沥青混合料温拌技术在国省道工程中的应用探讨

刘传波 冉维彬

（济南市公路管理局 济南 250014）

1 沥青混合料温拌技术概述

1.1 沥青混合料温拌技术的概念及分类

沥青混合料温拌技术是近几年逐步被推广使用的一种沥青混合料拌和新技术，是指拌和温度介于热拌沥青混合料和冷拌沥青混合料之间，性能达到（或接近）热拌沥青混合料的新型沥青混合料。

目前，主流的温拌技术有3类：沥青发泡技术、有机降粘技术、基于表面活性平台的温拌技术。本文以APTL温拌剂为例，阐述基于表面活性平台的温拌技术。

1.2 工作机理

基于表面活性平台的温拌技术是指通过表面活性剂的作用，在拌和过程中使沥青之间形成结构性水膜，改善沥青对集料的润滑作用，降低集料与沥青微观界面间的摩阻力，实现低温下拌和及压实。该项技术不改变沥青本身的技术特性，仅在沥青与集料拌和过程加入表面活性剂从而改变沥青的工作特性，因此对沥青混合料的路用性能不造成影响。

1.3 APTL温拌技术作用机理

APTL温拌剂有效成分是一种表面活性剂，其分子结构中存在极性部分和非极性部分，极性部分具有亲水性（即亲水基），非极性部分具有亲油性（即亲油基），其化学本质是一种醇胺类化合物。基于界面化学理论，这种两性分子可以在极性不同的两相间形成界面膜，降低两相的界面张力，减小两相间的相界面能，增加两相间的润滑。在沥青与集料拌和时，将温拌剂伴随沥青加入拌缸，在机械力搅拌下，大量表面活性剂胶团与热沥青接触，胶团外围水分子迅速蒸发散失，使亲油基与沥青接触。而表面活性剂的存在改变了沥青的工作特性，一方面，表面活性剂增加沥青在集料表面的润湿与铺展，表面活性剂降低沥青与集料表面的界面张力，降低沥青与石料界面的接触角，促使沥青在集料表面更好地铺展，促使沥青胶粒在较低的温度下充分裹覆集料；另一方面，表面活性剂结合残留少量水分形成结构水膜改善沥青润滑特性，残留的未散失的水分子与表面活性剂亲水基结合，从而沥青内部形成大量具有润滑功能的吸附水膜。残留在沥青内部的吸附水膜起到润滑作用，暂时改变了沥青的粘度，也正是由于水膜结构的存在，使沥青能在较低温度下获得一定的流动性，改善沥青在拌和过程中的工作特性。

在压实过程中由于水膜润滑，使集料极易调整其位置，有利于集料骨架结构的形成，促进压实。而水膜结构也在机械力作用下逐渐破坏，至压实终了，水膜散失。但残留的表面活性剂很难在沥青内部残留，会迅速转移至相界面，即沥青与集料界面，降低沥青与集料界面张力，加强两者的吸附粘结，起抗剥落剂的作用。

1.4 APTL温拌剂的相关指标

APTL沥青温拌剂的有效成分是醇胺类化合物，APTL温拌剂浓缩液技术要求及检测结果见表1。

表1 APTL温拌剂浓缩液技术要求及检测结果

2 温拌沥青混合料试验路段及质量关键控制指标检测分析

2.1 试验段施工温度控制标准

试验段施工温度控制标准见表2。

表2 正常施工环境条件下温拌温度控制 ℃

低温环境下温拌沥青混合料拌和温度控制范围见表3。

表3 低温施工环境条件下温拌温度控制 ℃

2.2 试验路段的实施

（1）APTL沥青温拌技术先后在山东省济南市国道309线、省道104线及省道248线成功进行了试验段的施工，温拌沥青混合料种类包含热拌LSPM－25（MAC沥青）、温拌 AC－20（70号沥青）、温拌AC－10（70号沥青）、温拌SMA－13（SBS沥青），对施工温度控制分路段、分类型分别进行控制，同时还进行了低温施工试验段，质量指标均达到同型号热拌沥青混合料的要求，效果良好。见表4～表6。

表4 省道104温拌沥青混合料施工温度控制℃

表5 省道248温拌沥青混合料施工温度控制 ℃

表6 国道309温拌沥青混合料施工温度控制 ℃

（2）在拌和过程中，由于矿粉、温拌剂均为常温添加，会带走相当一部分热料，因此设定的集料加热温度应比出料温度高5～10℃。拌和时矿料加热温度降低幅度最小为30℃，最大为40℃。

2.3 温拌沥青混合料试验段种类指标检测

试验段完成后对压实度、渗水、混合料指标进行了检测，满足规范要求，见表7。开放交通后进行了观测，每月1次，表面无裂缝、泛油、车辙等缺陷，效果良好。

表7 试验段热拌温拌指标对比

由表7可见，相同类型混合料温拌指标能够达到热拌的质量要求。

3 配合比设计

3.1 试验室内温拌剂性能及温热拌混合料性能对比试验

（1）在施工前严格按照相关热拌混合料设计规范和方法进行试验配比设计，测定其全套体积指标（毛体积密度、矿料间隙率、有效沥青饱和度），空隙率、马歇尔稳定度、流值、同时测定冻融劈裂残留稳定度、车辙试验动稳定度等指标。

（2）同时对相同类型的沥青混合料进行实验室内热拌、温拌对比验证，验证时将热拌混合料与温拌混合料同时制成标准马歇尔试件，并进行各项指标的对比分析，验证混合料类型包括LSPM－25，AC－20，AC－10，SMA－13。

（3）考虑试验室内拌锅的拌和效果等综合因素，温拌剂试验室内添加量为10%，乳液浓度5%，拌剂添加量为沥青含量的5%。

（4）试验室验证石料加热温度比出料温度高10～20℃，控制在140℃左右，普通沥青加热温度150℃，改性沥青加热温度170℃。

（5）拌和楼加入法：用专用添加设备将液体状沥青温拌剂按沥青量的3%～5%加入拌和锅。集料加热至规定温度后加入热沥青，同时将一定比例的温拌剂打入拌和锅，拌和即可。

（6）沥青温拌混合料的配比只需要加入温拌剂即可，无需重新调整沥青混合料目标和生产配合比，对确定的沥青热拌混合料配合比无任何影响，施工操作方便、简单。

3.2 温拌沥青混合料的室内拌和过程

（1）集料加热。加热温度按温度控制表控制温度，加热好的石料放入预热好的拌和锅干拌。

（2）将干拌后的石料拉成一斜面，露出拌锅底部。

（3）热沥青（温度与热拌相同）倒入露出来的拌锅底。

（4）室内试验采用5%浓度的温拌剂，掺加量为沥青质量的10%。

（5）搅拌桨下降，降到正好可以将烧杯探入的位置，将APTL温拌剂倒在沥青液面上，尽量避免倒在石料上。

（6）降下搅拌桨，开始搅拌，搅拌时间为1～1.5min。

（7）略微升起搅拌桨，倒入矿粉（不加热），再次搅拌（一般不超过1min）。

（8）按照设定温度出料。

3.3 生产配合比验证

（1）试验段正式施工前，在拌和场内先进行温拌沥青混合料的生产预拌。

（2）预拌时，待混合料稳定后，进行取样检测，检测项目包括室内成件、测空隙率、室内密度、稳定度、流值、抽提检测沥青含量、筛分、车辙和冻融。

3.4 温拌剂喷洒量的设定

生产时，温拌剂添加量为基质沥青质量的3%，加入时需控制温拌剂的喷入时间，温拌添加剂在沥青开始喷洒后延时1～2s开始喷入，添加剂与沥青同步进入拌缸喷洒，同时保证沥青喷洒结束之前1～2s完成温拌剂的喷洒。在沥青喷洒结束延后3～5s再添加矿粉。温拌剂添加装置计量精度满足温拌剂添加量的允许误差要求。采用专用设备添加，为电脑控制。

4 施工质量管理与检查验收

温拌沥青混合料摊铺施工完毕后，其面层质量检查项目、检查方法、检查频率和质量要求同热拌沥青混合料一致。

出料温度逐车检测，做好记录；现场逐车检测摊铺温度、初压温度、复压温度、终压温度，并做好记录；试验段完成后按照规定频率检测厚度、压实度、空隙率、渗水、摩擦系数、构造深度、平整度、宽度、高程、横坡、中线偏位等指标。

温拌沥青混合料表面温度低于50℃后，开放交通。

5 温拌沥青混合料效果分析

5.1 质量指标检测

（1）试验室内检测混合料密度、理论密度、空隙率、马歇尔稳定度流值、车辙、冻融劈裂强度等指标满足规范要求。

（2）经现场钻心取样检测路面厚度、压实度、渗水、摩擦系数、构造深度等指标满足规范要求。

5.2 APTL沥青温拌剂路用性能试验

（1）70号A级道路石油沥青混合料对比，见表8。

表8 70号道路石油沥青混合料热拌与温拌性能对比

（2）SBS改性沥青混合料对比，见表9。

表9 SBS改性沥青混合料热拌与温拌性能对比

（3）稳定型橡胶改性沥青混合料对比，见表10。

表10 稳定型橡胶改性沥青混合料热拌与温拌性能对比

5.3 社会、经济效益

（1）降低拌和温度和施工温度30～60℃，节省能源，减少燃料费用。经测：与热拌沥青混合料相比，生产1t温拌沥青混合料可节省62 500～60 890kJ大卡热量，折合标准燃料油约1.8～2.2 kg。

（2）减少烟气及二氧化碳等温室气体的排放，减轻大气污染。

（3）降低沥青烟雾的挥发，改善施工环境，尤其适合大中城市道路的摊铺。

（4）降低沥青的老化程度，延长沥青路面的使用寿命。

（5）提高拌和楼产量20%～25%，缩短施工工期。

（6）可低温施工，延长施工时间。

5.4 温室气体及沥青烟指标检测

（1）沥青烟排放量。由平均192mg／m3降低至34.7mg／m3，下降81.9%。

（2）一氧化碳由平均87mg／m3降至8.7 mg／m3，下降90.04%；二氧化硫由平均86mg／m3降至31.33mg／m3，下降63.4%；氮氧化物由平均85.33mg／m3降至33.67mg／m3，下降60.54%，苯并芘由平均12.25×10－4降至4.8×10－4，下降60.81%。

6 结语

本文通过试验段的实施，对沥青混合料温拌技术的工作原理、施工技术及质量控制、效果分析、节能减排的优势等进行了阐述，进一步论证了沥青混合料温拌技术用于施工的可行性。