基于表面活性平臺的溫拌瀝青技術（WMA）在杭州地區的研究與應用

陳闖

（杭州市路橋有限公司，浙江杭州 310011）

0 引言

當前節能減排、保護環境、可持續發展是世界各國共同關注的熱點問題，我國也把節約資源作為基本國策。熱拌瀝青混凝土——Hot Mixture Asphalt，簡稱HMA，路用性能好，但是對環境污染重，能耗大，瀝青老化較嚴重。冷拌混合料雖然環保、節能、混合料可存儲，但是路用性能與熱拌混合料則無法相比。如何保留熱拌瀝青混合料性能良好的特點并克服其存在的環境污染重、能耗大等問題，成為瀝青道路研究的方向。在此環境下，溫拌瀝青混合料技術出現并迅速投入應用。溫拌瀝青混凝土——Warm Mix Asphalt，簡稱WMA，就是在生產瀝青混凝土的過程中通過一定的技術措施，降低瀝青的黏度，使瀝青能在相對較低的溫度下與石料等進行拌合，這樣生產出的瀝青混凝土溫度相對較低，便于施工，在保證質量的前提下達到節能環保的要求。

1 國外溫拌瀝青主流技術介紹

目前主要有瀝青礦物法、泡沫瀝青溫拌法、有機添加劑法和基于表面活性平臺溫拌法4種。

（1）瀝青礦物法(Aspha-Min)

采用的礦物是一種合成沸石。在瀝青混合料拌和過程中將這種粉末狀材料(大約0.3%)加入進去，從而使瀝青產生連續的發泡反應，泡沫起到潤滑劑的作用，從而使混合料在較低溫度(120℃～130℃)下具有可拌和性。

（2）溫拌泡沫瀝青法(WAM-Foam)

將軟質瀝青和硬質泡沫瀝青在拌和的不同階段加入到混合料中。第一階段將軟質瀝青加入到溫度為110℃～120℃的集料中進行拌和以達到良好裹附，第二階段將極硬的瀝青泡沫化后加入到預拌的混合料中再進行拌和。

（3）有機添加劑法

將低熔點的有機添加劑加入到混合料中，從而降低結合料的黏度。

（4）基于表面活性平臺溫拌瀝青技術(WMA)

該方法是將一種特殊的“乳化瀝青”加入熱拌瀝青混合料中降低拌和溫度形成溫拌,這些添加劑能夠提高瀝青與集料的裹附能力，提高混合料的施工和易性。

2 基于表面活性平臺的溫拌瀝青技術（WMA）在杭州地區的應用

通過室內試驗確定合適的溫拌瀝青混凝土配合比，并對瀝青混合料性能進行檢測，確定降溫幅度，通過試驗路的修筑，確定了在較低溫度下溫拌瀝青混凝土路面施工要點，最后對試驗路的攤鋪溫度和路用性能進行檢測，驗證基本性能指標。

2.1 試驗室試驗階段

2.1.1 原材料準備

（1）瀝青

瀝青采用山東泰州70號瀝青，瀝青技術指標見表1。

表1 瀝青技術指標

表2 粗集料基本性能試驗結果

表3 細集料試驗結果

（2）集料

粗集料基本性能試驗及細集料試驗結果見表2、表 3。

（3）礦粉

礦粉試驗結果見表4。

表4 礦粉試驗結果

（4）溫拌添加劑

溫拌添加劑為益路溫拌瀝青混合料添加劑（DAT），由美德維實偉克公司提供。

2.1.2 試驗室配比設計

（1）級配確定（見圖1）

圖1 級配曲線圖

瀝青混合料類型為AC-13-Ⅰ型，級配數據如表5所示。

（2）最佳瀝青用量確定

根據上面所設計的AC-13-Ⅰ型礦料級配組成，采用5種不同的油石比，制備瀝青混合料馬歇爾試件，采用機械拌和，拌和溫度控制為130℃～140℃，擊實溫度為110℃～120℃，雙面各擊實次數75次。溫拌瀝青混凝土各項技術指標見表6。

表5 AC-13-Ⅰ型設計配合比級配

表6 溫拌瀝青混和料各項技術指標

2.1.3 添加劑DAT對瀝青混合料性能的影響——瀝青混合料性能檢測

（1）浸水馬歇爾試驗（見表7、圖2）

表7 摻10%DAT的AC-13-Ⅰ瀝青混合料浸水馬歇爾試驗結果

圖2 浸水馬歇爾試驗

試樣制備：瀝青混合料類型為AC-13-Ⅰ，拌和溫度135℃，擊實溫度120℃，擊實次數雙面各擊實75次，試件厚度要求63.5±1.3 mm。

試驗儀器儀：英國ELE公司,進口馬歇爾試驗機（25-E）型。

（2）凍融劈裂強度試驗（見表8）

試樣制備：瀝青混合料類型為AC-13-Ⅰ，拌和溫度135℃，擊實溫度120℃，擊實次數雙面各擊實75次，試件厚度要求63.5±1.3 mm。

表8 摻10%DAT的AC-13-Ⅰ瀝青混合料凍融劈裂試驗結果

試驗儀器儀：杭州南土儀器有限公司瀝青混合料多功能試驗機。

（3）車轍試驗（見表 9、圖3）

表9 摻10%DAT的AC-13-Ⅰ瀝青混合料車轍試驗結果

圖3 車轍試驗

試樣制備：瀝青混合料類型為AC-13-Ⅰ，車轍試模尺寸300 mm×300 mm×50 mm。

試驗儀器儀：北京今谷神箭測控技術研究所 ，自動車轍試驗機（QCZ-2）型。

行走距離：行走距離23±1 cm。

輪壓：0.7 MPa。

以上3個試驗檢測結果表明，摻10%DAT后，溫拌瀝青混合料在降低拌和壓實溫度的情況下，殘留穩定度、凍融劈裂TSR及動穩定度均能符合技術要求。

2.1.4 添加劑對瀝青混合料降溫幅度確定

測試4種不同成型溫度下混合料試件密度，與不摻DTA添加劑的混合料試件進行對比，檢測結果如表10和圖4所示。

由圖4可以看出，空隙率指標基本不變的情況下，摻10%DAT后瀝青混合料的成型溫度能比以前降約20℃,這是在室內試驗測出的數據。下面將根據試驗段鋪設情況確定添加劑對瀝青混合料降溫幅度。

表10 不同溫度下瀝青混凝土試件空隙率對比表

圖4 空隙率隨成型溫度變化關系（70號）

2.2 攤鋪試驗路段階段施工現場

試驗路段于2010年8月21日晚12：00在密渡橋路進行鋪設，該路段由4車道組成，長約100 m，先投入銑刨機將原有老瀝青路面層刨去，進行場地清理。

2.2.1 環境溫度及出料溫度控制

夜間環境溫度為25℃，風力2級，為了保證混合料出料溫度到場后在125℃～130℃，混合料實際生產時瀝青溫度控制為140℃～150℃，拌合樓現場石料設定溫度140℃，混合料的出料實測溫度在130℃～135℃之間。

2.2.2 攤鋪溫度控制

試驗路寬度為12 m，采用1臺福格勒S1800-2型攤鋪機進行攤鋪。攤鋪溫度控制在110℃～125℃，攤鋪機的攤鋪速度為3～4 m／min，做到均勻、不間斷地攤鋪。在攤鋪過程中可以明顯看出煙霧粉塵排放量較熱拌瀝青混合料大幅度降低，基本實現了無煙塵作業。

2.2.3 試驗路碾壓控制

（1）初壓

初壓溫度范圍控制在100℃～120℃。為了減少熱量損失過快，初壓采用16 t鋼輪壓路機低頻震動壓2遍。鋼輪壓路機緊跟膠輪壓路機，攤鋪寬度超過6 m時，必須采用2臺膠輪壓路機，2臺鋼輪壓路機并排作業。

（2）復壓

復壓溫度范圍控制在80℃～100℃。初壓結束后，緊跟著采用16 t鋼輪壓路機低頻震動壓實3遍。

（3）終壓

終壓溫度范圍控制在60℃～80℃。采用30 t膠輪壓路機靜壓2遍。

2.3 試驗路段檢測階段

2.3.1 溫度檢測

試驗路段現場溫度測試見表11。

表11 試驗路段現場溫度測試結果

從表11數據可以得出，摻10%DAT之后瀝青混凝土在生產拌和、運輸、攤鋪整體實施過程中，與未摻相比降溫幅度達到20℃～25℃。

2.3.2 取樣檢測數據

現場試驗數據如表12、表13所示。

表12 拌和站瀝青混合料取樣檢測結果

表13 試驗路鉆孔取芯檢測結果

3 結語

3.1 基于表面活性平臺的溫拌瀝青（WMA）技術優點

（1）通過試驗段，在保證瀝青混合料路用性能的前提下，拌和溫度可降低至120℃～140℃，攤鋪溫度控制在110℃～125℃ ，初壓溫度范圍為100℃～120℃。

（2）減少燃料消耗，節省20%～30%。

（3）減煙塵少排放50%以上，降低對環境的污染和對施工人員健康的損害。

（4）減輕熱拌過程中瀝青的老化，延長瀝青路面的使用壽命。

（5）延長施工季節。

3.2 基于表面活性平臺的溫拌瀝青（WMA）適用的場合

（1）尤其適用于瀝青路面建設和維修養護中的薄層罩面和超薄罩面。

（2）尤其適用于有更高環保要求的城市道路的建設和維修養護。

（3）尤其適用于隧道道面的鋪筑。

（4）適用于舊料比例較高的再生混合料。

[1]JTJ 052-2000，公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程[S].

[2]呂偉民.瀝青混合料設計原理與方法[M].上海:同濟大學出版社,2000.

[3]JTG F40-2004,公路瀝青路面施工技術規范[S].