溫拌瀝青混合料技術(shù)應(yīng)用淺析

陳松男

【摘 要】溫拌瀝青技術(shù)可以降低混合料的拌制、攤鋪、碾壓溫度，從而有效減少燃料消耗，降低有害粉塵和氣體排放，節(jié)能減排，非常適合當(dāng)今社會(huì)發(fā)展潮流，值得在我國(guó)推廣和應(yīng)用。本文對(duì)溫拌瀝青混合料技術(shù)的應(yīng)用特點(diǎn)、溫拌原理進(jìn)行了闡述，同時(shí)以Evotherm溫拌技術(shù)為例，對(duì)溫拌和熱拌瀝青混合料的技術(shù)性能進(jìn)行了試驗(yàn)對(duì)比分析。

【關(guān)鍵詞】溫拌技術(shù)；瀝青混合料；路面

0 引言

熱拌瀝青混合料（簡(jiǎn)稱HMA）已經(jīng)成為當(dāng)今道路工程中最為重要的路面材料，HMA施工工藝是熱拌-熱鋪，HMA在拌和過程中，瀝青的加熱溫度需要達(dá)到150℃-170℃，而集料溫度需要加熱到160℃-190℃。根據(jù)規(guī)范要求普通熱拌瀝青混合料出廠溫度一般不低于150℃。當(dāng)熱拌瀝青混合料使用改性瀝青時(shí)，瀝青、集料的加熱溫度均需要提高，一般瀝青需要加熱到160℃～190℃，而集料需要加熱到℃190～220℃，瀝青混合料的出廠溫度一般在160℃以上。

HMA高溫拌制的特點(diǎn)給這一技術(shù)帶來了很多弊端。首先，高溫拌和需要消耗大量的燃料。其次，混合料高溫狀態(tài)下拌合、攤鋪、碾壓等施工環(huán)節(jié)均會(huì)釋放大量的粉塵、CO2以及有害氣體，嚴(yán)重污染環(huán)節(jié)，對(duì)施工人員的健康也構(gòu)成了危害。隨著我國(guó)環(huán)境問題的日趨嚴(yán)峻，節(jié)能減排理念已經(jīng)深入人心。這就要求我們?cè)诠こ探ㄔO(shè)中也必須樹立節(jié)能環(huán)保、綠色施工的理念。因此，在瀝青路面施工環(huán)節(jié)，想辦法降低熱拌瀝青混合料生產(chǎn)所需的能源消耗，以及降低施工過程中有害氣體排放量。除此以外，HMA拌和溫度過高會(huì)使瀝青老化，溫度越高老化現(xiàn)象越為明顯，從而縮短瀝青混合料的使用壽命，影響道路服役期內(nèi)的使用功能。

為了改進(jìn)熱拌瀝青技術(shù)，克服HMA的諸多弊端，溫拌瀝青混合料（簡(jiǎn)稱WMA）應(yīng)運(yùn)而生，自WMA技術(shù)引入我國(guó)以來發(fā)展迅速。

1 溫拌瀝青混合料

WMA與HMA相比，混合料的拌和溫度可以降低20℃-40℃，同時(shí)攤鋪、碾壓溫度相應(yīng)降低，而又滿足混合料的性能不發(fā)生變化?；旌狭习韬蜏囟鹊慕档停梢詼p少加熱燃料的消耗，同時(shí)也降低粉塵、CO2及有害廢氣排放量。采用WMA技術(shù)可以減少20%-30%的能源消耗，降低30%-50%的粉塵、CO2等污染物排放。

WMA技術(shù)之所以能在降低拌制溫度的條件下，還能達(dá)到HMA技術(shù)的各方面性能，就是因?yàn)槠湓诨旌狭现袚饺霚匕鑴?。溫拌劑能夠降低瀝青的粘度，在混合料中形成一些潤(rùn)滑結(jié)構(gòu)，從而使瀝青混合料能在相對(duì)較低的溫度條件下進(jìn)行拌和、運(yùn)輸和碾壓。

WMA的種類有很多，目前技術(shù)比較成熟的方法有表面活性劑法（Evotherm）、瀝青-礦物法（Aspha-min）、有機(jī)添加劑法（sasobit）和瀝青泡沫法（WAM-foam）等。目前我國(guó)道路工程中，應(yīng)用最多的就是基于表面活性劑的溫拌瀝青混合料。

2 Evotherm溫拌技術(shù)的原理

Evotherm溫拌技術(shù)是由Mead Westvaco公司開發(fā)的，其技術(shù)機(jī)理是在拌和中引入乳化劑和水，在混合料表面形成高濃度乳化瀝青來實(shí)現(xiàn)溫拌，Evotherm ET、Evotherm DAT、Evotherm 3G是其先后開發(fā)的三代產(chǎn)品，其中Evotherm DAT拌缸直投技術(shù)是目前市場(chǎng)主流產(chǎn)品。

Evotherm溫拌瀝青技術(shù)核心就是在瀝青中添加物理和化學(xué)添加劑，通過運(yùn)用物理和化學(xué)作用，降低瀝青混合料的施工操作溫度，當(dāng)瀝青混合料成型以后，這些物理和化學(xué)添加劑不會(huì)對(duì)路面使用性能構(gòu)成不利影響。Evotherm溫拌添加劑在瀝青拌和過程中能夠得到充分溶解和分散，在瀝青混凝土內(nèi)部形成獨(dú)特的水膜潤(rùn)滑結(jié)構(gòu)，使得混合料在較低溫度下仍能充分拌合，保證在較低溫度下攤鋪、碾壓成型。

Evotherm溫拌瀝青之所以能夠?qū)崿F(xiàn)在瀝青混凝土內(nèi)部形成獨(dú)特的水膜潤(rùn)滑結(jié)構(gòu)，源于其主要成分是路用表面活性劑。路用表面活性劑分子結(jié)構(gòu)主要由兩部分組成，一部分是頭部，即親水的極性集團(tuán)；另一部分為尾部，即長(zhǎng)碳鏈的親油集團(tuán)。頭部親水，而尾部親油，因而決定了表面活性劑在介質(zhì)中向界面位置富集的特性和特殊的介質(zhì)溶解狀態(tài)。

Evotherm DAT拌缸直投技術(shù)實(shí)際就是表面活性劑水溶液。表面活性劑在水溶液狀態(tài)下，首先會(huì)向水和空氣云集，頭部指向同樣非極性的空氣。當(dāng)界面達(dá)到臨界狀態(tài)后，表面活性劑分子的親油尾部發(fā)生聚集，在親水的頭部向尾部聚集中心相反的部位發(fā)散，形成球狀的分子膠團(tuán)。

當(dāng)摻入Evotherm DAT溫拌添加劑的瀝青混合料拌和時(shí)，膠團(tuán)周圍的水分會(huì)迅速蒸發(fā)，而親油尾部接觸到瀝青機(jī)會(huì)極大增加，膠團(tuán)發(fā)生反轉(zhuǎn)。親水頭部轉(zhuǎn)向朝內(nèi)，而尾部將融入瀝青中，將未來得及蒸發(fā)水分包裹在膠團(tuán)內(nèi)。

界面條件直接影響到水的沸點(diǎn)，在狹小空間條件下，由于表面壓力不同，水的沸點(diǎn)有時(shí)會(huì)超過100℃。在溫拌條件下，瀝青內(nèi)部和礦料的裂隙水分不能完全消除，而且這部分水分非常容易被表面活性劑俘獲。同時(shí)，DAT工藝還會(huì)引入水分，瀝青混合料拌和過程是在熱量和瀝青作用后膠團(tuán)反轉(zhuǎn)的過程，膠團(tuán)俘獲水分的機(jī)會(huì)和水量均會(huì)進(jìn)一步增加。

在瀝青內(nèi)部，表面活性劑與水結(jié)合的反轉(zhuǎn)膠團(tuán)將會(huì)形成特殊的膜結(jié)構(gòu)，表面活性劑將以單分子形式存在。瀝青對(duì)石料的裹覆能力將在膜結(jié)構(gòu)的潤(rùn)滑作用下得到大幅度提高，顯著降低瀝青混合料的拌和、壓實(shí)溫度，同時(shí)又不影響膠結(jié)料的粘度。

3 溫拌瀝青混合料性能研究

為了驗(yàn)證Evotherm溫拌添加劑對(duì)瀝青混合料性能的影響，本文對(duì)摻加了Evotherm-DAT溫拌劑瀝青混合料和普通熱拌瀝青混合料進(jìn)行馬歇爾穩(wěn)定度試驗(yàn)分析。

本本選用90#道路石油瀝青作為試驗(yàn)用基質(zhì)瀝青，瀝青、礦料試驗(yàn)結(jié)果見表1、表2。

本文對(duì)添加5%的Evotherm-DAT溫拌劑的瀝青混合料進(jìn)行拌和、制件，其拌和與試件成型溫度均比普通熱拌瀝青混合料降低40℃左右。對(duì)添加5%的Evotherm-DAT溫拌劑的溫拌瀝青混合料與普通熱拌混合料進(jìn)行了對(duì)比試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見表3。

從表3可以看出，添加Evotherm-DAT溫拌劑的溫拌瀝青混合料的拌和與試件成型溫度均可降低40℃，而基本性能保持不變。

溫拌瀝青技術(shù)可以顯著降低混合料的拌和溫度，同時(shí)又不影響瀝青混合料的基本性能，大大降低了燃料消耗，減少了粉塵、CO2以及有害氣體的排放，既節(jié)約能源，又保護(hù)環(huán)境。同時(shí)，拌和溫度的降低，也可以有效改善混合料熱拌過程中瀝青的老化現(xiàn)象，延長(zhǎng)路面使用壽命。溫拌瀝青技術(shù)在我國(guó)未來的應(yīng)用前景廣闊。endprint