温拌泡沫沥青发泡特性研究

温拌泡沫沥青发泡特性研究

罗群星 1 ，李骏 1 ，杜全伟 2

（ 1. 贵州省凯里市公路管理局 贵州 556000 2 . 重庆交通 大学 土木工程学院， 重庆 400074 ）

摘要；为了研究泡沫沥青发泡特性，通过对中海、镇海两种70号基质沥青进行发泡试验，确定了两种沥青的最佳发泡条件。相同条件下镇海沥青的膨胀率大于中海沥青，半衰期小于中海沥青。两种沥青发泡前三大指标相近，发泡后沥青针入度，延度大于发泡前，软化点变化较小。通过60℃动力黏度试验，沥青发泡后动力黏度小于发泡前。其中镇海70号基质沥青的动力黏度小于中海70号基质沥青。随着发泡温度升高，动力黏度逐渐降低，150℃至160℃降低幅度大于160℃至170℃。经过TFOT短期老化后，泡沫沥青的指标下降比基质沥青大，受短期老化影响更大。

关键词：泡沫沥青 发泡条件 动力黏度 膨胀率 半衰期

目前，使用热拌沥青混合料是道路建设的主流。热拌沥青混合料具有良好路用性能，但在使用过程中也暴露出了诸多缺点。首先会消耗大量燃料，排放出大量的有害气体和粉尘，在严重污染环境的同时也对施工人员健康造成危害，对于隧道施工等烟尘难以排放的施工地点这一影响更加突出^[1-2]。不仅如此，高温条件下热拌沥青混合料生产、施工难以避免沥青的老化，在一定程度上降低了沥青混合料的路用性能以及沥青路面的寿命^[3]。

温拌沥青由于其节能环保的特性受到国内外沥青行业关注的热点。在大多数温拌沥青技术中，往往需要各种添加剂，而泡沫温拌沥青仅仅需要少量的发泡用水，相比其他类型的温拌技术更加经济和环保^[4]。

国内外学者对泡沫沥青的评价指标作出了一定的研究。由于业内大多数厂家受到检测条件限制及实用性角度出发，目前仍然使用目测及秒表的方法测量及计算膨胀率和半衰期^[5]。较大的膨胀率和较长的半衰期保证了良好的施工和易性以及沥青混合料性能^[6]。

对于泡沫沥青冷再生混合料而言，泡沫沥青在混合料内部以点焊分布，需要更大的膨胀率来保证沥青的裹覆；而对于泡沫沥青温拌混合料来说，泡沫沥青在混合料内部是以沥青膜的状态，因此可不必追求过大的膨胀率，达到一种相对稳定的发泡状态即可^[7]。即使是同为70号基质沥青，针入度、软化点、延度指标接近，也会因为油源和产地的不同导致发泡效果差异较大。同时发泡效果良好的沥青可以省去发泡剂的成本。本文针对性能指标优异的两种基质沥青进行发泡试验，通过分析试验结果，为选择合适的发泡沥青作出指引。

1 试验条件

通过WLB10s型发泡设备进行发泡。此设备具有发泡喷射速度快，能够精确控制发泡条件的优点。根据现有文献，基质沥青发泡温度在120℃及其以下沥青难以发泡，温度在170℃及其以上效果也不好。发泡温度选择150℃，160℃，170℃。同时在满足发泡效果的情况下泡沫沥青用水量应尽可能小，以减少发泡后泡沫破灭后沥青中残留的水分对沥青性能的影响。因此用水量选择在1％，1.5％，2.0％，2.5％，发泡水温为常温。通过调整水阀、气阀发将水压设置为500 kPa，气压设置为 400 kPa，喷射速度为100ml/s。通过调节喷射时间，将沥青一次性喷射量调整在500g。根据维特根WLB10S操作手册，发泡前进行预热，当指示灯熄灭后，压力、温度达到设定值，此时开启沥青泵，进行沥青循环加热。

采用膨胀率和半衰期作为评价指标，以标准钢桶，标尺和秒表来装样和记录发泡沥青数据。为了减小试验误差，每次发泡后需及时清理钢桶内的残留沥青。

图1 WLB10S型发泡设备

、

2 发泡试验结果

2.1两种沥青在不同条件下的发泡效果

表1 镇海70号基质沥青发泡试验数据

（1）膨胀率的变化因素分析

根据发泡实验结果，镇海70号基质沥青的膨胀率随着温度和用水量的增加而增大，且用水量对于膨胀率的提升最为明显。膨胀率在150℃，160℃，170℃三种不同温度下，用水量1％到1.5％的变化最为明显。

（2）半衰期的变化因素分析

镇海70号基质沥青的半衰期随着用水量的增大逐渐减小，发泡温度对于半衰期的作用不明显。半衰期在用水量1％到1.5％的变化最为明显。

（3）最佳发泡条件的确定

镇海70号沥青满足规范的发泡指标有150℃1.0％ ；160℃1.0％。不同的发泡条件下镇海70号基质沥青表现为膨胀率较大，半衰期较小，镇海沥青的半衰期满足规范的条件较少。考虑到泡沫沥青用于温拌时半衰期的影响更大，采用150℃，1.0％作为为最佳发泡条件。

表2 中海70号基质沥青发泡试验数据

中海70号基质沥青和镇海70号基质沥青膨胀率半衰期满足相同的规律。不同的是中海沥青在不同发泡条件下膨胀率和半衰期变化更为平顺。综合膨胀率和半衰期指标，选择150℃，1.5％为最佳发泡条件。

2.2两种沥青在相同条件下膨胀率与半衰期对比

（a）150℃膨胀率 （b）150℃半衰期

（c）160℃膨胀率 （d）160℃半衰期

（e）170℃膨胀率 （f）170℃半衰期

图2两种沥青的膨胀率半衰期对比

在相同条件下镇海沥青的膨胀率大于中海沥青，半衰期小于中海沥青。在150℃，160℃，170℃三种温度下，两种沥青都表现出相同的规律：随着用水量增大，基质沥青的膨胀率显著增加且增加幅度较为平均，基质沥青的半衰期逐渐减少且为非线性，其中镇海70号基质沥青的半衰期在用水量1％到1.5％变化明显。中海70号基质沥青在150℃和160℃条件下半衰期随用水量增大而减小，变化较为平均。170℃时，半衰期在用水量1％到1.5％变化显著，1.5％到2.5％变化不明显。

2.3两种沥青发泡前后指标

表3 两种沥青发泡前后指标

为了分析基质沥青发泡前后的基本指标差异，

对中海70号基质沥青和镇海基质沥青进行三大指标试验、TFOT薄膜烘箱老化试验，60℃动力黏度试验。发泡沥青指标选用发泡效果满足规范的几种发泡条件，镇海70号基质沥青发泡条件选150℃，1.0％用水量和160℃，1.0％作为发泡后指标对比，中海沥青发泡条件选用150℃，1.5％；160℃，1.5％；170℃，1.0％发泡条件作为发泡后指标对比。

根据发泡前后对比试验结果，两种基质沥青发泡前三大指标差距不大。镇海沥青动力黏度小于中海沥青。发泡后由于沥青中存在气泡，针入度变大，软化点变化不大，延度变化最大。动力黏度在发泡前后有一个较大的变化。且随着发泡温度的提升，动力黏度逐渐变小，中海沥青150度至160度变化较160度至170度变化大。且随着发泡温度的提升，动力黏度逐渐变小，中海70号基质沥青在150℃至160℃变化较160℃至170℃变化较大。

泡沫沥青经TFOT薄膜烘箱老化后针入度、延度略大于未发泡沥青，软化点变化不大。

3 结论

1、在相同发泡条件下，镇海70号基质沥青的膨胀率大于中海70号基质沥青，半衰期前者略小于后者。考虑到温拌泡沫沥青对于半衰期要求更高，建议选择中海70号基质沥青作为发泡沥青。

2、相同条件下镇海70号基质沥青的动力黏度小于中海70号基质沥青，发泡后两种沥青的动力黏度降低。随着发泡温度升高，动力黏度逐渐

降低。对于中海沥青，150℃至160℃动力黏度降低幅度大于160℃至170℃。

3、和基质沥青相比，泡沫沥青受短期老化程度更大。泡沫沥青的针入度、延度高于基质沥青，经TFOT薄膜烘箱老化后，针入度、延度略高于基质沥青，软化点指标相近。

参考文献

[1]秦永春,黄颂昌,徐剑,徐长奎,苏玉昆.温拌沥青混合料技术及最新研究[J].石油沥青,2006(04):18-21.

[2]韦万峰.温拌泡沫沥青发泡特性及混合料路用性能研究[D]；重庆交通大学， 2018.

[3]孙大权,王锡通,汤士良,褚莉花,罗杰.环境友好型温拌沥青混合料制备技术研究进展[J].石油沥青, 2007, 21(4):4.

[4]师龙飞.成型温度对泡沫沥青混合料性能的影响[J].公路工程,2015,40(02):249-251+2822131.

[5]温士俊. 沥青发泡装置的研究与应用[D].华侨大学,2015.12312.

[6]韩跃杰,丁智勇,吴优,李俊.发泡条件对基质沥青发泡膨胀率的影响[J].交通运输工程学报，2019，19(03):19-26.

[7]石津金. 泡沫沥青温拌技术应用研究[D].河北工业大学,2015.