沥青混合料温拌技术在江西高速公路建设中的应用.docx
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沥青混合料温拌技术在江西高速公路建设中的应用
“沥青混合料温拌技术在江西省高速公路建设中的应用”
项目实施背景
大庆至广州国家高速公路是国家高速公路网规划的第五纵，江西武宁（鄂赣界）至吉安高速公路（以下简称“武吉线”），是大广线在江西境内的北段，也是江西省“三纵四横”高速公路主骨架网的“西纵”的一部分。
它贯穿赣西北与赣中西地区，途经十一个县（市、区），路线总长285.809公里。
全线按高速公路双向四车道设计，采用计算行车速度100公里/小时的标准，路基设计宽度为26米，路面结构为沥青混凝土，设计荷载：
公路—I级。
昌樟高速、温厚高速，路面结构为4cm上面层、11cm下面层，从建成通车以来，昌樟高速、温厚高速路面养护投入呈居高不下的趋势。
近几年，昌樟高速、温厚高速路面养护投入平均7000万/年左右；同时，由于江西地处多雨地区，昌樟高速、温厚高速养护工作基本集中在下半年，尤其在6-12月份为多。
沥青混合料温拌技术，是指介于热拌沥青混合料和常温拌合混合料之间的沥青混合料拌合技术。
在同样原材料条件下，温拌拌合温度和压实温度一般比热拌低10～60℃。
温拌技术的核心是，采用物理或化学手段，增加沥青混合料的施工操作性，在完成混合料成型后，这些物理或化学添加剂不应对路面使用性能构成负面影响。
温拌技术在降耗、减排、操作性方面的发展，对于交通基础设施可持续发展和和谐发展，具有战略意义。
温拌技术有以下特点：
1、长大隧道工程路面施工
一直以来，长大隧道的沥青路面施工如何排除烟尘都是一个技术难点，很多长大隧道因此转而选择水泥路面，但水泥路面又带来了噪声大和维修困难的问题。
通常情况下，长大隧道路面具有基础坚实、湿度较大、路面温度低等工况特点。
温拌沥青技术是一个恰当的长大隧道路面解决方案。
无烟尘的温拌混合料，将免去施工的多数通风成本，完全改变工人操作环境。
同时，Evotherm平台温拌混合料的较好的抗水损坏能力，将保证路面抵抗隧道的无冰冻单纯性潮湿工况。
2、低温季节和寒冷地区的沥青路面
Evotherm平台温拌沥青混合料的料温低，在同样环境温度条件下，下降同样温度幅度的时间是热拌的两倍，同时，Evotherm温拌混合料的可压实温度范围比热拌混合料要宽。
对于一些具有严格工期要求的项目而言，温拌技术使低温季节的施工成为了可能。
对于寒冷地区而言，温拌技术的采用可以显著延长沥青面层年度、月度和日作业时间，从而公路建设的投资回报周期缩短，人力和物力成本下降。
3、超薄面层、路面性能恢复方案
超薄面层（罩面厚度在2.5cm以下），由于能够快速有效地恢复路面使用性能，同时成本相对较低、使用寿命优于表处等措施，一直以来，都是欧美国家最常用的大、中修方案。
在美国一些地区，在老沥青路上甚至经常采用1.25cm左右的极薄罩面。
我国即将进入老路面大中修的高峰期，在当前沥青价格趋涨的情况下，采用超薄罩面是大势所趋。
但是，由于我国老路面破损情况较欧美国家严重，沥青罩面时要面对较多的老路面不均匀性的问题，而以往采用热拌技术时，超薄罩面相对降温较快，有效摊铺操作时间很短，加上我国道路各界普遍对纵向裂缝敏感，倾向采用全幅摊铺的罩面模式，我国超薄罩面技术一直以来都不太成功。
采用温拌技术，可以有效解决如上问题：
（1）、温拌层施工接缝更加容易，易于分幅摊铺，保障超薄面层的有效实施。
（2）、温拌施工温度比热拌低40℃左右，温度下降速度减缓为热拌的一半以下，为压实等操作赢得了时间。
（3）、温拌混合料更适合于手工操作，特别适合于集中应对摊铺前后发现的修补等下承层不均匀性问题。
4、人口密集区城市道路罩面
温拌沥青混合料，在夜间施工工作条件下具有比热拌沥青明显好的施工工作性，更短的开放交通间隔和更长的有效压实时间都有利于提高城市道路罩面夜间施工质量。
采用温拌沥青技术，会带来显著的性能改善和寿命的提高，无论是压实不足导致的坑洞破坏还是为了保证压实采用偏高的沥青用量带来车辙病害都会明显减少，由此节省的费用将超过温拌技术增加的约5～10%的直接费用。
除此以外，快速开放交通和无烟的温拌技术，使得道路罩面在白天两个交通高峰之间实施更多地成为可能。
5、沥青混合料集中厂拌再生
Evotherm温拌沥青技术，是很有前途的厂拌再生料面层应用的技术方案。
首先，温拌技术要求集料温度较低，正好是沥青的安全加热温度，不会造成老胶结料的进一步老化。
其次，旧料的加热温度与热再生相同，与新集料有干拌过程，已经熔化的老胶结料，在拌合过程中与新胶接料物质交换，也能够真正达到再生目的。
温拌再生，与热拌再生一样，可以用于面层。
再次，温拌再生要求骨料加热温度显著低于热拌再生，因此，再生料的添加比例将可以得到显著的增加，从而能够更大量地处置旧料，降低面层成本。
温拌集中厂拌再生，使得在再生料在面层中的规模化应用多了一种更有效和更可靠的选择。
2008年7月，江西省武吉高速首次应用表面活性型温拌沥青技术，随后在昌樟高速，瑞赣高速都陆续采用此技术。
二、项目原理
全球温拌技术的快速发展，新技术层出不穷，截止到2007年底，已经进入初步应用阶段的温拌技术已经超过10种。
按照其工作机理，温拌技术均可以归入三大主要技术派别。
（一）沥青发泡型：
该方法的基本原理是在混合料拌和过程中或者沥青进入拌和锅/筒之前导入水，诱发沥青发泡，通过发泡形成的沥青膜结构来实现较低温度下对集料的裹覆，以及降低沥青混合料操作温度。
各发泡工艺解决温拌工作性均较好，但单纯的发泡，沥青与石料的粘附力通常不能令人满意，各种技术正采用不同的方式来解决这个问题。
这一类技术目前还没有引进中国。
（二）胶结料降粘型：
热拌沥青混合料的施工工作性取决于沥青的高温粘度，而其抗变形能力与沥青的在夏季路面使用温度条件下的粘度相关。
添加有机添加剂，使得沥青高温粘度下降但同时夏季温度下粘度不变化甚至提高，可以说是温拌最朴素的技术思路。
该技术路线最具代表性的是SASOBIT和REDISET。
降粘技术路线最大的问题来自降粘添加剂用量的矛盾。
控制用量，则很难达到好的降温效果，但用量增大，虽然能够取得好的温拌效果，但对胶结料材料性质改变过大，往往产生意想不到的副作用。
（三）表面活性型：
这一技术路线的代表性产品是Evotherm。
2005年以来，交通部公路科研院、辽宁省交通科学研究所、东南大学、同济大学等先后展开了各类技术对比试验研究。
他们最终实施的试验路项目，均主要采用了表面活性型技术。
目前，国内和河北省的绝大多数温拌应用，也主要是基于表面活性型技术，我国总的项目数已经有近40个，全球项目数超过200个，其中相当一部分项目规模已经超过了4万吨温拌混合料。
本项目的研究对象为Evotherm。
那么，我们具体介绍Evotherm的技术原理，其中包括工作原理、碾压温度范围。
1、Evotherm工作原理
Evotherm是基于乳化平台的一种温拌技术，通过独特的化学表面活性剂，配置成皂液的形式直接加入拌合缸，与沥青﹑石料进行搅拌，在化学表面活性剂和水膜共同作用下改变了沥青短暂的动力粘度，从而提高了较低温度下的拌和性能，以下为Evotherm温拌技术的工作状态示意图。
图2-1Evotherm工作状态示意图
从图2-1中可以看出，化学表面活性剂和水膜形成独特的颗粒分散在沥青液体里面，水膜起到润滑的作用，从而降低了沥青的动力粘度，增加了低温下的可拌和性能，当受到碾压时，水膜结构受到破坏，微量的水分排除出去，化学添加剂分子向石料与沥青界面转移，起到抗剥落剂的效果，另外，沥青性能不受到任何影响。
2、Evotherm碾压温度范围
为了得出Evotherm的碾压温度范围，对热拌沥青混凝土和温拌沥青混凝土在不同温度情况下分别进行成型试验，沥青采用基质沥青，得出温拌沥青混凝土合适的温度范围见图2-2。
孔隙率（%）
6080100120140160（℃）
图2-2Evotherm碾压温度范围
从图2-2中可以看出，如果以孔隙率4%～5%作为目标孔隙率时，Evotherm温拌沥青混凝土的碾压温度范围为90～140℃，而热拌沥青混合料的可碾压温度范围为140℃以上，也就是说，温拌沥青混凝土可碾压温度相比于热拌降低了50℃。
温拌沥青混合料由于具备较低的碾压温度范围和较慢的降温速率，2个因素叠加在一起，温拌沥青混合料的有效碾压时间得到延长，在气温较低条件下进行施工，沥青路面的质量得到了很好地保证，温拌沥青混合料可以在0～10℃进行施工，对于江西省的气候条件，至少可以延长沥青路面摊铺期限2个月，甚至跨年不停工进行施工。
三、项目生产工艺
下面通过列举两个试点工程，它们分别是长大隧道应用案例和低温季节施工应用案例（其中重点介绍长大隧道应用案例）。
通过介绍试点工程，我们可以大致了解温拌技术的项目生产工艺。
（一）长大隧道应用案例—江西省武吉高速九岭山隧道
1、石料
5～10mm，10～15mm集料为辉绿岩，0～3mm，3～5mm集料为石灰岩，由于使用了中性石料,为了提高石料与沥青的黏附性，以32.5#水泥替代矿粉。
2、级配
沥青混合料的配合比设计采用马歇尔设计方法，试件成型采用旋转压实成型，矿料级配采用AC-13。
3、拌和温度
对温拌沥青的混合料进行路用性能试验,以观察温拌剂对路用性能的影响。
室内试验以AC-13为研究对象，总拌和时间与热拌料相同。
混合料的加热温度见表3.1。
表3.1 温拌沥青混合料与热拌沥青混合料的拌和温度
温拌沥青混合料
热拌沥青混合料
沥青温度／℃
160～165
160～165
石料温度／℃
130～140
180～190
拌和温度／℃
130～140
175～185
从表3.1可以看出温拌沥青混合料比热拌沥青混合料拌和温度降低至少30℃,从而有效减少生产拌合和施工过程中的CO、NO和SO2等有害物质的释放,并且能大大降低沥青的老化程度。
4、温拌与热拌沥青混凝土路用性能对比结果
不同拌和类型沥青混凝土路用性能检测结果见表3.2。
表3.2沥青混合料路用性能试验
混合料类型
油石比（%）
马歇尔稳定度（KN）
马歇尔残留稳定度（%）
冻融劈裂强度比（%）
动稳定度
（次/mm）
弯曲应变
（µε）
温拌料
4.9
13.5
87.2
82
6432
3046
热拌料
4.9
14.7
85.6
80.1
5621
2985
规范要求
4.9
≥8.0
≥85
≥80
≥3000
≥2500
从表3.2的试验结果可以看出,温拌沥青混合料的大部分路用性能指标高于热拌沥青混合料，并且都能满足规范要求。
5、试验路的铺筑
试验路选择江西省武吉高速九岭山隧道进行施工，采用室内试验确定出的温拌沥青混合料配方进行试验路段铺筑。
温拌沥青混凝土与热拌沥青混凝土工艺上的差异是增加了喷入DAT温拌浓缩液的环节。
为了不影响温拌料的裹覆性及质量,温拌浓缩液在沥青开始喷洒后延时3秒开始喷入，DAT喷入时间控制在8～10秒，保证在沥青喷洒结束前完成，在沥青喷洒结束后延后6秒添加矿粉，避免在水蒸气排出时添加矿粉，影响矿粉计量精度，减少矿粉损失和减少矿粉堵塞概率。
石料加热温度为130～140℃，沥青温度为165℃，混合料出厂温度为135～140℃，摊铺温度为130～135℃。
温拌沥青混合料摊铺过程中，未产生难闻的烟雾和气味，对施工人员影响程度小。
由于温拌沥青混合料在生产拌合、运输和施工工程中的温度，比热拌沥青混合料低至少30℃，因而大大降低了沥青的老化程度，新铺路面黑亮，均匀性好。
试验路完工后，对路面进行了钻芯取样和路面性能测试，各方面路面性能满足规范要求。
其试验结果见表3.4。
表3.4温拌沥青混合料试验路检测结果
检测项目
测试结果（平均值）
规范要求
压实度，%
94.2
93～97（最大理论密度压实度）
构造深度，mm
0.63
≥0.55
摆值，BPN
68
≥45
渗水系数，ml（min）-1
80
≤300
（二）低温季节施工应用案例---江西省昌樟高速
2009年元月，我单位在昌樟高速上进行了冬季温拌施工试验段的铺筑（气温为5℃，风力为6级，地点为厚田互通），得到以下结论：
1、温拌沥青混合料在低气温0℃~10℃冬季施工是可行的，路面质量得到很好地保证，从各项检测数据来看，路用性能满足规范要求。
2、沥青混合料的试验检测结果表明：
抽提级配满足要求、油石比偏高。
从现场取芯的芯样来看，芯样钻取表面密实，压实度符合要求。
3、从现场试验检测结果来看，芯样高度满足要求；路面压实度、渗水系数和构造物深度基本合格。
从上述试验及检测结果来看，温拌沥青混合料级配、油石比及马歇尔试验指标满足要求、沥青路面的现场检测基本合格。
四、项目保证措施
重视前期准备工作、制定初步设计方案
通过调研，对温拌材料和技术进行广泛的调查、归类和总结，充分利用现有的研究成果，吸收国外已成功的经验，结合自身的情况制定初步研究方案，并购买部分实验设备和材料，选定试验和示范工程。
认真做好材料、工艺的室内试验研究
通过反复实验，解决技术难点，并对研究方案进行修正和改进，确定温拌沥青混合料的最佳配比和制备工艺。
改进施工工艺，保证施工质量
深入研究和分析温拌沥青混合料的技术性能、完善和改进温拌沥青混合料的配方和生产工艺，从而保证温拌沥青混合料的施工质量。
五、项目成效
5.1社会效益
我国经济快速增长，各项建设取得了巨大成就，但也付出了巨大的资源和环境代价，经济发展与资源的矛盾日趋尖锐。
2007年国务院做出了加强节能减排的工作部署，要求确保国家“十一五”节能减排目标的实现。
传统的热拌沥青混和料拌和楼出料温度在150-180°C，生产和摊铺时的环境污染严重，能耗高，并且高温下会导致沥青老化，影响路面的路用性能。
然而，温拌技术（WMA）的拌合温度可以降低30-50°C，现场的摊铺温度控制在100-120°C，大量减少烟气和热量的排放，同时混合料的性能达到甚至超过传统的热拌沥青混合料。
因此，温拌沥青技术，符合我国可持续发展战略和建设节约型社会、和谐社会的国家目标。
温拌技术在降耗、减排、操作性、路面再生方面的发展，对于交通基础设施可持续发展和和谐发展，具有战略意义。
5.2经济效益分析
（1）材料成本
温拌的添加剂添加量大约为2.5kg/吨混合料。
所以添加剂的成本增加大约为25元/吨混合料。
DAT的节省的成本:
燃油1.5kg,约11元;抗剥离剂3元;所以DAT增加的直接成本为11元/吨混合料左右。
（2）其他经济效益
a）延长施工季节至少2个月、减少长大隧道通风设备
如果采用温拌沥青技术，至少可以延长施工季节2个月。
这样带来的经济收益远远超过温拌添加剂成本；另外，对于长大隧道沥青路面摊铺，如果采用热拌沥青混合料摊铺，以往施工都需要配备通风设备，如果采用了温拌沥青混合料，隧道内部施工时不会产生烟雾，不需要通风设备。
b）节约路面的养护成本
路面的病害主要是由于沥青混和料的压实度不够而导致路面水损坏，直至整个路面破损，而混合料远距离运输、低温下施工是其中的重要原因；温拌技术由于对温度相对不敏感，同时在较低工作温度下的压实效果很好，以及基于乳化技术对石料良好的裹附性，使其抗水损害性能高于热拌混合料，同时也提高了路面抗车辙的能力。
综合以上原因，温拌技术能够延长路面使用寿命，增加了道路养护周期，从而使得道路养护综合成本减低。
5.3环保效益分析
（1）节能
由于降低了混合料的生产温度，使得施工企业可以减少其生产过程中的燃油消耗（请见表5.1）。
表5.1节能数据
混合料类型
出料温度
燃油消耗量
温拌节能
热拌沥青混合料
160℃
6.8Kg/t
22%
温拌沥青混合料
120℃
5.3Kg/t
（2）减排
在路面施工中采用温拌技术，可以明显降低混合料生产过程中的有害气体排放，特别是温室气体的排放，有益于城市空气质量的提高，减轻大中城市的环保压力；根据武吉高速项目和国家环境保护检测中心的检测数据，温拌沥青较热拌沥青生产，可减少二氧化碳CO2等温室气体排放50%以上，减少沥青烟排放90%以上（结果见表5.2）。
表5.2拌和楼减排数据
测试项目
单位
热拌
温拌
降幅（%）
二氧化碳（CO2）
mg/m3
3
1
67
氮氧化合物（NOx）
mg/m3
128
21
83.6
一氧化碳（CO）
mg/m3
400
29.5
92.6
二氧化硫（SO2）
104mg/m3
69.5
34.5
70.3
烟尘
mg/m3
0.06
0.03
50
如果将运用温拌技术所带来的CO2排放减少进行计算的话，我们可以做个初步的统计：
按照中国道路建设市场年消耗2亿4千万吨的沥青混合料，温拌技术在减排方面的贡献见表5.3、表5.4：
表5.3CO2排放减少量与温拌比例的关系
热拌转化为温拌的比例
10%
25%
50%
100%
CO2排放减少量（吨/年）
421978
1054944
2109888
4219776
表5.4摊铺现场减排数据
测试项目
单位
热拌
温拌
降幅（%）
沥青烟
mg/m3
20.2
1.9
90
苯可溶物
mg/m3
19.5
0.58
97.0
苯并芘
μg/m3
0.93
0.49
47.3
目前我国从事道路施工和养护的企业将近2万家，相关的从业人员有200万，由于在沥青混合料的生产和施工过程中产生的沥青烟中含有大量的苯可溶物和苯比芘，其被美国癌症协会认定为对人身体产生严重危害的高致癌物，温拌技术的应用可将其危害减少到最低。
（3）改善施工条件
温拌技术显著减少了温室气体的排放量与其他有害物质的排放量，因此温拌技术的应用可以改善施工作业条件，有利于施工人员的健康。
六、建议
（一）、该推广应用项目的沥青混凝土温拌技术在国内外属较成熟技术。
江西高速公路工程有限公司在省内高速公路养护大修中首次应用沥青混凝土温拌技术，经过一年多时间的通车考验，目前总体情况较好，但从现场观察和简单的渗水检验，局部范围抗渗性一般，特别是接缝处的抗渗性能较差；从检测报告试验数据来看，压实度仅略高于规范规定的低限值。
鉴于我省目前应用温拌技术的试验路段较短，应对该技术作进一步的试验研究和总结提高；
（二）、应增加试验路营运后的工程质量检测数据和超薄罩面的应用研究；
（三）、鉴于温拌沥青混凝土是在传统的热拌沥青混凝土中掺加了一定的外掺剂，至于外掺剂对于沥青混凝土的后期影响如何，要做跟踪观察与检测，并做进一步研究。
同时要抓紧对该技术操作工法和质量验收标准的编制，以利今后更大范围的推广应用。
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