溫拌劑種類與研究現狀

楊子喬

摘 ?要：針對熱拌瀝青混合料鋪筑技術所存在的高能耗、高污染問題，而逐步提出了瀝青溫拌技術這一概念，而溫拌技術的關鍵則在于溫拌劑的選取與使用。因此，為了更好的對溫拌劑的研究現狀進行闡述，對溫拌劑的種類以及近期的研究現狀進行分析。對當今瀝青路面中所采用的溫拌瀝青混合料技術進行綜述，并根據文獻研究狀況將溫拌技術分為三類，即化學添加劑型（表面活性劑型）、有機降黏型和發泡技術。對國內外主要的溫拌劑產品進行了總結和點評，并以此歸納國內外溫拌技術的研究狀況。另外，對于近年來的溫拌技術創新應用以及研究成果進行綜述。最后，總結概括了溫拌技術的優點與應用前景，對于國內溫拌劑研究狀況所存在的問題進行總結，并提出幾點建議，以期在今后的研究中溫拌技術與溫拌劑得到更好的發展。

關鍵詞：瀝青路面;溫拌瀝青混合料;溫拌技術;溫拌劑

中圖分類號：TB332;U414 ? ? ?文獻標識碼：A

Abstract：In view of the high energy consumption and high pollution problems in hot asphalt mixing paving technology，the concept of bitumen warm mixing technology is gradually proposed. The key to warm mixing technology lies in the selection and use of warm mixing agent. Therefore，in order to better explain the research status of warmmixing agents，the types of warmmixing agents and the recent research status are analyzed. This article summarizes the technology of warm mix asphalt used in asphalt pavement nowadays，and divides the warm mix technology into three categories according to the literature research conditions，namely chemical additive type（surfactant type），organic viscosity reduction type and foaming technology. In this article，the major domestic and foreign warming agent productsand research were summarized and reviewed. Finally，it summarizes the advantages and application prospects of the warm mixing technology，summarizes the problems in the research status of the domestic warm mixing agent，and puts forward several suggestions in order to obtain a better development of warm mixing technology and warm mixing agent in the future research.

Key words：asphalt pavement;warm mix asphalt mixture;warm mixing technology;warm mix agent

引言

自1978年改革開放以來，四十年的時間里我國經濟高速發展，其中，以高速公路為主的公路發展迅速。瀝青路面因其行車舒適性好、噪音小且開放交通迅速而廣泛應用于高等級公路的建設當中。

但我國在瀝青路面建設期間廣泛采用熱拌瀝青混合料技術，該項技術普遍存在高能耗、高污染等主要問題，不僅會對周邊環境造成破壞，更會影響施工人員的健康。

因此，為解決這一問題，國內外道路學者進行了廣泛研究，以期在保持道路良好性能的同時降低其污染與能耗。最終在1995年，歐洲學者Shell和Kolo-veidekke研發出溫拌瀝青混合料，并與次年進行了相關試驗檢測，結果顯示溫拌瀝青混合料與熱拌瀝青混合料各項性能相當，這為推廣溫拌技術提供了可能。

所謂溫拌瀝青技術（WMA，Warm Mix Asphalt）是指采用特定的技術或添加劑，從而降低瀝青混合料的拌和及壓實溫度，同時保證其性能與熱拌瀝青混合料相同。其中溫拌劑種類的性能及應用是溫拌技術的關鍵，本文將對溫拌劑的研究現狀進行綜述，并按溫拌機理大致分為有機降黏型、化學添加劑（表面活性劑）和發泡技術三類。最后對溫拌技術未來的發展提出幾點建議，從而得到更好的發展。

1溫拌瀝青技術國內外研究現狀

對于溫拌技術的發展而言，歐洲國家以及美國是對其貢獻最大的國家。在20世紀90年代，隨著歐洲各國簽署的《京都議定書》，環保問題逐漸成為各國亟待解決的問題。而在這其中，熱拌瀝青路面施工過程所帶來的污染問題尤為突出。因此，歐洲學者Shell和Kolo-veidekke在1995年聯合研發出溫拌瀝青混合料技術，并于次年進行了相關實驗研究，結果表明其路用性能均達到規范標準，這一研究成為溫拌瀝青技術的開端。

2 溫拌瀝青技術技術路線

溫拌瀝青技術是指采用特定的添加劑來實現施工溫度降低的一類技術，該技術通過降低溫度來減少溫室氣體的排放以及燃油的消耗，因此得到各部門的普遍認可，并取得了進一步的發展。近年來，黃文元等人就溫拌機理而言，將溫拌技術分為三類：化學添加劑型（表面活性劑型）、有機降黏型和發泡技術。

2.1化學添加劑（表面活性劑）

通過參考相關文獻得知，化學添加劑類型較多，但現如今應用最為廣泛的則是Evotherm-DAT和Evotherm-3G，下面簡單介紹這兩種化學添加劑的組成與機理。

2.1.1 Evotherm-DAT和Evotherm-3G簡介

Evotherm-DAT溫拌劑屬于表面活性劑，長碳鏈的親油基團（尾部）和親水的極性基團（頭部）形成其分子結構。Evotherm-3G是2010年由美德維實偉克公司（MWV）研發的第三代產品。該溫拌劑是直接加入到瀝青中，從而降低混合料的施工溫度，以此達到溫拌的效果。在常溫條件下，這類溫拌劑為黃褐色粘稠液體，通常包含表面活性劑、抗剝落劑等成分。在溫拌瀝青的制備過程中，往往摻加瀝青質量0.4%?0.7%的Evotherm 3G，卻可達到20℃～50℃的降溫效果。

2.1.2 Evotherm溫拌劑性能綜述

歐陽偉[1]等人對基于乳化技術的溫拌瀝青混合料進行對比試驗，結果表明在溫度降低20～40℃時，其路用性能與熱拌瀝青混合料相當，且采用溫拌技術可減少有害氣體排放，從而改善環境狀況。

而國外研究者Brian D.Prowell[2]采用Evotherm工藝的瀝青混合料在NCAT試驗環道上進行加速加載試驗，測得其降溫幅度為8～42℃時，其表面壓實度可超過熱拌瀝青混合料的表面壓實度，但也認為會增加水損壞的可能性。Kvasnak[3]等人的研究同樣證實了Evotherm溫拌瀝青混合料的水穩性不及熱拌瀝青混合料。

2.2有機添加劑

有機添加劑的主要成分是蠟或蠟狀物，在混合料拌和過程當中加入。其中，使用與研究最為廣泛的一類有機添加劑為Sasobit蠟，以下對Sasobit蠟進行介紹與性能綜述。

2.2.1 Sasobit簡介

Sasobit蠟則是有機添加劑中比較常見的一種溫拌劑，通過向熱瀝青中加Sasobit蠟，從而形成新的聚集體，以增加瀝青中輕組分含量來達到降低瀝青粘度的效果。

2.2.1 Sasobit性能綜述

Kanitpong等人對Sasobit進行了實驗室研究，并認為Sasobit溫拌劑可以提高瀝青膠結料的施工和易性和基本試驗性能，如提高抗車轍能力和抗疲勞性以及較高的復合剪切模量。壓實性的研究表明，摻加Sasobit溫拌劑的瀝青混合料在壓實過程中所需的能量減少，因此拌和溫度可比熱拌降低20℃至40℃。然而，Sasobit對瀝青混合料對水穩定性影響較小，但混合和壓實溫度的降低可能會對水分敏感性產生不利影響。

周啟偉[4]碩士研究認為Sasobit的加入可有效提高高溫抗車轍性能，但會降低耐久性及低溫性能。

通過在瀝青中加入適量的有機添加劑Sasobit和SLA，嚴世祥[5]碩士發現，摻加溫拌劑可降低瀝青高溫粘度，進而降低拌和與壓實溫度，還可改善高溫性能，但對混合料的低溫性能以及水穩性能影響不明顯。王文奇[6]等人對于Sasobit溫拌劑的性能進行測試，并對其路用性能進行評價，與熱拌瀝青混合料相比，摻加Sasobit溫拌劑的瀝青混合料會改善其高溫性能，而不顯著影響水穩定性與低溫性能。

2.3 發泡技術

溫拌瀝青混合料的研究始于1950年代的發泡瀝青。發泡技術主要包括沸石與變色硅膠兩種，沸石可產生持續發泡的效果，而硅膠只能產生微發泡的效果。其中，應用較為廣泛的為Aspha-Min沸石，以下簡單介紹其機理與性能。

2.3.1Aspha-Min簡介

Aspha-Min是德國萬喜路橋公司生產的一種合成沸石，屬于合成鈉鋁硅酸鹽。該類溫拌劑由于其特殊的晶格結構而呈現低溫吸水、高溫失水的特性，從而在將其加入到熱瀝青中時，由于高溫環境而釋放內部結晶水，使瀝青發泡，以達到降溫的目的。

2.3.1 Aspha-Min性能綜述

國外對于摻加溫拌劑后混合料的水穩性進行了研究，提出了各自不同的研究結果。Xiao[7]與Liu Juanyu[8]等人的研究均指出，在相同條件下添加Aspha-Min和Sasobit的瀝青混合料的水穩性與熱拌差異不大。而Buss等人的研究指出采用發泡技術制備的溫拌瀝青混合料卻有較好的水穩性，Mogawer[9]等人的研究也證明了這一點。

3結語

瀝青溫拌技術在降低生產和壓實溫度方面帶來了許多潛在的好處。更少的排放，更低的燃油消耗，更長的運輸距離和更好的工作條件是其最重要的優點。對于溫拌技術的優點主要體現在以下三個方面：

（1）環境效益。溫拌技術及其減少的排放量可顯著改善廢氣排放情況，另外可以為施工人員創造更舒適的工作環境，甚至可能是使工人保持長時間工作的一個重要因素。

（2）經濟效益。一般來說，降溫會直接關系到降低燃油消耗上。從這個意義上來說，溫拌技術的能源消耗占熱拌技術能耗的60-80%。此外，溫拌技術因降低了生產溫度，會使得瀝青生產設備的磨損減少，從而延緩設備老化。

（3）攤鋪效應。由于溫拌技術改變了混合料的高溫粘度，因此可提高混合料的施工和易性和壓實性。

針對溫拌技術的發展狀況，我國仍存在一些問題[10]。

（1）我國自主研發的溫拌劑種類雖多，但在國內應用并不廣泛。對于溫拌劑產品性能的研究還存在一些不足，這可能會對產品的推廣帶來不便。

（2）我國學者對于溫拌劑的研究大多集中在其宏觀性能上，對于微觀的研究較少，例如使用原子力顯微鏡、紅外光譜等手段。

（3）近年來，對于所提倡的節能減排方面，溫拌再生技術有較好的應用前景，希望可以得到廣泛推廣。

參考文獻

[1] ?歐陽偉，王連廣，楊彥海. 基于乳化技術的溫拌瀝青混合料應用研究[J]. 中外公路，2008，（04）：218-220.

[2] ?Prowell B D，Hurley G C，Crews E. Field performance of warm mix asphalt at the NCAT test track[J]，1998.

[3] ?Kvasnak A N，West R C. Case Study of Warm-Mix Asphalt Moisture Susceptibility in Birmingham，Alabama[C]. Transportation Research Board 88th Annual Meeting，2009.

[4] ?周啟偉，吳雪柳，楊波. 溫拌劑對橡膠瀝青及瀝青混合料路用性能影響分析[J]. 中外公路，2016，（04）：302-306.

[5] ?嚴世祥. 溫拌瀝青混合料的應用技術研究[D]. 重慶大學，2007.

[6] ?王文奇，羅忠賢，謝遠新，王澤，徐松. Sasobit溫拌瀝青混合料路用性能試驗[J]. 西華大學學報（自然科學版），2016，（01）：99-102.

[7] ?Xiao F，Jordan J，Amirkhanian S N. Laboratory Investigation of Moisture Damage in Warm-Mix Asphalt Containing Moist Aggregate[J]. Transportation Research Record Journal of the Transportation Research Board，2009，2126（2126）：115-124.

[8] ?Liu J，Saboundjian S，Li P，Connor B，Brunette B. Laboratory Evaluation of Sasobit-Modified Warm-Mix Asphalt for Alaskan Conditions[J]. Journal of Materials in Civil Engineering，2011，23（11）：1498-1505.

[9] ?Mogawer W S，Austerman A J，Kassem E，Masad E. Moisture Damage Characteristics of Warm Mix Asphalt Mixtures[J]. Asphalt Paving Technology，2011，80（4）：491-526.

[10] ?王文奇，邱延峻，郭玉金，謝遠新，羅忠賢. 有機降黏型溫拌瀝青添加劑發展現狀及展望[J]. 化工新型材料，2017，（04）：210-212.