温拌沥青混合料在干线公路中应用研究

陈明强 赵 松

（常州市公路管理处 常州 213164）

新世纪以来，我国经济发展面临转型，节能减排成为重要课题。中国作为《京都议定书》的签约国，将承担巨额降低CO2排放量任务，中国能源可能因为排放CO2指标的限制而经历严峻的考验、中国环境科学能力将受到巨大的考验。江苏省作为经济大省，面临着能源紧缺、环境污染等严峻问题，同时大规模城市交通基础设施的改善，许多高等级公路和城市道路的改、扩建都势在必行，如果我们在道路建设中深入贯彻节能减排理念，不断寻求降低工程能源环境成本途径，必定会带来可观的社会效益和经济效益。在这样的背景下，温拌沥青混合料施工技术应运而生。温拌沥青混合料（warm mix asphalt，WMA）是拌和温度介于热拌沥青混合料（150～180℃）和冷拌沥青混合料（常温）之间，性能达到热拌沥青混合料（hot mix asphalt，HMA）要求的新型沥青混合料。温拌技术是一种高节能低排放的新型环保路面技术，降低了矿料、沥青加热温度及混合料施工温度，减少了气体和烟尘的排放量，缓解了因修筑沥青路面造成的空气污染以及温室气体的排放；对人体健康造成的影响也大大降低；且WMA减轻了沥青因拌和温度过高的老化，延长了沥青路面的使用寿命。

1 温拌沥青混合料的特点

目前国内高等级沥青路面基本上都采用传统的HMA进行铺筑，对于江苏省常用的70号沥青，通常要求沥青加热温度为160～170℃，矿料加热温度为170～185℃，混合料出料温度160～170℃。将沥青和矿料加热到如此高的温度，不仅要消耗大量的能源，而且在生产和施工的过程中还会排放出大量的废气和粉尘，严重影响周围的环境质量和施工人员的身体健康。

1995年在欧洲首先应用了沥青混合料的温拌技术。它在满足性能要求的基础上，可通过减低沥青混合料的拌和及摊铺的温度实现降低燃料成本和减少排放。目前温拌技术主要有以下几种方法：①采用软硬沥青结合料进行调和，如壳牌公司的 WAM－Foam技术；②采用乳化技术，如MeadWestvaco公司的Evotherm技术；③采用添加剂来实现，包括矿物添加剂和有机添加剂。就目前的技术水平而言，WMA的拌和温度一般保持在120～140℃，摊铺和压实路面的温度为120～140℃，相对于HMA，温度可以降低20～30℃，而且WMA同时具备和HMA一样的施工和易性和路用性能。

WMA除了与普通HMA的路用性能基本一致之外，还具有以下几个优点：

（1）节约能源。能够减少燃料的消耗。国外研究数据表明，与HMA相比大约能节约20%～30%的能源。

（2）减少健康危害。WMA能够减少CO2、粉尘等有害物质的散发，从而降低对环境的破坏和对施工人员的健康危害。国外研究数据表明，CO2、CO等主要有害气体排放能减少3成。

（3）能够简化沥青混合料的生产程序，延长设备的使用寿命，而且其生产、摊铺和压实的设备采用普通热拌混合料的设备即可（可能需要做些很小的调整）。

（4）当进行储存性生产时，能更稳定地储存更长的时间，有更好的灵活性和更长的工作寿命。

（5）降低沥青结合料在生产过程中的氧化速率，减少热老化程度，延长沥青的使用寿命。

（6）扩大沥青面层的施工适宜温度区间，提高施工速度。

2 温拌沥青混合料在干线公路建设中的应用

2007年常州市在340省道金坛段养护改善工程中进行温拌沥青试验段的铺设，从而拉开了江苏省干线公路建设温拌沥青的研究序幕。近年，237省道扬州段、205国道淮安段、221省道如东段、323省道徐州东绕城段等国省干线公路建设中都进行了温拌沥青混合料施工的尝试。今年，我处在S241省道金坛北段改扩建工程中选取部分路段采用Sasobit温拌沥青改性技术，进行温拌沥青混合料施工。

2.1 Sasobit温拌沥青改性剂技术

Sasobit是一种窄分布的合成饱和碳氢化合物的混合物，是一种硬蜡。沥青中蜡含量偏高会对沥青的性能产生负面影响，但是掺入一定量的Sasobit却不会出现这种问题。这是因为它与沥青中的蜡在分子结构上有很大的不同：Sasobit的熔点在100℃左右，可以完全熔融在温度高于115℃的沥青中，降低沥青的粘度，使混合料拌和及压实温度降低。在温度低于熔点时，则在沥青中形成网状的晶格结构，增加沥青的稳定性，提高路面在使用温度范围内的抗车辙性能。经试验证明，Sasobit在高温沥青中简单地机械搅拌即可均匀地熔融分布于沥青中且不离析，不必要采用胶体磨或者高速剪切搅拌等复杂的加工工艺。笔者做了70号道路石油沥青的常规试验，以及不同掺量的Sasobit沥青试验，试验结果见表1。

表1 Sasobit对沥青常规性能的影响

由表1可见，Sasobit的掺入可以降低沥青的针入度，使沥青软化点升高，针入度指数增大。而针入度的降低、软化点的升高、针入度指数的增大（感温性降低）都可以很好地改善沥青的高温性能，增强混合料的高温抗车辙能力。

2.2 Sasobit温拌剂对沥青混合料拌和及压实温度的影响

本文选取Superpave－20级配进行混合料性能试验，WMASuperpave20所用原材料、级配及沥青用量均参照热拌Superpave20设计结果。采用温拌剂为有机固体添加剂Sasobit，掺量为沥青质量的1.5%。为了探讨Sasobit温拌改性对混合料所需成型温度的影响，本文分别采用马歇尔法和旋转压实法成型试件，且在混合料拌和后均用烘箱保温2h，以严格控制试件成型温度在目标温度±2℃范围内。试验结果见表2、表3及图1。

表2 混合料不同击实温度马歇尔稳定度试验结果

表3 混合料不同温度旋转压实试验结果

图1 马歇尔试件压实温度与空隙率的关系

由表2、表3及图1可见，在混合料达到相同的压实度（空隙率）的情况下，掺加1.5%Sasobit的温拌沥青混合料的拌和及压实温度可以比70号沥青混合料降低15～20℃，这将为生产企业节约大量的能源消耗。而在相同的压实温度下，Sasobit温拌表现出强烈的助碾作用，这有助于现场施工时的碾压次数，对骨架嵌挤型等比较难碾压的混合料（如Superpave混合料等）更具有特殊的意义。

3 实际应用温拌沥青混合料节能减排方面的成效

3.1 节能检测结果分析

目前温拌技术的应用逐年增多，以掺加温拌剂技术在江苏的应用实例，分析WMA的节能效果，记录每种混合料的出料吨位和燃油消耗总量，计算出每种混合料的燃油消耗量，结果见表4、图2、图3。

表4 各种混合料的燃油消耗

图2 燃油消耗对比柱状图

图3 燃油消耗降低幅度

由图2和图3可见，WMA的燃油消耗低于HMA，WMAAC－25的燃油消耗降低幅度为7.1%，WMAAC－20的燃油消耗降低幅度为7.0%，WMASMA－13的燃油消耗降低幅度为11.0%，3种 WMA的燃油消耗降低幅度接近10%左右，即WMA相对HMA能节约10%的燃油。需要强调的是燃油品质的好坏直接影响到燃油的消耗量，燃油品质越好，节约能源的效果越明显。

3.2 环境检测结果分析

为了评价WMA的环保性能，通过环保部门对 WMASMA－13和SMA－13两种混合料、拌和厂废气排放进行了检测，主要检测的指标为碳氧化合物和有毒沥青烟，检测结果见表5及图4、图5。

表5 拌和厂气体排放检测结果（WMASMA－13和热拌SMA－13）

图4 WMASMA－13和热拌SMA－13的Cox和沥青烟排放质量浓度的对比

图5 WMASMA－13和热拌SMA－13的Cox和沥青烟排放速率的对比

由图4、图5可见，WMASMA－13的Cox排放浓度较热拌SMA－13降低了36.5%，有毒沥青烟降低了54%；图5从排放速率上比较，得出WMASMA－13较热拌SMA－13降低了28.4%，有毒沥青烟降低了45.1%。说明WMA降低了环境的污染和对施工人员健康的损害，对于今后隧道和城市道路等环保要求较高区域的沥青路面施工带来了好处，并且WMA减轻了沥青因拌和温度过高的老化，延长沥青路面的使用寿命。

3.3 节能减排的成效

（1）根据节能检测结果表明，WMA能节约接近10%左右的燃油消耗。根据已有研究成果，一般WMA比HMA节约燃油约20%以上，WMA具有明显的节能效果。

（2）拌和厂废气检测结果表明，WMA的碳氧化合物、沥青烟等的排放量较HMA均有不同程度的降低，说明 WMA具有较好的环保效果，适应环保型低碳经济社会的建设需求。

4 结论

（1）较低的生产温度可以减少燃料的消耗、降低排放量，使得沥青混合料得到更广泛的应用（如：空气污染控制较严格的地区、低温地区）。

（2）较低的拌和与压实温度可能导致集料不完全干燥，残留的水分可能引起温拌沥青混合料的水损害。

（3）我国的公路建设处于发展时期，建设任务繁重，对资源需求量大，而温拌沥青混合料是正在研发推广的新型路用材料，这种材料和技术的应用能较大幅度减少公路建设的能源消耗，符合国家提倡的节能减排，降低环境污染，改善建设人员的工作环境，提高生产效率的发展目标，因此，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。

［1］ JTG F40－2004公路沥青路面施工技术规范［S］.北京：人民交通出版社，2004.

［2］ 徐世法.高节能低排放型温拌沥青混合料的技术现状与应用前景［J］.公路，2005（7）.

［3］ 李祝龙.沥青混合料应用中的环境保护［J］.交通运输工程学报，2004（12）.

［4］ 左 锋.国外温拌沥青混合料技术与性能评价［J］.中外公路，2007（6）.