沥青混合料温拌技术的应用研究进展

沥青混合料温拌技术的应用研究进展
发布时间：2023-02-17T07:33:11.011Z 来源：《工程建设标准化》2022年10月19期作者：罗雪平[导读] 随着科学技术的发展，我国的沥青混合料温拌技术有了很大进展
罗雪平
广东华路交通科技有限公司广东广州 510420
摘要：随着科学技术的发展，我国的沥青混合料温拌技术有了很大进展，采用一种新型液态温拌剂制备温拌沥青混合料，进行该类温拌沥青混合料组成设计时。

本文首先分析沥青混合料温拌技术，其次探讨温拌沥青混合料的路用性能，以供参考。

关键词：沥青；沥青混合料；温拌技术；节能；减排引言
目前，沥青路面施工中常用的热拌沥青混合料在拌和过程中需要达到较高的温度(150～180℃)．这样不仅消耗了能源，持续的高温加热还使得沥青老化程度更加严重，影响沥青路面的耐久性．同时会释放出一些有害气体，对从业人员的健康造成严重威胁。

为了降低高温加热的不利影响，温拌技术得到了越来越多的重视。

温拌技术是在温度相对较低的情况下进行拌和，一般为80～150℃．较低的拌和温度可以减少沥青在生产阶段的老化，同时能够减少排放、降低能耗、缩减能源与治污成本，符合我国绿色、循环、低碳的新型发展模式。

近年来，国内外对温拌技术的研究日益增多，相继出现了有机添加剂、沸石类、表面活性技术等多种不同作用机理的温拌技术。

随着温拌技术不断发展，温拌剂种类越来越多，不同温拌剂的降温效果及温拌剂对于沥青混合料路用性能的影响各有不同。

1沥青混合料温拌技术
1.1发泡降黏类温拌技术
沥青的发泡降黏类温拌技术可通过两种途径实现。

一是基于水发泡技术。

该技术是在高温沥青中通过喷嘴喷射一定量冷水，沥青的高温使得水从液态转变为气态，水蒸气的生成使沥青体积迅速膨胀（可膨胀5~10倍），体积的膨胀大大降低了沥青之间的摩擦，从而达到温拌的效果。

冷水不是水发泡技术唯一的选择，亦可以用乙醇或其他较低沸点的液体替代，但这会增加温拌沥青的生产成本。

二是添加富含水的助剂（如沸石）。

该类型温拌剂的工作方式是在沥青施工过程中添加含水助剂，利用富含水的助剂在较高的拌合温度下（>100℃）产生水蒸气，大量水蒸气的生成使得该温度下的沥青产生大量气泡，体积迅速膨胀，体积的膨胀则使得沥青与集料之间的摩檫力和黏度降低，施工温度也随之降低。

沥青发泡降黏类温拌技术的机理是将液态水或含水助剂中的水在高温下变为水蒸气，水蒸气的生成使得沥青产生气泡且自身体积膨胀，体积的变化则导致沥青与集料之间的摩擦力和表面张力降低，这些变化引起沥青的黏度降低，从而使得沥青及其混合料拌合温度降低。

1.2温拌沥青混合料制备
通过试验最终确定SBS改性沥青混合料最佳油石比为4.9%。

根据大量试验进行优化后，确定4种温拌沥青混合料的制备工艺如下:1)Sasobit温拌沥青混合料制备。

先将SBS改性沥青加热至110℃以上，将质量分数为0.3%的Sa-sobit温拌剂加入热沥青中，然后使用高速剪切机以规定转速剪切20min后，即可制得Sasobit温拌沥青．最后将Sasobit温拌沥青与集料混合制备温拌沥青混合料。

2)HH-XⅡ温拌沥青混合料制备。

将SBS改性沥青预热至140℃，加入质量分数为0.7%的HH-XⅡ温拌剂。

在维持温度不变的情况下，使用高速剪切机剪切至温拌剂与沥青拌和均匀，制得HH-XⅡ温拌沥青。

最后加入集料，两者混合后得到温拌沥青混合料。

3)Aspha-min温拌沥青混合料制备。

首先将集料投至拌锅中，加热至140℃后，干拌1min。

然后在喷入SBS改性沥青的同时，加入Aspha-min温拌剂(质量分数为0.3%)和矿粉，拌和均匀后即可得到温拌沥青混合料。

4)PＲLT温拌沥青混合料制备。

首先将集料与矿粉分别预热至130℃，然后将PＲLT(质量分数为5.0%)和集料放入拌和设备中干拌。

在规定温度下拌和150s后，加入改性沥青，进行拌和。

最后加入矿粉拌合，制备得到PＲLT温拌SBS改性沥青混合料。

1.3表面活性类温拌技术
表面活性类温拌技术是以表面活性剂或乳化剂为基础发展而来的了，可在不影响沥青性能的前提下，通过降低了沥青黏度，来降低沥青及其混合料了的拌合、碾压、压实温度。

通过降低施工温度，减少了能源消耗和对环境的污染以及对施工人员的危害，亦在较低温度下提升了沥青与集料之间的黏合性能，保持与热拌沥青一致的路用性能。

在沥青混合料施工拌合的过程中，添加一定量的表面活性剂类温拌剂，可在沥青与混合料之间的界面形成结构性水膜。

该结构性水膜的存在降低了沥青与集料表面的摩擦力，从而实现了沥青混合料在低于正常施工温度下的拌合及压实，且温拌剂的使用不会对路用性能产生不利影响。

最具代表性是美国Meadwestvaco公司开发的Evotherm温拌剂，其主要成分是一种分子链，含有亲水极性基团和亲油长碳链基团的两亲性表面活性剂。

亲水极性基团和亲油长碳链基团在该分子结构中决定了Evotherm温拌剂能够均匀分散于沥青及其混合料中，并在拌合时具备一定的溶解性与富集性，添加为0.6wt.%时，即可使沥青混合料的拌合温度降至85~115℃，已被广泛应用于我国温拌沥青道路工程中。

与此同时，欧洲法国Arkema公司的Ceca-baseRT温拌剂、内蒙古工业大学（IMUT）研发的SYDK温拌剂、欧洲荷兰AkzoNobel公司的RedisetWMX温拌剂以及北美加拿大COCO公司的Hypertherm/Qualitherm 温拌剂都采用了相似的机理，都是以表面活性剂为基础而开发的温拌剂。

此外，乳化剂类温拌技术的发展，大大丰富了沥青温拌技术。

该技术是使用乳化沥青替代市面流行的普通沥青，与普通沥青的区别在于大量水分存在于乳化沥青中，一旦在集料拌合过程中被加热，就会迅速破乳，并且形成水蒸气，使得沥青黏度降低，摩擦力下降，进而降低沥青混合料的拌合、碾压温度。

且乳化沥青中，乳化剂的存在，还可以在降低沥青黏度的同时，提高沥青与集料之间的黏结力。

2温拌沥青混合料的路用性能
沥青混合料的路用指标是检测其性能的主要指标，主要有：耐久性、体积特性、高温稳定性、抗滑性、抗低温开裂性、水稳定性等。

温拌技术由于降温机理不同，亦使WMA的路用性能不同，但经过温拌技术改性的沥青及其混合料，总体均能满足国内外相关技术规范的要求。

通常情况下，相较于传统的热拌沥青（HMA），温拌技术（WMA）的路用指标中，体积特性无显著变化；温拌改性沥青及其混合料的高、低温稳定性略微有变化（提升或下降），但相比较于传统的热拌技术（HMA），两者的变化并不显著；温拌沥青及其混合料的水稳定性相比于传统的热拌技术，则大多数呈现下降的趋势。

2.1体积特性
体积特性是指沥青及其混合料的空间隙率、沥青饱和度（VFA）、矿料间隙率（VMA）等相关性能指标。

沥青及其混合料的VFA和VMA可以随着温拌剂的加入而降低，被温拌剂改性了的沥青及其混合料的压实度和表观密度等相关的性能相比于传统的热拌沥青，都得到了相应的提升。

科研人员大量研究表明，温拌沥青和传统热拌沥青的体积特性之间并没有明显差异。

2.2水稳定性
沥青混合料的水稳定性采用浸水条件下沥青混合料物理力学性能的变化来表征．因此笔者采用浸水马歇尔试验得出的残留稳定度和浸水汉堡车辙试验得到的剥落点作为评价指标，评价不同温拌改性沥青混合料的水稳定性．浸水马歇尔试验参照JTGE20—2011《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》．采用美国PMW汉堡车辙仪进行浸水汉堡车辙试验．试件成型选用圆柱形模具，在水浴温度为60℃，加载频率为5.2×10－5Hz，频率变化范围为3.6×10－5～7.0×10－5Hz，固定车辙深度为20mm条件下，模拟行车荷载对沥青混合料的耐久性。

浸水马歇尔残留稳定度表征沥青混合料经受水损害时抵抗剥落变形的能力，其值越大，说明沥青混合料的水稳定性越好。

5种沥青混合料残留稳定度由大到小的顺序为LT-SBS、H-SBS、S-SBS、SBS和A-SBS，说明PＲLT、HH-XⅡ及Sasobit这3种温拌剂显著提高了SBS改性沥青混合料的水稳定性;A-SBS与热拌SBS改性沥青混合料的残留稳定度比较接近，仅相差0.6%，两者的水稳定性相当，因而A-SBS不会对改性沥青混合料的水稳定性产生影响。

2.3疲劳性能
沥青混合料的疲劳是材料在荷载重复作用下产生不可恢复的强度衰减积累所引起的一种现象。

荷载的重复作用次数愈多，强度损伤的就愈加剧烈，它所承受的应力或应变值就愈小。

采用OT试验对温拌沥青混合料的抗疲劳性能进行评价。

结合料为90+LK温拌沥青的混合料，其OT试件疲劳断裂时的加载次数及相应的力值变化，试验确定的其疲劳开裂次数为129次。

2.4温度敏感性
沥青及其混合料的高温稳定性和抗低温开裂性都可归结为温度敏感性。

前者是指在高温下，沥青混合料抵抗荷载变形的能力；后者是指在低温下（零下20℃左右），沥青混合料抗疲劳开裂的能力。

温拌沥青（WMA）混合料对温度的敏感性相比于热拌沥青（HMA）混合料，有下降的趋势，如含水发泡降黏类的Aspha-min使温拌沥青的高温稳定性轻微下降；沥青发泡类中的WMA-Foam温拌剂明显损害了沥青及其混合料的高温稳定性。

有机减黏类中，性能最好的Sasobit温拌剂相比于传统的热拌技术，提高了沥青及其混合料的高温稳定性，与此同时，却损害了其低温抗开裂性能。

3试验方法
国内外研究表明，AC-13级配中2.36mm筛孔的通过质量百分率对混合料的空隙率有显著影响，因此选择2.36mm筛孔的通过百分率作为特征变化点，在充分参考相关研究数据的基础上，适配四组矿料级配作为初始矿料级配。

根据以往工程经验选用4.9%的沥青含量，对结合料为90#基质沥青的AC-13沥青混合料进行级配设计，混合料试验温度主要包括沥青预热、集料预热、混合料拌合、试件成型温度。

根据沥青的黏温曲线，并借鉴相关研究经验，按照《公路沥青路面施工技术规范》（JTGF40—2004）的要求，选择150～155℃作为混合料的拌合温度，140～145℃作为其试件成型温度。

按《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTGE20—2011），进行马歇尔试验、汉堡轮辙试验、冻融劈裂试验。

OT疲劳试验所用设备包括加载和测量系统。

必要时配备控温箱，控温箱可以控制试件达到所需温度，控温箱可控温度范围为0～25℃，误差为±0.5℃。

机械测试设备是由电机带动一个能提供正弦波位移荷载的变速箱进行驱动。

试验设备施加周期为10s，最大位移为0.63mm的正弦波循环荷载，直到试件破坏。

OT试验的评价指标是测定标准条件下沥青混合料抗疲劳和抗裂性能，以裂缝贯穿试件所需加载次数N表示。

通过旋转压实仪成型直径为150mm，高为127±5mm的圆柱体试件。

结语
温拌沥青及其混合料相比于传统热拌沥青，因其具有节能减排、绿色环保等诸多优点，在道路工程中倍受关注与应用。

本文系统地阐述了沥青混合料的各种温拌技术及其工作原理，总结了这些温拌沥青技术相比于传统热拌沥青，对体积特性、高温稳定性、抗低温开裂性、水稳定性等路用性能的影响机制，为推动沥青混合料温拌技术的发展提供了有力支撑。

但是，尽管沥青混合料的温拌技术已非常成熟，现有的商用温拌剂仍然相对昂贵，使用温拌技术所获得的节能减排经济效益并不一定能弥补其增加的费用。

温拌技术新方法与新方向的探索，以及温拌沥青混合料性能的提升，仍是亟待解决的科学问题和技术热点，这也是建设环境友好型、资源节约型、可持续发展型交通的必由之路。

参考文献
［1］王岚，李冀，桂婉妹.表面活性剂对温拌胶粉改性沥青高低温性能的影响［J］.材料导报，2019，33（06）:986-990.［2］高彦芝，吴进良，易守春，等.LEA温拌沥青混合料技术及性能评价［J］.交通科技与经济，2009，11（04）:75-76+79. ［3］李渠源，梁乃兴，杨卓林，等．不同类型温拌剂对沥青混合料性能影响研究［J］．武汉理工大学学报(交通科学与工程版)，2021，45(3):562－567．
［4］林敏，那日苏，郑学文，等.基于降粘技术的温拌沥青混合料的路用性能［J］.武汉理工大学学报，2015，37（05）:42-47.［5］李明，黄及龙，何唯平.矿物发泡型和有机降粘型温拌沥青混合料性能研究［J］.西部交通科技，2013（09）:43-45+56. ［6］赵普，高云龙，李明.温拌沥青混合料的可压实性及路用性能研究［J］.城市道桥与防洪，2017（04）:187-189+193+19.。