基于表面活性平臺(tái)的溫拌瀝青技術(shù)（WMA）在杭州地區(qū)的研究與應(yīng)用

陳闖

（杭州市路橋有限公司，浙江杭州 310011）

0 引言

當(dāng)前節(jié)能減排、保護(hù)環(huán)境、可持續(xù)發(fā)展是世界各國(guó)共同關(guān)注的熱點(diǎn)問(wèn)題，我國(guó)也把節(jié)約資源作為基本國(guó)策。熱拌瀝青混凝土——Hot Mixture Asphalt，簡(jiǎn)稱(chēng)HMA，路用性能好，但是對(duì)環(huán)境污染重，能耗大，瀝青老化較嚴(yán)重。冷拌混合料雖然環(huán)保、節(jié)能、混合料可存儲(chǔ)，但是路用性能與熱拌混合料則無(wú)法相比。如何保留熱拌瀝青混合料性能良好的特點(diǎn)并克服其存在的環(huán)境污染重、能耗大等問(wèn)題，成為瀝青道路研究的方向。在此環(huán)境下，溫拌瀝青混合料技術(shù)出現(xiàn)并迅速投入應(yīng)用。溫拌瀝青混凝土——Warm Mix Asphalt，簡(jiǎn)稱(chēng)WMA，就是在生產(chǎn)瀝青混凝土的過(guò)程中通過(guò)一定的技術(shù)措施，降低瀝青的黏度，使瀝青能在相對(duì)較低的溫度下與石料等進(jìn)行拌合，這樣生產(chǎn)出的瀝青混凝土溫度相對(duì)較低，便于施工，在保證質(zhì)量的前提下達(dá)到節(jié)能環(huán)保的要求。

1 國(guó)外溫拌瀝青主流技術(shù)介紹

目前主要有瀝青礦物法、泡沫瀝青溫拌法、有機(jī)添加劑法和基于表面活性平臺(tái)溫拌法4種。

（1）瀝青礦物法(Aspha-Min)

采用的礦物是一種合成沸石。在瀝青混合料拌和過(guò)程中將這種粉末狀材料(大約0.3%)加入進(jìn)去，從而使瀝青產(chǎn)生連續(xù)的發(fā)泡反應(yīng)，泡沫起到潤(rùn)滑劑的作用，從而使混合料在較低溫度(120℃～130℃)下具有可拌和性。

（2）溫拌泡沫瀝青法(WAM-Foam)

將軟質(zhì)瀝青和硬質(zhì)泡沫瀝青在拌和的不同階段加入到混合料中。第一階段將軟質(zhì)瀝青加入到溫度為110℃～120℃的集料中進(jìn)行拌和以達(dá)到良好裹附，第二階段將極硬的瀝青泡沫化后加入到預(yù)拌的混合料中再進(jìn)行拌和。

（3）有機(jī)添加劑法

將低熔點(diǎn)的有機(jī)添加劑加入到混合料中，從而降低結(jié)合料的黏度。

（4）基于表面活性平臺(tái)溫拌瀝青技術(shù)(WMA)

該方法是將一種特殊的“乳化瀝青”加入熱拌瀝青混合料中降低拌和溫度形成溫拌,這些添加劑能夠提高瀝青與集料的裹附能力，提高混合料的施工和易性。

2 基于表面活性平臺(tái)的溫拌瀝青技術(shù)（WMA）在杭州地區(qū)的應(yīng)用

通過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)確定合適的溫拌瀝青混凝土配合比，并對(duì)瀝青混合料性能進(jìn)行檢測(cè)，確定降溫幅度，通過(guò)試驗(yàn)路的修筑，確定了在較低溫度下溫拌瀝青混凝土路面施工要點(diǎn)，最后對(duì)試驗(yàn)路的攤鋪溫度和路用性能進(jìn)行檢測(cè)，驗(yàn)證基本性能指標(biāo)。

2.1 試驗(yàn)室試驗(yàn)階段

2.1.1 原材料準(zhǔn)備

（1）瀝青

瀝青采用山東泰州70號(hào)瀝青，瀝青技術(shù)指標(biāo)見(jiàn)表1。

表1 瀝青技術(shù)指標(biāo)

表2 粗集料基本性能試驗(yàn)結(jié)果

表3 細(xì)集料試驗(yàn)結(jié)果

（2）集料

粗集料基本性能試驗(yàn)及細(xì)集料試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2、表 3。

（3）礦粉

礦粉試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 礦粉試驗(yàn)結(jié)果

（4）溫拌添加劑

溫拌添加劑為益路溫拌瀝青混合料添加劑（DAT），由美德維實(shí)偉克公司提供。

2.1.2 試驗(yàn)室配比設(shè)計(jì)

（1）級(jí)配確定（見(jiàn)圖1）

圖1 級(jí)配曲線(xiàn)圖

瀝青混合料類(lèi)型為AC-13-Ⅰ型，級(jí)配數(shù)據(jù)如表5所示。

（2）最佳瀝青用量確定

根據(jù)上面所設(shè)計(jì)的AC-13-Ⅰ型礦料級(jí)配組成，采用5種不同的油石比，制備瀝青混合料馬歇爾試件，采用機(jī)械拌和，拌和溫度控制為130℃～140℃，擊實(shí)溫度為110℃～120℃，雙面各擊實(shí)次數(shù)75次。溫拌瀝青混凝土各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)見(jiàn)表6。

表5 AC-13-Ⅰ型設(shè)計(jì)配合比級(jí)配

表6 溫拌瀝青混和料各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)

2.1.3 添加劑DAT對(duì)瀝青混合料性能的影響——瀝青混合料性能檢測(cè)

（1）浸水馬歇爾試驗(yàn)（見(jiàn)表7、圖2）

表7 摻10%DAT的AC-13-Ⅰ瀝青混合料浸水馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果

圖2 浸水馬歇爾試驗(yàn)

試樣制備：瀝青混合料類(lèi)型為AC-13-Ⅰ，拌和溫度135℃，擊實(shí)溫度120℃，擊實(shí)次數(shù)雙面各擊實(shí)75次，試件厚度要求63.5±1.3 mm。

試驗(yàn)儀器儀：英國(guó)ELE公司,進(jìn)口馬歇爾試驗(yàn)機(jī)（25-E）型。

（2）凍融劈裂強(qiáng)度試驗(yàn)（見(jiàn)表8）

試樣制備：瀝青混合料類(lèi)型為AC-13-Ⅰ，拌和溫度135℃，擊實(shí)溫度120℃，擊實(shí)次數(shù)雙面各擊實(shí)75次，試件厚度要求63.5±1.3 mm。

表8 摻10%DAT的AC-13-Ⅰ瀝青混合料凍融劈裂試驗(yàn)結(jié)果

試驗(yàn)儀器儀：杭州南土儀器有限公司瀝青混合料多功能試驗(yàn)機(jī)。

（3）車(chē)轍試驗(yàn)（見(jiàn)表 9、圖3）

表9 摻10%DAT的AC-13-Ⅰ瀝青混合料車(chē)轍試驗(yàn)結(jié)果

圖3 車(chē)轍試驗(yàn)

試樣制備：瀝青混合料類(lèi)型為AC-13-Ⅰ，車(chē)轍試模尺寸300 mm×300 mm×50 mm。

試驗(yàn)儀器儀：北京今谷神箭測(cè)控技術(shù)研究所 ，自動(dòng)車(chē)轍試驗(yàn)機(jī)（QCZ-2）型。

行走距離：行走距離23±1 cm。

輪壓：0.7 MPa。

以上3個(gè)試驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果表明，摻10%DAT后，溫拌瀝青混合料在降低拌和壓實(shí)溫度的情況下，殘留穩(wěn)定度、凍融劈裂TSR及動(dòng)穩(wěn)定度均能符合技術(shù)要求。

2.1.4 添加劑對(duì)瀝青混合料降溫幅度確定

測(cè)試4種不同成型溫度下混合料試件密度，與不摻DTA添加劑的混合料試件進(jìn)行對(duì)比，檢測(cè)結(jié)果如表10和圖4所示。

由圖4可以看出，空隙率指標(biāo)基本不變的情況下，摻10%DAT后瀝青混合料的成型溫度能比以前降約20℃,這是在室內(nèi)試驗(yàn)測(cè)出的數(shù)據(jù)。下面將根據(jù)試驗(yàn)段鋪設(shè)情況確定添加劑對(duì)瀝青混合料降溫幅度。

表10 不同溫度下瀝青混凝土試件空隙率對(duì)比表

圖4 空隙率隨成型溫度變化關(guān)系（70號(hào)）

2.2 攤鋪試驗(yàn)路段階段施工現(xiàn)場(chǎng)

試驗(yàn)路段于2010年8月21日晚12：00在密渡橋路進(jìn)行鋪設(shè)，該路段由4車(chē)道組成，長(zhǎng)約100 m，先投入銑刨機(jī)將原有老瀝青路面層刨去，進(jìn)行場(chǎng)地清理。

2.2.1 環(huán)境溫度及出料溫度控制

夜間環(huán)境溫度為25℃，風(fēng)力2級(jí)，為了保證混合料出料溫度到場(chǎng)后在125℃～130℃，混合料實(shí)際生產(chǎn)時(shí)瀝青溫度控制為140℃～150℃，拌合樓現(xiàn)場(chǎng)石料設(shè)定溫度140℃，混合料的出料實(shí)測(cè)溫度在130℃～135℃之間。

2.2.2 攤鋪溫度控制

試驗(yàn)路寬度為12 m，采用1臺(tái)福格勒S1800-2型攤鋪機(jī)進(jìn)行攤鋪。攤鋪溫度控制在110℃～125℃，攤鋪機(jī)的攤鋪速度為3～4 m／min，做到均勻、不間斷地?cái)備?。在攤鋪過(guò)程中可以明顯看出煙霧粉塵排放量較熱拌瀝青混合料大幅度降低，基本實(shí)現(xiàn)了無(wú)煙塵作業(yè)。

2.2.3 試驗(yàn)路碾壓控制

（1）初壓

初壓溫度范圍控制在100℃～120℃。為了減少熱量損失過(guò)快，初壓采用16 t鋼輪壓路機(jī)低頻震動(dòng)壓2遍。鋼輪壓路機(jī)緊跟膠輪壓路機(jī)，攤鋪寬度超過(guò)6 m時(shí)，必須采用2臺(tái)膠輪壓路機(jī)，2臺(tái)鋼輪壓路機(jī)并排作業(yè)。

（2）復(fù)壓

復(fù)壓溫度范圍控制在80℃～100℃。初壓結(jié)束后，緊跟著采用16 t鋼輪壓路機(jī)低頻震動(dòng)壓實(shí)3遍。

（3）終壓

終壓溫度范圍控制在60℃～80℃。采用30 t膠輪壓路機(jī)靜壓2遍。

2.3 試驗(yàn)路段檢測(cè)階段

2.3.1 溫度檢測(cè)

試驗(yàn)路段現(xiàn)場(chǎng)溫度測(cè)試見(jiàn)表11。

表11 試驗(yàn)路段現(xiàn)場(chǎng)溫度測(cè)試結(jié)果

從表11數(shù)據(jù)可以得出，摻10%DAT之后瀝青混凝土在生產(chǎn)拌和、運(yùn)輸、攤鋪整體實(shí)施過(guò)程中，與未摻相比降溫幅度達(dá)到20℃～25℃。

2.3.2 取樣檢測(cè)數(shù)據(jù)

現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表12、表13所示。

表12 拌和站瀝青混合料取樣檢測(cè)結(jié)果

表13 試驗(yàn)路鉆孔取芯檢測(cè)結(jié)果

3 結(jié)語(yǔ)

3.1 基于表面活性平臺(tái)的溫拌瀝青（WMA）技術(shù)優(yōu)點(diǎn)

（1）通過(guò)試驗(yàn)段，在保證瀝青混合料路用性能的前提下，拌和溫度可降低至120℃～140℃，攤鋪溫度控制在110℃～125℃ ，初壓溫度范圍為100℃～120℃。

（2）減少燃料消耗，節(jié)省20%～30%。

（3）減煙塵少排放50%以上，降低對(duì)環(huán)境的污染和對(duì)施工人員健康的損害。

（4）減輕熱拌過(guò)程中瀝青的老化，延長(zhǎng)瀝青路面的使用壽命。

（5）延長(zhǎng)施工季節(jié)。

3.2 基于表面活性平臺(tái)的溫拌瀝青（WMA）適用的場(chǎng)合

（1）尤其適用于瀝青路面建設(shè)和維修養(yǎng)護(hù)中的薄層罩面和超薄罩面。

（2）尤其適用于有更高環(huán)保要求的城市道路的建設(shè)和維修養(yǎng)護(hù)。

（3）尤其適用于隧道道面的鋪筑。

（4）適用于舊料比例較高的再生混合料。

[1]JTJ 052-2000，公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程[S].

[2]呂偉民.瀝青混合料設(shè)計(jì)原理與方法[M].上海:同濟(jì)大學(xué)出版社,2000.

[3]JTG F40-2004,公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范[S].