溫拌瀝青混合料的應(yīng)用研究

高 銳，王永斌

（中國市政工程西南設(shè)計(jì)研究總院有限公司，四川 成都 610081）

0 引 言

溫拌瀝青混合料技術(shù)（WMA）于1995年正式誕生，1997年WMA的概念被正式提出。經(jīng)過20多年的發(fā)展，目前路面施工中溫拌瀝青混合料技術(shù)已經(jīng)得到了非常廣泛的應(yīng)用。主流的溫拌技術(shù)體系分為三大類，對溫拌技術(shù)的研發(fā)、推廣及工程應(yīng)用起到了極大的促進(jìn)作用[1]。

與熱拌瀝青混合料拌和技術(shù)不同，溫拌瀝青混合料以不降低瀝青混合料的使用性能為前提，通過采取技術(shù)手段降低瀝青的黏度[2]，從而使拌合料的拌和與施工對環(huán)境的要求降低，即在較低的溫度條件下也能進(jìn)行，尤其適用于冬季路面施工的情況。

與冷拌瀝青混合料相比，溫拌瀝青混合料在兼具節(jié)能環(huán)保特點(diǎn)的前提下，使用性能有很大提升。

熱拌瀝青混合料的拌和過程要在高溫下進(jìn)行，消耗大量能源，同時(shí)在拌和過程中還會(huì)產(chǎn)生大量的固體廢物及粉塵。試驗(yàn)證明，瀝青混合料生產(chǎn)過程中拌和溫度與CO2排放量成正比（見表1）。目前在國家大力推進(jìn)節(jié)能減排以及緊抓環(huán)境保護(hù)的大環(huán)境背景下，溫拌瀝青混合料在工程中的應(yīng)用就顯得尤為重要。

1 溫拌瀝青混合料的分類

1.1 降黏型溫拌瀝青混合料

降黏型溫拌瀝青混合料的原理是將瀝青或者瀝青混合料與少量熔點(diǎn)比瀝青高的化學(xué)成分進(jìn)行摻和，從而提高瀝青在低溫時(shí)的黏度，而在高溫拌和時(shí)降低瀝青的黏度，使拌合料的工作性能有明顯改善，提高其性能，增大硬度。

表1 瀝青混合料拌和過程中溫度與CO2 排放量的關(guān)系

Sasobit作為一種最常用的添加劑，在溫拌瀝青混合料的拌和中應(yīng)用非常廣泛。它不僅能降低瀝青混合料的拌和溫度，還能明顯提升其水穩(wěn)性。但是會(huì)導(dǎo)致軟化點(diǎn)的提高及針入度的降低，并且低溫條件下的抗裂性能也有所欠缺。另一種常用的添加劑Asphaltan-B在功能上與Sasobit類似，其主要成分是一種熔點(diǎn)為99℃的硬蠟。它不僅可以降低拌和溫度，在提高混合料的可壓實(shí)性以及抗車轍能力方面也有著非常明顯的功效。降黏型溫拌瀝青混合料技術(shù)旨在通過添加劑達(dá)到降低拌和溫度的效果。

1.2 發(fā)泡型溫拌瀝青混合料

根據(jù)發(fā)泡原理的不同，可以將發(fā)泡型溫拌瀝青混合料分為兩種，即化學(xué)發(fā)泡型與機(jī)械發(fā)泡型。

化學(xué)發(fā)泡型的原理是通過在瀝青中添加親水材料，在加熱拌和過程中使水在高溫狀態(tài)下形成水蒸氣，擴(kuò)散到瀝青中，進(jìn)而導(dǎo)致瀝青體積快速膨脹，降低其黏度，以期達(dá)到降低其拌和溫度的效果。機(jī)械發(fā)泡型的原理則是通過將高溫液態(tài)瀝青、壓縮空氣以及水在發(fā)泡室中混合后進(jìn)行拌和，形成泡沫瀝青，進(jìn)而用泡沫瀝青生產(chǎn)瀝青混合料。

1.3 表面活性溫拌瀝青混合料

表面活性溫拌瀝青混合料的原理是通過瀝青、表面活性劑和水三者共同作用，在拌和過程極易分散而實(shí)現(xiàn)彼此之間相互交織，進(jìn)而形成水膜，可抵消溫度降低時(shí)瀝青料增加的黏度，達(dá)到在低溫條件下拌和的目的。表面活性溫拌瀝青混合料兼具降黏型及發(fā)泡型兩者的優(yōu)點(diǎn)。

2 溫拌瀝青混合料的優(yōu)點(diǎn)

瀝青混合料的拌和是道路施工中最消耗能源的一道工序。作為一種需要在高溫環(huán)境下進(jìn)行拌和、攤鋪碾壓的路面材料，熱拌瀝青混合料從生產(chǎn)到施工整個(gè)過程的能耗均居高不下，而且還伴隨著大量的廢氣以及粉塵的產(chǎn)生，不僅對環(huán)境有很大破壞，同時(shí)還會(huì)對施工人員的身體健康造成巨大威脅[3]。尤其在隧道這種空間受限的施工環(huán)境下，威脅會(huì)加倍放大。冷拌瀝青雖然具有一定的環(huán)保及能耗方面的優(yōu)勢，但是由于穩(wěn)定性不足等缺陷，一般情況下只用于路面的養(yǎng)護(hù)修補(bǔ)。溫拌瀝青混合料在能耗及環(huán)保方面均有優(yōu)勢的前提下，穩(wěn)定性等方面也不輸于熱拌瀝青混合料（見表2）。

表2 溫拌瀝青混合料與其他瀝青混合料對比

根據(jù)長久以來的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)可以看出，溫拌瀝青混合料在實(shí)際應(yīng)用中具有以下優(yōu)點(diǎn)：

（1）能耗以及環(huán)境污染程度降低。由于熱拌瀝青混合料的拌和以及攤鋪過程均需在高溫環(huán)境下進(jìn)行，不僅會(huì)造成能量的大量消耗，還伴隨大量有害氣體及粉塵的產(chǎn)生，造成環(huán)境污染。而溫拌瀝青混合料的拌和以及攤鋪過程在較低的溫度下就可以進(jìn)行，在降低能耗以及有害氣體的排放方面都有顯著功效。

（2）環(huán)境溫度對施工影響小，攤鋪完成后能夠更快地開放交通。溫拌瀝青混合料由于其自身的特點(diǎn)，攤鋪施工可在較低的溫度下進(jìn)行，環(huán)境溫度對其施工的影響程度較小，在冬季也可以進(jìn)行施工，特別適用于工期較緊又必須在冬季進(jìn)行路面施工的工程項(xiàng)目。而且它能夠更快地冷卻，相比熱拌瀝青混合料，開放交通所需時(shí)間更短。

（3）減緩瀝青的老化速度，提高路用性能。根據(jù)長期試驗(yàn)證明，拌和溫度越高，瀝青的老化速率就會(huì)相應(yīng)越快。因此，在較低的溫度下拌和瀝青混合料，對延緩瀝青的老化有著很明顯的作用，使其更加耐用，提高穩(wěn)定性。

3 溫拌瀝青混合料實(shí)際應(yīng)用中存在的問題

雖然溫拌瀝青混合料經(jīng)過長時(shí)間的發(fā)展和工程實(shí)踐應(yīng)用，已經(jīng)積累了不少經(jīng)驗(yàn)，逐漸形成了一套理論體系，但是仍然存在著一些問題有待解決。

3.1 缺少相關(guān)的規(guī)范及標(biāo)準(zhǔn)

在現(xiàn)階段溫拌瀝青混合料的配比設(shè)計(jì)均以熱拌瀝青混合料的配比為參考。它的設(shè)計(jì)要根據(jù)自身特點(diǎn)來進(jìn)行，依據(jù)其特點(diǎn)以及使用時(shí)的外界條件來制定材料要求以及配合比的確定，同時(shí)對于其檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)以及試驗(yàn)方法也需進(jìn)行專門研究。制定相應(yīng)的規(guī)范及標(biāo)準(zhǔn)對于其推廣使用大有裨益。

3.2 原材料的采用范圍太小

現(xiàn)階段的溫拌瀝青混合料的原材料均采用的是物理力學(xué)性質(zhì)很好的集料，所有關(guān)于它的研究均建立在采用該種集料的基礎(chǔ)上，而對于采用質(zhì)量較差的集料的研究基本沒有。針對目前提倡的節(jié)能減排以及綠色環(huán)保的概念，如何將一些廢棄物變廢為寶，使其應(yīng)用在工程建設(shè)中是今后發(fā)展的趨勢。擴(kuò)大溫拌瀝青混合料原材料的采用范圍在降低工程成本、環(huán)境保護(hù)、綠色節(jié)能等方面均有著重大的實(shí)踐意義。

3.3 生產(chǎn)成本高

生產(chǎn)成本高是溫拌瀝青混合料推廣使用的重要阻力之一。溫拌瀝青混合料中要加入其它添加劑，由于其拌和工藝的不同，還需要有專門的拌和設(shè)備，因此前期成本高就成為了推廣使用溫拌技術(shù)的攔路石，這對于溫拌瀝青混合料的推廣及應(yīng)用極為不利。

因此，對于溫拌瀝青混合料的研究方向要從經(jīng)濟(jì)效益方面著手，降低成本，為其大力推廣提供強(qiáng)大動(dòng)力。

3.4 功能單一

目前對于溫拌瀝青混合料性能的研究都是只針對其中的某一個(gè)方面，如抗疲勞開裂、高溫穩(wěn)定性、水穩(wěn)定性等，沒有統(tǒng)籌考慮同時(shí)實(shí)現(xiàn)幾種性能的提升。道路行業(yè)向著智能化、多功能化發(fā)展，溫拌瀝青混合料如果能夠同時(shí)提高幾項(xiàng)性能，它在將來的應(yīng)用就會(huì)更加廣泛，擁有非常廣闊的發(fā)展空間以及龐大的市場需求。

3.5 長期路用性能研究不足

目前的研究表明，溫拌瀝青混合料在低溫下強(qiáng)度下降明顯，有水毀的可能性，這是由于其自身的拌和原因所導(dǎo)致的一種缺陷。由于在拌合過程中集料不完全干燥，表面有一層水膜，在低溫條件下集料中的水凝結(jié)成冰導(dǎo)致其自身結(jié)構(gòu)的破壞。目前針對這種現(xiàn)象的解決辦法是在集料中摻入適量的消石灰，對其自身的性能有明顯的提升。目前針對溫拌瀝青混合料的長期路用性能的研究并不深入，這也成為溫拌瀝青混合料推廣使用的另外一個(gè)重要阻力。

4 結(jié) 語

在現(xiàn)階段提倡節(jié)能減排以及綠色環(huán)保的概念下，道路行業(yè)將向著智能化、多功能化發(fā)展。溫拌瀝青混合料借助其優(yōu)于傳統(tǒng)瀝青混合料的優(yōu)勢，在將來的應(yīng)用會(huì)更加廣泛，擁有非常廣闊的發(fā)展空間以及龐大的市場需求。本文以溫拌瀝青混合料為研究對象，分析了目前常用的三種溫拌技術(shù)原理，通過與傳統(tǒng)的瀝青混合料進(jìn)行對比研究，對溫拌瀝青混合料的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了一定程度的分析，能夠?qū)ζ湓诠こ讨械膽?yīng)用及以后的發(fā)展方向提供參考。