一种使用表面活性温拌剂的温拌沥青混合料的施工拌和温度确定方法

摘要

本发明提供的一种使用表面活性温拌剂的温拌沥青混合料的施工拌和温度确定方法，包括如下步骤：称取同质量的设计沥青混合料所用的沥青两份；称取同质量的两份设计沥青混合料所用的矿粉；获得两份原样沥青胶浆；选取其中一份原样沥青胶浆，按照原样沥青胶浆与表面活性温拌剂的配比质混合；分别绘制原样沥青胶浆的粘温曲线以及温拌沥青胶浆的粘温曲线；在原样沥青胶浆的粘温曲线中，确定设计沥青混合料的施工拌和粘度；在温拌沥青胶浆的粘温曲线中，获得温拌沥青混合料的施工拌和温度。本发明有效解决使用表面活性温拌剂的温拌沥青混合料的施工拌和温度无法准确评价的难题，从而为现场温拌沥青路面施工工艺条件的设计与温拌剂选择提供有利依据。

说明书

技术领域

本发明是一种使用表面活性温拌剂的温拌沥青混合料的施工拌和温度确定方法，主要用来解决目前温拌沥青路面现场生产过程中使用表面活性温拌剂的温拌沥青混合料的拌和温度无法准确评价的问题，属于公路沥青路面温拌技术领域。

背景技术

近年来随着环境保护的日益重视，温拌沥青混合料逐步被各国重视并推广应用。根据目前认识及应用情况，对这种新型的混合料给出了一个解释性的定义：所谓温拌沥青混合料是一类拌和温度介于热拌沥青混合料(150℃-180℃)和冷拌(常温)(10℃-40℃)沥青混合料之间，性能达到(或接近)热拌沥青混合料的新型沥青混合料。

目前可通过在混合料中添加有机降粘添加剂、表面活性温拌剂或采用软硬沥青相结合等各类方法来降低混合料的施工拌和温度，这些混合料都可称之为温拌沥青混合料。与热拌沥青混合料相比，根据混合料类型，不同温拌沥青混合料的拌和温度一般可降低15℃-40℃，采用温拌沥青混合料可很好地缓解热拌沥青混合料由于高温拌和而导致的几个问题：

首先，高温下的有害气体排放问题。由于热拌沥青混合料的拌和温度高，所以混合料拌制过程乃至摊铺时青烟阵阵的现象是显而易见的。根据国外的检测报告，沥青混合料从热拌转为温拌可以使二氧化碳CO₂排放减少约1/2，一氧化碳CO_l排放减少约2/3，二氧化硫SO₂减少40％，氧化氮NO_x类减少近60％。这说明采用温拌沥青混合料技术的环保效益是非常明显的。另外，热拌沥青混合料在拌制和摊铺过程中挥发出来的“沥青烟”对旁边操作人员呼吸系统的刺激也是不言自明的事实。因此，考虑到环保效益，推广应用温拌沥青混合料意义重大。

其次，高温导致的胶结料老化问题。热拌沥青混合料的拌制和施工温度是相当高的。《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40-2004)中对热拌沥青混合料的相关温度规定可很好的说明这一点。以90号沥青为例，沥青加热温度为150℃-160℃，集料加热温度为160℃-190℃。考虑到顺利碾压，混合料在运输到现场后的温度要保持在140℃以上，则混合料储运的温度一般要大于150℃。对于70号沥青，上述各项温度还要提高5℃；如果是采用目前在我国应用也很广泛的改性沥青，那么拌和时改性沥青温度要加热到约175℃、集料温度加热到190℃-220℃。拌和时沥青裹附在密级配集料上的沥青膜的厚度基本上都在5-10με之间，在如此高的温度并且是有氧气的情况下，不难理解沥青的老化是难以避免的；同时，拌和温度高必然导致沥青混合料的储运温度也高，自然地这一过程也会产生老化。采用温拌技术能够有效降低沥青混合料的施工温度，也就相应的减小了沥青胶结料的老化程度。

再次，能耗问题。采用温拌沥青混合料可以大大降低拌和温度，进而可显著节约能源。

由于温拌剂种类与原理各不相同，温拌沥青路面施工质量仍然存在很大的不稳定性，也使其温拌效果受到了很多质疑，严重限制了其大规模推广应用。而影响其质量不稳定的一个关键影响因素就是温拌沥青混合料的温拌效果的准确判定。沥青混合料的温拌效果主要就是通过沥青混合料施工拌和温度的降低来反映，采用温拌剂后，相比于原样的沥青混合料，温拌沥青混合料的施工拌和温度越低，则表明其温拌效果越明显。然而，在实际施工过程中使用温拌剂的温拌沥青混合料的施工温度很难准确测定或者测定代价过高，所以很多温拌沥青混合料的施工温度都是随机选取或者基于经验确定，这就给温拌沥青混合料的施工质量埋下了很大隐患。

《公路沥青路面施工技术规范》（JTG F40-2004）采用沥青的粘度来控制沥青混合料的施工拌和温度。在工程与室内研究中申请者发现有机添加剂与采用软硬沥青相结合技术的温拌沥青沥青混合料的施工拌和温度可以通过温拌沥青的粘度来控制确定。但是，表面活性温拌剂在沥青粘度测试中对沥青粘度没有任何影响。这是由于温拌剂种类的不同其温拌机理完全不同，有机降粘添加剂与软质沥青都会使原沥青变稀而导致其粘度下降，而表面活性温拌剂的作用原理是在沥青与集料的界面间起到润滑作用，所以单纯的沥青粘度试验不能表征其降温效果，从而不能准确判断使用表面活性温拌剂的温拌沥青混合料的施工拌和温度，也就限制了表面活性温拌剂的大规模推广应用。

因此，急需一种简单可行的室内试验方法能够对表面活性温拌剂的温拌效果行有效测试，从而准确判断使用表面活性温拌剂的温拌沥青混合料的施工拌和温度，进而为表面活性温拌剂的成功推广提供基础保障。

发明内容

技术问题：本发明要解决的技术问题是提供一种使用表面活性温拌剂的温拌沥青混合料的施工拌和温度确定方法，可简单精确的判断表面活性温拌剂的温拌效果和使用表面活性温拌剂的温拌沥青混合料的施工拌和温度。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种使用表面活性温拌剂的温拌沥青混合料的施工拌和温度确定方法，其特征在于，步骤如下：

步骤1：称取质量不小于800g的同质量的设计沥青混合料所用的沥青两份，均加热到170~180℃；

每份的质量不小于800g，能够保证后续粘度测试足够用量，均加热到170~180℃，能够保证沥青具有足够的流动性与矿粉进行混合，一般基质沥青温度可以取低值，改性沥青温度可以取高值；

步骤2：称取与所述设计沥青混合料所用的沥青同质量的两份设计沥青混合料所用的矿粉，均加热到170~180℃；

矿粉每份的质量也不小于800g，能够保证后续粘度测试足够用量，均加热到170~180℃，对矿粉进行加热能够促进与沥青的均匀混溶，一般基质沥青温度可以取低值，改性沥青温度可以取高值；

步骤3：将步骤1的沥青与步骤2的矿粉按照1:1质量比例进行混合，均匀搅拌5~10min，获得两份原样沥青胶浆；

搅拌5~10min，能够保证矿粉与沥青混合均匀，一般基质沥青搅拌时间可以取低值，改性沥青搅拌时间可以取高值；

步骤4：选取步骤3获得的其中一份原样沥青胶浆，按照原样沥青胶浆与表面活性温拌剂质量比为1000：5～10的比例称取表面活性温拌剂并与原样沥青胶浆进行混合，均匀搅拌5~10min；

表面活性温拌剂的添加比例，按照表面活性温拌剂推荐的使用掺量（表面活性温拌剂与沥青的质量比例）计算沥青胶浆所需添加的表面活性温拌剂用量，称取表面活性温拌剂并与原样沥青胶浆进行混合，均匀搅拌5~10min，能够保证表面活性温拌剂与原样沥青胶浆混合均匀，如果原样沥青胶浆使用的是基质沥青可以取低值，如果原样沥青胶浆使用的是改性沥青可以取高值；

步骤5：按照沥青布氏旋转粘度试验，在120℃~180℃范围内任选两个温度，分别测试原样沥青胶浆以及温拌沥青胶浆的粘度，选择的两个温度的间隔不应低于30℃；

沥青布氏旋转粘度试验以《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTJ052-2000）规定的沥青布氏旋转粘度试验（T0625-2000）为标准，选择的两个温度的间隔不应低于30℃；

步骤6：以测试温度为x值，以对应的粘度为y值，分别绘制原样沥青胶浆的粘温曲线以及温拌沥青胶浆的粘温曲线y=ax+b；

步骤7：根据设计沥青混合料的施工拌和温度，在步骤6获取的原样沥青胶浆的粘温曲线中，确定设计沥青混合料的施工拌和粘度；

步骤8：根据步骤7获得的设计沥青混合料的施工拌和粘度，在步骤6获取的温拌沥青胶浆的粘温曲线中，反推获得温拌沥青混合料的施工拌和温度。

所述的称取得设计沥青混合料所用的沥青质量为800～1000g。

所述的测试原样沥青胶浆以及温拌沥青胶浆粘度的温度为135℃粘度和175℃粘度。

有益效果：

温拌沥青混合料的施工拌和温度是温拌剂温拌效果的重要体现，也是温拌技术成功实施的关键前提条件，如果温拌技术无法保证沥青混合料的施工拌和温度得到改善，不仅在降温条件下沥青混合料达不到良好的施工效果而可能导致施工出现质量问题，同时白白增加了温拌剂成本。

本发明提供的一种使用表面活性温拌剂的温拌沥青混合料的施工拌和温度确定方法，可以简易而精确的确定与现场施工条件接近的表面活性温拌剂的温拌效果。同时，本发明不仅对表明活性温拌剂测试有效，对有机添加剂、采用软硬沥青相结合的温拌技术同样有效，方便不同类型温拌技术温拌效果的对比分析。总之，本发明提出的方法，试验数据准确可靠，试验方法简便可行，易于实现，具有非常良好的推广利用价值。

本发明试验方法不仅通过大量室内试验进行了有效验证，同时已经将该方法应用于多条高速公路的温拌沥青路面施工现场测试中，如南京南站交通枢纽SMA沥青路面的现场测试中，对现场施工过程中的原样设计沥青混合料、Sasobit温拌沥青混合料、Evotherm M1温拌沥青混合料温拌效果进行了评价分析，并依据试验结果对现场沥青路面施工工艺条件、温拌剂掺量进行了优化设计，有效的降低了SMA路面的施工温度，同时保障了其良好的施工质量，验证了本发明试验方法的合理性、可靠性和实用性。 

附图说明

图1为本发明提供的一种使用表面活性温拌剂的温拌沥青混合料的施工拌和温度确定方法的原样沥青胶浆的粘温曲线图。

图2为本发明提供的一种使用表面活性温拌剂的温拌沥青混合料的施工拌和温度确定方法的温拌沥青胶浆的粘温曲线图。

具体实施方式

在沥青混合料中添加温拌剂后，混合料可以在比正常施工拌和温度低的温度下进行拌和与压实，得到的拌和与压实效果与热拌沥青混合料一致，可称为温拌沥青混合料在该温度下的温拌效果，即该温拌剂在该掺量下可以降温多少度。但是温拌剂的温拌效果在混合料试验中由于误差很难有效精确测得，也就意味着使用温拌剂后温拌沥青混合料的施工拌和温度应该为多少很难确定。但是如果不能合理的确定使用温拌剂后温拌沥青混合料的施工拌和温度，就很容易影响温拌沥青混合料的施工质量。如果施工温度定的过高，温拌效果不显著，就无法达到预期的使用效果和经济效益；如果施工温度定的过低，温拌沥青混合料就不容易拌和均匀和碾压成型，会造成后期使用质量的下降。因此，当使用温拌剂后，必须准确的确定温拌沥青混合料的施工拌和温度。目前的《公路沥青路面施工技术规范》（JTG F40-2004）一般采用沥青的粘度来控制沥青混合料的拌和与压实温度，然后这种方法如果应用在温拌沥青混合料中，对于使用有机降粘温拌剂的温拌沥青混合料的施工拌和温度确定是有效的，但是对于使用表面活性温拌剂的温拌沥青混合料的施工拌和温度确定并不适用。因为表面活性温拌剂加入到沥青中并不会影响沥青的粘度。因此，目前使用表面活性温拌剂的温拌再生沥青混合料的施工拌和温度确定都带有一定的随机性和经验性，缺乏理论和试验依据。这也是阻碍表面活性温拌剂大规模推广应用的一个很重要的原因。

本发明提供的一种使用表面活性温拌剂的温拌沥青混合料的施工拌和温度确定方法其设计思路是：表面活性温拌剂在沥青混合料中的温拌原理是在沥青与集料的界面间起到润滑作用，这种润滑作用会降低集料拌和过程中的阻力，因而起到降低沥青混合料施工拌和温度的作用；由于矿粉的比表面积非常大，远远大于集料，沥青在加入混合料后，首先粘附在矿粉的表面并与矿粉形成沥青胶浆，因此集料之间的拌和阻力很大一部分来源是矿粉和沥青胶浆；表面活性温拌剂在加入沥青混合料后同样会主要集中于沥青胶浆中，从而起到润滑矿粉和沥青之间界面的作用，因此如果能够测试出表面活性温拌剂对沥青胶浆粘度的影响，就能够真实的反映出表面活性温拌剂在沥青混合料中的温拌效果，也就能准确的判断温拌沥青混合料的合理施工拌和温度。

本发明采用的具体方案是：称取两份设计沥青混合料所用的沥青，每份的质量为不小于800g，在实际测试中，可以在800~1000g的范围内选取，均加热到170~180℃（能够保证沥青具有足够的流动性与矿粉进行混合，一般基质沥青温度可以取低值，改性沥青温度可以取高值）；称取两份设计沥青混合料所用的矿粉，每份的质量与上面设计沥青混合料所用的沥青的质量相同，也为800~1000g（能够保证后续粘度测试足够用量），均加热到170~180℃（对矿粉进行加热能够促进与沥青的均匀混溶，一般基质沥青温度可以取低值，改性沥青温度可以取高值）；将沥青与矿粉按照1:1质量比例进行混合，均匀搅拌5~10min（能够保证矿粉与沥青混合均匀，一般基质沥青搅拌时间可以取低值，改性沥青搅拌时间可以取高值），获得两份原样沥青胶浆；选取其中一份原样沥青胶浆，按照表面活性温拌剂推荐的使用掺量（表面活性温拌剂与沥青的质量比例）计算沥青胶浆所需添加的表面活性温拌剂用量，称取表面活性温拌剂并与原样沥青胶浆进行混合，均匀搅拌5~10min（能够保证表面活性温拌剂与原样沥青胶浆混合均匀，如果原样沥青胶浆使用的是基质沥青可以取低值，如果原样沥青胶浆使用的是改性沥青可以取高值）；在120℃~180℃范围内任选两个温度，分别测试原样沥青胶浆以及温拌沥青胶浆的粘度，选择的两个温度的间隔不应低于30℃，温度的选取还可以按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTJ052-2000）规定的沥青布氏旋转粘度试验（T0625-2000），分别测试原样沥青胶浆以及温拌沥青胶浆的135℃粘度和175℃粘度；以测试温度为x值，以对应的粘度为y值，分别绘制原样沥青胶浆的粘温曲线以及温拌沥青胶浆的粘温曲线y=ax+b；根据设计沥青混合料的施工拌和温度，在原样沥青胶浆的粘温曲线中，可以确定设计沥青混合料的施工拌和粘度；根据获得的设计沥青混合料的施工拌和粘度，在温拌沥青胶浆的粘温曲线中，可以反推获得温拌沥青混合料的施工拌和温度。

通过这样的试验设计可以达到以下两个目的：

通过对沥青胶浆粘度的测试判断混合料的施工拌和温度，能够更好的模拟实际施工过程中的拌和状态，对影响沥青混合料施工温度的因素定位更加准确，进而能够准确的判定使用表面活性温拌剂的温拌沥青混合料的施工温度，为温拌沥青混合料施工工艺的优化设计提供有力依据；

本方案中依然采用了粘度测试方法，与传统的沥青混合料施工拌和温度的确定具有密切的相关性，因此不仅能够用来测试使用表面活性温拌剂的温拌沥青混合料的施工拌和温度，同时能够适用于使用其他类型温拌剂的温拌沥青混合料的施工拌和温度确定，并且能够通过对比分析来对比不同温拌剂的温拌效果。

本发明提供的一种使用表面活性温拌剂的温拌沥青混合料的施工拌和温度确定方法包括以下步骤：

步骤1：称取质量不小于800g的同质量的设计沥青混合料所用的沥青两份，均加热到170~180℃；

每份的质量不小于800g，能够保证后续粘度测试足够用量，均加热到170~180℃，能够保证沥青具有足够的流动性与矿粉进行混合，一般基质沥青温度可以取低值，改性沥青温度可以取高值；

步骤2：称取与所述设计沥青混合料所用的沥青同质量的两份设计沥青混合料所用的矿粉，均加热到170~180℃；

矿粉每份的质量也不小于800g，能够保证后续粘度测试足够用量，均加热到170~180℃，对矿粉进行加热能够促进与沥青的均匀混溶，一般基质沥青温度可以取低值，改性沥青温度可以取高值；

步骤3：将步骤1的沥青与步骤2的矿粉按照1:1质量比例进行混合，均匀搅拌5~10min，获得两份原样沥青胶浆；

搅拌5~10min，能够保证矿粉与沥青混合均匀，一般基质沥青搅拌时间可以取低值，改性沥青搅拌时间可以取高值；

步骤4：选取步骤3获得的其中一份原样沥青胶浆，按照原样沥青胶浆与表面活性温拌剂质量比为1000：5～10的比例称取表面活性温拌剂并与原样沥青胶浆进行混合，均匀搅拌5~10min；

表面活性温拌剂的添加比例，按照表面活性温拌剂推荐的使用掺量（表面活性温拌剂与沥青的质量比例）计算沥青胶浆所需添加的表面活性温拌剂用量，称取表面活性温拌剂并与原样沥青胶浆进行混合，均匀搅拌5~10min，能够保证表面活性温拌剂与原样沥青胶浆混合均匀，如果原样沥青胶浆使用的是基质沥青可以取低值，如果原样沥青胶浆使用的是改性沥青可以取高值；

步骤5：按照沥青布氏旋转粘度试验，在120℃~180℃范围内任选两个温度，分别测试原样沥青胶浆以及温拌沥青胶浆的粘度，选择的两个温度的间隔不应低于30℃；

沥青布氏旋转粘度试验以《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTJ052-2000）规定的沥青布氏旋转粘度试验（T0625-2000）为标准，选择的两个温度的间隔不应低于30℃；

步骤6：以测试温度为x值，以对应的粘度为y值，分别绘制原样沥青胶浆的粘温曲线以及温拌沥青胶浆的粘温曲线y=ax+b；

步骤7：根据设计沥青混合料的施工拌和温度，在步骤6获取的原样沥青胶浆的粘温曲线中，确定设计沥青混合料的施工拌和粘度；

步骤8：根据步骤7获得的设计沥青混合料的施工拌和粘度，在步骤6获取的温拌沥青胶浆的粘温曲线中，反推获得温拌沥青混合料的施工拌和温度。

所述的称取得设计沥青混合料所用的沥青质量为800～1000g。

所述的测试原样沥青胶浆以及温拌沥青胶浆粘度的温度为135℃粘度和175℃粘度。

应用实例：本发明的试验测试方法已经在实体工程得到了有效验证。围绕南京南站交通主枢纽建设的城市快速道路，为了保证路用性能，设计采用了SMA13沥青混合料，但是由于施工季节气温相对较低，且为了避免施工过程中的烟气对周围环境的影响，因此决定采用温拌技术降低SMA13混合料的施工拌和温度。依据本发明的试验测试方法对使用表面活性温拌剂的温拌沥青混合料的施工拌和温度进行了确定，并依据本发明检测方法的试验结果对现场的施工工艺条件进行了优化设计，保障了良好的施工质量。在该实体工程中，本发明试验方法的具体实施步骤如下：

步骤1：称取质量为1000g的同质量的设计SMA沥青混合料所用的沥青两份，均加热到180℃；

步骤2：称取与所述设计SMA沥青混合料所用的沥青同质量的两份设计沥青混合料所用的矿粉，均加热到180℃；

步骤3：将步骤1的沥青与步骤2的矿粉按照1:1质量比例进行混合，均匀搅拌10min，获得两份原样沥青胶浆；

 步骤4：选取步骤3获得的其中一份原样沥青胶浆，按照表面活性温拌剂推荐的使用掺量（表面活性温拌剂与沥青的质量比例为1000:6）计算沥青胶浆所需添加的表面活性温拌剂用量为6g，称取表面活性温拌剂6g并与原样沥青胶浆进行混合，均匀搅拌10min，获取温拌沥青胶浆；

步骤5：按照沥青布氏旋转粘度试验，在120℃~180℃范围内选择135℃和175℃两个测试温度，分别测试原样沥青胶浆以及温拌沥青胶浆的粘度，原样沥青胶浆的粘度如表1所示，温拌沥青胶浆的粘度如表2所示；

表 1

温度/℃175135粘度/Pa.s17.5253.68

表 2

温度/℃175135粘度/Pa.s16.5450.01

步骤6：以测试温度T为x值，以对应的粘度η为y值，分别绘制原样沥青胶浆的粘温曲线以及温拌沥青胶浆的粘温曲线y=ax+b，原样沥青胶浆的粘温曲线如图1所示，温拌沥青胶浆的粘温曲线如图2所示；

步骤7：根据设计SMA13沥青混合料的施工拌和温度为160℃，在步骤6获取的原样沥青胶浆的粘温曲线中，确定设计沥青混合料的施工拌和粘度31.08Pa.s；

步骤8：根据步骤7获得的设计SMA13沥青混合料的施工拌和粘度31.08Pa.s，在步骤6获取的温拌沥青胶浆的粘温曲线中，反推获得温拌SMA13沥青混合料的施工拌和温度为137℃，在实体工程中取为140℃。

实体工程应用实例表明，本发明提供的一种使用表面活性温拌剂的温拌沥青混合料的施工拌和温度确定方法，数据准确可靠，操作方便可行，易于实现，从而为现场温拌沥青混合料的施工工艺条件选择与设计提供了可靠依据，进而保障了良好的施工质量。因此，本发明的试验检测方法具有非常良好的应用推广价值。