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查看更多>沥青温拌剂厂家带你看水发泡沥青温拌剂性能试验研究
发布于：2019年04月11日
来源：www.fuhai360.com
[摘要]传统的热拌沥青混合料HMA，不管是生产和摊铺温度都比较高，一般在160℃以上，高温生产不但耗费大量的能源和热量，同时排放有害气体和粉尘，影响施工人员的身体健康。因此如何达到节能减排的效果是当下施工生产亟待解决的问题。沥青温拌剂技术很好地解决了这一问题。
传统的热拌沥青混合料HMA，不管是生产和摊铺温度都比较高，一般在160℃以上，高温生产不但耗费大量的能源和热量，同时排放有害气体和粉尘，影响施工人员的身体健康。因此如何达到节能减排的效果是当下施工生产亟待解决的问题。
研究方法
自主研发了一套沥青发泡装置并且已申请国家发明专利，分别用70号基质沥青和SBS改性沥青进行发泡，对沥青发泡前后的针入度、软化点、布氏旋转黏度和DSR流变性能等进行研究评价，寻找发泡沥青的降温机理。用发泡沥青拌和成型沥青混合料，确定水发泡温拌沥青混合料的降温幅度。
沥青
本研究采用70号基质沥青和SBS改性沥青，依据《公路沥青路面施工技术规范与《公路工程沥青及沥青混合料试验规程对两种沥青进行性能检测。
发泡设备
试验采用自主研发的室内沥青发泡设备。室内沥青发泡设备的控制参数主要有4个，分别是沥青发泡温度、发泡用水量、发泡用气压和沥青发泡量，这些参数都可实现自动控制。，发泡所用气压由空压机提供，保证气压不低于100bar，发泡温度可调节，发泡用水量在1%~2%之间可调，单次发泡量可调。
沥青发泡效果
分别对70号基质沥青和SBS改性沥青进行水发泡试验，普通沥青发泡温度设定为155℃~160℃，改性沥青发泡温度设定为165℃~170℃。发泡用水量分别采用1.0%、1.5%和2.0%。用膨胀率和半衰期来评价泡沫沥青的发泡效果，膨胀率是指沥青发泡后体积和发泡前的体积比，半衰期是指从沥青发泡体积膨胀至最大后衰减一半经历的时间。
可以得出，随着用水量的提高，70号普通基质沥青发泡后膨胀率增长，半衰期下降，用水量从1.0%提高到1.5%，膨胀率从3.3增长到5.0，增长了51.5%；用水量从1.5%提高到2.0%，膨胀率提高了16.0%；随着用水量的提高，半衰期则呈现降低趋势，用水量从1.0%提高到1.5%，半衰期降低了16.6%。用水量从1.5%提高到2.0%，半衰期降低了12.6%。
可知，改性沥青和70号普通基质沥青的发泡效果相似，在170℃的发泡温度下，随着发泡用水量的提高，膨胀率增长，半衰期降低，从1.0%的发泡用水量到1.5%，膨胀率提高50.0%，半衰期降低21.1%，发泡用水量从1.5%提升到2.0%，膨胀率提高了22.2%，半衰期降低了16.3%。
可以看出，沥青发泡后针入度有所增加，且随着发泡用水量的增加，沥青的针入度均呈现增长趋势，在1.0%、1.5%和2.0%的用水量下，70号普通基质沥青针入度分别增加了3.5%、5.7%、6.4%。SBS改性沥青针入度分别增加了2.6%、4.5%、5.5%。
软化点
可以看出，随着发泡用水量的增加，沥青的针入度均呈现降低趋势，在1.0%、1.5%和2.0%的用水量下，70号基质沥青软化点分别降低了4.6%、5.7%、6.5%，SBS改性沥青软化点分别降低了3.6%、5.9%、6.7%。
试验采用NDJ-1C型布氏旋转粘度计，本试验选用美国SHRP方法测定沥青的表观黏度。基质沥青采用27号转子，转速设置为50r/min，改性沥青采用28号转子，转速设置为20r/min。
可知，随着试验温度的升高，旋转黏度值均呈现下降趋势。在同样的试验温度下，随着发泡用水量的增加，旋转黏度值略微下降，在120℃试验温度下，发泡用水量为1.0%、1.5%和2.0%时，布氏旋转黏度值分别降低了6.7%、12.9%、15.6%。
可知，随着试验温度的升高，旋转黏度值均呈现下降趋势。在同样的试验温度下，随着发泡用水量的增加，旋转黏度值逐渐下降，在120℃试验温度下，发泡用水量为1.0%、1.5%和2.0%时，布氏旋转黏度值分别降低了8.5%、17.0%、18.1%。
DSR流变性能
为了更好地评价水发泡对沥青性能的影响，根据美国Superpave沥青胶结料试验规范对普通基质沥青和SBSI-D改性沥青发泡前后进行DSR性能测试对比。
动态剪切流变仪为平板式测试仪器，将沥青试样置于上下两个平行的金属板之间，上面的平行板在传动轴的带动下进行旋转，测定出结合料的复数剪切模量G＊和相位角δ等。G＊表征材料在受到重复剪切变形时的总阻力，由弹性(可恢复)部分G1和黏性(不可恢复)部分G2组成；而δ是两种性能的一个相对指标，测出的δ越小，则材料越接近于弹性体，相反情况下越接近于黏性体。
试验采用应变值γ=12%，试验频率ω=10rad/s，约等于1.59Hz。试验温度52℃、58℃、64℃、70℃、76℃、82℃和88℃，试验平行板直径为25mm，厚度为1mm。
可以得出，沥青发泡后，复数剪切模量G＊、弹性可恢复部分G1和黏性不可恢复部分G2均有所降低，且改性沥青降低的更明显。分析原因可能是由于沥青发泡引入了许多微泡均匀分布在沥青当中，起到润滑、滚珠作用，在一定程度上改变了胶结料的物理性能。
水发泡温拌沥青混合料
以AC-20C沥青混合料为例，设计目标空隙率为4.5%，沥青混合料配合比设计得出最佳沥青含量为4.2%，70号基质沥青的最佳击实温度在145℃附近，SBS改性沥青为在165℃附近。两种水发泡沥青混合料分别采用不同的击实温度成型。
可以看出70号普通基质沥青和SBS改性沥青发泡后，混合料得最佳击实温度分别在130℃和150℃左右，实现降温15℃左右。
结语
(1)自主研发了一套沥青发泡设备，普通沥青在160℃发泡，改性沥青在170℃发泡，分别研究了在1.0%、1.5%和2.0%发泡用水量下的发泡膨胀率和半衰期，得出各自随发泡用水量变化的膨胀曲线和衰减曲线。当发泡用水量变化时，膨胀率和半衰期的变化呈现反比关系，且变化的幅度大致相同，当膨胀率大幅度增加时，半衰期大幅度降低，如果膨胀率有微小的增加，则半衰期降低的幅度也比较小。
(2)分别用常规的针入度试验和软化点试验测试沥青发泡前后的性能变化，研究发现，发泡后两种沥青的针入度均有所增加，软化点则有所降低。
(3)在同样的试验温度下，随着发泡用水量的增加，两种沥青的布氏旋转黏度值逐渐均降低，且随着发泡用水量的增加，降低的幅度越来越小。
(4)通过动态剪切流变仪对发泡前和发泡后的两种沥青在52℃、58℃、64℃、70℃、76℃、82℃和88℃下进行性能测试，发泡沥青在同样的试验温度下G＊、G1和G2和不发泡的相比均有所降低，且SBS改性沥青降低的更明显，很可能是由于沥青发泡引入了许多微小的气泡均匀分布在沥青中，增加了和易性。
技术很好地解决了这一问题。目前常用的温拌技术有：(1)Aspha-Min温拌技术，Aspha-Min主要由德国的一家公司生产，粉末状的产品内部含有大量的水分，温度升高后水分会释放出来，在沥青中膨胀形成泡沫，达到降温的效果；(2)两组分沥青温拌技术，通过软硬两种沥青的调和来实现温拌，在110℃左右先加入软沥青，拌和均匀后，再将硬沥青以泡沫形式加入；(3)低熔点外加剂温拌技术，以Sasobit外加剂为代表，当温度高于100℃时，该有机物融化且均匀分散在沥青混合料中，从而降低混合料的黏度达到温拌的效果；(4)乳化沥青温拌技术，在沥青中加入多组分的改性剂，以Evotherm为代表，这些改性剂能够均匀分散在沥青中形成沥青乳液，在较低温度下实现混合料的拌和和压实；(5)水发泡沥青温拌技术是指将热沥青与冷水均匀混合，通过发生一系列的物理反应，沥青在短时间内体积膨胀数倍甚至数十倍形成泡沫状，从而降低了沥青的黏度，在拌和过程达到降温的效果。国外的XiaoFei-peng等已经对此做了深入的研究，而目前国内的研究还比较少。
研究方法
自主研发了一套沥青发泡装置并且已申请国家发明专利，分别用70号基质沥青和SBS改性沥青进行发泡，对沥青发泡前后的针入度、软化点、布氏旋转黏度和DSR流变性能等进行研究评价，寻找发泡沥青的降温机理。用发泡沥青拌和成型沥青混合料，确定水发泡温拌沥青混合料的降温幅度。
沥青
本研究采用70号基质沥青和SBS改性沥青，依据《公路沥青路面施工技术规范与《公路工程沥青及沥青混合料试验规程对两种沥青进行性能检测。
发泡设备
试验采用自主研发的室内沥青发泡设备。室内沥青发泡设备的控制参数主要有4个，分别是沥青发泡温度、发泡用水量、发泡用气压和沥青发泡量，这些参数都可实现自动控制。，发泡所用气压由空压机提供，保证气压不低于100bar，发泡温度可调节，发泡用水量在1%~2%之间可调，单次发泡量可调。
沥青发泡效果
分别对70号基质沥青和SBS改性沥青进行水发泡试验，普通沥青发泡温度设定为155℃~160℃，改性沥青发泡温度设定为165℃~170℃。发泡用水量分别采用1.0%、1.5%和2.0%。用膨胀率和半衰期来评价泡沫沥青的发泡效果，膨胀率是指沥青发泡后体积和发泡前的体积比，半衰期是指从沥青发泡体积膨胀至最大后衰减一半经历的时间。
可以得出，随着用水量的提高，70号普通基质沥青发泡后膨胀率增长，半衰期下降，用水量从1.0%提高到1.5%，膨胀率从3.3增长到5.0，增长了51.5%；用水量从1.5%提高到2.0%，膨胀率提高了16.0%；随着用水量的提高，半衰期则呈现降低趋势，用水量从1.0%提高到1.5%，半衰期降低了16.6%。用水量从1.5%提高到2.0%，半衰期降低了12.6%。
可知，改性沥青和70号普通基质沥青的发泡效果相似，在170℃的发泡温度下，随着发泡用水量的提高，膨胀率增长，半衰期降低，从1.0%的发泡用水量到1.5%，膨胀率提高50.0%，半衰期降低21.1%，发泡用水量从1.5%提升到2.0%，膨胀率提高了22.2%，半衰期降低了16.3%。
可以看出，沥青发泡后针入度有所增加，且随着发泡用水量的增加，沥青的针入度均呈现增长趋势，在1.0%、1.5%和2.0%的用水量下，70号普通基质沥青针入度分别增加了3.5%、5.7%、6.4%。SBS改性沥青针入度分别增加了2.6%、4.5%、5.5%。
软化点
可以看出，随着发泡用水量的增加，沥青的针入度均呈现降低趋势，在1.0%、1.5%和2.0%的用水量下，70号基质沥青软化点分别降低了4.6%、5.7%、6.5%，SBS改性沥青软化点分别降低了3.6%、5.9%、6.7%。
试验采用NDJ-1C型布氏旋转粘度计，本试验选用美国SHRP方法测定沥青的表观黏度。基质沥青采用27号转子，转速设置为50r/min，改性沥青采用28号转子，转速设置为20r/min。
可知，随着试验温度的升高，旋转黏度值均呈现下降趋势。在同样的试验温度下，随着发泡用水量的增加，旋转黏度值略微下降，在120℃试验温度下，发泡用水量为1.0%、1.5%和2.0%时，布氏旋转黏度值分别降低了6.7%、12.9%、15.6%。
可知，随着试验温度的升高，旋转黏度值均呈现下降趋势。在同样的试验温度下，随着发泡用水量的增加，旋转黏度值逐渐下降，在120℃试验温度下，发泡用水量为1.0%、1.5%和2.0%时，布氏旋转黏度值分别降低了8.5%、17.0%、18.1%。
DSR流变性能
为了更好地评价水发泡对沥青性能的影响，根据美国Superpave沥青胶结料试验规范对普通基质沥青和SBSI-D改性沥青发泡前后进行DSR性能测试对比。
动态剪切流变仪为平板式测试仪器，将沥青试样置于上下两个平行的金属板之间，上面的平行板在传动轴的带动下进行旋转，测定出结合料的复数剪切模量G＊和相位角δ等。G＊表征材料在受到重复剪切变形时的总阻力，由弹性(可恢复)部分G1和黏性(不可恢复)部分G2组成；而δ是两种性能的一个相对指标，测出的δ越小，则材料越接近于弹性体，相反情况下越接近于黏性体。
试验采用应变值γ=12%，试验频率ω=10rad/s，约等于1.59Hz。试验温度52℃、58℃、64℃、70℃、76℃、82℃和88℃，试验平行板直径为25mm，厚度为1mm。
可以得出，沥青发泡后，复数剪切模量G＊、弹性可恢复部分G1和黏性不可恢复部分G2均有所降低，且改性沥青降低的更明显。分析原因可能是由于沥青发泡引入了许多微泡均匀分布在沥青当中，起到润滑、滚珠作用，在一定程度上改变了胶结料的物理性能。
水发泡温拌沥青混合料
以AC-20C沥青混合料为例，设计目标空隙率为4.5%，沥青混合料配合比设计得出最佳沥青含量为4.2%，70号基质沥青的最佳击实温度在145℃附近，SBS改性沥青为在165℃附近。两种水发泡沥青混合料分别采用不同的击实温度成型。
可以看出70号普通基质沥青和SBS改性沥青发泡后，混合料得最佳击实温度分别在130℃和150℃左右，实现降温15℃左右。
结语
(1)自主研发了一套沥青发泡设备，普通沥青在160℃发泡，改性沥青在170℃发泡，分别研究了在1.0%、1.5%和2.0%发泡用水量下的发泡膨胀率和半衰期，得出各自随发泡用水量变化的膨胀曲线和衰减曲线。当发泡用水量变化时，膨胀率和半衰期的变化呈现反比关系，且变化的幅度大致相同，当膨胀率大幅度增加时，半衰期大幅度降低，如果膨胀率有微小的增加，则半衰期降低的幅度也比较小。
(2)分别用常规的针入度试验和软化点试验测试沥青发泡前后的性能变化，研究发现，发泡后两种沥青的针入度均有所增加，软化点则有所降低。
(3)在同样的试验温度下，随着发泡用水量的增加，两种沥青的布氏旋转黏度值逐渐均降低，且随着发泡用水量的增加，降低的幅度越来越小。
(4)通过动态剪切流变仪对发泡前和发泡后的两种沥青在52℃、58℃、64℃、70℃、76℃、82℃和88℃下进行性能测试，发泡沥青在同样的试验温度下G＊、G1和G2和不发泡的相比均有所降低，且SBS改性沥青降低的更明显，很可能是由于沥青发泡引入了许多微小的气泡均匀分布在沥青中，增加了和易性。
(5)发泡温拌沥青混合料的拌和和成型温度实现降温15℃左右，空隙率和热拌沥青混合料相当。
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