淺談高速公路溫拌瀝青混合料面層的應(yīng)用及其控制

王宇

（深圳市市政設(shè)計(jì)研究有限公司，廣東　深圳　518000）

淺談高速公路溫拌瀝青混合料面層的應(yīng)用及其控制

王宇

（深圳市市政設(shè)計(jì)研究有限公司，廣東深圳518000）

溫拌瀝青具有低能耗、環(huán)保、施工便捷等優(yōu)點(diǎn)，是我國(guó)道路工程熱拌瀝青技術(shù)的良好改善和補(bǔ)充。分別從瀝青混合料的材料特性、瀝青面層結(jié)構(gòu)性能及其施工性能等三個(gè)方面，分析總結(jié)了高速公路路面用溫拌瀝青混合料的基本特征，研究說明：施工溫度要求低、能耗少和粉塵、廢棄污染少是高速公路路面用溫拌瀝青的最大優(yōu)勢(shì)。提出了溫拌技術(shù)在道路工程的主要應(yīng)用前景以及存在的缺點(diǎn)和問題，說明建立設(shè)計(jì)和評(píng)估的綜合評(píng)價(jià)體系，是溫拌瀝青廣泛推廣的重要基礎(chǔ)。

高速公路；溫拌瀝青；混合料；應(yīng)用研究；施工控制

0　引言

公路路面是一種提供車輛行駛的道路結(jié)構(gòu)層，采用筑路材料鋪設(shè)在路基的表面使用。路面結(jié)構(gòu)的本身特性，直接決定其使用壽命和性能。瀝青路面是區(qū)別于混凝土路面的一種高速公路常規(guī)用路面結(jié)構(gòu)形式，其優(yōu)點(diǎn)在于瀝青材料的本身材料和力學(xué)特征。瀝青材料具有粗糙性和彈塑性等特征，可使路面的表觀具有良好的平整性和無(wú)接縫性，此外瀝青材料還有耐磨、施工工期短、養(yǎng)護(hù)維護(hù)方便及噪音低、振動(dòng)小的優(yōu)點(diǎn)，目前已廣泛地應(yīng)用于高速公路的路用結(jié)構(gòu)建設(shè)中［1］。

熱拌瀝青混合料HMA（Hot Mix Asphalt）是目前應(yīng)用廣泛的瀝青路面結(jié)構(gòu)形式之一。然而，該路用結(jié)構(gòu)在施工過程中也呈現(xiàn)一些問題：熱拌瀝青在高溫條件下會(huì)致使瀝青老化，此外還會(huì)消耗較大的能源，同時(shí)施工過程中排放的廢氣和粉塵等，還會(huì)嚴(yán)重影響施工人員身體健康和周邊環(huán)境的環(huán)保。因而，尋求節(jié)能環(huán)保、力學(xué)性能穩(wěn)定的瀝青面層成為目前研究關(guān)注的重點(diǎn)。溫拌瀝青混合料WMA（Warm Mix Asphalt）則是瀝青路面結(jié)構(gòu)的另一種制造方式，它是一種拌和溫度介于冷拌（10℃～40℃）和熱拌（150℃～180℃）瀝青混合料之間的節(jié)能環(huán)保型瀝青混合料。溫拌瀝青克服了瀝青老化不穩(wěn)定及環(huán)境污染等缺陷，又繼承了熱拌瀝青施工方便、行車性能好的優(yōu)勢(shì)。溫拌瀝青最初由歐美國(guó)家開發(fā)使用，而后向全世界道路工程中推廣［2，3］。本文將分別從瀝青混合料的材料特性、瀝青面層結(jié)構(gòu)性能及其施工性能等三個(gè)方面，分析總結(jié)了高速公路路面用溫拌瀝青混合料的基本特征。提出溫拌瀝青的應(yīng)用范圍和優(yōu)勢(shì)，并討論其應(yīng)用控制技術(shù)。

1　WMA性能特征

1.1材料性能

溫拌瀝青混合料一般融合相關(guān)技術(shù)手段生成溫拌瀝青，例如可以采用軟瀝青或泡沫瀝青，保持瀝青的良好耐久性能，同時(shí)混合料中的液態(tài)瀝青的輕質(zhì)烴部分在加熱過程中也不像熱拌瀝青一樣被驅(qū)散。此外，溫拌技術(shù)因其適宜的制造溫度，可以減少熱拌過程中瀝青的老化問題，延長(zhǎng)瀝青的使用壽命。

瀝青路面的使用效果取決于瀝青與集料的粘附和壓實(shí)特性，而瀝青與集料的粘結(jié)和潤(rùn)滑作用是影響上述性能的重要因素。廣義而言，瀝青與集料的粘結(jié)作用可使混合料連接緊密、易于成型而不致松散，瀝青與集料的潤(rùn)滑作用則使礦料顆粒嵌套就位而不致被壓碎。誠(chéng)然，加工過程中的拌和溫度和壓實(shí)溫度是影響瀝青混合料粘結(jié)和潤(rùn)滑性能的關(guān)鍵因素，溫拌瀝青一般將拌合溫度和壓實(shí)溫度控制在110℃～120℃。這一相對(duì)較低的拌合溫度，不僅便于瀝青混合料的拌合加工，也使得瀝青能夠很好地裹覆在集料上實(shí)現(xiàn)良好的粘結(jié)和潤(rùn)滑作用。

1.2結(jié)構(gòu)性能

瀝青混合料的主要結(jié)構(gòu)功能是車輛荷載作用下的車轍效應(yīng)和雨水作用下的水穩(wěn)定性。普通的熱拌瀝青混合料，其車轍深度一般與擊實(shí)溫度成反比演變，即擊實(shí)溫度升高車轍深度降低。溫拌瀝青則表現(xiàn)出一定差異性，相關(guān)研究表明［4］：對(duì)于溫拌瀝青，當(dāng)擊實(shí)溫度超過120℃且摻入Aspha-Min混合料時(shí)，車轍深度會(huì)有很大的提高。此外，溫拌瀝青的馬歇爾穩(wěn)定度可達(dá)9.8 kN，動(dòng)穩(wěn)定度可達(dá)4 600次/mm，凍融劈裂強(qiáng)度比達(dá)到81%，各項(xiàng)指標(biāo)均能很好地滿足車輛行駛和路面長(zhǎng)期使用要求。表1和表2是某熱拌和溫拌瀝青的路用性能對(duì)比。

表1　熱拌瀝青混合料的路用性能

表2　溫拌瀝青混合料的路用性能

1.3施工性能

溫拌瀝青混合料的生產(chǎn)制作技術(shù)與熱拌瀝青基本相同，且其施工和易性也與熱拌瀝青無(wú)所差異，因而不需要進(jìn)行設(shè)備的改造。與熱拌瀝青相比：溫拌技術(shù)的拌合溫度要求降低，一般降低10℃～40℃；石料的加熱溫度和瀝青的保溫溫度都降低，直接降低瀝青加工的燃油成本。相關(guān)研究說明，對(duì)于瀝青材料，當(dāng)加工溫度高于100℃時(shí)，每提高10℃，老化速率就提高1倍左右。溫拌瀝青技術(shù)所需較低的工作溫度，可以顯著降低其老化風(fēng)險(xiǎn)而增加服役壽命。另外，溫拌技術(shù)使得單位混合料的燃油消耗減少，這不僅顯著地降低了攪拌過程中有害毒氣和溫室氣體的排放，整個(gè)生成過程中產(chǎn)生的煙霧、粉塵等污染也會(huì)顯著降低，甚至可以實(shí)現(xiàn)無(wú)煙塵作業(yè)。

溫拌瀝青另一施工優(yōu)點(diǎn)是便宜性：拌合后溫度基本處于實(shí)際的工作環(huán)境，因而可以實(shí)現(xiàn)較快的交通開放，拌合溫度與環(huán)境溫度的較小差異。這說明，溫拌瀝青的施工時(shí)間選擇擴(kuò)大，可以在白天、夜晚、以及其他各種季節(jié)，降低了施工對(duì)時(shí)間和氣候的要求，便易性更高。

2　WMA面層的主要應(yīng)用

溫拌瀝青混合料在我國(guó)處于實(shí)踐的初步階段［5］，但綜合來(lái)講，這種新結(jié)構(gòu)形式至少可以在以下幾個(gè)方面得到應(yīng)用和推廣：

（1）隧道工程的路面施工

隧道工程的瀝青路面施工是一個(gè)相對(duì)封閉的環(huán)境，其主要技術(shù)難點(diǎn)是粉塵和有害氣體的排放。目前大部分長(zhǎng)大隧道都采用水泥路面，以回避熱拌瀝青的粉塵和有害氣體排放問題，但是水泥路面的噪聲和行車舒適性不佳，維修養(yǎng)護(hù)也困難。溫拌瀝青技術(shù)恰好解決了上述難題，結(jié)合隧道路面濕度大、溫度低的特點(diǎn)，溫拌瀝青相對(duì)較低溫度下的施工手段及無(wú)塵施工環(huán)境，免去了施工所需要的通風(fēng)成本。并且，溫拌混合料的良好抗水損壞能力，可以保證在封閉環(huán)境中隧道路面的抗潮濕性能。

（2）寒冷區(qū)域及低溫季節(jié)的路面施工

溫拌瀝青技術(shù)的所需施工溫度低。施工中，溫拌瀝青溫度下降的速率是相同環(huán)境溫度條件下熱拌瀝青的兩倍，且溫拌瀝青的可壓實(shí)溫度范圍更寬，選擇更大。因而對(duì)于工期要求嚴(yán)格的道路工程，溫拌瀝青可以較好地在寒冷環(huán)境下施工，擴(kuò)展和延伸瀝青面層的作用時(shí)間，有效地縮短公路工程的建設(shè)周期，降低人力和物力成本。

（3）城市人口密集區(qū)域的道路建設(shè)

溫拌瀝青的的施工溫度降低，使得它可以在夜間進(jìn)行作業(yè)，體現(xiàn)出比熱拌瀝青良好的工作性能。城市道路建設(shè)會(huì)受到周圍密集人群的影響，因而其施工中的噪聲、粉塵、有害氣體等均受到嚴(yán)格要求，溫拌瀝青可以實(shí)現(xiàn)較短的交通開放間隔和更長(zhǎng)的有效壓實(shí)時(shí)間，可以實(shí)現(xiàn)白天和夜晚的雙重作業(yè)，能很好地保障城市環(huán)境。

（4）超薄面層及路面的緊急恢復(fù)

瀝青路面受到車輛行駛和雨水環(huán)境的耐久性侵蝕，其使用壽命是有限的，瀝青路面受到破壞后需要進(jìn)行及時(shí)的修補(bǔ)才能保證行車的安全性。我國(guó)公路建設(shè)大發(fā)展的時(shí)期較近，而歐美國(guó)家的道路工程因建設(shè)運(yùn)營(yíng)時(shí)間較長(zhǎng)，目前大都處于修補(bǔ)時(shí)期，其中罩面厚度在2.5 cm以下的超薄面層可以快速地恢復(fù)路面使用性能，被廣泛采用。我國(guó)目前采用的超薄面層罩面技術(shù)，主要采用熱拌瀝青方法，但是其降溫速度較低、攤鋪?zhàn)鳂I(yè)時(shí)間較長(zhǎng)等缺點(diǎn)使得其對(duì)交通的干擾很大，瀝青溫拌技術(shù)則可很好地解決上述問題：首先，溫拌瀝青施工和易性好，施工接縫更加便捷，容易進(jìn)行攤鋪處理；其次，溫拌瀝青的施工溫度要求較低，且溫降速率很快，可以非常顯著地提高施工效率；最后，溫拌技術(shù)還可以用于局部路面的修補(bǔ)，更適合于手工操作。

3　溫拌瀝青混合料技術(shù)的缺點(diǎn)及控制技術(shù)

溫拌瀝青在技術(shù)上和性能上均有超越熱拌瀝青的優(yōu)勢(shì)，但是由于該技術(shù)手段在我國(guó)尚處于初步發(fā)展階段，溫拌技術(shù)的相關(guān)材料性能和力學(xué)性能還存在不確定方面，此外這種技術(shù)手段在我國(guó)的推廣應(yīng)用仍然有市場(chǎng)的難題。

溫拌瀝青的設(shè)計(jì)體系有待研究，目前我國(guó)瀝青路面的設(shè)計(jì)規(guī)程和施工指南等，大都針對(duì)熱拌瀝青技術(shù)，溫拌瀝青由于其材料性能、結(jié)構(gòu)性能和施工性能均差別于熱拌瀝青，決定了在設(shè)計(jì)原理和方法層面，溫拌瀝青應(yīng)該有自身的設(shè)計(jì)和施工指標(biāo)，例如材料的基本力學(xué)要求、試驗(yàn)配合比指標(biāo)和配比方法、結(jié)構(gòu)性能指標(biāo)的計(jì)算手段、相關(guān)質(zhì)量檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)和方法等，這些設(shè)計(jì)理論和方法的研究是溫拌瀝青推廣的基本基礎(chǔ)。

溫拌瀝青的評(píng)價(jià)體系有待完善，溫拌瀝青是一種綜合材料性能、結(jié)構(gòu)使用性能、經(jīng)濟(jì)性能和環(huán)保性能的綜合技術(shù)，目前對(duì)于溫拌瀝青混合料面層的評(píng)價(jià)大都停留在結(jié)構(gòu)使用性能層次，如抗車轍、抗水損害、抗老化、開裂、抗腐蝕等，這些評(píng)價(jià)體系不全面。溫拌瀝青在降噪排水、粉塵廢棄降低、太陽(yáng)能利用等多方面具有顯著的優(yōu)勢(shì)，因而，需要采用更加綜合的、全面的指標(biāo)進(jìn)行評(píng)估。

溫拌瀝青的市場(chǎng)推廣有待提高，目前溫拌瀝青混合料中的原料使用范圍還比較狹窄，現(xiàn)有的制造技術(shù)和評(píng)價(jià)體系，只能利用一些性能很好的集料，對(duì)于劣質(zhì)集料和廢料集料的利用研究則很少，使得沒有凸顯溫拌瀝青技術(shù)的市場(chǎng)應(yīng)用價(jià)值。在可持續(xù)發(fā)展理念下，需要開發(fā)這種可再生、低污染、低消耗的原材料，推進(jìn)溫拌瀝青技術(shù)的成本降低和市場(chǎng)價(jià)格的降低，推廣其應(yīng)用。

溫拌瀝青的長(zhǎng)期性能需要跟蹤監(jiān)測(cè)，溫拌瀝青技術(shù)在國(guó)外應(yīng)用較早，使用廣泛。我國(guó)瀝青溫拌技術(shù)的使用起步比較晚，對(duì)于溫拌瀝青混合料在道路工程中的應(yīng)用效果，還需要建立長(zhǎng)期跟蹤機(jī)制，采用全壽命的理念對(duì)該技術(shù)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。

4　結(jié)　語(yǔ)

論文介紹了溫拌瀝青技術(shù)的基本特點(diǎn)，采用溫拌瀝青改善我國(guó)高速公路路面結(jié)構(gòu)使用性能。對(duì)溫拌瀝青混合料的基本材料特性、溫拌瀝青面層的結(jié)構(gòu)性能和施工性能進(jìn)行了總結(jié)分析。根據(jù)溫拌技術(shù)施工溫度要求低、環(huán)保友好的優(yōu)點(diǎn)，提出了溫拌瀝青混合料面層的主要應(yīng)用前景，并指出溫拌技術(shù)在我國(guó)目前的發(fā)展?fàn)顩r和需要改善研究的問題，建立全壽命綜合評(píng)估理念具有重要意義。

［1］孫立軍.瀝青路面結(jié)構(gòu)行為學(xué)［M］.上海:同濟(jì)大學(xué)出版社，2005.

［2］左鋒，葉奮.國(guó)外溫拌瀝青混合料技術(shù)與性能評(píng)價(jià)［J］.中外公路，2007，27（6）:164-168.

［3］劉至飛，吳少鵬，陳美祝，等.溫拌瀝青混合料現(xiàn)狀及存在問題［J］.武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2009，31（4）:170-173.

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［5］李德超.溫拌瀝青混合料技術(shù)綜述［J］.石油瀝青，2008，22（5）:1-5.

U416.2

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1009-7716（2016）07-0084-03

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2016.07.025

2016-03-13

王宇（1985-），男，湖南邵陽(yáng)人，工程師，從事路橋設(shè)計(jì)工作。