107～112.
[2] 拾方治,赫振华,吕伟民等. 沥青发泡原理及发泡特性的试验研究. 建筑材料学报. 2004,Vol.7,No.2,183～187.
[3] 拾方治,吕伟民等. 泡沫沥青混合料的特性. 中外公路. Vol.23,No.3,2003,93～96.
[4] 何桂平,曹翠星等. 路面冷再生用沥青的发泡性能影响因素研究. 公路交通科技. Vol.21,No.10,2004,9～13.
[文章编号]1006-7619(2010)05-28-475
【关键词】沥青路面;冷再生;泡沫沥青;发泡温度;发泡用水量
Three types of foam asphalt of the best foaming conditions
Wei Zhen-chen 1, Wang Zhen-long2
(1. Shandong Hengjian Project Management Consulting Co., Ltd. Weifang Shandong 261061; 2. Guangdong Shanjie Expressway Co., Ltd. Guangzhou Guangdong 515556)
【Abstract】Based on the different bitumen temperature under different water bitumen foaming characteristics (expansion ratio and half-life) to analyze Korea No. SK70, SK90, and No. 70 in the sea foam bitumen asphalt the best hair of three bubble conditions, test results showed that: the foam characteristics of asphalt in the sea in order were 70, SK70 number, SK90 number.
【Key words】Asphalt pavement; Cold regeneration; Foam asphalt; Foaming temperature; Foaming water
1. 前言
随着我国公路交通事业的蓬勃发展,大部分省份高速公路和国省道干线路网已经基本形成,而且许多公路陆续进入大修期。但是长期以来我国公路大修时存在方案设计单一,维修工艺较落后,施工成本高,社会效益差等弊病。因地制宜的选择合理、科学的现代化维修方案和工艺技术成为目前公路管理和养护部门的迫切要求。泡沫沥青冷再生技术近年在国外日渐兴起,并在各地得到广泛应用。这项技术是利用沥青发泡技术将废弃的路面铣刨材料重新再生利用,并在压实力的作用下形成具有一定路用性能的路面结构层。这项技术不仅可以将废弃的路面铣刨材料再生使用,而且沥青铣刨材料中的老化沥青可以重新激活,可以变废为宝,从而达到保护环境、节约资源的作用;同时利用泡沫沥青再生技术可以将传统的路面结构改造成柔性基层路面结构,从而优化路面组合形式,延长路面使用寿命。本文主要通过试验研究泡沫沥青的两个主要指标:膨胀比和半衰期,从而来确定韩国SK70号和中海70号基质沥青的最佳发泡条件。
2. 沥青发泡的试验材料及试验方法
2.1 试验材料和参数。
本次试验以常用的韩国SK70号和中海70号基质沥青为研究对象,有关三种基质沥青的相关技术指标见表.1所示。
2.2 试验方法。
本次试验采用德国维特根公司生产的WLB10型沥青发泡试验机进行。沥青发泡受多种因素的影响,如沥青的类型、沥青的温度、发泡加水量、发泡时的水压和气压,因此,试验前需要对各个环节进行仔细把握,沥青发泡的具体试验步骤如下:
(1)在无压的状态下向水槽中注水,将水槽和气槽的压力表调节至要求的压力。本次试验设置空气压力为5bars,水压力为6bars,水压一定要比空气压力高1bar。
(2)开启加热系统给沥青加热:将沥青注入到沥青槽中,并加热至所需温度,并应使发泡前沥青保持该温度约5分钟左右。此次选定四种沥青发泡温度150℃ 、160℃、170℃、180℃进行发泡试验。
(3)调整发泡所需的水量:根据沥青流量,分别选定用水量为1.5%、2.0%、2.5%、3.0%、3.5%来进行发泡。
(4)将生产出来的泡沫沥青用容积为20升的洁净的钢桶收集起来。量测泡沫沥青膨胀比和半衰期。
(5)试验结束后必须彻底清洁沥青循环管道,将沥青罐清理干净,以备下次试验使用。
2.3 试验结果。
韩国SK70号基质沥青和中海70号基质沥青在不同沥青发泡温度、不同发泡用水量下的沥青发泡特性试验结果如表2~3所示。
3. 沥青发泡特性分析
3.1 韩国SK70号基质沥青的发泡特性。
根据表2中韩国SK70号基质沥青发泡的试验结果,在不同温度条件下,将膨胀比(expansion ratio,简称ER )、半衰期(half-life,简称HL)随发泡加水量的变化绘成曲线图,如图1所示。
从图1可以看出,膨胀比韩国SK70号基质沥青在发泡加水量1.5%时,其半衰期较长,在10s~15s之间,膨胀比在10~15之间;随着加水量的增加,膨胀比逐渐增大,在3.5%加水量时达到20~25之间,而半衰期则逐渐减小,基本上小于10s。综合考虑膨胀比、半衰期两个指标的特点,韩国SK70号基质沥青的最佳发泡条件为沥青发泡温度选择在160℃,发泡加水量为2.0%,喷射气压为5bar,水压为6bar,此时,发泡沥青的膨胀比为15.3,半衰期为10.3s。
3.2 中海70号基质沥青。
根据表3中海70号基质沥青发泡的试验结果,不同温度条件下膨胀比、半衰期与发泡加水量的关系如图2所示。
图1 不同温度条件下膨胀比、半衰期随发泡加水量的变化曲线图a.150℃;b.160℃;c.170℃;d.180℃
图2 不同温度条件下膨胀比、半衰期随发泡加水量的变化曲线图a.150℃; b.160℃;c.170℃;d.180℃
由图可知:在各个温度条件下,膨胀比随发泡加水量增加而增大,发泡加水量为3.5%时,膨胀比较大,在25~35之间;而半衰期随加水量的增加则逐渐减小,其中,当沥青发泡温度为150℃,发泡加水量为1.5%时,半衰期最大,达16.1s;当沥青发泡温度为170℃,发泡加水量为3.5%时,半衰期最小,仅7.5s。综合考虑膨胀比、半衰期两个指标的特点,中海70号基质沥青的最佳发泡条件为沥青发泡温度选择在160℃,发泡加水量为2.5%,喷射气压为5bar,水压为6bar,此时,发泡沥青的膨胀比为24.7,半衰期为11.4s。
依据上述数据分析,较好的发泡效果应该使膨胀率和半衰期均较高,按照这一原则,考察两种沥青的膨胀率与半衰期在分别大于某一数值的条件下,其发泡曲线满足这一条件的范围。如果该范围较广,并且数值较大,就可以认为该沥青发泡效果较好。由此,若取膨胀率和半衰期均大于10,可以得出中海70号较韩国SK70号的发泡特性好。
3.3 沥青粘度对发泡特性的影响。
粘度对沥青的发泡特性有着重要的影响,在对基质沥青发泡特性研究的基础上,选择韩国SK70号和SK90号基质沥青为研究对象,进一步分析沥青粘度对发泡特性的影响。下面将两种基质沥青不同温度条件下的膨胀比和半衰期汇总,如图3所示。
图3 SK70和SK90在不同温度条件下的膨胀比、半衰期随发泡加水量的变化曲线图a.150℃; b.160℃; c.170℃; d.180℃
由上图可以看出,在各个温度条件下,低粘度SK90号基质沥青的膨胀比均小于高粘度SK70号基质沥青的膨胀比;而大部分SK90号基质沥青的半衰期大于SK70号基质沥青的半衰期。
4. 结论
综合考虑膨胀比、半衰期两个指标的特点,韩国SK70号及中海70号基质沥青的最佳发泡条件分别为:
(1)韩国SK70号基质沥青的最佳发泡条件为沥青发泡温度选择在160℃,发泡加水量为2.0%,喷射气压为5bar,水压为6bar,此时,发泡沥青的膨胀比为15.3,半衰期为10.3s。
(2)中海70号基质沥青的最佳发泡条件为沥青发泡温度选择在160℃,发泡加水量为2.5%,喷射气压为5bar,水压为6bar,此时,发泡沥青的膨胀比为24.7,半衰期为11.4s。
(3)低粘度SK90号基质沥青的膨胀比均小于高粘度SK70号基质沥青的膨胀比;而大部分SK90号基质沥青的半衰期大于SK70号基质沥青的半衰期。
参考文献
[1] 杨虎荣,何桂平,韩海峰. 不同粘度沥青的发泡性能比较和机理分析. 公路. 2004, No.6, 107～112.
[2] 拾方治,赫振华,吕伟民等. 沥青发泡原理及发泡特性的试验研究. 建筑材料学报. 2004,Vol.7,No.2,183～187.
[3] 拾方治,吕伟民等. 泡沫沥青混合料的特性. 中外公路. Vol.23,No.3,2003,93～96.
[4] 何桂平,曹翠星等. 路面冷再生用沥青的发泡性能影响因素研究. 公路交通科技. Vol.21,No.10,2004,9～13.
[文章编号]1006-7619(2010)05-28-475