淺談高速公路溫拌瀝青混合料面層的應用及其控制

王宇

（深圳市市政設計研究有限公司，廣東　深圳　518000）

淺談高速公路溫拌瀝青混合料面層的應用及其控制

王宇

（深圳市市政設計研究有限公司，廣東深圳518000）

溫拌瀝青具有低能耗、環保、施工便捷等優點，是我國道路工程熱拌瀝青技術的良好改善和補充。分別從瀝青混合料的材料特性、瀝青面層結構性能及其施工性能等三個方面，分析總結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勢。提出了溫拌技術在道路工程的主要應用前景以及存在的缺點和問題，說明建立設計和評估的綜合評價體系，是溫拌瀝青廣泛推廣的重要基礎。

高速公路；溫拌瀝青；混合料；應用研究；施工控制

0　引言

公路路面是一種提供車輛行駛的道路結構層，采用筑路材料鋪設在路基的表面使用。路面結構的本身特性，直接決定其使用壽命和性能。瀝青路面是區別于混凝土路面的一種高速公路常規用路面結構形式，其優點在于瀝青材料的本身材料和力學特征。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接縫性，此外瀝青材料還有耐磨、施工工期短、養護維護方便及噪音低、振動小的優點，目前已廣泛地應用于高速公路的路用結構建設中［1］。

熱拌瀝青混合料HMA（Hot Mix Asphalt）是目前應用廣泛的瀝青路面結構形式之一。然而，該路用結構在施工過程中也呈現一些問題：熱拌瀝青在高溫條件下會致使瀝青老化，此外還會消耗較大的能源，同時施工過程中排放的廢氣和粉塵等，還會嚴重影響施工人員身體健康和周邊環境的環保。因而，尋求節能環保、力學性能穩定的瀝青面層成為目前研究關注的重點。溫拌瀝青混合料WMA（Warm Mix Asphalt）則是瀝青路面結構的另一種制造方式，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能環保型瀝青混合料。溫拌瀝青克服了瀝青老化不穩定及環境污染等缺陷，又繼承了熱拌瀝青施工方便、行車性能好的優勢。溫拌瀝青最初由歐美國家開發使用，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、瀝青面層結構性能及其施工性能等三個方面，分析總結了高速公路路面用溫拌瀝青混合料的基本特征。提出溫拌瀝青的應用范圍和優勢，并討論其應用控制技術。

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技術手段生成溫拌瀝青，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，同時混合料中的液態瀝青的輕質烴部分在加熱過程中也不像熱拌瀝青一樣被驅散。此外，溫拌技術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特性，而瀝青與集料的粘結和潤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，瀝青與集料的潤滑作用則使礦料顆粒嵌套就位而不致被壓碎。誠然，加工過程中的拌和溫度和壓實溫度是影響瀝青混合料粘結和潤滑性能的關鍵因素，溫拌瀝青一般將拌合溫度和壓實溫度控制在110℃～120℃。這一相對較低的拌合溫度，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現良好的粘結和潤滑作用。

1.2結構性能

瀝青混合料的主要結構功能是車輛荷載作用下的車轍效應和雨水作用下的水穩定性。普通的熱拌瀝青混合料，其車轍深度一般與擊實溫度成反比演變，即擊實溫度升高車轍深度降低。溫拌瀝青則表現出一定差異性，相關研究表明［4］：對于溫拌瀝青，當擊實溫度超過120℃且摻入Aspha-Min混合料時，車轍深度會有很大的提高。此外，溫拌瀝青的馬歇爾穩定度可達9.8 kN，動穩定度可達4 600次/mm，凍融劈裂強度比達到81%，各項指標均能很好地滿足車輛行駛和路面長期使用要求。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制作技術與熱拌瀝青基本相同，且其施工和易性也與熱拌瀝青無所差異，因而不需要進行設備的改造。與熱拌瀝青相比：溫拌技術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。相關研究說明，對于瀝青材料，當加工溫度高于100℃時，每提高10℃，老化速率就提高1倍左右。溫拌瀝青技術所需較低的工作溫度，可以顯著降低其老化風險而增加服役壽命。另外，溫拌技術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，整個生成過程中產生的煙霧、粉塵等污染也會顯著降低，甚至可以實現無煙塵作業。

溫拌瀝青另一施工優點是便宜性：拌合后溫度基本處于實際的工作環境，因而可以實現較快的交通開放，拌合溫度與環境溫度的較小差異。這說明，溫拌瀝青的施工時間選擇擴大，可以在白天、夜晚、以及其他各種季節，降低了施工對時間和氣候的要求，便易性更高。

2　WMA面層的主要應用

溫拌瀝青混合料在我國處于實踐的初步階段［5］，但綜合來講，這種新結構形式至少可以在以下幾個方面得到應用和推廣：

（1）隧道工程的路面施工

隧道工程的瀝青路面施工是一個相對封閉的環境，其主要技術難點是粉塵和有害氣體的排放。目前大部分長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，維修養護也困難。溫拌瀝青技術恰好解決了上述難題，結合隧道路面濕度大、溫度低的特點，溫拌瀝青相對較低溫度下的施工手段及無塵施工環境，免去了施工所需要的通風成本。并且，溫拌混合料的良好抗水損壞能力，可以保證在封閉環境中隧道路面的抗潮濕性能。

（2）寒冷區域及低溫季節的路面施工

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

（3）城市人口密集區域的道路建設

溫拌瀝青的的施工溫度降低，使得它可以在夜間進行作業，體現出比熱拌瀝青良好的工作性能。城市道路建設會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格要求，溫拌瀝青可以實現較短的交通開放間隔和更長的有效壓實時間，可以實現白天和夜晚的雙重作業，能很好地保障城市環境。

（4）超薄面層及路面的緊急恢復

瀝青路面受到車輛行駛和雨水環境的耐久性侵蝕，其使用壽命是有限的，瀝青路面受到破壞后需要進行及時的修補才能保證行車的安全性。我國公路建設大發展的時期較近，而歐美國家的道路工程因建設運營時間較長，目前大都處于修補時期，其中罩面厚度在2.5 cm以下的超薄面層可以快速地恢復路面使用性能，被廣泛采用。我國目前采用的超薄面層罩面技術，主要采用熱拌瀝青方法，但是其降溫速度較低、攤鋪作業時間較長等缺點使得其對交通的干擾很大，瀝青溫拌技術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，溫拌技術還可以用于局部路面的修補，更適合于手工操作。

3　溫拌瀝青混合料技術的缺點及控制技術

溫拌瀝青在技術上和性能上均有超越熱拌瀝青的優勢，但是由于該技術手段在我國尚處于初步發展階段，溫拌技術的相關材料性能和力學性能還存在不確定方面，此外這種技術手段在我國的推廣應用仍然有市場的難題。

溫拌瀝青的設計體系有待研究，目前我國瀝青路面的設計規程和施工指南等，大都針對熱拌瀝青技術，溫拌瀝青由于其材料性能、結構性能和施工性能均差別于熱拌瀝青，決定了在設計原理和方法層面，溫拌瀝青應該有自身的設計和施工指標，例如材料的基本力學要求、試驗配合比指標和配比方法、結構性能指標的計算手段、相關質量檢驗標準和方法等，這些設計理論和方法的研究是溫拌瀝青推廣的基本基礎。

溫拌瀝青的評價體系有待完善，溫拌瀝青是一種綜合材料性能、結構使用性能、經濟性能和環保性能的綜合技術，目前對于溫拌瀝青混合料面層的評價大都停留在結構使用性能層次，如抗車轍、抗水損害、抗老化、開裂、抗腐蝕等，這些評價體系不全面。溫拌瀝青在降噪排水、粉塵廢棄降低、太陽能利用等多方面具有顯著的優勢，因而，需要采用更加綜合的、全面的指標進行評估。

溫拌瀝青的市場推廣有待提高，目前溫拌瀝青混合料中的原料使用范圍還比較狹窄，現有的制造技術和評價體系，只能利用一些性能很好的集料，對于劣質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的市場應用價值。在可持續發展理念下，需要開發這種可再生、低污染、低消耗的原材料，推進溫拌瀝青技術的成本降低和市場價格的降低，推廣其應用。

溫拌瀝青的長期性能需要跟蹤監測，溫拌瀝青技術在國外應用較早，使用廣泛。我國瀝青溫拌技術的使用起步比較晚，對于溫拌瀝青混合料在道路工程中的應用效果，還需要建立長期跟蹤機制，采用全壽命的理念對該技術進行綜合評價。

4　結　語

論文介紹了溫拌瀝青技術的基本特點，采用溫拌瀝青改善我國高速公路路面結構使用性能。對溫拌瀝青混合料的基本材料特性、溫拌瀝青面層的結構性能和施工性能進行了總結分析。根據溫拌技術施工溫度要求低、環保友好的優點，提出了溫拌瀝青混合料面層的主要應用前景，并指出溫拌技術在我國目前的發展狀況和需要改善研究的問題，建立全壽命綜合評估理念具有重要意義。

［1］孫立軍.瀝青路面結構行為學［M］.上海:同濟大學出版社，2005.

［2］左鋒，葉奮.國外溫拌瀝青混合料技術與性能評價［J］.中外公路，2007，27（6）:164-168.

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

［4］仰建崗.溫拌瀝青混合料應用現狀與性能［J］.公路交通科技（應用技術版），2006（8）:26-28.

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

U416.2

B

1009-7716（2016）07-0084-03

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2016.07.025

2016-03-13

王宇（1985-），男，湖南邵陽人，工程師，從事路橋設計工作。