溫拌瀝青混合料在干線公路中應用研究

陳明強 趙 松

（常州市公路管理處 常州 213164）

新世紀以來，我國經濟發展面臨轉型，節能減排成為重要課題。中國作為《京都議定書》的簽約國，將承擔巨額降低CO2排放量任務，中國能源可能因為排放CO2指標的限制而經歷嚴峻的考驗、中國環境科學能力將受到巨大的考驗。江蘇省作為經濟大省，面臨著能源緊缺、環境污染等嚴峻問題，同時大規模城市交通基礎設施的改善，許多高等級公路和城市道路的改、擴建都勢在必行，如果我們在道路建設中深入貫徹節能減排理念，不斷尋求降低工程能源環境成本途徑，必定會帶來可觀的社會效益和經濟效益。在這樣的背景下，溫拌瀝青混合料施工技術應運而生。溫拌瀝青混合料（warm mix asphalt，WMA）是拌和溫度介于熱拌瀝青混合料（150～180℃）和冷拌瀝青混合料（常溫）之間，性能達到熱拌瀝青混合料（hot mix asphalt，HMA）要求的新型瀝青混合料。溫拌技術是一種高節能低排放的新型環保路面技術，降低了礦料、瀝青加熱溫度及混合料施工溫度，減少了氣體和煙塵的排放量，緩解了因修筑瀝青路面造成的空氣污染以及溫室氣體的排放；對人體健康造成的影響也大大降低；且WMA減輕了瀝青因拌和溫度過高的老化，延長了瀝青路面的使用壽命。

1 溫拌瀝青混合料的特點

目前國內高等級瀝青路面基本上都采用傳統的HMA進行鋪筑，對于江蘇省常用的70號瀝青，通常要求瀝青加熱溫度為160～170℃，礦料加熱溫度為170～185℃，混合料出料溫度160～170℃。將瀝青和礦料加熱到如此高的溫度，不僅要消耗大量的能源，而且在生產和施工的過程中還會排放出大量的廢氣和粉塵，嚴重影響周圍的環境質量和施工人員的身體健康。

1995年在歐洲首先應用了瀝青混合料的溫拌技術。它在滿足性能要求的基礎上，可通過減低瀝青混合料的拌和及攤鋪的溫度實現降低燃料成本和減少排放。目前溫拌技術主要有以下幾種方法：①采用軟硬瀝青結合料進行調和，如殼牌公司的 WAM－Foam技術；②采用乳化技術，如MeadWestvaco公司的Evotherm技術；③采用添加劑來實現，包括礦物添加劑和有機添加劑。就目前的技術水平而言，WMA的拌和溫度一般保持在120～140℃，攤鋪和壓實路面的溫度為120～140℃，相對于HMA，溫度可以降低20～30℃，而且WMA同時具備和HMA一樣的施工和易性和路用性能。

WMA除了與普通HMA的路用性能基本一致之外，還具有以下幾個優點：

（1）節約能源。能夠減少燃料的消耗。國外研究數據表明，與HMA相比大約能節約20%～30%的能源。

（2）減少健康危害。WMA能夠減少CO2、粉塵等有害物質的散發，從而降低對環境的破壞和對施工人員的健康危害。國外研究數據表明，CO2、CO等主要有害氣體排放能減少3成。

（3）能夠簡化瀝青混合料的生產程序，延長設備的使用壽命，而且其生產、攤鋪和壓實的設備采用普通熱拌混合料的設備即可（可能需要做些很小的調整）。

（4）當進行儲存性生產時，能更穩定地儲存更長的時間，有更好的靈活性和更長的工作壽命。

（5）降低瀝青結合料在生產過程中的氧化速率，減少熱老化程度，延長瀝青的使用壽命。

（6）擴大瀝青面層的施工適宜溫度區間，提高施工速度。

2 溫拌瀝青混合料在干線公路建設中的應用

2007年常州市在340省道金壇段養護改善工程中進行溫拌瀝青試驗段的鋪設，從而拉開了江蘇省干線公路建設溫拌瀝青的研究序幕。近年，237省道揚州段、205國道淮安段、221省道如東段、323省道徐州東繞城段等國省干線公路建設中都進行了溫拌瀝青混合料施工的嘗試。今年，我處在S241省道金壇北段改擴建工程中選取部分路段采用Sasobit溫拌瀝青改性技術，進行溫拌瀝青混合料施工。

2.1 Sasobit溫拌瀝青改性劑技術

Sasobit是一種窄分布的合成飽和碳氫化合物的混合物，是一種硬蠟。瀝青中蠟含量偏高會對瀝青的性能產生負面影響，但是摻入一定量的Sasobit卻不會出現這種問題。這是因為它與瀝青中的蠟在分子結構上有很大的不同：Sasobit的熔點在100℃左右，可以完全熔融在溫度高于115℃的瀝青中，降低瀝青的粘度，使混合料拌和及壓實溫度降低。在溫度低于熔點時，則在瀝青中形成網狀的晶格結構，增加瀝青的穩定性，提高路面在使用溫度范圍內的抗車轍性能。經試驗證明，Sasobit在高溫瀝青中簡單地機械攪拌即可均勻地熔融分布于瀝青中且不離析，不必要采用膠體磨或者高速剪切攪拌等復雜的加工工藝。筆者做了70號道路石油瀝青的常規試驗，以及不同摻量的Sasobit瀝青試驗，試驗結果見表1。

表1 Sasobit對瀝青常規性能的影響

由表1可見，Sasobit的摻入可以降低瀝青的針入度，使瀝青軟化點升高，針入度指數增大。而針入度的降低、軟化點的升高、針入度指數的增大（感溫性降低）都可以很好地改善瀝青的高溫性能，增強混合料的高溫抗車轍能力。

2.2 Sasobit溫拌劑對瀝青混合料拌和及壓實溫度的影響

本文選取Superpave－20級配進行混合料性能試驗，WMASuperpave20所用原材料、級配及瀝青用量均參照熱拌Superpave20設計結果。采用溫拌劑為有機固體添加劑Sasobit，摻量為瀝青質量的1.5%。為了探討Sasobit溫拌改性對混合料所需成型溫度的影響，本文分別采用馬歇爾法和旋轉壓實法成型試件，且在混合料拌和后均用烘箱保溫2h，以嚴格控制試件成型溫度在目標溫度±2℃范圍內。試驗結果見表2、表3及圖1。

表2 混合料不同擊實溫度馬歇爾穩定度試驗結果

表3 混合料不同溫度旋轉壓實試驗結果

圖1 馬歇爾試件壓實溫度與空隙率的關系

由表2、表3及圖1可見，在混合料達到相同的壓實度（空隙率）的情況下，摻加1.5%Sasobit的溫拌瀝青混合料的拌和及壓實溫度可以比70號瀝青混合料降低15～20℃，這將為生產企業節約大量的能源消耗。而在相同的壓實溫度下，Sasobit溫拌表現出強烈的助碾作用，這有助于現場施工時的碾壓次數，對骨架嵌擠型等比較難碾壓的混合料（如Superpave混合料等）更具有特殊的意義。

3 實際應用溫拌瀝青混合料節能減排方面的成效

3.1 節能檢測結果分析

目前溫拌技術的應用逐年增多，以摻加溫拌劑技術在江蘇的應用實例，分析WMA的節能效果，記錄每種混合料的出料噸位和燃油消耗總量，計算出每種混合料的燃油消耗量，結果見表4、圖2、圖3。

表4 各種混合料的燃油消耗

圖2 燃油消耗對比柱狀圖

圖3 燃油消耗降低幅度

由圖2和圖3可見，WMA的燃油消耗低于HMA，WMAAC－25的燃油消耗降低幅度為7.1%，WMAAC－20的燃油消耗降低幅度為7.0%，WMASMA－13的燃油消耗降低幅度為11.0%，3種 WMA的燃油消耗降低幅度接近10%左右，即WMA相對HMA能節約10%的燃油。需要強調的是燃油品質的好壞直接影響到燃油的消耗量，燃油品質越好，節約能源的效果越明顯。

3.2 環境檢測結果分析

為了評價WMA的環保性能，通過環保部門對 WMASMA－13和SMA－13兩種混合料、拌和廠廢氣排放進行了檢測，主要檢測的指標為碳氧化合物和有毒瀝青煙，檢測結果見表5及圖4、圖5。

表5 拌和廠氣體排放檢測結果（WMASMA－13和熱拌SMA－13）

圖4 WMASMA－13和熱拌SMA－13的Cox和瀝青煙排放質量濃度的對比

圖5 WMASMA－13和熱拌SMA－13的Cox和瀝青煙排放速率的對比

由圖4、圖5可見，WMASMA－13的Cox排放濃度較熱拌SMA－13降低了36.5%，有毒瀝青煙降低了54%；圖5從排放速率上比較，得出WMASMA－13較熱拌SMA－13降低了28.4%，有毒瀝青煙降低了45.1%。說明WMA降低了環境的污染和對施工人員健康的損害，對于今后隧道和城市道路等環保要求較高區域的瀝青路面施工帶來了好處，并且WMA減輕了瀝青因拌和溫度過高的老化，延長瀝青路面的使用壽命。

3.3 節能減排的成效

（1）根據節能檢測結果表明，WMA能節約接近10%左右的燃油消耗。根據已有研究成果，一般WMA比HMA節約燃油約20%以上，WMA具有明顯的節能效果。

（2）拌和廠廢氣檢測結果表明，WMA的碳氧化合物、瀝青煙等的排放量較HMA均有不同程度的降低，說明 WMA具有較好的環保效果，適應環保型低碳經濟社會的建設需求。

4 結論

（1）較低的生產溫度可以減少燃料的消耗、降低排放量，使得瀝青混合料得到更廣泛的應用（如：空氣污染控制較嚴格的地區、低溫地區）。

（2）較低的拌和與壓實溫度可能導致集料不完全干燥，殘留的水分可能引起溫拌瀝青混合料的水損害。

（3）我國的公路建設處于發展時期，建設任務繁重，對資源需求量大，而溫拌瀝青混合料是正在研發推廣的新型路用材料，這種材料和技術的應用能較大幅度減少公路建設的能源消耗，符合國家提倡的節能減排，降低環境污染，改善建設人員的工作環境，提高生產效率的發展目標，因此，不斷研究與推廣溫拌瀝青混合料技術，對公路建設的發展具有重要意義。

［1］ JTG F40－2004公路瀝青路面施工技術規范［S］.北京：人民交通出版社，2004.

［2］ 徐世法.高節能低排放型溫拌瀝青混合料的技術現狀與應用前景［J］.公路，2005（7）.

［3］ 李祝龍.瀝青混合料應用中的環境保護［J］.交通運輸工程學報，2004（12）.

［4］ 左 鋒.國外溫拌瀝青混合料技術與性能評價［J］.中外公路，2007（6）.