温拌沥青混合料技术概述工学论文
摘要：节能减排、保护环境、可持续发展是当前世界各国共同关注的热点问题，就公路用沥青混合料而言，采用温拌沥青混合料新技术可显著降低沥青混合料拌和、碾压温度，且路用性能达到(接近)热拌沥青混合料，在我国有着广阔的应用前景。文中对几种温拌沥青混合料技术作了简述并介绍了基于表面活性平台温拌法(EWMA)技术在我国的应用情况。
关键词：公路；温拌；沥青
一、引言
当前节能减排、保护环境、可持续发展是世界各国共同关注的热点问题，我国也把节约资源作为基本国策。热拌混合料是优点突出，路用性能好，是主流技术。但是也有环境污染重，能耗大，沥青老化较严重等明显的缺点。冷拌混合料虽然环保、节能、混合料可存储，但是路用性能与热拌混合料则无法相比。如何保留热拌沥青混合料性能良好的特点并克服其存在的环境污染重、能耗大、沥青存在老化等问题，成为大家努力的方向。在此情况下，温拌沥青混合料技术出现并迅速投入应用。
温拌沥青混合料起源于欧洲，2000年起开始铺筑试验路，2000年在国际沥青路面大会上首次进行交流。是一类拌和温度介于热拌沥青混合料(150℃180℃)和冷拌(常温)沥青混合料之间，性能达到(或接近)热拌沥青混合料的新型节能减排沥青混合料。
二、几种典型温拌技术简介
目前主要有沥青一矿物法、泡沫沥青温拌法、有机添加剂法和基于表面活性平台温拌法四种。
(一)沥青一矿物法(Aspha-Min)
采用的矿物是一种合成沸石。在沥青混合料拌和过程中将这种粉末状材料(大约0.3％)加入进去，从而使沥青产生连续的发泡反应。泡沫起到润滑剂的作用。从而使混合料在较低温度(120℃-130℃)下具有可拌和性。
Aspha—Min是德国Eurovia-Services 股份有限公司的产品。它是一种极细、白色粉末状人造合成沸石(硅酸铝钠)，已经被热液结晶。沸石内部容纳的水的质量百分率为21％，在85~182℃被释放。在向混合料中加入胶结料的同时加入Aspha—Min，就会产生极小的喷水现象。水的释放会使胶结料体积变大，导致出现沥青泡沫效应，可以在较低的温度下增加集料的覆盖率。Eurovia公司建议所加的Aspha—Min占混合料的质量百分率为0 3％，这样可以将HMA典型的生产温度降低12℃左右。据报告，温度降低12℃可以节省30％的燃料消耗量。Eurovia介绍说所有常用的沥青和聚合物改性沥青，包括再生沥青都可以添加Aspha-Min。可以将Aspha-Min加入到矿物填料中或者单独加料，直接将其加入到间歇式拌和厂的搅拌机中。沸石是网状硅酸盐组合，在其结构中有巨大的空间可以容纳较大的阳离子，例如钠离子、钾离子、钡离子、钙离子，甚至是相对较大的分子和阳离子群，例如水分子。在沸石中，空间是互相连通的，并且根据种类的不同形成了各种尺寸的较长、较宽的通道。这些通道可以使其中的离子和分子更容易地进出沸石结构。沸石最常见的用途是作为水软化剂，沸石的特点是可以在不破坏它们结晶结构的情况下吸水和失水。它们可以将结构中的水通过加热或者其他方法排出结构。因此沸石可以作为新流体的运输系统。
(二)温拌泡沫沥青法(WAM-Foam)
将软质沥青和硬质泡沫沥青在拌和的不同阶段加入到混合料中。第一阶段将软质沥青加入到温度为110℃-120℃的集料中进行拌和以达到良好裹附。第二阶段将极硬的沥青泡沫化后加入到预拌的混合料中再进行拌和。
WAM-Foam是英国壳牌石油有限公司和挪威Kolo-Veidekke合资的产品。在WAM-Foam中，在拌和阶段使用两种单独的胶结料，软胶结料和以泡沫形式加入的硬胶结料，即两种硬度不同的沥青材料。软胶结料的针入度较大，使其能在100℃时，具有一定的流动性，从而便于与矿料拌和均匀，能够裹覆住矿料。软胶结料控制最小放置温度，混合料可以在80℃下放置，相对于HMA，降低了50~60℃；硬胶结料是咀泡沫沥青的形式加入的，根据路面的需求，硬沥青在25~C时的针入度应在10~100(0.1mm)之间。根据要配制的调和沥青针入度来确定软胶结料和硬胶结料的混合比率。如果需要的话，结合料中还可以加入抗剥落剂，以减少水损坏。在第一阶段，在100℃左右软胶结料与矿料拌和，初步覆盖矿料，矿料的加热温度为100~120℃。然后以泡沫形式加入硬胶结料在90~120℃进行充分拌和。当硬胶结料加入到混合料中时，通过向加热的硬胶结料注入冷水而产生的快速蒸发会产生大量的烟雾。硬泡沫胶结料与软胶结料结合，从而达到所需的沥青产品的最终的组成和特性。至于温拌沥青混合料的矿料级配、混合料的配合比设计、拌和设备等可以完全参照热拌沥青混合料的相关方法与规定。壳牌公司指出，WAM—Foam需要对软、硬胶成分进行仔细选择。拌和第一阶段，集料的最初裹覆对于阻止水接触胶结料和集料交界面从而进入集料是至关重要的，水必须从沥青混合料中排出，以确保得到高质量的产品。壳牌公司报道说使用WAM-Foam导致的生产温度降低可以节省30％燃料，减少30％的CO2排放量。 (三)有机添加剂法
将低熔点的有机添加剂加入到混合料中，从而降低结合料的粘度。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。添加剂大约在100℃—120℃之间熔化，熔化后的添加剂会产生大量的液体，从而使结合料粘度降低。
各类添加剂加入3％～4％的量就会使拌和温度降低10~30℃，目前主要有Sasobit和Asphaltan B两种添加剂。Sasobit是南非Sasol—Wax(Formerly SchUmann Sas01)公司的产品。Sasobit、被认为是一种改性剂或者“沥青流动改进剂”。它是一种细结晶体，可以薄片或者粉末的形式存在。使用Fischer-Tropsch(FT)过程从煤气化中生产的长链脂肪族烃，也被称为FT固体石蜡。Sasol—Wax公司指出Sasobit的熔点大约是99℃，在超过116℃时，可以完全溶解于沥青胶结料中。使胶结料的粘度降低。这可以使生产温度降低12℃。温度低于熔点时，Sasobit在沥青胶结料中形成晶格结构，这是含有Sasobit的沥青的稳定性的基础。在使用温度下，Sasobit改性沥青的抗车辙能力增强。此外，Sasol—Wax公司报道，在同样的滚轮荷载下，其压实性与非改性沥青相比有所增加。Sasol-wax公司建议加入混合料质量的3％的Sasobit，以使粘度降到所需的标准，并且不应超过4％，以免对胶结料的低温性能产生不良影响。不建议将固体Sasobit直接拌和，因为这样不能够使其在沥青中均匀分布。Asphaltan B是德国Romonta-GmbH，Amsdorf公司的产品，可以粒状存放。它是专门为沥青混凝土研制的，是褐煤蜡与高分子烃的.混合物。Romonta公司建议加入质量百分率为2％~4％的AsphaltanB。它可以加到沥青拌和机中，或是直接加入到胶结料生产机中，也可以加入到聚合物改性胶结料中。Asphaltan B的熔点大约是99℃。与FT蜡相似，它也被认为是一种“沥青流动改进剂”，可以降低生产温度。与FT蜡一样，其压实性和抗车辙能力均会增强。
(四)基于表面活性平台温拌法(EWMA)
基于表面活性平台的温拌技术由美国Meadwestvaco公司提出，该方法是将一种特殊的乳化沥青替代热沥青实现温拌，工艺与热拌沥青混合料基本一致，用于生产这种乳化沥青的乳化剂中含有一些添加剂，这些添加剂能够提高沥青与集料的裹附能力，提高混合料的施工和易性以及粘聚能力。乳化沥青中的水分在与高温集料拌和过程中就以水蒸气的形态释放出去。拌和完毕的温拌沥青混合料从外观上看其裹附和颜色与热拌沥青混合料没有什么差别。
前三类温拌技术主要是在欧洲有所应用，由于其技术为各方单独拥有，更为详细的技术细节尚处于保密阶段。并且由于这三种方法没有克服成本高、生产复杂等缺点，所以至今没有实质性进展。而第四类技术则是一项开放的技术，近两年已在南非、美国、加拿大以及中国铺筑了多条试验路。
三、EWMA温拌技术特点
温拌技术实现的重点难点是：
(1)降低沥青混合料和易性对温度的敏感性；(2)弥补混合料温度下降带来的沥青对石料物理抓着的下降。Evotherm—WMA是美国MeadWestvaco公司开发出的一种基于乳化沥青分散技术的WMA，通过向洳青中添加该公司生产的Evotherm DAT乳化剂可以有效提高混合料裹覆性能、施工性能、结构强度以及粘附性。
(一)此种表面活性型温拌技术的特点
1、添加剂残留少(0.4-0.7％)，配合比设计结果与热拌逼近，对现有热拌体系改变少。
2、采用表面活性剂类添加剂，起到类似抗剥落剂作用。抗车辙能力较热拌有所提高。
(二)EWMA适用的场合
1、根据EWMA性能，EWMA可以用于沥青路面的各结构层，满足现行沥青路面施工技术规范面层技术要求。
2、尤其适用于沥青路面建设和维修养护中的薄层罩面和超薄罩面。
3、尤其适用于有更高环保要求的城市道路的建设和维修养护。
4、尤其适用于隧道道面的铺筑。
5、适用于旧料比例较高的再生混合料。
(三)EWMA技术优点
经国内、国外试验研究发现，基于乳化平台的温拌混合料具有如下技术特点：
1、在不牺牲沥青混合料路用性能的前提下，
拌和温度可降低至110℃-130℃、碾压温度可降低至70℃-110℃；
2、混合料的设计和施工工艺与热拌混合料基本一致：
3、采用热拌全套设备和工艺流程施工，所有工艺操作温度比热拌显著下降(30~60℃)。
4、具有良好的适应性：不同石料，不同级配，不同沥青：
5、减少燃料消耗，节省20％～30％；
6、减少排放50％以上，降低对环境的污染和对施工人员健康的损害；
7、减轻热拌过程中沥青的老化，延长沥青路面的使用寿命。
8、延长施工季节。
(四)费用比较
EWMA技术减少燃料消耗，但在温拌沥青混合料生产过程中须加入MeadWestvaco公司生产的添加剂，综合比较，根据我国北京、青海等省使用情况，每吨EWMA混合料成本较普通HMA贵25—40元。随着温拌技术大面积推广应用，经济成本的增加幅度会不断减小。
四、EWMA温拌技术在我国的应用
2005年9月，在北京铺筑了我国第一条、全球第六条EWMA试验路。2006年9月，在北京铺筑了全球第一条改性SMA温拌试验路，2007年12月成功用于浙江某隧道项目，2008年，还先后在河北和北京铺筑了温拌橡胶沥青试验路。至2008年底，我国已有十一个省市铺筑了40条试验路及实体工程，详见下表：
五、结语
(一)温拌沥青混合料是一种低排放和低能耗的环保型材料，适合用于环保要求较高的市政工程。
(二)温拌沥青混合料减少排放50％以上，尤其适用于隧道道面的铺筑。个人建议可在宁夏六盘山地区公路隧道修筑中尝试。
(三)温拌沥青混合料能延长施工季节，适合用于个别工期较紧的重点建设项目。
当前节能减排、保护环境、可持续发展是世界各国共同关注的热点问题，温拌沥青混合料作为一种新型的低排放和低能耗环保型材料，其发展前景十分广阔。不断研究与推广温拌沥青混合料技术，对公路建设的发展具有重要意义。
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