温拌沥青混凝土技术应用研究.docx
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温拌沥青混凝土技术应用研究
温拌的概念
温拌沥青（简称WMA）技术是指通过必然技术手腕使沥青混合料在较低的温度下进行拌和、摊铺及压实的技术。
其拌和温度在约80～120℃，摊铺及压实温度约在70～100℃，相关于拌和温度在约140～160℃、摊铺及压实温度不低于140℃的传统的热拌沥青混合料来讲，WMA技术所需的设备、本钱大体与HMA的一样，而前者在降低至少30℃工作温度的基础上，其产生的质量、路用性能完全能与后者相媲美。
本文研究温拌沥青技术的一个重要缘故是因为温拌沥青混合料与环境温度的温差小，降温速度慢，同时温拌沥青混合料压实温度比热拌沥青低，适合冬季低温施工。
现行的要紧温拌技术
温拌沥青混合料起源于欧洲，并于2000年的第一届国际沥青路面大会上由Harrison和Christodulaki第一次介绍。
同年，在《欧洲沥青》上Koenders等人做了更为详细的报导。
目前温拌沥青混合料总的来讲要紧有四种不同的实现方式。
（1）有机添加剂法
该方式是将低熔点的有机添加剂添加到沥青或沥青混合料中，改变胶结料的粘温曲线。
目前成功应用的化学添加剂有两类：
合成蜡和低分子量酯类化合物，其中以Sasobit合成蜡为主。
Sasobit可降低100℃沥青粘度，增加沥青60℃粘度，因此Sasobit可改善混合料的压实性能，同时提高沥青混合料高温性能。
Sasobit能够在拌和厂利用简单的搅拌器拌入沥青中，但不推荐直接将固体Sasobit投入拌缸进行直接拌和，如此会造成沥青中Sasobit的散布不均。
（2）沥青-矿物法
该方式采纳一种合成沸石，在沥青混合料拌和进程中将这种粉末状材料加入进去，从而在结合料中产生泡沫作用。
从化学角度讲，沸石其实确实是一种含有18%左右结合水的硅酸铝矿物，当加入沥青混合料中大约%（重量比）的该种沸石时，水分会随着时刻的延长而慢慢释放出来，从而产生持续的发泡反映。
液相结合料中的发泡反映起到润滑剂的作用从而使混合料在较低温度下具有可工作性，拌和温度可低至130℃~145℃。
（3）温拌泡沫沥青混合料
该方式是将软质结合料和硬质泡沫结合料在拌和的不同时期加入到混合料中，温拌泡沫沥青混合料的第一时期是将温度为100℃~120℃的软质沥青加入到集料中进行拌和以达到良好裹附。
第二时期，将极硬的结合料泡沫化后加入到预裹附的集料中。
如此，软质结合料和泡沫化的硬质结合料都起到降低胶结料粘度的作用，从而实现良好的工作性，取得最终知足需要的沥青混合料。
Shell公司以为，温拌泡沫沥青混合料的成功在专门大程度上要依托关于软化沥青胶结料和硬化沥青胶结料的精心选择。
在一些情形下，shell公司推荐在拌和的第一时期利用粘结增强剂，同时它还以为在第一时期的拌和进程中，集料的沥青裹附情形十分关键，若是裹附比好，会使得第二时期所注入的水分通过沥青和集料的结合面进入集料内部，从而阻碍到最终的沥青混合料质量和性能，shell公司的研究报告称，温拌泡沫沥青混合料因为拌和温度的降低能够节约大约30%的燃料，同时会减小30%的CO2排放量。
（4）基于表面活性剂的温拌沥青混合料
用表面活性剂配制必然浓度的水溶液（简称为浓缩液），在沥青加入到拌和锅的同时，将浓缩液喷到沥青上再与集料一路拌和，经充分搅拌后生产出温拌混合料，以出料温度为120℃的温拌沥青混合料为例，其拌和工艺为：
在拌和锅中将135℃的热集料充分干拌，下一步在130℃左右的沥青开始喷出后随即将50℃左右的乳化剂水溶液也喷出，通过充分拌和即生产出120℃左右的温拌混合料，该工艺称为浓缩液温拌法，代表产品为美德维实伟克公司的益路牌（Evotherm）温拌剂。
项目意义和前景
长沙市被列入全国首批8个节能减排财政政策综合示范城市，这对我市增进经济结构调整和进展方式转变，推动“十二五”节能减排目标实现，显著增强城市可持续进展能力，加速建设两型社会是一个重大的政策机缘。
在示范城市树立绿色、循环、低碳进展理念，加速构建政府为主导、企业为主体、市场有效驱动、全社会一起参与的推动节能减排工作格局，实现工业、建筑、交通运输等领域能效水平大幅提高、低碳技术普遍推行、可再生能源规模化应用、要紧污染物排放量显著减少、效劳业加速进展、合同能源治理等市场化机制慢慢健全，使试点城市节能减排工作走在全社会前列，可持续进展能力显著增强。
依照以上整体目标的要求，围绕产业低碳环保化加大产业结构调整力度，支稳重点企业实施节能技术改造，大力推行应用先进节能环保技术和设备，提高重点行业产业集中度和先进生产能力比重。
坚稳重点冲破与整体推动相结合，优先选择节能减排潜力大、投入少、生效快的重点行业、重点企业进行冲破，同时要统筹计划，全面推动工业、建筑、交通运输和全社会的节能减排工作。
长沙市住房和城乡建设委员会、长沙市进展和改革委员会为进一步贯彻落实科学进展观，增强绿色市政建设和治理，推动市政领域“资源节约型，环境友好型”建设，依据有关法律法规及技术标准，提出了绿色市政道路建设的指导思想，保障市政道路在全寿命周期内，最大限度地节约资源、爱惜环境，为人民提供绿色、低碳的城市道路工程，并坚持把科技进步和创新作为加速转变经济进展方式的重要支撑，加速建设创新型城市。
基于表面活性剂平台的温拌沥青混合料（WMA）路面技术是国际上近几年研发并慢慢推行应用的新技术。
与传统热拌沥青混合料相较，在不改变材料配比和施工工艺和温拌沥青混合料性能不低于热拌沥青混合料的前提下，混合料拌和与碾压温度降低30℃～40℃。
温拌技术可节省燃油20%-30%，减少温室气体排放60%左右，减少沥青烟等有毒气体排放80%以上，伴随施工温度的降低，同时减少了沥青在施工进程的老化、提高沥青混合料路用性能，延长利用寿命、减少道路的寿命周期养护费用，是名符其实的高节能、低排放的高新技术。
依照《长沙绿色施工导那么》，实施绿色施工，应踊跃采纳先进的生产手腕、技术方法和施工方式，鼓舞进展绿色施工的新技术、新设备、新材料、新工艺。
因此，对长沙市城市道路沥青路面施工采纳目前国际上最先进的基于表面活性型的沥青混合料温拌技术，将专门大程度上减少沥青路面施工进程中带来的大量的环境污染，节约能源，并提高沥青路面本身的利用寿命和提供更好的路用性能。
长沙春夏日酷热多雨，秋冬严寒干燥，气候走极端，严寒季节较长，依照现行沥青路面施工标准中关于“气温低于10℃不许诺沥青路面施工”的规定，长沙地域下半年适宜于沥青路面施工的时刻太少，11月份就大体不能施工，也确实是说，在长沙地域严格意义上春节前有3个月不许诺沥青路面施工。
应用好温拌技术，延长长沙地域冬季沥青路面施工建设期，提高路面施工质量，对加速城市建设步伐，减低施工环境污染具有重要战略意义和普遍的应用前景。
二、温拌沥青原材料及配合比选择
原材料
图2-1粗集料筛分后分档保留
图2-2细集料筛分后分档保留
（1）粗集料：
采纳石灰岩碎石，洗净，烘干后，筛分成每一档备用，确保级配准确，集料性质见表2-1。
（2）细集料采纳石灰岩石屑，洗净，烘干后，筛分成每一档备用，集料性质见表2-2。
表2-1石灰岩粗集料性能实验结果
指标
单位
试验结果
高速公路及一级公路
表面层
其他层次
石料压碎值
％
≤26
≤28
洛杉矶磨耗损失
％
≤28
≤30
表观相对密度
g/cm3
≥
≥
吸水率
％
≤
≤
针片状颗粒含量（混合料）
其中粒径大于
其中粒径小于
％
％
％
≤15
≤12
≤18
≤18
≤15
≤20
表2-2石灰岩细集料性能实验结果
项目
单位
试验结果
高速公路、
一级公路
表观相对密度
g/cm3
≥
含泥量（小于的含量）
％
≤3
砂当量
％
≥60
（3）填料：
采纳石灰岩矿粉，
（4）沥青：
采纳佛山高富AH-70沥青及壳牌鄂州SBS改性沥青，两种沥青均为长沙市沥青混合料拌合站经常使用的沥青。
其指标如下表，符合标准要求。
表2-3AH-70沥青三大指标
沥青指标
针入度/
软化点/℃
15℃延度/cm
检测结果
71
47
145
规范要求
60～80
≥46
≥100
表2-4SBS改性沥青三大指标
沥青指标
针入度/
软化点/℃
5℃延度/cm
检测结果
53
74
26
规范要求
30～60
≥60
≥20
（5）温拌剂：
采纳美德维实伟克公司的益路牌（Evotherm）温拌剂DAT-H5（10F）。
配合比选择
为保证实验的准确性、可操作性及复现性的要求，课题采纳《公路沥青路面施工技术标准》的AC类混合料中值，级配通过率见表2-5～表2-7，由体会确信的油石比别离为：
AC-25采纳，AC-20采纳，AC-13采纳。
表2-5AC-25级配
筛孔（mm）
26
19
16
规范上限（%）
100
100
90
83
76
65
52
42
33
24
17
13
7
规范下限（%）
100
90
75
65
57
45
24
16
12
8
5
4
3
规范中值（%）
100
95
74
55
38
29
16
11
5
表2-6AC-20级配
筛孔（mm）
26
19
16
规范上限（%）
100
100
100
92
80
72
56
44
33
24
17
13
7
规范下限（%）
100
100
90
78
62
50
26
16
12
8
5
4
3
规范中值（%）
100
100
95
85
71
61
41
30
16
11
5
表2-7AC-13级配
筛孔（mm）
26
19
16
规范上限（%）
100
100
100
100
100
85
68
50
38
28
20
15
8
规范下限（%）
100
100
100
100
90
68
38
24
15
10
7
5
4
规范中值（%）
100
100
100
100
95
53
37
19
10
6
三、实验方案的确信
依据温拌沥青的要紧作用机理，充分考虑课题进度打算、主观及客观条件，参考同行其他研究功效，制定本课题室内实验方案。
益路温拌剂作用机理
益路™DAT温拌添加剂，事实上是专用表面活性剂水溶液，拌和进程中沥青内部和集料的裂隙水分在温拌条件下可不能完全去除，而这些水分却很容易被表面活性剂俘获，水的沸点与界面条件紧密相关，在狭小空间、不同表面压力情形下，水的沸点可能高于100℃，表面活性剂在胶结料内部以胶团形式存在，胶团组成的膜结构具有润滑作用，专门好地实现了在较低温度下的拌和及碾压功能。
益路™DAT（Evotherm）温拌沥青技术，其核心是采纳物理和化学一路作用的手腕，增加沥青混合料的施工操作性，在完成混合料成型后，这些物理和化学添加剂并非对路面利用性能组成负面阻碍。
温拌剂分子在碾压完毕后将剩余水分带出混合料，同时温拌剂充分向石料和沥青的界面上富集，成为性能优良的抗剥落剂，提高混合料的水稳固性。
图3-1Evotherm工作状态示用意
沥青的粘温曲线对温拌沥青施工性能的阻碍
沥青粘度随温度降低呈指数增加关系，AH-70沥青及SBS改性沥青（PG70-28）的粘温曲线如图3-2。
关于热拌沥青依照粘温曲线采纳相同的等粘温度确信AH-70沥青混合料的施工温度，是合理的；关于不降粘的益路温拌沥青混合料，不论改性沥青仍是一般沥青依照粘温曲线确信的施工温度显然不合理。
尽管如此，沥青路面施工必然考虑粘度因素，由于温拌剂不改变沥青的粘度，粘度增加对温拌沥青混合料的施工性能的阻碍是显而易见的，因此，理论上温拌沥青混合料必然存在施工温度下限值。
图3-2沥青的粘温曲线
基于及表达的相关机理，为充分发挥温拌剂效用，减少环境污染，延长施工可操作时刻，同时充分考虑施工和易性及降温规律进行温拌沥青混合料室内实验研究。
热拌沥青混合料实验程序
表3-1AH-70沥青混合料操作温度打算表
混合料
出料温度（℃）
集料温度
（矿粉不加热）
沥青
预热温度
拌合锅预热、
烘箱恒温温度
击实温度
（预估，需要实测）
155
170
160
145
145
表3-2SBS改性沥青混合料操作温度打算表
混合料
出料温度（℃）
集料温度
（矿粉不加热）
沥青
预热温度
拌合锅预热与
烘箱恒温温度
击实温度
（预估，需要实测）
175
185
175
160
160
温拌沥青混合料实验程序
表3-3AH-70沥青混合料温拌操作温度打算表
混合料
出料温度（℃）
集料温度
（矿粉不加热）
（高20℃）
沥青预热温度
（℃）
拌合锅
预热温度
（高10℃）
烘箱
恒温温度
击实温度
（预估降10度，
需实测）
110
125
140
110
100
100
130
145
150
130
120
120
表3-4SBS改性沥青温拌操作温度打算表
混合料
出料温度（℃）
集料温度
（矿粉不加热）
（高15度）
沥青
预热温度
（高25度）
拌合锅
预热温度
（高10℃）
烘箱
恒温温度
击实温度
（预估降10度，
需实测）
（）
130
145
150
130
120
120
150
165
160
150
140
140
拌和方案
依照温拌沥青混合料的特点和益路温拌剂的实验要求，确信如下拌和方案：
（1）拌和锅先预热至相应出料温度（见别离的温度打算表）；
（2）倒入已预热的集料，干拌分钟；
（3）集料干拌完后，在锅内用不锈钢勺将集料拉成一斜面，露出锅底；
（4）加入沥青，然后用塑料杯或细量筒加入温拌剂，温拌剂要倒在沥青上，幸免倒在集料上，拌和分钟；
（5）加入矿粉，拌和1分钟；
（6）温拌沥青混合料拌和时刻共有：
一共拌和++1=3分钟。
图3-3益路温拌工艺图
四、温拌沥青混合料马歇尔性能研究
热拌沥青混合料马歇尔实验结果
为增强实验的可比性，第一做了AC-25，AC-20，AC-13热拌沥青马歇尔实验，并检测体积指标和稳固度流值，如表4-1。
表4-1热拌沥青混合料马歇尔实验结果
混合料
指标
AC-25
AC-20
AC-13
SBS改性沥青
AH-70沥青
SBS改性沥青
AH-70沥青
SBS改性沥青
AH-70沥青
空隙率
稳定度
流值
AH-70沥青温拌混合料实验分析
室内实验研究发觉，AH-70沥青混合料拌和温度低于100℃，改性沥青低于120℃，温拌沥青混合料需要延长拌和时刻才能拌和均匀。
实验选取AC-13，AC-20，AC-25三种级配，两种温度（即100℃及120℃）下击实，温拌剂掺量别离为沥青用量的6%，8%，10%，12%，实验顺序安排如表4-2，4-3。
表4-2AH-70沥青120℃温拌混合料实验顺序安排表
温拌剂量
级配
6%
8%
10%
12%
AC-25
1
2
3
4
AC-20
5
6
7
8
AC-13
9
10
11
12
表4-3AH-70沥青100℃温拌混合料实验顺序安排表
温拌剂量
级配
6%
8%
10%
12%
AC-25
13
14
15
16
AC-20
17
18
19
20
AC-13
21
22
23
24
图4-1温拌沥青混合料室内拌制
表4-4温拌AH-70沥青马歇尔实验结果
试验序号
级配
击实温度
温拌剂添加量
空隙率
稳定度
流值
1
AC-25
120
6%
2
AC-25
8%
3
AC-25
10%
4
AC-25
12%
13
AC-25
100
6%
14
AC-25
8%
15
AC-25
10%
16
AC-25
12%
5
AC-20
120
6%
6
AC-20
8%
34
7
AC-20
10%
8
AC-20
12%
17
AC-20
100
6%
18
AC-20
8%
42
19
AC-20
10%
20
AC-20
12%
9
AC-13
120
6%
11
10
AC-13
8%
11
AC-13
10%
12
AC-13
12%
21
AC-13
100
6%
22
AC-13
8%
23
AC-13
10%
24
AC-13
12%
图4-2制作马歇尔试件
图4-3温拌沥青马歇尔实验指标与温拌剂添加量的关系（AC-25，AH-70）
图4-4温拌沥青马歇尔实验指标与温拌剂添加量的关系（AC-20，AH-70）
图4-5温拌沥青马歇尔实验指标与温拌剂添加量的关系（AC-13，AH-70）
从图4-3～4-5可知：
（1）随着温拌剂掺量的增加，温拌沥青混合料间隙率下降；100℃击实时，不论是AC-25，AC-20仍是AC-13，间隙率下降趋势比120℃时明显，可能是因为120℃击实和热拌温度较接近；
（2）温拌沥青混合料120℃击实时的稳固度普遍大于100℃击实的混合料，可见，击实温度对沥青混合料的稳固度阻碍专门大；温拌剂掺量在6%至10%转变时，稳固度随温拌剂掺量增加提高幅度较大。
（3）温拌沥青混合料流值随温度及温拌剂掺量转变，没有明显的转变规律。
温度越低，温拌沥青混合料和易性越差，混合料的可降温空间小，施工操纵难度越大；温度越高（与热拌温度越接近），温拌剂不能充分发挥效用。
综合考虑温拌沥青混合料的和易性及最大限度发挥温拌剂的效用，选择最正确的温拌沥青配合比为拌和温度为120度，击实温度为110度，温拌剂添加量为10%（DAT-H5（10F））。
依据选定最正确温拌配合比，做马歇尔实验，结果如表4-5。
表4-5AH-70沥青温拌（最正确温拌配和比）与热拌马歇尔实验对照表
空隙率（%）
稳定度（KN）
流值（）
温拌AC-13
热拌AC-13
温拌AC-20
热拌AC-20
温拌AC-25
热拌AC-25
改性沥青实验数据分析
关于改性沥青温拌实验研究，实验选取AC-13，AC-20，AC-25三种级配，两种温度（即120℃级140℃）下击实，温拌剂掺量别离为沥青用量的6%，8%，10%，12%，实验打算顺序如表4-6，4-7。
表4-6改性沥青140℃温拌沥青混合料实验顺序安排表
温拌剂量
级配
6%
8%
10%
12%
AC-25
1
2
3
4
AC-20
5
6
7
8
AC-13
9
10
11
12
表4-7改性沥青120℃温拌沥青混合料实验顺序安排表
温拌剂量
级配
6%
8%
10%
12%
AC-25
13
14
15
16
AC-20
17
18
19
20
AC-13
21
22
23
24
表4-8温拌改性沥青马歇尔实验结果
试验顺序号
级配
击实温度
温拌剂添加量
空隙率
稳定度
流值
1
AC-25
140
6%
5
2
AC-25
8%
3
AC-25
10%
4
AC-25
12%
13
AC-25
120
6%
6
13
14
AC-25
8%
15
AC-25
10%
16
AC-25
12%
44
5
AC-20
140
6%
6
AC-20
8%
7
AC-20
10%
8
AC-20
12%
17
AC-20
120
6%
18
AC-20
8%
6
19
AC-20
10%
20
AC-20
12%
9
AC-13
140
6%
10
AC-13
8%
14
11
AC-13
10%
12
AC-13
12%
45
21
AC-13
120
6%
22
AC-13
8%
23
AC-13
10%
24
AC-13
12%
图4-6温拌沥青马歇尔实验指标与温拌剂添加量的关系（SBS改性沥青，AC-25）
图4-7温拌沥青马歇尔实验指标与温拌剂添加量的关系（SBS改性沥青，AC-20）
图4-8温拌沥青马歇尔实验指标与温拌剂添加量的关系（SBS改性沥青，AC-13）
从图4-6～4-8可知：
（1）关于改性沥青温拌混合料，随着温拌剂掺量的增加，温拌沥青混合料间隙率下降，温拌剂掺量从6%增加至10%时，间隙率转变趋势更显著；120℃击实时，不管是AC-25，AC-20仍是AC-13，间隙率下降趋势比140℃时明显，可能是因为140℃击实和热拌温度较接近；
（2）温拌沥青混合料140℃击实时的稳固度普遍大于120℃击实的混合料，。
（3）温拌沥青混合料随温度及温拌剂掺量转变，流值没有明显的转变规律。
改性沥青温拌混合料的降温趋势整体没有重交沥青明显。
综合考虑温拌沥青混合料的和易性及最大限度发挥温拌剂的效用，选择最正确的温拌改性沥青混合料配合比为拌和温度为140℃，击实温度为130℃，温拌剂添加量为10%（DAT-H5（10F））。
依据选定最正确温拌配合比，做马歇尔实验，结果如表4-9。
表4-9SBS改性沥青温拌（最正确温拌配合比）与热拌马歇尔实验对照表
空隙率（%）
稳定度（KN）
流值（）
温拌AC-13
热拌AC-13
温拌AC-2
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