CN103601423B - 一种节能减排型沥青混合料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种节能减排型沥青混合料及其制备方法，属于工程技术领域。本发明通过采用节能减排型沥青混合料，可以降低沥青混合料对环境温度的要求，增加年施工时间，且具有更好的压实功能，延长路面使用寿命，为安全行车提供有效保障；采用节能减排型沥青混合料，还可以节约大量的燃油，减少温室气体的排放，则可减少环保开支，经济效益更加显著；另外，应用节能减排型沥青混合料对于我国建立节约型社会也具有良好的社会效益，可减少二氧化碳的排放，同时一氧化碳、三氧化硫和氧化氮等有毒气体也将大大减少，对于节约社会资源，环境保护都有极其重要的现实意义。
Description
技术领域
本发明涉及一种节能减排型沥青混合料及其制备方法，尤其温拌发泡沥青混合料及其制备方法，属于工程技术领域。
背景技术
全球性能源紧张以及气候变化已成为国际社会普遍关注的重大问题，节能减排已经成为国际社会的共同责任。我国作为世界上最大的发展中国家，正日益成为全球关注的对象。交通行业是我国能源消耗大户，是建设资源节约型、环境友好型社会的重要领域，是温室气体和大气污染排放的重要来源。
据估算，2004年我国交通运输业的二氧化碳排放量约为2.9亿吨，预计到2015年和2030年将分别达到5.22亿吨和11.08亿吨。我国目前大多还是以热拌沥青混合料为主，热拌沥青混合料在拌和、摊铺及碾压时需要较高的温度（160～180℃），因而，在生产和施工的过程中，不仅要消耗大量的能源，而且还会排放出大量的废气和粉尘，影响周围的环境质量和施工人员的身体健康，并且在高温下容易导致沥青老化，影响路用性能。在沥青混合料生产过程中，温度每升高10℃，每吨沥青混合料将多产生0.9kg的CO2排放量。若沥青混合料的拌和温度减低30℃，改性沥青混合料的CO2排量将削减13%，普通沥青混合料CO2排量削减14%。然而，节能减排型沥青混合料的应用，不仅能达到传统的热拌沥青混合料的性能指标，且适宜低温施工，还具有节能减排，生态环保等显著优点。
节能减排型沥青混合料，可以降低沥青混合料对环境温度的要求，增加年施工时间，且具有更好的压实功能，延长路面使用寿命，为安全行车提供有效保障；采用节能减排型沥青混合料，还可以节约大量的燃油，减少温室气体的排放，则可减少环保开支，经济效益更加显著；另外，应用节能减排型沥青混合料对于我国建立节约型社会也具有良好的社会效益，可减少二氧化碳的排放，同时一氧化碳、三氧化硫和氧化氮等有毒气体也将大大减少，对于节约社会资源，环境保护都有极其重要的现实意义。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：针对现有热拌沥青混合料的制备技术，提出一种新的节能减排型沥青混合料及其制备方法，减少环境污染。
本发明的技术方案是这样实现的，制备成一种节能减排型沥青混合料，由以下重量百分比的组分构成：
沥青 5～6%
碎石集料 83～88.5%
石灰岩矿粉 6～11%；
其中，所述碎石集料分为如下四种粒径规格组成：0～2.36mm、2.36～4.75mm、4.75～9.5mm以及9.5～16mm，各档的比例为：22.00～32.00% ：4.00～17.00% ：30.00～42.00% ：10.00～27.00%。
按上述比例制备节能减排型沥青混合料，步骤如下：
步骤一：将碎石集料按比例加入石灰岩矿粉，加热至145±5℃后，干拌10s;
步骤二：将沥青加入发泡设备，制备发泡沥青，加热温度为140±5℃；
步骤三：发泡沥青按比例添加至步骤一的混合物中继续搅拌40s，搅拌温度为130±5℃，得到节能减排型沥青混合料。
传统的热拌沥青混合料是由烘干的骨料、加热的沥青、矿粉等材料按照配合比设计的比例，采用分批投料的方式，通过搅拌塔内的强制搅拌器拌和而成。由于沥青的加热温度基本恒定，热拌沥青混合料出料温度由骨料加热温度来进行控制，骨料加热温度为180℃～200℃，才能保证沥青混合料出料温度在160℃～170℃之间，从而实现沥青混合料的正常摊铺碾压，保证路面的施工质量，这一过程需要消耗大量的燃油，从而也会带来温室气体的排放，同时，过高的拌和温度，也导致沥青混合料中挥发物增加，俗称沥青烟，不仅不利于施工人员的健康，而且对沥青的耐久性能也会降低。
而节能减排型沥青混合料，则是在热拌沥青混合料的设备上，添置沥青发泡设备，在沥青混合料热拌生产过程中使沥青充分发泡，胶结料以泡沫沥青的形式喷入拌缸与集料拌和成沥青混合料，泡沫沥青比沥青粘度降低，和易性增加，可以在较低的温度下充分裹覆集料，降低沥青混合料的拌和温度，实现沥青发泡温拌混合料生产。生产的沥青混合料能满足正常的摊铺要求，且混合料温度大约比热拌沥青混合料低约30℃，同时减少了温室气体的排放。
本发明的节能减排型沥青混合料是将发泡温拌技术在沥青路面中的推广应用，旨在将发泡温拌技术引入到沥青混合料的生产中，降低沥青混合料的生产与施工温度，节约燃油消耗，减少沥青混合料生产过程中温室气体和有害气体排放，具有良好的经济效益和社会效益。
附图说明
图1是各实施例的高温性能试验对比图。
图2是各实施例低温抗裂性能试验对比图。
图3是各实施例浸水马歇尔试验对比图。
图4是各实施例冻融劈裂试验对比图。
具体实施方式
本发明是通过温拌发泡沥青来制备节能减排型沥青混合料，降低制备温度，减少能源的消耗及温室气体的排放。通过以下实施例进一步说明本发明的技术方案。
实施例一 制备SMA-13温拌发泡沥青混合料
1.材料准备：
沥青，采用改性沥青，本实施例采用的为江苏宝利沥青股份有限公司生产的SBS改性沥青。
碎石集料，又称骨料。沥青混凝土的主要组成材料之一,主要起骨架作用和减小由于胶凝材料在凝结硬化过程中干缩湿胀所引起的体积变化，同时还作为胶凝材料的廉价填充料。有天然集料和人造集料之分，前者如碎石、卵石、浮石、天然砂等；后者如煤渣、矿渣、陶粒、膨胀珍珠岩等。本实例所采用石料为筛分碎石，按照常用的分档要求对碎石集料进行分档，本实施例采用的分档为：0～2.36mm、2.36～4.75mm、4.75～9.5mm以及9.5～16mm，各档的比例为：22.50% ：11.30% ：40.10% ：26.10%，加入时为同时加入。
石灰岩矿粉，主要成分为碳酸钙，要求采用石灰岩加工的石灰岩矿粉。
沥青 5.6%
碎石集料 83.4%
石灰岩矿粉 11%
2.将上述材料按以下步骤制备节能减排型沥青混合料：
步骤一：将碎石集料按比例加入石灰岩矿粉，加热至145±5℃后，干拌10s;
步骤二：将沥青加入发泡设备，制备发泡沥青，加热温度为140±5℃；
步骤三：发泡沥青按比例添加至步骤一的混合物中继续搅拌40s，搅拌温度为130±5℃，得到节能减排型沥青混合料。
实施例二 制备AC-13温拌发泡沥青混合料
1.材料准备：
沥青，采用改性沥青，本实施例采用的为江苏宝利沥青股份有限公司生产的SBS改性沥青。
碎石集料，按照常用的分档要求对碎石集料进行分档，本实施例采用的分档为：0～2.36mm、2.36～4.75mm、4.75～9.5mm以及9.5～16mm，各档的比例为：28.30% ：15.20% ：30.40% ：26.10%，加入时为同时加入。
石灰岩矿粉，主要成分为碳酸钙，要求采用石灰岩加工的石灰岩矿粉。
沥青 5.3%
碎石集料 88.7%
石灰岩矿粉 6%
2.将上述材料按以下步骤制备节能减排型沥青混合料：
步骤一：将碎石集料按比例加入石灰岩矿粉，加热至145±5℃后，干拌10s;
步骤二：将沥青加入发泡设备，制备发泡沥青，加热温度为140±5℃；
步骤三：发泡沥青按比例添加至步骤一的混合物中继续搅拌40s，搅拌温度为130±5℃，得到节能减排型沥青混合料。
实施例三 制备SUP-13温拌发泡沥青混合料
1. 材料准备：
沥青，采用改性沥青，本实施例采用的为南通通沙沥青科技有限公司生产的SBS改性沥青。
碎石集料，按照常用的分档要求对碎石集料进行分档，本实施例采用的分档为：0～2.36mm、2.36～4.75mm、4.75～9.5mm以及9.5～16mm，各档的比例为：31.10% ：16.50% ：41.60% ：10.80%，加入时为同时加入。
石灰岩矿粉，主要成分为碳酸钙，要求采用石灰岩加工的石灰岩矿粉。
沥青 5.5%
碎石集料 88.5%
石灰岩矿粉 6%
2.将上述材料按以下步骤制备节能减排型沥青混合料：
步骤一：将碎石集料按比例加入石灰岩矿粉，加热至145±5℃后，干拌10s;
步骤二：将沥青加入发泡设备，制备发泡沥青，加热温度为140±5℃；
步骤三：发泡沥青按比例添加至步骤一的混合物中继续搅拌40s，搅拌温度为130±5℃，得到节能减排型沥青混合料。
a.高温性能分析
沥青混合料在行车荷载的重复作用下，会由于永久变形的累积而导致路表面出现车辙。车辙，是沥青路面的主要损坏现象之一。从我国沥青路面的破坏现象分析来看，在各类破坏现象中，车辙问题尤其严重。在其它发达国家，如美国、法国、比利时、日本等国，高速公路路面翻修或罩面的原因中，车辙占到80%以上。传统的方法是在实验室采用马歇尔稳定度这一强度指标来预估沥青路面的车辙，但很多的研究结果表明，马歇尔稳定度和路面实际使用性能相关性不好，难以建立起和路面性能指标的相关关系，而且其随材料和级配的变化较大。车辙试验是采用一个小型车轮在沥青混合料板块状试件上进行往复行走，从而使板块试件形成辙槽，并通过测定车轮荷载作用次数与板块试件变形的关系，得出变形速率或动稳定度，作为沥青混合料抗永久变形性能指标。该试验方法比较直观，对沥青路面车辙形成过程的模拟性好，操作简单，容易为工程上所接受，为此，本发明采用车辙试验作为节能减排型沥青混合料高温稳定性的评价方法。结果见图1。
b.低温抗裂性分析
通常认为裂缝是沥青路面的主要缺陷之一，初期产生的裂缝对行车一般无明显的影响，但随着表面雨水或露水的侵入，在大量行车荷载反复作用下，导致路面强度明显降低，产生冲刷和唧泥现象，使裂缝加宽，裂缝两侧的沥青面层碎裂，开裂后的路面可能折断成更小尺寸的板并发生龟甲状疲劳开裂；裂缝逐年加宽，边缘碎裂，使路面平整度明显下降，车辆通过时将产生明显的振动，影响沥青路面的使用性能，并加速沥青路面的破坏。采用低温小梁弯曲试验来研究沥青混合料的低温性能，通过规定温度和加载速率时混合料弯曲破坏的力学参数——破坏弯拉应变来评价沥青混合料的低温抗裂性能，试验温度-10℃。结果见图2。由低温弯曲试验结果可知，在低温条件下，节能减排型沥青混合料的破坏弯拉应变满足规范要求，能够满足规范沥青混合料低温性能的要求。
c.抗水损害性能分析
水损害是沥青路面的主要病害之一。水损害是沥青路面在水或冻融循环的作用下，由于车辆动态荷载的作用，进入路面空隙中的水不断产生动水压力或真空负压抽吸的反复循环作用，水分逐渐渗入到沥青与碎石集料的界面上，使沥青粘附性降低并逐渐丧失粘结力，沥青从碎石集料表面剥离，混合料掉粒、松散，继而形成沥青路面的坑槽、推挤变形等损坏现象。除了荷载及水分供给条件等外在因素外，沥青混合料的抗水损害能力是决定路面水稳定性的根本因素。
本发明采用冻融劈裂试验T0729和浸水马歇尔试验T0709共同评价节能减排型沥青混合料抗水损害性能，结果见图3和图4. 节能减排型沥青混合料的冻融劈裂强度比和浸水马歇尔残留稳定度，在正常的实验波动范围内，说明节能减排型沥青混合料的水稳定性仍满足规范要求。
各实施例的主要性能指标试验结果见表1，分析结果附后。
表1 节能减排型沥青混合料不同级配混合料的性能试验结果
| 类 型 | 浸水马歇尔残留稳定度S0，% | 冻融劈裂强度比，% | 动稳定度，次 | 低温小梁弯曲应变（-10℃），με |
| 实施例一 | 88.9 | 91.4 | 4311 | 2513 |
| 实施例二 | 89.0 | 89.3 | 4185 | 2631 |
| 实施例三 | 89.4 | 88.6 | 4230 | 2418 |
结果分析：
节能减排型沥青混合料的高温稳定性能、低温抗裂性、水稳定性均能满足规范要求。
以上结果，说明书附图中的对比实例与表格中的对比实例是相吻合的。
除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。
Claims (2)
1.一种节能减排型沥青混合料，其特征在于由以下重量百分比的组分构成：
温拌发泡沥青 5～6%
碎石集料 83～88.5%
石灰岩矿粉 6～11%;
所述碎石集料分为如下四种粒径规格组成：0～2.36mm、2.36～4.75mm、4.75～9.5mm以及9.5～16mm，各档的比例为：22.00～32.00% ：4.00～17.00% ：30.00～42.00% ：10.00～27.00%;所述石灰岩矿粉粒径的要求为0.6mm筛孔的通过率100%，0.15mm筛孔的通过率大于90%，0.075mm筛孔的通过率大于75%。
2.根据权利要求1所述节能减排型沥青混合料的制备方法，包括以下步骤：
步骤一：将碎石集料按比例加入石灰岩矿粉，加热至145±5℃后，干拌10s;
步骤二：将沥青加入发泡设备，制备温拌发泡沥青，加热温度至140±5℃；
步骤三：将步骤二制备好的温拌发泡沥青按比例添加至步骤一的混合物中继续搅拌40s，搅拌温度为130±5℃，得到节能减排型沥青混合料。
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2013
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