CN107805005A - 一种泡沫沥青温拌橡胶改性沥青混合料及制备方法和施工方法 - Google Patents

一种泡沫沥青温拌橡胶改性沥青混合料及制备方法和施工方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种泡沫沥青温拌橡胶改性沥青混合料的制备方法，包括：步骤1，对橡胶改性沥青进行机械发泡处理，制备得到泡沫橡胶改性沥青；步骤2，对集料进行筛分，取所需级配的粗集料和细集料；步骤3，将选取的集料混合，加入矿粉以及泡沫橡胶改性沥青，搅拌均匀，得到目标产物。充分发挥橡胶沥青路面良好的路用性能，改善上述生产施工问题、劳动保护及环境保护问题，使橡胶沥青混合料能够在相对较低的温度下拌和与施工，改善橡胶沥青混合料的施工性能，有效降低生产过程中的能源消耗，减少温室气体、沥青烟的排放量，大大降低橡胶沥青混合料生产施工产生二次污染。本发明还公开了这种泡沫温拌橡胶改性沥青混合料以及施工方法。

Description

一种泡沫沥青温拌橡胶改性沥青混合料及制备方法和施工 方法
技术领域
本发明涉及道路工程技术领域，尤其涉及一种泡沫沥青温拌橡胶改性沥青混合料以及，该混合料的制备方法和施工方法。
背景技术
长期以来，废旧轮胎的处理一直是环境保护的世界性难题，轮胎是一种难以降解的高分子化工材料，无论堆放、填埋还是焚烧都将产生新的污染。将废旧轮胎加工成胶粉在沥青路面结构中应用，是世界上公认的环保再生利用的手段之一。目前欧美国家有50％的路面都采用了橡胶沥青技术，成为改善道路性能、有效利用废旧轮胎解决环境污染的最佳选择。将橡胶沥青应用于道路工程中，能提高沥青混合料路用性能。橡胶沥青混合料具有优良的高温稳定性、低温抗裂性能、抗老化性能、抗疲劳性能，可以延缓反射裂缝、延长路面使用寿命。同时，橡胶沥青路面的抗滑性能好，有行车舒适、减轻行车噪音等优点。
虽然橡胶沥青路面表现出良好的路用性能，但是传统的热拌橡胶沥青混合料生产施工中仍存在以下一些问题：
(1)在橡胶沥青混合料生产和施工过程中，会产生较大的气味和烟尘挥发，施工作业环境较差，对施工人员和现场的环境产生一定的影响。有报告显示，拌和温度的提高是影响挥发量增加的主要因素，受胶粉影响较少。
(2)由于橡胶沥青混合料生产施工温度较高，与普通沥青混合料相比，生产过程燃料消耗较大。
(3)由于橡胶沥青混合料的粘度较大，为了保证混合料的施工性能，需要在较高的温度下施工，在碾压时仍有混合料粘轮的现象。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明的目的之一是提供了一种泡沫沥青温拌橡胶改性沥青混合料制备方法，本发明的目的之二是提供一种按照上述制备方法生产的泡沫温拌橡胶改性沥青混合料，本发明的目的之三是提供了一种泡沫沥青温拌橡胶改性沥青混合料的施工方法。
为了实现上述目的，本发明的技术方案为：
一种泡沫沥青温拌橡胶改性沥青混合料的制备方法，该方法包括如下操作步骤：
步骤1，对橡胶改性沥青进行机械发泡处理，制备得到泡沫橡胶改性沥青；
步骤2，对集料进行筛分，取所需级配的粗集料和细集料；
步骤3，将选取的集料混合，加入矿粉以及所述步骤1中制备的泡沫橡胶改性沥青，搅拌均匀，得到目标产物。
进一步，先将所述橡胶改性沥青加热至170～180℃，加水后机械发泡。
进一步，发泡用水量占所述橡胶改性沥青用量的1～1.5％的质量比。
进一步，发泡用水的温度为常温水。
进一步，所述步骤3中的搅拌温度为130～170℃。
进一步，拌合站生产时，沥青发泡装置的控制系统中设定加水的时间比加入橡胶改性沥青的时间延时为1s～2s。
进一步，在所述拌合站生产时，每盘湿拌时间控制为32s～36s。
按照上述步骤制备的泡沫温拌橡胶改性沥青混合料，各组分质量百分比如下：5％～7％橡胶改性沥青、85％～89％集料和6％～10％矿粉。
进一步，所述矿料包括：粒径为9.5-13.2mm的1#料、粒径为4.75-9.5mm的2#料、粒径为0-4.75mm的3#料和矿粉。
进一步，所述矿料中1#料、2#料、3#料和矿粉的质量配比范围为29～38∶30～40∶15～25∶6～10。
上述的泡沫温拌橡胶改性沥青混合料的施工方法，混合料的摊铺温度不低于140℃，摊铺机保持均速摊铺。
进一步，压路机以均匀的速度碾压，初压采用钢轮压路机静压2～3遍，复压采用钢轮压路机振压4～5遍或轮胎压路机碾压3～4遍，终压采用钢轮压路机静压2～3遍；初压的温度不低于140℃，终压结束温度不低于90℃。
本发明是采用泡沫沥青温拌工艺拌制橡胶沥青混合料，橡胶改性沥青遇水膨胀生成泡沫沥青，形成的沥青暂时体积增加，黏度减少，可以在较低温度下充分裹覆集料，增加其和易性，使得热拌橡胶改性沥青混合料拌和温度从175～185℃降低到150℃～160℃左右，并在较低温度下摊铺和碾压，降低了橡胶改性沥青的老化程度，提高了混合料的路用性能，改善了生产施工作业环境，降低烟尘排放50％～60％，并能够减低成本7～10元/吨，节能率30％以上，效益显著，适合大规模的生产和施工使用。不但可以充分发挥橡胶沥青路面良好的路用性能，还能有效改善上述生产施工问题、劳动保护及环境保护问题，使橡胶沥青混合料能够在相对较低的温度下拌和与施工，改善橡胶沥青混合料的施工性能，有效降低生产过程中的能源消耗，减少温室气体、沥青烟的排放量，大大降低橡胶沥青混合料生产施工产生二次污染。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
一、泡沫沥青温拌橡胶改性沥青混合料室内试验制备方法：
1.准备工作
(1)提前做好沥青发泡试验机的检查和标定工作，使设备能够准确计量泡沫沥青用量及发泡用水量。
(2)将沥青发泡试验机通水，按照试验确定的发泡用水量调节水的流量。
(3)将沥青发泡试验机中的沥青罐提前预热10分钟，然后将加热至170℃～180℃温度的橡胶改性沥青放入沥青罐中，开启保温键，待沥青温度恒定在设定温度。
2.泡沫沥青温拌橡胶改性混合料的制备
(1)加热石料：对石料进行加热，加热温度一般比混合料的拌和温度高10℃～20℃，加热好的石料放入预热好的拌和锅进行干拌。
(2)用拌铲将干拌后的石料拉成一斜面，露出拌锅底部。
(3)将橡胶改性沥青在试验确定的发泡温度下进行发泡，泡沫橡胶改性沥青经由发泡仓的喷口喷入拌锅内。应保证喷入至拌锅内的泡沫橡胶改性沥青用量与按照混合料最佳油石比计算的泡沫橡胶改性沥青用量严格一致。
(4)下降搅拌桨，使叶片插入混合料中开始拌和，拌和时间约为1min～1.5min。
(5)暂停拌和，略微升起搅拌桨，倒入矿粉(不加热)，继续拌和至混合料均匀为止，总拌和时间不超过3min。
3.泡沫沥青温拌橡胶改性混合料马歇尔试件成型方法
(1)将拌制好的泡沫沥青温拌橡胶改性混合料放在烘箱中保温2h。
(2)从烘箱中取出预热的试模及套筒，将混合料装入试模，插捣后将表面整平。
(3)插入温度计至混合料中心附近，检查混合料温度。
(4)待混合料温度符合要求的击实温度后，进行击实成型试件。击实温度一般比拌和温度降低10℃。
二、泡沫沥青温拌橡胶改性混合料配合比设计方法：基于马歇尔的等体积配合比设计方法
设计流程：
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。本发明泡沫沥青温拌橡胶改性沥青混合料包括质量百分数如下各组分：5％～7％橡胶改性沥青，85％～89％集料，6％～10％矿粉。
2.确定沥青的最佳发泡条件。
(1)进行橡胶改性沥青发泡试验，检测泡沫橡胶改性沥青的膨胀率和半衰期，将这两项指标作为确定橡胶改性沥青最佳发泡条件的主要指标。本发明橡胶改性沥青的发泡温度为170℃～180℃，发泡用量为1％～1.5％。
3.拌制泡沫沥青温拌橡胶改性沥青混合料。
将橡胶改性沥青在试验确定的最佳发泡条件下进行发泡，生成泡沫橡胶改性沥青，并按上述试验方法拌制泡沫沥青温拌橡胶改性沥青混合料。
4.确定成型温度。
(1)在130℃～170℃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，即为泡沫沥青温拌混合料的最佳击实成型温度。一般来说，泡沫沥青温拌混合料与热拌沥青混合料两者的空隙率差异以不超过0.5个百分点为宜。
5.配合比设计检验。
配合比设计完成后，应对泡沫沥青温拌橡胶改性沥青混合料的各项路用性能进行检验，对于不符合要求的混合料，必须更换材料或重新进行配合比设计。
三、泡沫沥青温拌橡胶改性沥青混合料拌合站生产：
1.在沥青拌合设备上安装沥青发泡装置，使其具备制备泡沫沥青的能力。
2.在泡沫沥青温拌橡胶改性沥青混合料生产前，需调试沥青发泡装置的加水控制参数，发泡用水量按橡胶改性沥青用量的1％～1.5％进行控制。首先，根据配合比中的沥青用量计算每盘混合料的发泡用水量；之后，通过发泡装置的控制系统采集沥青喷射的起止信号，标定每盘橡胶沥青的喷射时间；然后，在控制系统中设定加水的延时时间为1s～2s，并根据发泡用水量及加入时间计算并设定加入水的流量。通过控制系统使水与橡胶沥青同步加入沥青发泡管内，以保证橡胶沥青在发泡管内均匀发泡，最终以泡沫橡胶沥青的形态喷入拌缸与集料进行拌和。
生产拌和时，水的流量与发泡用水量可按下式进行换算。
式中：Q——水的流量，L/min；
A——拌和机拌制的每盘沥青混合料中矿料的质量，kg；
Pa——沥青混合料的油石比，％；
ω——室内试验确定的最佳沥青发泡用水量，％；
t——沥青喷射时间，s。
3.拌和温度控制
泡沫沥青温拌橡胶沥青混合料拌和生产时各环节的温度进行严格控制。橡胶沥青加热温度为175～190℃，集料加热温度为160～180℃，混合料出场温度150～160℃，混合料温度超过210℃时应废弃。
当气温较低或刚开机拌和时，为了保证出料温度，集料的加热温度可提高至180～200℃；在生产几盘料后，根据出料温度情况再适当降低集料加热温度至160～180℃之间。
4.拌和时间控制
橡胶沥青发泡后粘度降低，使得混合料易于拌和均匀，湿拌时间控制为32s～36s，每盘混合料的生产周期比可热拌减少4～8s，提高了拌和设备的生产能力。
四、泡沫沥青温拌橡胶改性沥青混合料施工：
1.运输：采用带有自动保温盖的沥青混合料专用保温运输车，车辆四壁均设有保温层，拌和站至施工现场的运输时间约为25分钟，混合料在运输过程中的温降约为2℃。逐车检测橡胶沥青混合料的到场温度，不得低于145℃。
2.摊铺：采用机械摊铺方式。摊铺机开始摊铺前提前预热1h，熨平板温度不低于120℃。控制温拌橡胶沥青混合料的摊铺温度不低于140℃，摊铺机保持均速摊铺。
3.碾压：压路机应以慢而均匀的速度碾压，初压采用钢轮压路机静压2～3遍，不宜超过3遍；复压采用钢轮压路机振压4遍，不宜超过5遍；或轮胎压路机碾压3～4遍，不宜超过4遍；终压采用钢轮压路机静压2～3遍，不宜超过3遍。对于大型压路机难于碾压的部位，宜采用小型振动压路机或振动夯板做补充碾压。控制开始碾压的温度不低于140℃，终压结束温度不低于90℃。
下面以温拌AR-AC13橡胶改性沥青混合料为例，详细说明
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。
(1)原材料
橡胶改性沥青采用70号基质沥青，掺加25％细度为40目胶粉现场加工而成。集料为10～15mm和5～10mm的玄武岩以及0～5mm机制砂，集料各项指标均符合《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40-2004)的要求。
(2)混合料配合比
采用马歇尔试验配合比设计方法，进行热拌AR-AC13配合比设计。首先确定AR-AC13的矿料合成级配，然后按照《公路沥青路面施工技术规范》JTGF40-2004的规定，根据经验，初选3组油石比，分别为：5.5％、6.0％、6.5％，室内拌和橡胶沥青混合料，拌和温度为180℃，马歇尔试件采用双面各击实75次成型，击实温度为170℃，养护后进行马歇尔试验，根据各项指标确定热拌橡胶沥青混合料的最佳油石比。
热拌AR-AC13配合比
其最佳油石比下马歇尔试验结果见下表：
AR-AC13最佳油石比下马歇尔试验结果
温拌橡胶改性沥青混合料采用与热拌橡胶沥青混合料相同的矿料级配和最佳沥青用量。对于温拌沥青混合料击实温度的设计，参照普通热拌沥青混合料马歇尔制作温度，以10℃为一个温度阶梯，分别在120℃、130℃、140℃、150℃和160℃下双面各击实75次成型马歇尔试件。温拌橡胶沥青混合料的的加热温度为155±5℃。检测试件的体积参数如下表所示。
不同温度成型的温拌AR-AC13马歇尔体积参数
温拌橡胶改性沥青混合料击实温度在140℃和150℃时空隙率与热拌橡胶沥青混合料空隙率相近，但在150℃时温拌橡胶沥青混合料的矿料间隙率不满足规范要求，因此根据与普通热拌沥青混合料相同或相近的空隙率最终确定出泡沫温拌沥青混合料的最佳击实成型温度为140℃，拌和温度为150℃。热拌橡胶沥青混合料的成型温度为170℃，拌和温度为180℃，因此温拌橡胶沥青混合料的降温幅度达到30℃，起到了明显的节能降耗效果。
进行温拌橡胶沥青混合料路用性能检验，试验结果见下表。
温拌AR-AC13最佳油石比下路用性能试验结果
2温拌AR-AC13橡胶改性沥青混合料生产
(1)加水量控制
在泡沫沥青温拌橡胶沥青混合料生产前，需调试沥青发泡装置的加水控制参数，发泡用水量按橡胶沥青用量的1％～1.5％进行控制。首先，根据配合比中的沥青用量计算每盘混合料的发泡用水量；之后，通过发泡装置的控制系统采集沥青喷射的起止信号，标定每盘橡胶沥青的喷射时间；然后，在控制系统中设定加水的延时时间为1s～2s，并根据发泡用水量及加入时间计算并设定加入水的流量。通过控制系统使水与橡胶沥青同步加入沥青发泡管内，以保证橡胶沥青在发泡管内均匀发泡，最终以泡沫橡胶沥青的形态喷入拌缸与集料进行拌和。
本实施例采用3000型搅拌设备，油石比为6.3％，室内试验确定的最佳沥青发泡用水量1.5％，沥青喷射时间为12s，计算得到要求的水的流量为：
(2)拌和温度控制
采用泡沫沥青温拌工艺拌制橡胶沥青混合料时，生产过程中对各环节的温度按照下表进行控制。
温拌AR-AC13生产过程温度控制
(3)拌和时间控制
在采用热拌工艺拌制橡胶沥青混合料时，湿拌时间一般控制在36～40s。而橡胶沥青发泡后粘度降低，使得混合料易于拌和均匀，湿拌时间控制为32s，每盘混合料的生产周期比可热拌减少4～8s，提高了拌和设备的生产能力。通过加强生产过程中以上各环节的控制，拌和的温拌泡沫橡胶沥青混合料非常均匀，没有花白料、离析等现象。由于降低了混合料的生产拌和温度，使得沥青烟的排放明显减小，橡胶沥青刺鼻的气味也明显减弱，生产作业环境得到显著改善。
(4)生产能耗
温拌工艺最显著的经济效益就是节能，温拌橡胶改性沥青混合料的出料温度为150℃～160℃。经过对拌和设备燃气消耗情况的总结，生产橡胶改性沥青混合料的耗气量平均为5.0～5.3m3/t。采用热拌工艺生产橡胶改性沥青混合料时，耗气量平均为7.5～8.0m3/t，温拌工艺的节能率30％以上。
3温拌AR-AC13橡胶改性沥青混合料试验路施工
(1)运输
采用带有自动保温盖的沥青混合料专用保温运输车，车辆四壁均设有保温层，拌和站至施工现场的运输时间约为25分钟，混合料在运输过程中的温降约为2℃。逐车检测橡胶沥青混合料的到场温度，不得低于145℃。
(2)摊铺
温拌橡胶沥青混合料的摊铺工艺与热拌混合料相同。黄河路改造提升工程行车道宽24m，分两幅进行摊铺，中间为冷接缝，每幅为两台摊铺机联合摊铺。摊铺机开始摊铺前提前预热1h，熨平板温度不低于120℃。控制温拌橡胶沥青混合料的摊铺温度不低于140℃，摊铺机保持均速摊铺。摊铺过程中，摊铺机周围无明显的沥青烟和刺鼻的气味，基本实现了无烟化施工，环境温度也比热拌明显降低，施工作业环境有明显改善。
(3)碾压
钢轮的振动碾压和轮胎的搓揉作用对温拌橡胶沥青混合料的压实至关重要，采用的碾压组合为2台HD130型双钢轮压路机和2台26T轮胎压路机，1台DD24小型双钢轮压路机，1台三轮压路机。控制开始碾压的温度不低于140℃，初压采用双钢轮压路机静压1遍，尽可能紧跟摊铺机，慢速均匀碾压，然后采用振动压路机高频低幅振动碾压2遍，前进振动碾压，倒退时关闭振动；复压采用胶轮压路机碾压2～3遍，碾压前在胶轮上涂抹植物油；终压采用双钢轮压路机关闭振动静压2遍，终压结束温度不低于90℃。
混合料碾压过程中，未出现混合料粘轮的现象，碾压后路表面纹理较好。由于采用泡沫沥青温拌工艺拌制的橡胶沥青混合料的粘度降低了，混合料和易性得到改善，在降低混合料的压实温度的情况下，仍易于碾压密实，压实度均达到规范要求的96％以上。碾压后的路面外观均匀，与热拌橡胶沥青路面相似，具有良好的外观效果和构造深度。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (12)

1.一种泡沫沥青温拌橡胶改性沥青混合料的制备方法，其特征在于，该方法包括如下操作步骤：
步骤1，对橡胶改性沥青进行机械发泡处理，制备得到泡沫橡胶改性沥青；
步骤2，对集料进行筛分，取所需级配的粗集料和细集料；
步骤3，将选取的集料混合，加入矿粉以及所述步骤1中制备的泡沫橡胶改性沥青，搅拌均匀，得到目标产物。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤1中，先将所述橡胶改性沥青加热至170～180℃，加水后机械发泡。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，发泡用水量占所述橡胶改性沥青用量的1～1.5％的质量比。
4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，发泡用水的温度为常温水。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述步骤3中的搅拌温度为130～170℃。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，拌合站生产时，沥青发泡装置的控制系统中设定加水的时间比加入橡胶改性沥青的时间延时为1s～2s。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，在所述拌合站生产时，每盘湿拌时间控制为32s～36s。
8.按照权利要求1中所述的制备方法生产的泡沫温拌橡胶改性沥青混合料，其特征在于，各组分质量百分比如下：5％～7％橡胶改性沥青、85％～89％集料和6％～10％矿粉。
9.根据权利要求8所述的混合料，其特征在于，所述矿料包括：粒径为9.5-13.2mm的1#料、粒径为4.75-9.5mm的2#料、粒径为0-4.75mm的3#料和矿粉。
10.根据权利要求9所述的混合料，其特征在于，所述矿料中1#料、2#料、3#料和矿粉的质量配比范围为29～38∶30～40∶15～25∶6～10。
11.基于权利要求9所述的混合料的施工方法，其特征在于，混合料的摊铺温度不低于140℃，摊铺机保持均速摊铺。
12.根据权利要求11所述的施工方法，其特征在于，压路机以均匀的速度碾压，初压采用钢轮压路机静压2～3遍，复压采用钢轮压路机振压4～5遍或轮胎压路机碾压3～4遍，终压采用钢轮压路机静压2～3遍；初压的温度不低于140℃，终压结束温度不低于90℃。
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