溫拌瀝青混合料SMA-13在寧高高速公路改造工程中的應(yīng)用

楊 融 韓 鵬

（1南京市交通建設(shè)處，南京 2蘇交科集團股份有限公司，南京）

1 概述

瀝青混合料可分為熱拌瀝青混合料、冷拌瀝青混合料和溫拌瀝青混合料三種，其主要區(qū)別在于混合料的生產(chǎn)和施工溫度的不同。熱拌瀝青混合料是將瀝青和礦料加熱到一定溫度后拌合而成的混合料，具有優(yōu)異的路用性能，然而在其生產(chǎn)、拌合、攤鋪和碾壓過程時需要較高的溫度，一方面造成了能源的消耗，而且排放出了大量的二氧化碳（CO2）、甲烷（CH4）和氧化亞氮（N2O）等溫室氣體，同時排放出一定量的一氧化氮（CO）、氮氧化物（NOx）和粉塵（PM）等污染物，影響周圍的環(huán)境和施工人員的身體健康；另一方面，較高的溫度容易造成瀝青的老化，影響混合料的路用性能。冷拌瀝青混合料是采用乳化瀝青、泡沫瀝青和水泥等無機結(jié)合料，在常溫下與礦料拌合而成的混合料，具有顯著的節(jié)能減排效益，但由于路用性能不及熱拌瀝青混合料，一般只用于養(yǎng)護工程中。溫拌添加劑是在混合料拌和前加入到瀝青中，其拌合溫度介于熱拌和冷拌之間，既能降低混合料的施工溫度、降低能耗、減少環(huán)境污染，又在混合料路用性能方面又不亞于同類型的熱拌瀝青混合料，是一種新型的節(jié)能減排型瀝青混合料。本項目為全國首條綠色低碳循環(huán)高速公路，應(yīng)用了多種新材料新工藝，包括溫拌瀝青混合料，并且取得了良好的應(yīng)用效果。

2 溫拌劑的作用機理

本次工程采用一種有機添加劑制成的液體溫拌添加劑，為深黃褐色粘稠狀液體，直接添加至瀝青中，用于降低瀝青混合料的工作溫度，適用于不同類型的瀝青混合料類型，包括傳統(tǒng)瀝青混合料類型AC、瀝青馬蹄脂碎石SMA、SUP類混合料等；相比同類型的熱拌瀝青混合料，溫拌瀝青混合料的生產(chǎn)和施工溫度可降低20～50℃。溫拌添加劑的摻量一般為瀝青質(zhì)量的0.5～0.6%，添加劑不計入膠結(jié)料用量，不改變原有瀝青混合料的組成設(shè)計。此類溫拌劑是基于表面活性平臺的溫拌技術(shù)。在混合料拌合之前，將溫拌劑加入至瀝青罐中充分攪拌，保證溫拌劑均勻分散于瀝青中。在拌和過程中，在機械拌和力的作用下，溫拌劑尾部與瀝青親合發(fā)生反轉(zhuǎn)，在瀝青內(nèi)部形成大量結(jié)構(gòu)性潤滑結(jié)構(gòu)。該潤滑結(jié)構(gòu)在拌和過程中將避免瀝青膠結(jié)料的團聚效應(yīng)，能夠顯著增加瀝青混合料在較低溫度時的拌和工作性。壓實過程中，在鋼輪壓路機的振動碾壓和膠輪壓路機的揉搓碾壓作用下，潤滑作用得到最大程度的發(fā)揮，集料位置調(diào)整和骨架結(jié)構(gòu)形成更加容易，促進瀝青混合料壓實。壓實終了時，在環(huán)境因素的作用下，膠團潤滑結(jié)構(gòu)逐漸散失，其中的表面活性類化學物質(zhì)發(fā)生界面轉(zhuǎn)移，轉(zhuǎn)移至瀝青與集料交界面上，形成化學錨固結(jié)構(gòu)，加強集料與瀝青膠結(jié)料的粘結(jié)性能。

3 溫拌劑的添加儲存

本項目使用專屬的瀝青混合料拌合樓，現(xiàn)場設(shè)置有瀝青地窖，有 5個瀝青儲灌。每個儲罐可儲存30～40噸瀝青，瀝青罐采用頂部并聯(lián)管路輸送瀝青，底部并聯(lián)管路輸出瀝青，基本流程如圖3.1所示。從圖中可以看出，瀝青自瀝青卸出后，經(jīng)過一個暫存桶，然后通過瀝青泵輸送至瀝青罐中，管路開關(guān)可以實現(xiàn)不同瀝青罐之間的切換。瀝青混合料生產(chǎn)時，對計劃用的瀝青罐提前加熱，隨后通過瀝青泵 2輸送至拌和樓瀝青管路中。瀝青輸送至瀝青罐后，各個瀝青罐之間不能實現(xiàn)瀝青循環(huán)。

本項目在實施前，事先騰空一個瀝青罐，避免與普通熱拌瀝青混合。溫拌添加劑可以在暫存桶中隨著瀝青罐車卸瀝青基本同步加入，根據(jù)瀝青罐車的瀝青量（一般情況下為30噸左右）和溫拌劑摻加比例計算溫拌劑添加量，然后采用齒輪泵泵送溫拌添加劑，齒輪泵可以選取轉(zhuǎn)速較低的型號（添加速率約為 1kg/min），對于用電不便的偏遠地區(qū)可以考慮采用汽車電瓶供電的模式，便捷實用。若暫無條件實現(xiàn)機械泵送，也可采用人工抽取，但需注意速率，總體原則為瀝青罐車和溫拌添加劑同時卸完，基本同步加入。

溫拌添加劑加入瀝青罐后，由于瀝青罐之間不能實現(xiàn)循環(huán)，要實現(xiàn)瀝青與溫拌劑的充分混合還是需要對瀝青罐進行相關(guān)改裝，改裝方式有如下幾種。

1）瀝青罐頂部加裝攪拌槳，如同有些改性瀝青或者橡膠瀝青高溫瀝青罐中為了避免離析會加裝攪拌裝置，加裝攪拌裝置后，瀝青罐低速攪拌約 5小時后，即可完成溫拌瀝青制備。在連續(xù)生產(chǎn)或者大規(guī)模生產(chǎn)時，需要配備兩個以上有攪拌能力的瀝青罐。

2）在瀝青輸出管路中加一個瀝青泵送電機，外接靈活管路，可與任一瀝青罐相連，實現(xiàn)瀝青罐之間的循環(huán)，但該種循環(huán)方式效率較慢，一個晚上基本上只能完成一個瀝青罐（約40噸）溫拌瀝青的制備，滿足次日約1000噸溫拌瀝青混合料的生產(chǎn)，對于工期緊迫或者生產(chǎn)能力較強的拌和樓存在一定缺陷。在某些拌和樓配備中，其自身管路已能實現(xiàn)瀝青罐之間的瀝青循環(huán)，此時應(yīng)切實與施工單位進行了解，確定其管路設(shè)置和瀝青循環(huán)效率。

溫拌瀝青制備完成以后，應(yīng)盡量在一周內(nèi)用完。對于工程進度延遲、天氣條件影響等無法及時用完的情況，應(yīng)適當降低瀝青儲存溫度至 110度以下，在生產(chǎn)前再升高瀝青溫度進行生產(chǎn)。

綜上所述，溫拌瀝青的制作需要控制兩個關(guān)鍵環(huán)節(jié)，一是溫拌劑在加入瀝青后的均勻性，二是制備完成的溫拌瀝青需及時使用，防止其變質(zhì)。

圖3-1 瀝青拌合樓瀝青罐布置示意圖

4 溫拌瀝青混合料配合比設(shè)計

本工程采用溫拌瀝青混合料SMA-13，在不改變熱拌瀝青混合料SMA-13配比設(shè)計組成，維持相同路段熱拌瀝青混合料 SMA-13的配合比設(shè)計，唯獨不同的是通過添加溫拌添加劑降低混合料的出料溫度。具體步驟如下：

(1)采用熱拌瀝青混合料 SMA-13目標配合比設(shè)計的級配和油石比，在不同的拌合溫度下加入溫拌劑進行配合比性能驗證，驗證試驗包括：謝倫堡析漏試驗（燒杯法）、肯塔堡飛散試驗、浸水馬歇爾試驗、凍融劈裂試驗、車轍試驗和小梁試驗，取滿足要求的最低試驗溫度為本次溫拌瀝青的拌合溫度，根據(jù)試驗結(jié)果最終取150℃～155℃為本次溫拌瀝青混合料的拌合溫度；驗結(jié)果如下表所示。

(2) 結(jié)合試驗檢測數(shù)據(jù)，在性能驗證滿足混合料設(shè)計要求的情況下進行混合料生產(chǎn)配合比設(shè)計、試拌、試鋪等工作。

表4-1 溫拌瀝青混合料SMA-13性能試驗結(jié)果

5 溫拌瀝青混合料的施工

5.1 施工準備

在溫拌瀝青混合料施工前要做好充分的準備工作，首先對現(xiàn)場原路面進行清理，保證無雜物、干凈、整潔，并噴灑乳化瀝青粘層油，噴灑量為純?yōu)r青用量0.2kg/m2～0.3kg/m2。

5.2 施工過程關(guān)鍵工藝控制

溫拌劑的添加量和儲存時間是決定溫拌混合料降溫效果的關(guān)鍵因素，生產(chǎn)當天將溫拌劑提前加入至瀝青罐，生產(chǎn)前進行加熱，瀝青的加熱溫度與熱拌瀝青混合料的加熱溫度相同，在混合料拌合過程中要嚴格控制集料的加熱溫度在140℃～150℃，較同類型熱拌瀝青混合料集料加熱溫度低30℃～40℃，成品混合料出廠溫度需控制在145℃～155℃之間；儲存時間不得超過三天。

碾壓過程中可根據(jù)碾壓效果適當使用輪胎壓路機進行復(fù)壓以提升路面壓實效果，以使用輪胎壓路機碾壓不出現(xiàn)“油斑”、“糊面”為宜。

6 結(jié)論

（1）結(jié)合實體工程，本項目探討形成了溫拌瀝青混合料配合比設(shè)計方法、混合料的拌合、運輸、攤鋪等環(huán)節(jié)，起到節(jié)能環(huán)保作用，減輕了高溫對瀝青的老化作用，并且性能接近同類型熱拌瀝青混合料，完全利用熱拌瀝青混合料拌合、攤鋪設(shè)備，無需對設(shè)備進行改造，降低了施工溫度，延長了施工時間。

（2）通過本項目，了解到了溫拌劑的作用原理、添加方法、使用方法等，供類似工程參考。

（3）本次溫拌瀝青混合料技術(shù)在寧高高速公路工程中得到了成功的應(yīng)用，減少了熱拌瀝青混合料在施工過程中的各種污染現(xiàn)象，節(jié)約了大量施工成本，對今后的溫拌瀝青技術(shù)的發(fā)展起到重要的作用。

[1] 劉明杰 淺談溫拌瀝青混合料在道路養(yǎng)護工程中的應(yīng)用[J]；科技情報開發(fā)與經(jīng)濟；2011年26期

[2] 王曉乾 溫拌改性瀝青混合料路用性能研究[D]；長安大學；2011年

[3] 秦永春，黃頌昌，徐劍 溫拌瀝青混合料技術(shù)及最新研究[J]；石油瀝青；2006（4）

[4] 張鎮(zhèn)，孫立軍 Evotherm溫拌瀝青混合料控制指標研究[J]；武漢理工大學學報；2009，31（8）:29-32

[5] 胡宗文，王兆星 基于表面活性技術(shù)的溫拌瀝青膠結(jié)料性能試驗研究[J]；公路2009（9）:302-305

[6] 張智強，嚴世祥 溫拌瀝青混合料技術(shù)探討[J]；重慶建筑大學學報；2007，29（6）:116