机械发泡温拌沥青技术在长深至京沪高速连接线项目的应用分析

摘  要：以长深至京沪高速连接线项目临沂段为例，探讨机械发泡温拌沥青技术的应用。首先介绍该项技术的应用原理与特质，立足于准备工作、技术优化措施两个方面，总结械发泡温拌沥青技术在路段施工中的应用要点，最后总结质量检查要求与对策，认识到械发泡温拌沥青技术在长深至京沪高速连接线项目临沂段的作用，为今后高速公路项目施工积累经验。

关键词：机械发泡温拌沥青技术;长深至京沪高速;连接线项目;临沂段

中图分类号：U442.5   文献标识码：A

以前高速公路施工中使用的热拌沥青混合料，要求施工温度必须控制在150～180℃，随着温拌沥青技术的创新，沥青混合料施工温度已经降低到90～130℃，同时降低沥青黏度，即使在低温环境下也可以正常拌和沥青混合料并组织施工，还能够保持热拌沥青混合料效果。机械发泡温拌沥青技术可利用机械发泡设备，可以将热沥青、微量水与部分添加剂制成泡沫沥青，增加沥青比表面积与体积，提高沥青黏度、降低和易性，施工温度也会因此降低。正因如此，机械发泡温拌沥青技术在施工领域得到极大的重视，也成为高速公路施工的主要技术手段。下面围绕长深至京沪高速连接线项目临沂段进行分析。

1工程概况

长深至京沪高速连接线项目路线全长25.194公里，全线共设大桥3座，中桥5座，小桥11座，涵洞57道，与等级路平面交叉6处，新设菱形互通式立体交叉2处。沿线设置完善的安全设施。该项目计划工期450日历天，全过程监理服务，包含工程施工准备阶段、施工阶段、竣工验收与缺陷责任期阶段在内的整个监理服务期内的全部监理服务内容。此项目中的山东高速公路临沂段，现场施工中采用机械发泡温拌沥青技术，降低了现场施工中的拌和温度，二氧化碳排放量也有所减少，可以改善沥青和易性。所以，下面围绕机械发泡温拌沥青技术在项目中的运用展开讨论。

2机械发泡温拌沥青技术及应用

山东高速公路临沂段项目施工中运用机械发泡温拌沥青技术，需要使用机械发泡设备，室温条件下的水和经过加热的沥青生成反应，便可获得泡沫沥青。这种生成的泡沫沥青相比原材料，物质化学成分没有发生变化，主要是改变了物理性质。机械发泡温拌技术操作比较简洁，发泡全过程使用计算机系统进行控制，保证精准性和自动性[1]。除此之外，实际发泡生产与已有其他工艺相比没有本质区别，发泡沥青生产也不会影响到热拌沥青混合料生产过程，不需要在沥青混合料中加入温拌剂，所以在高速公路项目建设中应用非常便捷。技术本身具有经济性，无需增加多余的成本。发泡装置遵循发泡机理，将微量水加入到热沥青当中，所以生产仅涉及到发泡设备成本。如果与已经掺加温拌剂进行对比，因前期机械发泡温拌技术采取的是一次性投入方式，所以产量比较大，由此也会获得比较理想的经济效益[2]。

根据长深至京沪高速连接线项目中临沂段实际情况，沥青混合料拌和机使用发泡装置，该设备包括控制系统、沥青发泡管，原本采用的间歇式生产设备中安装了沥青喷管，在沥青喷管上安装沥青发泡管，控制系统主要负责沥青喷射起止信号的收集，确定好水、沥青比例后，同时灌入沥青发泡管。沥青发泡管的内部冷水、热沥青之间快速发生汽化，使得体积增大，便会产生泡沫沥青，拌缸中喷入泡沫沥青后和集料拌和，从而制备获得沥青混合料。机械发泡沥青混合料在项目中应用，具有良好降温效果[3]。通过对比了解到机械发泡温拌技术和常规热拌沥青混合料技术的区别，即出料温度不同。使用温拌技术使得沥青混合料的出料温度降低，结合临沂段工程项目要求，设置拌和时间分别为干拌与湿拌，时间是5s、28s，同时将热拌、温拌沥青混合料的出料温度设定为175℃、160℃，经过拌和没有花白料[4]。

3机械发泡温拌沥青技术应用方案

3.1 准备工作

按照临沂段路段下面层、中面层、上面层沥青材料，分别确定技术指标，一般确定为基质沥青、改性沥青。使用SBS改性沥青，其本身呈现发泡效果、沥青混合料抗水性需要通过添加剂进行优化，保证添加剂和沥青之间的相容性，具体添加量不能超过沥青质量0.1%。此外，按照下、中、上面层实际情况可以确定混合料与集料级配，油石比分别是3.8%、4.3%、4.9%。

3.2技术优化措施

机械发泡温拌沥青技术在正式应用前必须组织沥青发泡试验，试验过后检测沥青属性关键数据，再做出最终决策[5]。试验室内的沥青发泡设备非常专业，结合现场拌和设备发泡装置的状态，调整为不加气状态，开始沥青发泡试验。上、中、下面层泡沫温拌沥青混合料，需要分别围绕高低温、抗水性进行试验，将试验结果和热拌沥青混合料对比并得出优势。因为试验室马歇尔成型实际击实功比现场压实功低，降低现场热拌沥青混合料温度25℃左右，将其作为马歇尔试验击实温度，混合料空隙率严重超出标准。由此可以在试验过程中应用等体积法，观察温拌沥青混合料已经成型，此时便可以着手进行密度、空隙率的控制。试验中温拌沥青混合料击实温度相比热拌沥青混合料较低，一般温差在10℃，处于该温度下的成型试件空隙率满足现场温度降低25℃之后的沥青路面空隙率标准[6]。

提前选择好3种沥青试样，试验条件要求温度一致。因为改性沥青中加入添加剂，而且改性沥青的半衰期普遍长于3min，所以试验时可以忽略不计。随之观察相同加水量条件下三种沥青试样发泡参数，受温度变化的影响，根据发泡结果得出以下结论：第一，当提高了沥青温度、用水量后，将直接增加沥青膨胀率、缩短半衰期。第二，温度条件相同时将用水量上调，基质沥青膨胀率也会有规律的增长，但半衰期的变化相反。改性沥青膨胀率发生规律性变化，140℃、170℃用水量增加、半衰期缩短，观察155时半衰期延长[7]。第三，保证相同的用水量上调温度，缩短了基质沥青半衰期，膨胀率變化没有任何规律性，但改性沥青恰好相反。膨胀率增加后，半衰期规律缺少一致性。第四，改性沥青中加入添加剂，减小气泡并增加密度，还有效延长了半衰期，膨胀率对比普通改性沥青也有所减小，优化了发泡效果。

根据三种沥青试样发泡试验得出的结果，总结最理想的基质沥青发泡温度、用水量，即145℃、2.2%。改性沥青发泡温度、用水量是160℃、3.2%，总结得出膨胀率和半衰期分别≥4和≥10。改性沥青掺加添加剂后，发泡温度和用水量分别是160℃、2.5%。沥青试样发泡效果经过综合对比之后，需要同时满足基质沥青膨胀率（≥6）与半衰期（≥10）、改性沥青膨胀率（≥4）半衰期（≥10）的规定。

按照上述实验已经确定的沥青发泡温度、最佳用水量，可以着手准备沥青混合料，并且对路用性能进行全面检测。临沂段路面的三个面层中，混合料性能试验得出最终结果，如表1、2、3。根据表中数据发现，机械发泡温拌沥青混合料、热拌沥青混合料的性能具有非常高的相似性，前者残留稳定度较高、冻融劈裂强度低，在掺加添加剂后，可以起到改善冻融劈裂强度的效果，也相应地提高了抗水性。

4机械发泡温拌沥青技术质量检测建议

临沂段路面三个面层中，沥青混合料出料抽检得出的出料温度，对比热拌沥青混合料发现前者较低，温差在20℃左右，但具有较好的裹附性，无花白料。施工中采用压实工艺，摊铺温度、热拌沥青混合料对比，前者温度地域后者20℃。

检测三个面层路面的渗水系数，全部接近0，没有明显的渗水问题。检测压实度时，三个面层路面均采取钻芯取样方法获取压实度，符合平均压实度≥92的规定。所有面层压实度，任意一点存在问题将会对压实度数据点分布造成影响。计算得出下、中、上三个面层平均压实度，分别是96.1%、95.3%、94.8%。所以，机械发泡温拌沥青技术在长深至京沪高速连接线项目中的运用，临沂段路面施工温度即便只有20℃，也可以保证良好的压实度。

5结语

综上所述，因为机械发泡温拌沥青混合料的成品料内部没有水分残留，发泡过程中掺加微量水，随后生产环节搅拌、运输、碾压，会使之前掺加的水分全部消耗。机械发泡得到泡沫沥青，可以用于不同粗集料拌和，粗集料也不需要加热处理，同时也省略了沥青乳化这一流程，无需加入温拌剂，不仅十分便捷，还具有非常高的效益。

参考文献

[1]姜朝炜，王维营，罗永仙，等.不同条件下沥青机械发泡效果分析[J].石油沥青，2021，35（3）：31-34.

[2]罗永仙.温拌沥青混合料技术在隧道沥青路面施工中的应用[J].黑龙江交通科技，2021，44（6）：141+143.

[3]李凯强，陈群玉，程建伟.机械发泡法制备粉煤灰基保温材料[J].建材与装饰，2019（11）：51-52.

[4]赵宝宝，钱晓明，钱幺，等.水性聚氨酯机械发泡涂层的响应面法优化制备[J].纺织学报，2018，39（7）：95-99.

[5]张斐斐，刘洁，曲建波，等.PCDL型水性聚氨酯的机械发泡性能[J].应用化工，2018，47（9）：1862-1865.

[6]米轶轩，王志，张国庆.加热老化对机械发泡沥青发泡特性的影响研究[J].公路交通科技（应用技术版），2018，14（2）：94-95.

[7]李红梅，申峰，吴金桥，等.机械发泡式低密度泡沫水泥浆的实验研究[J].钻采工艺，2016，39（4）：26-28+2-3.

收稿日期：2021-08-05

作者簡介：张德川（1971—），男，山东临沂人，本科，高级工程师，研究方向：工程机械。