瀝青混合料溫拌技術在國省道工程中的應用探討

劉傳波 冉維彬

（濟南市公路管理局 濟南 250014）

1 瀝青混合料溫拌技術概述

1.1 瀝青混合料溫拌技術的概念及分類

瀝青混合料溫拌技術是近幾年逐步被推廣使用的一種瀝青混合料拌和新技術，是指拌和溫度介于熱拌瀝青混合料和冷拌瀝青混合料之間，性能達到（或接近）熱拌瀝青混合料的新型瀝青混合料。

目前，主流的溫拌技術有3類：瀝青發泡技術、有機降粘技術、基于表面活性平臺的溫拌技術。本文以APTL溫拌劑為例，闡述基于表面活性平臺的溫拌技術。

1.2 工作機理

基于表面活性平臺的溫拌技術是指通過表面活性劑的作用，在拌和過程中使瀝青之間形成結構性水膜，改善瀝青對集料的潤滑作用，降低集料與瀝青微觀界面間的摩阻力，實現低溫下拌和及壓實。該項技術不改變瀝青本身的技術特性，僅在瀝青與集料拌和過程加入表面活性劑從而改變瀝青的工作特性，因此對瀝青混合料的路用性能不造成影響。

1.3 APTL溫拌技術作用機理

APTL溫拌劑有效成分是一種表面活性劑，其分子結構中存在極性部分和非極性部分，極性部分具有親水性（即親水基），非極性部分具有親油性（即親油基），其化學本質是一種醇胺類化合物。基于界面化學理論，這種兩性分子可以在極性不同的兩相間形成界面膜，降低兩相的界面張力，減小兩相間的相界面能，增加兩相間的潤滑。在瀝青與集料拌和時，將溫拌劑伴隨瀝青加入拌缸，在機械力攪拌下，大量表面活性劑膠團與熱瀝青接觸，膠團外圍水分子迅速蒸發散失，使親油基與瀝青接觸。而表面活性劑的存在改變了瀝青的工作特性，一方面，表面活性劑增加瀝青在集料表面的潤濕與鋪展，表面活性劑降低瀝青與集料表面的界面張力，降低瀝青與石料界面的接觸角，促使瀝青在集料表面更好地鋪展，促使瀝青膠粒在較低的溫度下充分裹覆集料；另一方面，表面活性劑結合殘留少量水分形成結構水膜改善瀝青潤滑特性，殘留的未散失的水分子與表面活性劑親水基結合，從而瀝青內部形成大量具有潤滑功能的吸附水膜。殘留在瀝青內部的吸附水膜起到潤滑作用，暫時改變了瀝青的粘度，也正是由于水膜結構的存在，使瀝青能在較低溫度下獲得一定的流動性，改善瀝青在拌和過程中的工作特性。

在壓實過程中由于水膜潤滑，使集料極易調整其位置，有利于集料骨架結構的形成，促進壓實。而水膜結構也在機械力作用下逐漸破壞，至壓實終了，水膜散失。但殘留的表面活性劑很難在瀝青內部殘留，會迅速轉移至相界面，即瀝青與集料界面，降低瀝青與集料界面張力，加強兩者的吸附粘結，起抗剝落劑的作用。

1.4 APTL溫拌劑的相關指標

APTL瀝青溫拌劑的有效成分是醇胺類化合物，APTL溫拌劑濃縮液技術要求及檢測結果見表1。

表1 APTL溫拌劑濃縮液技術要求及檢測結果

2 溫拌瀝青混合料試驗路段及質量關鍵控制指標檢測分析

2.1 試驗段施工溫度控制標準

試驗段施工溫度控制標準見表2。

表2 正常施工環境條件下溫拌溫度控制 ℃

低溫環境下溫拌瀝青混合料拌和溫度控制范圍見表3。

表3 低溫施工環境條件下溫拌溫度控制 ℃

2.2 試驗路段的實施

（1）APTL瀝青溫拌技術先后在山東省濟南市國道309線、省道104線及省道248線成功進行了試驗段的施工，溫拌瀝青混合料種類包含熱拌LSPM－25（MAC瀝青）、溫拌 AC－20（70號瀝青）、溫拌AC－10（70號瀝青）、溫拌SMA－13（SBS瀝青），對施工溫度控制分路段、分類型分別進行控制，同時還進行了低溫施工試驗段，質量指標均達到同型號熱拌瀝青混合料的要求，效果良好。見表4～表6。

表4 省道104溫拌瀝青混合料施工溫度控制℃

表5 省道248溫拌瀝青混合料施工溫度控制 ℃

表6 國道309溫拌瀝青混合料施工溫度控制 ℃

（2）在拌和過程中，由于礦粉、溫拌劑均為常溫添加，會帶走相當一部分熱料，因此設定的集料加熱溫度應比出料溫度高5～10℃。拌和時礦料加熱溫度降低幅度最小為30℃，最大為40℃。

2.3 溫拌瀝青混合料試驗段種類指標檢測

試驗段完成后對壓實度、滲水、混合料指標進行了檢測，滿足規范要求，見表7。開放交通后進行了觀測，每月1次，表面無裂縫、泛油、車轍等缺陷，效果良好。

表7 試驗段熱拌溫拌指標對比

由表7可見，相同類型混合料溫拌指標能夠達到熱拌的質量要求。

3 配合比設計

3.1 試驗室內溫拌劑性能及溫熱拌混合料性能對比試驗

（1）在施工前嚴格按照相關熱拌混合料設計規范和方法進行試驗配比設計，測定其全套體積指標（毛體積密度、礦料間隙率、有效瀝青飽和度），空隙率、馬歇爾穩定度、流值、同時測定凍融劈裂殘留穩定度、車轍試驗動穩定度等指標。

（2）同時對相同類型的瀝青混合料進行實驗室內熱拌、溫拌對比驗證，驗證時將熱拌混合料與溫拌混合料同時制成標準馬歇爾試件，并進行各項指標的對比分析，驗證混合料類型包括LSPM－25，AC－20，AC－10，SMA－13。

（3）考慮試驗室內拌鍋的拌和效果等綜合因素，溫拌劑試驗室內添加量為10%，乳液濃度5%，拌劑添加量為瀝青含量的5%。

（4）試驗室驗證石料加熱溫度比出料溫度高10～20℃，控制在140℃左右，普通瀝青加熱溫度150℃，改性瀝青加熱溫度170℃。

（5）拌和樓加入法：用專用添加設備將液體狀瀝青溫拌劑按瀝青量的3%～5%加入拌和鍋。集料加熱至規定溫度后加入熱瀝青，同時將一定比例的溫拌劑打入拌和鍋，拌和即可。

（6）瀝青溫拌混合料的配比只需要加入溫拌劑即可，無需重新調整瀝青混合料目標和生產配合比，對確定的瀝青熱拌混合料配合比無任何影響，施工操作方便、簡單。

3.2 溫拌瀝青混合料的室內拌和過程

（1）集料加熱。加熱溫度按溫度控制表控制溫度，加熱好的石料放入預熱好的拌和鍋干拌。

（2）將干拌后的石料拉成一斜面，露出拌鍋底部。

（3）熱瀝青（溫度與熱拌相同）倒入露出來的拌鍋底。

（4）室內試驗采用5%濃度的溫拌劑，摻加量為瀝青質量的10%。

（5）攪拌槳下降，降到正好可以將燒杯探入的位置，將APTL溫拌劑倒在瀝青液面上，盡量避免倒在石料上。

（6）降下攪拌槳，開始攪拌，攪拌時間為1～1.5min。

（7）略微升起攪拌槳，倒入礦粉（不加熱），再次攪拌（一般不超過1min）。

（8）按照設定溫度出料。

3.3 生產配合比驗證

（1）試驗段正式施工前，在拌和場內先進行溫拌瀝青混合料的生產預拌。

（2）預拌時，待混合料穩定后，進行取樣檢測，檢測項目包括室內成件、測空隙率、室內密度、穩定度、流值、抽提檢測瀝青含量、篩分、車轍和凍融。

3.4 溫拌劑噴灑量的設定

生產時，溫拌劑添加量為基質瀝青質量的3%，加入時需控制溫拌劑的噴入時間，溫拌添加劑在瀝青開始噴灑后延時1～2s開始噴入，添加劑與瀝青同步進入拌缸噴灑，同時保證瀝青噴灑結束之前1～2s完成溫拌劑的噴灑。在瀝青噴灑結束延后3～5s再添加礦粉。溫拌劑添加裝置計量精度滿足溫拌劑添加量的允許誤差要求。采用專用設備添加，為電腦控制。

4 施工質量管理與檢查驗收

溫拌瀝青混合料攤鋪施工完畢后，其面層質量檢查項目、檢查方法、檢查頻率和質量要求同熱拌瀝青混合料一致。

出料溫度逐車檢測，做好記錄；現場逐車檢測攤鋪溫度、初壓溫度、復壓溫度、終壓溫度，并做好記錄；試驗段完成后按照規定頻率檢測厚度、壓實度、空隙率、滲水、摩擦系數、構造深度、平整度、寬度、高程、橫坡、中線偏位等指標。

溫拌瀝青混合料表面溫度低于50℃后，開放交通。

5 溫拌瀝青混合料效果分析

5.1 質量指標檢測

（1）試驗室內檢測混合料密度、理論密度、空隙率、馬歇爾穩定度流值、車轍、凍融劈裂強度等指標滿足規范要求。

（2）經現場鉆心取樣檢測路面厚度、壓實度、滲水、摩擦系數、構造深度等指標滿足規范要求。

5.2 APTL瀝青溫拌劑路用性能試驗

（1）70號A級道路石油瀝青混合料對比，見表8。

表8 70號道路石油瀝青混合料熱拌與溫拌性能對比

（2）SBS改性瀝青混合料對比，見表9。

表9 SBS改性瀝青混合料熱拌與溫拌性能對比

（3）穩定型橡膠改性瀝青混合料對比，見表10。

表10 穩定型橡膠改性瀝青混合料熱拌與溫拌性能對比

5.3 社會、經濟效益

（1）降低拌和溫度和施工溫度30～60℃，節省能源，減少燃料費用。經測：與熱拌瀝青混合料相比，生產1t溫拌瀝青混合料可節省62 500～60 890kJ大卡熱量，折合標準燃料油約1.8～2.2 kg。

（2）減少煙氣及二氧化碳等溫室氣體的排放，減輕大氣污染。

（3）降低瀝青煙霧的揮發，改善施工環境，尤其適合大中城市道路的攤鋪。

（4）降低瀝青的老化程度，延長瀝青路面的使用壽命。

（5）提高拌和樓產量20%～25%，縮短施工工期。

（6）可低溫施工，延長施工時間。

5.4 溫室氣體及瀝青煙指標檢測

（1）瀝青煙排放量。由平均192mg／m3降低至34.7mg／m3，下降81.9%。

（2）一氧化碳由平均87mg／m3降至8.7 mg／m3，下降90.04%；二氧化硫由平均86mg／m3降至31.33mg／m3，下降63.4%；氮氧化物由平均85.33mg／m3降至33.67mg／m3，下降60.54%，苯并芘由平均12.25×10－4降至4.8×10－4，下降60.81%。

6 結語

本文通過試驗段的實施，對瀝青混合料溫拌技術的工作原理、施工技術及質量控制、效果分析、節能減排的優勢等進行了闡述，進一步論證了瀝青混合料溫拌技術用于施工的可行性。