温拌技术在国内外的差异.docx

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1、温拌技术在国内外的差异摘要：由于沥青路面有行车舒适，维修方便等优点，我国已建的高等级公路和城市道路多采用沥青路面。然而沥青路面施工需要较高的温度，会加剧污染气体和粉尘的排放以及能源的消耗，会加快沥青的老化速度，也会在一定程度上限制寒冷和高原地区低温环境下沥青路面施工。温拌沥青混合料技术可以适当的降低沥青路面的施工温度， 从而可以降低因高温施工而造成的上述不良影响。本文介绍了温拌技术的起源和发展历程，针对发泡、物理降翰、表面活性平台三个主流温拌技术路线及其主要代表进行了概括性的介绍。国外以 NCAT 为代表,国内以交通部公路研究院为代表.温拌研究应用均已经进人到相当深人的阶段。由于国情的巨大差异

2、,国内国外的发展动力和发展方向还是有显著不同。关键词：温拌技术；现状；研究应用前言目前，我国高速公路建设已经初具规模，到十二五末，高速公路总里程将达到 12 万公里，并且根据国家最新规划，高速公路远景规模为 15 万公里；另外，随着城市化进程的不断深入，我国城市道路的建设规模也将进一步扩大。由于沥青路面有行车舒适、噪音小以及维修起来方便等优点，我国已建成的和新建的高速公路与城市道路多采用沥青路面。为了使沥青混合料达到理想的拌和与碾压效果，并保证良好的路用性能，在沥青路面铺筑时，我国一直采用的是热拌沥青混合料技术（HMA），然而，随着社会的发展，人们认识的不断提高，逐点发现热拌沥青混合料技术也产

3、生了一些不容忽视的问题。（1） 较高的施工温度，加速了沥青混合料的老化，导致混合料某些路用性能降低；（2） 较高的施工温度使低温季节和低温地区的有效施工时间缩短， 容易造成机械、人员闲置，工期延长等问题；（3） 较高的施工温度会加剧沥青混合料生产过程中有害气体和粉尘的排放，对环境和施工人员的健康造成不良影响；（4） 较高的施工温度也加剧了能源的消耗。时代在发展，观念在转变，绿色、可持续已成为当今世界经济发展的特点，节能、环保已经成为衡量一种应用技术成熟与否的一个关键性指标。很明显，传统的热拌沥青混合料技术已经不符合时代发展的理念，所以，需要研究出一种新的沥青混合料铺筑方法替代传统的方法，温拌沥

4、青混合料技术（WMA）就是在这种情况下应运而生的。WMA 技术是一种混合料拌和温度介于热拌（150180）和冷拌（1040）之间的新兴技术，其实质是通过一定的措施，降低生 产过程中沥青结合料的高温粘度，提高沥青混合料的可工作性，使混合料能在相对较低的温度下进行拌和、摊铺与碾压，从而实现良好的施工性能，同时又保证了沥青路面的使用性能。用它替代传统的热 拌沥青混合料技术有以下优势：（1） 采用温拌沥青混合料技术后，沥青和集料的加热温度，以及沥青混合料拌和与压实的温度都有一定程度的降低，节省了燃油，降低了混合料生产成本。（2） 施工温度的降低减少了有害气体以及粉尘的排放，改善了操作人员工作环境。（3

5、） 温拌沥青混合料可以利用传统的热拌沥青混合料设备进行生产，必要时只需对热拌设备进行简单的改造即可，避免了因更换设备而增加成本。（4） 相比于热拌沥青混合料，温拌沥青混合料的料温与环境温度的差距缩小，混合料在储存过程中降温速率变慢，混合料的存储时间和运输时间将明显延长。此外，温拌沥青混合料卸车时，料车底部因低温而产生粘结现象将有所改善。（5） 温拌沥青混合料完成碾压后，其温度已经处于较低水平，可以较快的开放交通，从而减少了施工对交通的干扰。1 温拌技术发展的历程沥青混合料温拌技术是近十年来.在能源紧缺、全球气候变暖的大背景下.快速发展起来的具有革命性意义的沥青铺面技术。随着石油能源消耗急剧增加

6、,全球气候在近五十年来明显转暖,且呈愈演愈烈的趋势,由此导致的气候异动和次生灾害频繁发生 ,如不及时采取措施, 将最终威胁人类生存。1997 年在欧盟、日本等主要发达国家的推动下.通过了京都议定书,要求在 2010 年.全球温室气体的排放量比 1990 年减少 5.2%。作为最主要的缔约者,欧盟承担了最大比例的消减任务。在政策面的强力推动下.温拌沥青技术在欧洲研发并迅速进人应用阶段。2000 年第一届国际沥青路面大会,Harrison 和 Chrlstodulaki 首次报道该技术。胶结料降私型和沥青发泡型两大主流温拌技术陆续研发成功并投人应用。2002 年,由美国沥青路面协会（NCPA)主席

7、带队,对温拌技术在欧洲的应用状况进行了考察。随后,在联邦公路管理局(FHWA)组织下,成立了有全美沥青技术中心(NCAT)、各州公路工作者协会(AASHTO)、NAPA 以及若干州运输部参加的温拌沥青技术工作小组(WMATWG)。2003 年,表面活性平台温拌研发成功并首次应用。由此,三大主流温拌技术体系宣告形成。此后,温拌技术的发展犹如雨后春笋,在发达国家特别是欧洲发端并迅速投入应用阶段。2004 年以后,以美国沥青技术研究中心(NCAT)为代表的著名研究机构,选取 3 个具有代表性的主要温拌沥青技术 ,展开了的综合性的室内外研究工作。2005 年,2 个温拌试验段嵌人了著名的NCAT 环道

8、。2005 一 2006 年末,NCAT陆续提交了针对这 3 个技术的研究报告。鉴于沥青温拌技术日新月异的发展,2007 年 5 一 6 月,美国组织了一个半官方的赴欧温拌技术考察团 ,团员主要来自联邦公路管理局(FHWA)、各州运输部、NAPA、沥青学会(AD 等,包括FHW 入主席等。行程覆盖挪威、德国、比利时和法国。考察团明确了减低排放污染、节约能源、改善摊铺压实工作性、改善工人操作环境是温拌技术发展的四大动力;明确温拌技术的前提是路用性能必须达到现有路面技术标准。考察团还制定了推动温拌技术发展的技术路线和行动纲要。在欧美等发达国家,无论在技术层面,还是在政策层面,温拌沥青技术均成为了沥

9、青路面工业和对应管理机构的研究和关注热点。我国对温拌技术的研究和应用始于 2005 年。2005 年,北京路桥路兴物资中心和交通部公路科学研究所合作尝试研究温拌沥青混合料,同年 9 月,在北京国道 110 辅线首次成功实施温拌试验路。以此为发端,温拌技术应用步伐逐步加快。除了北京和上海,节能、减排在我国的绝大多数城市还没有普遍落实到政策实施的层面。因此,尽管在温拌节能、环保作用方面开展了一些研究,结果相当积极,但并不像欧美一样成为决定性的动力。在我国温拌被道路研究者主要用于解决热拌实施中的问题.拓展热拌无法或有困难覆盖的应用领域。因此,在具体的道路路面应用技术方案方面.我国处于相对领先地位。截

10、至 2007 年 12 月.已经在北京、上海、江苏、河南、辽宁、河北、四川、浙江8 个省区实施了逾 20 个项目,成功应用于城市道路、高速公路和城市快速道路薄层铺装、低温季节和高海拔地区施工、桥面超薄层、隧道铺面等路面类型。进人 2008 年,温拌技术全面进入在隧道路面、超薄磨耗层以及低温施工的商业应用阶段。以此相配合,多省市温拌产品标准与地方标准进人或已经完成了制定程序。2 温拌技术发展的应用前景总结国内外的应用经验，并结合我国现阶段公路建设和温拌技术应用的实际情况，发现温拌技术至少有以下几个方面应用前景：（1） 超薄沥青面层相比于欧美国家，我国旧沥青路面破损情况较为严重，所以罩面比较普遍。

11、采用热拌技术罩面时，超薄罩面降温相对较快，有效的摊铺操作时间较短，给处理施工缝等造成不便。若采用温拌技术，可以有效的解决上述问题，保障超薄沥青面层及时有效的实施。（2） 沥青混合料集中厂拌再生在循环经济、可持续发展和节约型社会的大背景下，沥青路面的再生利用是大势所趋，温拌沥青技术是很有前途的厂拌再生料应用技术方案。采用温拌技术，首先，沥青和集料的加热温度降低，胶结料的进一步老化减轻；其次，再生料的添加比例得到显著的增加，提高了旧料的回收率，降低了面层成本。可见，温拌集中厂拌再生技术， 使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。（3） 长大隧道路面施工一直以来，长大隧道沥青路面施

12、工中如何排除烟尘都是一个技术难点，许多长大隧道因此转而选择水泥路面，但水泥路面又带来了行车噪音大和维修困难等问题。温拌沥青技术是一个恰当的长大隧道沥青路面施工方案，无烟尘的温拌沥青混合料将免去施工中因通风而增加的成本，完全改变工人操作环境，并克服水泥路面的缺点。此外， 温拌沥青混合料有较好的抗水损害能力，这将能保证路面抵抗隧道中无冰冻的单纯性潮湿环境。（4） 低温季节和寒冷地区的沥青路面施工温拌沥青混合料的料温低，在同样的环境温度条件下，下降同样温度幅度的时间是热拌的两倍，同时，温拌沥青混合料的可压实温度范围比热拌混合料要宽。在低温季节或寒冷地区沥青路面施工时， 温拌技术这样的优势可以显著延长

13、沥青路面年度、月度和日作业时 间，从而使公路建设的投资回报周期缩短，人力和物力成本下降。（5） 人口密集地区城市道路罩面城市道路通常有白天交通量大，夜间交通量小的特点，因此， 城市道路维修和养护多在夜间进行。温拌沥青混合料在夜间施工具有比热拌沥青混合料明显好的施工工作性，更短的开放交通时间间隔和更长的有效压实时间都有利于提高夜间城市道路罩面施工质量。此外，采用温拌沥青技术使得道路罩面在白天两个交通高峰之间实施成为可能。通过上述分析发现，温拌沥青混合料技术有极大的社会经济效益和广阔的应用前景，用它替换传统的热拌沥青混合料技术是大势所趋，正因为如此，国内外研究者对温拌技术投入了大量的研究。多年来，

14、经过国内外学者大量的研究，相继出现了多种温拌技术，如Sasobit 有机添加剂温拌技术、Aspha-min 沸石温拌技术、Evotherm 表面活性温拌技术以及泡沫沥青温拌技术等。虽然出现了多种类型的温拌产品， 但是应用最为广泛的还是Sasobit 、Evotherm 以及Aspha-min 产品，这是因为这三种产品的添加方式相对简单，降温效果良好，更为重要的是沥青混合料的路用性能能得到一定的保证，但是，通过这些年的研究和应用发现并非如此。Sasobit 温拌剂会对沥青混合料的低温抗裂性能造成一定的负面影响，不利于在北方低温地区使用；Evotherm 产品使混合料的抗水损害性能相对变弱，不利于

15、在潮湿多雨地区使用； Aspha-min 温拌剂会对沥青混合料的高温抗永久变形性能造成一定的负面影响，不利于在高温地区使用。可见， 目前出现的温拌剂产品并没有非常完美的，所以在温拌剂开发方面还有比较大的空间，鉴于此，本课题通过试验室研究，开发一种温拌沥青添加剂，并检验其应用性能，对温拌技术的发展有推动意义。3 温拌技术的主要技术路线温拌沥青技术快速发展的另一个表现是新技术层出不穷 ,截止到2007 年底.已经进人初步应用阶段的温拌技术已经超过 10 种。按照其工作机理,温拌技术可以归纳为三大主要技术派别。2.1 沥青发泡法该方法的基本原理是在混合料拌和过程中或者沥青进人拌和 锅/筒之前导人水,

16、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。Aspha 一Min、WAM 一Foam、LEA 和AStec 的绿色双滚筒等均可以归入此类。按照发泡方法的不同.又可分为拌和过程细微发泡和拌和前机械发泡两种类型。作为最早的温拌技术之一,WAM 一 Foam 技术由壳牌国际石油公司和挪威 Kol-Veidekke 公司共同开发,现与 BP 共同拥有。其基本原理是分阶段加人沥青。将常用沥青人为分为硬质沥青和软质沥青两个成分。两种沥青分两阶段通过各自的管路加人拌和锅。首先将软质沥青注人.在较低的集料温度条件下,软质沥青仍然可以实现对石料的充分裹覆;在

17、此基础上,通过泡沫发生装置注人硬质沥青 .发泡后的硬质沥青在相对低温条件下仍然具有较好的工作性。该温拌过程无需添加任何添加剂.降温幅度可以超过 30。但是,由于涉及较大规模的设备和拌和楼库区改造, 以及硬质沥青和软质沥青在市场上的难得性,WAM 一 Foam 技术的应用并不多见。Aspha 一 Min 是德国 EuroviaServieesGmbH 的技术,技术核心是一种含有 18 写结合水的硅酸铝矿物(沸石)。该种沸石结构存在大量可以容纳大分子群的孔隙,而且这些孔隙互相连通。在沥青混合料拌和过程中,加人 0.3%沸石。在高温作用下.结合水会释放出来.从而产生连续的细微发泡作用。这一细微发泡作

18、用 ,不仅帮助沥青完成对集料的裹覆,其缓释作用还会保证沥青混合料在较低温度下的拌和及压实工作性。该技术需要安装单独的,向拌和锅添加沸石粉末的装置, 但不需要对拌和楼系统进行大的改造。通常的操作温度降低幅度在30以下。该技术开发较早,2002 年 NAPA 考察后引进美国,拥有较高知名度 ,研究已经相当充分。 LEA(Low energy asphalt)技术开发较晚,2005 年才开发成功。但是由于其降低温度和节能的幅度较大,其问世后受到普遍关注。其技术路线(间歇式拌和楼)如下:沥青事先与化学添加剂混合;热沥青与 130左右粗集料首先在拌和锅拌和,至完全裹覆。向拌和锅加人湿砂/湿石屑.继续拌和

19、过程中同时发泡,细料向粗集料夺取沥青,直到最后拌合均匀。湿砂/湿石屑引人的水量较大,而且其出料温度在90,沥青混合料含水量较高,比较于需要基本烘干水分的热拌和其他温拌,能耗降低。这些水一方面能够起到润滑和增加工作性的作用,但在完成碾压后可能会有其他影响。对于LEA 的评估及其应用定位的研究,目前还在进行中。ASTEC 设备公司,基于其厂拌热再生连续式双滚筒拌和楼,在沥青添加口增加发泡喷嘴排杆,开发了名为“绿色双滚筒”的温拌技术。据 ASTEC 报道,该技术在 30%旧料再生的情况下,可以将施工温度降低 15 一 30。2.2 胶结料降黏型热拌沥青混合料的施工工作性取决于沥青的高温黏度,而其抗变

20、形能力与沥青的在夏季路面使用温度条件下黏度相关。添加有机添加剂使得沥青高温黏度下降但同时夏季温度下豁度不变化甚至提高 , 可以说是温拌技术最朴素的技术思路。该技术路线最具代表性的是SASOBIT 和REDISET。Sasobit 是德国SasolWax 公司的产品,原为抗车辙添加剂,后因其具有一定的降低施工温度的作用,也被用作温拌添加剂。众所周知,天然石蜡是对沥青高温性能有害的成分,主要原因是软化点和熔点偏低,与夏季正午路面温度接近。Sasobit 是由煤气采用“费一托工艺”生产出的长链石蜡,分子链具有如 40-115 个或者更多碳原子组成，远高于天然石蜡(22-45 个碳原子),因此软化点明

21、显提高。Sasobit 会在 116的时候转化为液态,Sasobit 加人沥青(约 3%)后,会明显降低沥青高温豁度,同时提高沥青软化点。沥 青混合料的生产温度可以降低较少。但是,蜡在与石料私结和低温性能方面存在问题.所以也不能一味提高 Sasobit 的用量来达到更高的降温效果。AkzoNobel 公司的温拌添加剂REDISET,采用的也是降低沥青私度的成分.但同时还含有抗剥落成分,一定程度弥补了胶结料与石料赫结的缺陷。降钻技术路线最大的问题来自降赫添加剂用量的矛盾。用量少很难达到大的降温效果,但用量增大,虽然能够取得好的降温效果 ,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。.2

22、.3 表面活性型表面活性型技术路线的特点是 .少量的表面活性添加剂 (0.5%一1%)、水与热沥青在拌和过程中共同作用.借助拌和的强大分散能力实现彼此融合。表面活性剂富集于残留微量水和沥青的界面 ,三者共同作用,暂时性地在胶结料内部形成较为稳定的结构性水膜。由于水膜润滑作用不受温度影响,温度下降时,水膜润滑作用能够很大程度抵消沥青豁度增大的作用,从而实现温拌效果。这一技术路线到目前为止主要的产品是Evotherm。2003 年,作为全球主要的乳化剂供应商,美国Meadwestvac。公司基于其路面用表面活性技术平台开发了Evotherm。2003 年 11 月,该技术首次在南非实施试验段。此后

23、,该技术在全球不断积累应用经验的基础上,经过了 1 次工艺革新,2 次产品升级,技术趋于成熟。2007 年底开始,技术应用全面转人规模化阶段。2003 年-2007 年上半年.Evotherm 技术采用的是乳化沥青添加模式.即将添加剂首先作为乳化剂生产一种高残留物 (70%)乳化沥青.将该乳化沥青通过沥青管路投放到拌和锅进行拌和。该方式最大的好处是水、沥青、添加剂在乳化沥青已经达到了充分的混合。然而,尽管项目实施都很成功. 但乳化沥青的保温(80)和与现有热沥青管路的配合 .在实际施工中遇到了巨大的困难,而且过大的水量也极大地降低了节能效果。另外, 由于添加剂首先要求有乳化作用.沥青首先要求能

24、乳化,也限制了材料对路用性能的适应性。2007 年开始,采用了直投式添加模式。直接用添加剂配制一定浓度的乳化剂水溶液,在沥青和集料拌和过程中喷人该溶液(添加剂通过简易的独立系统送人拌和锅 ),经充分搅拌后生产温拌混合料。直投式的采用,极大地增大了添加剂供应的便利性,同时由于引入的水量仅相当于乳化沥青模式的 10%一 20%.节能效果更加明显。对材料和沥青几乎没有选择性。对设备和材料的适应性 ,使得Evotherm 与现有沥青混合料技术体系实现了无缝链接。Evotherm 的混合料操作温度比同型号热拌沥青混合料.普遍下降 30 一 60。直投式添加模式的采用为添加剂本身的技术升级带来了技术空间。

25、乳化沥青模式的添加剂要求乳化能力强,需要调强酸强碱,无法很好兼顾添加剂水溶液的稳定性、沥青对石料裹覆以及沥青对石料的赫结等工程特性。直投式添加方式采用后不久,添加剂即升级为稳定中性水溶性型, 完全解决了添加剂的稳定性问题。这样直投式模式温拌完全成为了交钥匙项目。2008 年初,添加剂成分进行了抗剥落加强。对于采用后两代添加剂的温拌混合料,已经没有了添加抗剥落剂的必要。3 国内外温拌技术的研究随着各个国家对于温拌沥青技术的日益重视 ,沥青温拌应用技术的研究和开发也日益成为道路技术界的关注热点。美国国家沥青路面协会(NAPA) 资助 国家沥青技术中 心 (NCAT), 针对 Aspha 一min,

26、Evotherm 和 Saso-bit,开展了综合性应用研究,研究报告在 2006 年陆续形成,是目前为止对于温拌技术最系统的室内研究。NCAT 室内研究的基本结果如下:(l)为了评价各种温拌沥青混合料在不同温度时的压实性能 ,采用了振动压实设备成型试件,在 4 个温度下进行了试件的成型。Evotherm 可以降低孔隙率 1.5% 左右:Sasobit 可以降低孔隙率 0.9% 左右;Aspha-min 可以降低孔隙率 0.8%左右。(2) 沥青路面分析仪(APA)进行车辙试验。从实验结果可以看出 , 采用温拌沥青混合料并不会降低沥青混合料抗车辙性能 ,总体抗车辙能力还有一定程度的增强。(3)

27、 花岗岩、石灰岩两种石料,3 种沥青与热拌对比 TSR 试验显示.Sasobit 和Asphla-min 混合料的抗水损坏能力较低,而即使在同时添加了抗剥落剂的情况下,Saso-bit 和 Asphla-min 仍然出现了水损坏拐点。针对花岗岩进行三种温拌技术加热拌的浸水汉堡车辙的结果显示, 只有Evotherm 的浸水汉堡车辙没有出现水损坏拐点。4 结语(1) 节能、减排、改善施工工作性、提高施工便利性是温拌技术的主要特点,但是与此同时,温拌混合料用于沥青面层,需要达到面层材料的全部技术要求;(2) 温拌技术发端于欧洲,目前在欧美已经成为了道路技术新热点,由于契合国际国内产业导向的总体趋势

28、,在我国的推广应用速度很快,2007 年已经完成在我国应用的大多数技术尝试和积累; (3)温拌技术发展三个主要技术路径:沥青发泡路径、胶结料降赫路径、表面活性平台。基于国外研究成果,本项目在国内的室内外尝试,表面活性平台实际成为了温拌技术开发的主要基础平台。(4)国外研究应用较集中在普通沥青连续级配 ,节能减排是其主要应用动力。国内节能减排法规导向作用相对滞后,温拌的工程技术应用成为了其应用的重要动力 ,在应用技术方案开发方面,国内处在相对领先地位。综合上述沥青混合料温拌改性技术，有机降黏温拌技术是目前研究的主要方向，具有一定的技术优势，但是仍需要解决水损害和低温性能较差以及如何降低成本等问题

29、。我国正处于交通道路建设的高速发展期，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，温拌沥青技术作为一种新型的低能环保技术，发展前景十分的广阔嘲。在今后不断的研究和推广这种温拌沥青技术是十分有必要的，对我国的沥青公路也有着十分重要的意义。参考文献1 NAPA,NCATpresentations,HuntValley,MD,2007WMATechniealWorkingGroupMeeting,Dee. 12 一 Dee.13.2 EvaluationofEvothermForUseinWarmMixAsphalt,NCATReport06-02.3 Warm-MixAsphalt:EuropeanPraetiee,FHWA-PL-08-007,Feb.2008.4 段瑜芳，王培铭，杨克锐碱激发偏高岭土胶凝材料水化硬化机理的研究J新型建筑材料，2006(1)：22265 诸华军，姚 晓，张祖华，等矿渣掺量对偏高岭土基土聚水泥抗压强度及孔结构的影响J南京工业大学学报：自然科学版，2009，31(2)：14