綠色溫拌在四川

文 四川省交通勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司 吳志勇 四川濟(jì)通工程試驗(yàn)檢測有限公司 劉堯輝

為積極服務(wù)“碳達(dá)峰、碳中和”戰(zhàn)略目標(biāo)，大力推廣公路綠色養(yǎng)護(hù)技術(shù)，四川省交通運(yùn)輸廳以“省道206線南充市高坪區(qū)都京壩街道辦（永安養(yǎng)護(hù)站）至闕家鎮(zhèn)（廣南界）段大修養(yǎng)護(hù)工程”為依托試點(diǎn)溫拌瀝青技術(shù)，為溫拌瀝青技術(shù)在四川國省干線公路中的推廣應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。

溫拌瀝青技術(shù)能夠在不損傷路用性能的前提下，降低瀝青混合料的生產(chǎn)溫度。

試點(diǎn)背景

隨著綠色發(fā)展、生態(tài)文明建設(shè)和環(huán)境保護(hù)要求的不斷提升，交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)面臨的環(huán)境保護(hù)問題愈發(fā)突出。具體到公路交通行業(yè)，我國路面施工大多采用傳統(tǒng)的熱拌瀝青混合料（HMA），該工藝不僅會(huì)增加燃料成本，還會(huì)產(chǎn)生大量的溫室氣體和有害煙霧。有數(shù)據(jù)顯示，傳統(tǒng)瀝青路面施工每年消耗燃油近200萬噸，排放廢氣達(dá)240萬立方米，是典型的高能耗、高排放行業(yè)。

一直以來，公路交通行業(yè)致力于研究更環(huán)保且性能更好的路面施工工藝，溫拌瀝青技術(shù)便是其中一項(xiàng)重要的“綠色”成果，其主要通過降低拌和溫度實(shí)現(xiàn)減少能源消耗和二氧化碳等溫室氣體排放量的目標(biāo)，符合低碳經(jīng)濟(jì)的發(fā)展潮流，因而被公認(rèn)是瀝青技術(shù)的一次革命性突破。

鏈接：

溫拌瀝青技術(shù)的常見施工工藝

發(fā)泡技術(shù)

通常將發(fā)泡介質(zhì)（冷水或蒸汽）注入到160攝氏度至180攝氏度的高溫液態(tài)瀝青中，當(dāng)發(fā)泡介質(zhì)與高溫液態(tài)瀝青混合時(shí)，介質(zhì)會(huì)受熱汽化并產(chǎn)生大量微細(xì)泡沫導(dǎo)致瀝青體積膨脹，黏度下降。這種方法顯著改善了瀝青的和易性和涂覆能力，使瀝青黏結(jié)劑均勻分布在骨料上。一般來說，瀝青混合料的膨脹體積會(huì)隨時(shí)間增長逐漸衰減。因此，混合料在一段時(shí)間后又會(huì)恢復(fù)到原來的形式。

有機(jī)添加劑

這類有機(jī)添加劑包括費(fèi)托蠟（Sasobit）、脂肪酸酰胺（Licomont BS）、蒙坦蠟（Asphaltan B），主要是利用有機(jī)添加劑中的化學(xué)成分降低基質(zhì)瀝青黏結(jié)劑的黏度。有機(jī)添加劑通常在80攝氏度至120攝氏度熔化，并在化學(xué)上改變?yōu)r青黏結(jié)劑的黏度，當(dāng)瀝青黏結(jié)劑冷卻后，添加劑會(huì)形成結(jié)晶，進(jìn)一步提升瀝青混合料的剛度和抗永久變形能力。

化學(xué)試劑

這類化學(xué)試劑包括表面活性劑、乳化劑、聚合物、添加劑的混合組合等，它們能夠提高混合料的和易性和壓實(shí)性，并改善集料上的黏結(jié)劑涂層。化學(xué)試劑可以在生產(chǎn)過程中直接注入瀝青結(jié)合料中，也可以以乳化瀝青結(jié)合料的形式使用。化學(xué)試劑的工作原理與有機(jī)添加劑完全不同，化學(xué)試劑的主要目的是改善聚集體的涂層，而不是降低黏度，即通過降低界面的滑移力(表面張力)作用于瀝青結(jié)合料和集料。這種方法更有利于“黏結(jié)劑-骨料”系統(tǒng)的順利相互作用，從而在不改變性能的情況下降低生產(chǎn)溫度。

經(jīng)過多年的發(fā)展，溫拌瀝青技術(shù)取得了長足進(jìn)步，目前可通過發(fā)泡技術(shù)或增加有機(jī)添加劑、化學(xué)試劑的方法降低拌和溫度。為了實(shí)現(xiàn)更好的應(yīng)用效果，交通運(yùn)輸部科學(xué)研究院主導(dǎo)研發(fā)了一種新型的低溫改性材料——SMC低溫改性劑（屬化學(xué)試劑類，已發(fā)展至第三代），已在四川、西藏、山東等多個(gè)省份不同氣候條件下的施工項(xiàng)目中得到應(yīng)用，且通過路用性能驗(yàn)證試驗(yàn)。但上述項(xiàng)目僅僅將SMC低溫改性劑作為罩面修補(bǔ)、路面預(yù)防性養(yǎng)護(hù)材料，若要將其大規(guī)模應(yīng)用于瀝青路面施工，還需要進(jìn)一步開展性能研究和工程試點(diǎn)。在此背景下，四川省交通運(yùn)輸廳以“省道206線南充市高坪區(qū)都京壩街道辦（永安養(yǎng)護(hù)站）至闕家鎮(zhèn)（廣南界）段大修養(yǎng)護(hù)工程”為依托試點(diǎn)溫拌瀝青技術(shù)，為該技術(shù)的推廣應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。

性能研究

溫拌瀝青技術(shù)的重點(diǎn)是設(shè)計(jì)一種能夠在較低溫度下被制備和壓實(shí)的瀝青混合料。為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，通常采用在基質(zhì)瀝青中添加低溫改性劑的方法制備溫拌瀝青。試點(diǎn)項(xiàng)目通過在70#石油瀝青和SBS改性瀝青中添加不同比例的SMC低溫改性劑制備低溫改性瀝青和低溫改性瀝青混合料，為進(jìn)一步驗(yàn)證應(yīng)用效果，技術(shù)團(tuán)隊(duì)對(duì)其基本性能及混合料路用性能開展研究，SMC低溫改性劑添加比例如表1所示。

表1 不同混合料的SMC低溫改性劑摻量

表1 不同混合料的SMC低溫改性劑摻量

試驗(yàn)表明，SMC低溫改性劑的摻入能很好地提高瀝青的低溫性能，且低溫改性劑摻量越高，改善效果越好，但會(huì)對(duì)其高溫性能造成負(fù)面影響：當(dāng)SMC低溫改性劑摻入量較低時(shí)，能夠在低溫條件下改善70#A級(jí)石油瀝青的流變性能，但會(huì)在高溫條件下降低70#A級(jí)石油瀝青的抗變形能力；對(duì)于SBS（I-D）改性瀝青，其流變性能會(huì)隨著SMC低溫改性劑摻量的增加而降低。

試點(diǎn)項(xiàng)目施工現(xiàn)場

溫拌瀝青技術(shù)符合節(jié)能減排、綠色環(huán)保的要求，是一項(xiàng)前景廣闊的“綠色”筑路技術(shù)。

高溫穩(wěn)定性

在60攝氏度條件下開展車轍試驗(yàn)，利用試驗(yàn)得出的動(dòng)穩(wěn)定度數(shù)據(jù)評(píng)價(jià)改性瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性：SMC低溫改性劑的摻入對(duì)AC-13C溫拌SBS改性瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性影響較小，但是會(huì)降低AC-16C溫拌瀝青混合料和AC-13C溫拌瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性。結(jié)合室內(nèi)馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果得出，在三種摻量條件下，低溫改性瀝青混凝土的馬歇爾穩(wěn)定度、流值及車轍試驗(yàn)的動(dòng)穩(wěn)定度，均滿足《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》（JTGF40-2004）要求。

水穩(wěn)定性能

采用浸水馬歇爾試驗(yàn)殘留穩(wěn)定度和凍融前后的劈裂強(qiáng)度比評(píng)價(jià)瀝青混合料的水穩(wěn)定性能，試驗(yàn)結(jié)果顯示：上述瀝青混合料的抗水損害性能隨著低溫改性劑的摻入呈先降低后升高再略微降低的趨勢，在三種摻量條件下，瀝青混合料的殘留穩(wěn)定度均大于85%、殘留強(qiáng)度比均大于80%，滿足《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》（JTGF40-2004）要求。

低溫抗裂性能

采用低溫彎曲試驗(yàn)的破壞應(yīng)變指標(biāo)評(píng)價(jià)瀝青混合料的抗低溫開裂性能，試驗(yàn)結(jié)果顯示：4%左右的低溫改性劑摻量有利于提升AC-13C溫拌SBS瀝青混合料的低溫抗裂性能，5%的低溫改性劑摻量將極大提高AC-16C溫拌瀝青混合料的低溫抗裂性能，AC-13C溫拌瀝青混合料的低溫性能則隨低溫改性劑摻量的增加逐漸增強(qiáng)。總體上看，上述瀝青混合料在零下10攝氏度時(shí)的極限應(yīng)變均在2600微應(yīng)變以上，均滿足《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》（JTGF40-2004）要求。

應(yīng)用實(shí)踐

技術(shù)團(tuán)隊(duì)在充分考慮四川省南充市的交通、氣候特點(diǎn)和道路建設(shè)的經(jīng)濟(jì)性，以及國外溫拌瀝青路面結(jié)構(gòu)及其使用性能的基礎(chǔ)上，結(jié)合我國的靜態(tài)材料參數(shù)、省道206線的交通狀況和使用環(huán)境、項(xiàng)目工程造價(jià)等因素后，決定將試點(diǎn)項(xiàng)目中的高坪區(qū)清溪街道辦(王家店)至闕家鎮(zhèn)(廣南界)段（k235+000～k244+231）劃分為5個(gè)試驗(yàn)段落實(shí)施，具體劃分情況如圖1所示。

圖1 溫拌瀝青試驗(yàn)段路面分區(qū)示意圖

路段一∶235公里處至235.5公里處

下承層病害處治合格后，加鋪1厘米厚同步碎石封層、5厘米厚熱拌瀝青混凝土AC-16下面層+4厘米厚溫拌瀝青混凝土AC-13C上面層。

路段二∶235.5公里處至236公里處

下承層病害處治合格后，加鋪1厘米厚同步碎石封層、5厘米厚熱拌瀝青混凝土AC-16下面層+4厘米厚AC-13C SBS改性溫拌瀝青混凝土上面層。

路段三∶236公里處至240.69公里處、240.87公里處至243.23公里處

下承層病害處治合格后，加鋪1厘米厚同步碎石封層、5厘米厚溫拌瀝青混凝土AC-16C下面層+4厘米厚AC-13C SBS改性溫拌瀝青混凝土上面層。

路段四：243.23公里處至243.73公里處

下承層病害處治合格后，加鋪1厘米厚同步碎石封層、5厘米厚溫拌瀝青混凝土AC-16C下面層+4厘米厚溫拌瀝青混凝土AC-13C上面層。

路段五∶243.73公里處至244.231公里處

下承層病害處合格后，加鋪1厘米厚同步碎石封層、5厘米厚溫拌瀝青混凝土AC-16C下面層+4厘米厚AC-13C SBS改性熱拌瀝青混凝土上面層。

實(shí)際效果

目前，該試點(diǎn)項(xiàng)目已順利完工，與常規(guī)熱拌瀝青技術(shù)相比，溫拌瀝青技術(shù)能夠顯著降低瀝青膠結(jié)料的黏度，進(jìn)而將瀝青混合料的生產(chǎn)溫度降低約20攝氏度至30攝氏度；溫拌瀝青技術(shù)能夠在大幅降低生產(chǎn)溫度的同時(shí)，提高瀝青混合料的和易性，進(jìn)而提高后續(xù)施工中路面的平整度指標(biāo)；施工完成后，多項(xiàng)現(xiàn)場實(shí)測指標(biāo)均滿足規(guī)范要求，能夠達(dá)到與熱拌瀝青混合料一致的施工效果，且路用性能更好、耐久性能更強(qiáng)。

經(jīng)濟(jì)效益

由于采用溫拌瀝青技術(shù)后，瀝青混合料的生產(chǎn)溫度顯著降低，因而能耗也明顯減少，有較好的節(jié)能效果。在試點(diǎn)項(xiàng)目中，每生產(chǎn)1000噸瀝青混合料，可節(jié)約電能30千瓦·時(shí)、燃油2噸，平均節(jié)能30%，節(jié)約費(fèi)用近1萬元，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

環(huán)保效益

與熱拌瀝青技術(shù)相比，采用溫拌瀝青技術(shù)能夠?qū)⒍趸肌⒁谎趸肌⒍趸颉M2.5、PM1O、苯并芘等氣體的排放量分別降低44%、100%、82.6%、23.3%、25.5%、53.4%，其中苯并芘、一氧化碳和二氧化硫的實(shí)測濃度值遠(yuǎn)低于最高允許排放濃度，滿足國家廢棄物排放標(biāo)準(zhǔn)，減排效果顯著。