温拌沥青混凝土技术在公路施工中的应用

摘要：温拌沥青混合料是指利用在沥青中添加辅助材料，从而实现在120°C左右均匀沥青和拌合级配骨料，获得的成品沥青混合料与170°C热沥青混合料性能相近，是一种新型的沥青混合料。温拌沥青混合料技术的成功应用，实现了公路建设中资源成本的节约，同时也降低了对环境的污染，成为近年来沥青路面材料领域又一项很有前景的新兴技术。文中对几种温拌沥青混合料技术作了简述。

关键词：温拌沥青;公路;应用

Abstract: Warm Mix Asphalt Mixture successful application of resources in the highway construction cost savings, but also reduces the pollution of the environment has become the field of asphalt pavement materials in recent years a promising emerging technology. several warm mix asphalt technology was described.

Keywords: warm mix asphalt; road; application

中图分类号：TU528.42 文献标识码：A

一、引言

温拌沥青混合料的拌合温度介于热沥青混合料和冷沥青混合料之间，成品混合料性能良好，节约能源和环保的特性十分明显。温拌沥青混合料与热拌沥青混合料相比拌合温度降低了50°C， CO2的排放将降低50%左右，生产1吨混合料将节省1-1.5公斤燃油。近些年来，交通部对节能减排技术研究十分重视，现已将温拌技术的研究纳入西部交通科技项目计划。我国的温拌沥青混合料技术研究起步于2005年，根据国际上温拌沥青混合料技术的研究和应用实践经验，我国将乳化沥青温拌法和有机添加剂温拌法作为研究重点。

二、温拌沥青混合料优点

温拌沥青混合料完全可以达到热拌沥青混合料的性能，但由于其较低的拌和及压实温度，使其与热拌沥青混合料相比有许多优点。

1、设备无需改造即可进行生产。温拌沥青混合料可基本上全部利用现有的热拌沥青混合料设备，以满足热拌沥青混合料的标准要求进行生产，且成品混合料性能良好，几乎完全具备和热拌沥青混合料一样的施工和易性和路用性能。

2、降低拌和成本。由于拌和温度下降10～60℃，石料加热温度、沥青保温温度下降。燃油成本下降20%～50%。拌和和裹覆难度下降，拌和能耗和机械损耗也相应下降。

3、降低了沥青混合料生产能耗、减轻老化，改善路用性能。温拌沥青混合料的拌和温度介于热沥青混合料和冷沥青混合料之间，拌和温度一般保持在100～120℃，摊铺和压实路面的温度为80～90℃，相对于热拌沥青混合料，温度降低了30℃左右，相当于生产1t混合料将节省1～1. 5 kg燃油，即与热拌沥青混合料相比可节约30%的能源消耗。研究显示，当温度高于100℃时，沥青温度每提高10℃，其老化速率将提高1倍，而温拌沥青混合料工作温度的降低，显著降低了沥青混合料的老化现象，从而可以增加路面的使用寿命。

4、减少有害气体以及粉尘的排放量，降低环境污染、改善工人工作环境质量。单位混合料成品的燃油消耗减少，本身就会显著降低拌和过程当中的有害气体和温室气体的排放;由于拌和温度的下降，沥青混合料在拌和到现场压实的整个过程中产生沥青烟雾粉尘污染均会明显减少。在摊铺过程中，基本可以实现无烟尘作业。工人劳动条件显著改善，沥青路面对工人健康损害减轻;同时，混合料拌和沥青路面作业对道路沿线居民的生理影响也显著减少。

5、延长施工季节，增加沥青路面施工的灵活性、便利性。由于料温与环境温度的差异缩小，温拌沥青混合料的储运过程中降温速率下降，允许储存时间和运输时间均显著延长。温拌沥青混合料卸车时料车底部因低温产生粘结和混合料粘料车现象也显著减少。

降温速率减缓，混合料的可压实时间显著延长，压实更有保障;同时，更易于边角和补救位置的手工操作;温拌混合料对路表和环境温度的要求相对低，路面施工季节和日施工时间延长，比热拌更适合夜间施工。

6、延长沥青混合料拌和设备使用寿命，降低设备使用成本。由于生产温度的降低，混合料生产过程中对钢铁制的生产设备的损耗也相应降低，可以延长设备使用期，降低成本;另外，温拌沥青混合料的生产备料或余料，均可灵活而有效地存储较长时间，增加了生产能力，降低了有关厂家的设备损耗;同样，沥青拌和厂家的产品使用范围也随之扩大，温拌沥青混合料一旦铺设完成，路面就可迅速投入使用，使工期提前。

7、较快的开放交通。由于温拌混合料完成压实后，其温度已经处在较低水平，在碾压完成后可以较快的开放交通从而减少施工作业对交通的干扰。

三、几种典型温拌技术简介

目前主要有沥青一矿物法、泡沫沥青温拌法、有机添加剂法和基于表面活性平台温拌法四种。

1、沥青一矿物法(Aspha-Min)

采用的矿物是一种合成沸石。在沥青混合料拌和过程中将这种粉末状材料(大约0.3%)加入进去，从而使沥青产生连续的发泡反应。泡沫起到润滑剂的作用。从而使混合料在较低温度(120℃-130℃)下具有可拌和性。

Aspha—Min是德国Eurovia-Services 股份有限公司的产品。它是一种极细、白色粉末状人造合成沸石(硅酸铝钠)，已经被热液结晶。沸石内部容纳的水的质量百分率为21%，在85~182℃被释放。在向混合料中加入胶结料的同时加入Aspha—Min，就会产生极小的喷水现象。水的释放会使胶结料体积变大，导致出现沥青泡沫效应，可以在较低的温度下增加集料的覆盖率。Eurovia公司建议所加的Aspha—Min占混合料的质量百分率为0 3%，这样可以将HMA典型的生产温度降低12℃左右。据报告，温度降低12℃可以节省30%的燃料消耗量。Eurovia介绍说所有常用的沥青和聚合物改性沥青，包括再生沥青都可以添加Aspha-Min。可以将Aspha-Min加入到矿物填料中或者单独加料，直接将其加入到间歇式拌和厂的搅拌机中。沸石是网状硅酸盐组合，在其结构中有巨大的空间可以容纳较大的阳离子，例如钠离子、钾离子、钡离子、钙离子，甚至是相对较大的分子和阳离子群，例如水分子。在沸石中，空间是互相连通的，并且根据种类的不同形成了各种尺寸的较长、较宽的通道。这些通道可以使其中的离子和分子更容易地进出沸石结构。沸石最常见的用途是作为水软化剂，沸石的特点是可以在不破坏它们结晶结构的情况下吸水和失水。它们可以将结构中的水通过加热或者其他方法排出结构。因此沸石可以作为新流体的运输系统。

2、温拌泡沫沥青法(WAM-Foam)

将软质沥青和硬质泡沫沥青在拌和的不同阶段加入到混合料中。第一阶段将软质沥青加入到温度为110℃-120℃的集料中进行拌和以达到良好裹附。第二阶段将极硬的沥青泡沫化后加入到预拌的混合料中再进行拌和。

WAM-Foam是英国壳牌石油有限公司和挪威Kolo-Veidekke合资的产品。在WAM-Foam中，在拌和阶段使用两种单独的胶结料，软胶结料和以泡沫形式加入的硬胶结料，即两种硬度不同的沥青材料。软胶结料的针入度较大，使其能在100℃时，具有一定的流动性，从而便于与矿料拌和均匀，能够裹覆住矿料。软胶结料控制最小放置温度，混合料可以在80℃下放置，相对于HMA，降低了50~60℃;硬胶结料是咀泡沫沥青的形式加入的，根据路面的需求，硬沥青在25~C时的针入度应在10~100(0.1mm)之间。根据要配制的调和沥青针入度来确定软胶结料和硬胶结料的混合比率。如果需要的话，结合料中还可以加入抗剥落剂，以减少水损坏。在第一阶段，在100℃左右软胶结料与矿料拌和，初步覆盖矿料，矿料的加热温度为100~120℃。然后以泡沫形式加入硬胶结料在90~120℃进行充分拌和。当硬胶结料加入到混合料中时，通过向加热的硬胶结料注入冷水而产生的快速蒸发会产生大量的烟雾。硬泡沫胶结料与软胶结料结合，从而达到所需的沥青产品的最终的组成和特性。至于温拌沥青混合料的矿料级配、混合料的配合比设计、拌和设备等可以完全参照热拌沥青混合料的相关方法与规定。壳牌公司指出，WAM—Foam需要对软、硬胶成分进行仔细选择。拌和第一阶段，集料的最初裹覆对于阻止水接触胶结料和集料交界面从而进入集料是至关重要的，水必须从沥青混合料中排出，以确保得到高质量的产品。壳牌公司报道说使用WAM-Foam导致的生产温度降低可以节省30%燃料，减少30%的CO2排放量。

3、有机添加剂法

将低熔点的有机添加剂加入到混合料中，从而降低结合料的粘度。目前成功应用的化学添加剂有两类，合成蜡和低分子量酯类化合物。添加剂大约在100℃—120℃之间熔化，熔化后的添加剂会产生大量的液体，从而使结合料粘度降低。

各类添加剂加入3%～4%的量就会使拌和温度降低10~30℃，目前主要有Sasobit和Asphaltan B两种添加剂。Sasobit是南非Sasol—Wax(Formerly SchUmann Sas01)公司的产品。Sasobit、被认为是一种改性剂或者“沥青流动改进剂”。它是一种细结晶体，可以薄片或者粉末的形式存在。使用Fischer-Tropsch(FT)过程从煤气化中生产的长链脂肪族烃，也被称为FT固体石蜡。Sasol—Wax公司指出Sasobit的熔点大约是99℃，在超过116℃时，可以完全溶解于沥青胶结料中。使胶结料的粘度降低。这可以使生产温度降低12℃。温度低于熔点时，Sasobit在沥青胶结料中形成晶格结构，这是含有Sasobit的沥青的稳定性的基础。在使用温度下，Sasobit改性沥青的抗车辙能力增强。此外，Sasol—Wax公司报道，在同样的滚轮荷载下，其压实性与非改性沥青相比有所增加。Sasol-wax公司建议加入混合料质量的3%的Sasobit，以使粘度降到所需的标准，并且不应超过4%，以免对胶结料的低温性能产生不良影响。不建议将固体Sasobit直接拌和，因为这样不能够使其在沥青中均匀分布。Asphaltan B是德国Romonta-GmbH，Amsdorf公司的产品，可以粒状存放。它是专门为沥青混凝土研制的，是褐煤蜡与高分子烃的混合物。Romonta公司建议加入质量百分率为2%~4%的AsphaltanB。它可以加到沥青拌和机中，或是直接加入到胶结料生产机中，也可以加入到聚合物改性胶结料中。Asphaltan B的熔点大约是99℃。与FT蜡相似，它也被认为是一种“沥青流动改进剂”，可以降低生产温度。与FT蜡一样，其压实性和抗车辙能力均会增强。

4、基于表面活性平台温拌法(EWMA)

基于表面活性平台的温拌技术由美国Meadwestvaco公司提出，该方法是将一种特殊的乳化沥青替代热沥青实现温拌，工艺与热拌沥青混合料基本一致，用于生产这种乳化沥青的乳化剂中含有一些添加剂，这些添加剂能够提高沥青与集料的裹附能力，提高混合料的施工和易性以及粘聚能力。乳化沥青中的水分在与高温集料拌和过程中就以水蒸气的形态释放出去。拌和完毕的温拌沥青混合料从外观上看其裹附和颜色与热拌沥青混合料没有什么差别。

四、结束语

当前节能减排、保护环境、可持续发展是世界各国共同关注的热点问题，温拌沥青混合料作为一种新型的低排放和低能耗环保型材料，其发展前景十分广阔。温拌沥青混合料路用性能良好，施工工艺简单方便，在公路建设的推广应用已不存在任何技术障碍，不断研究与推广温拌沥青混合料技术，对公路建设的发展具有重要意义。