温拌沥青技术总结.doc

关于在本标段隧道内沥青路面下面层、上面层中采用温拌技术拌制沥青混合料及铺筑施工总结
1.概述
在目前道路工程中使用沥青混合料，按拌和工艺对拌和温度的要求，可分两类，即：热拌沥青混合料（Hot mix asphalt,HMA）和冷拌沥青混合料（Cold mix asphalt，CMA）。冷拌沥青混合料一般采用乳化沥青或者稀释沥青，与集料在常温状态下拌和、铺筑，无需对集料与沥青加热，因而可以大量节约能源。但是冷拌沥青混合料初期路用性能较差，难以满足高速公路、重载交通道路等重要工程要求。热拌沥青混合料是应用最为广泛，路用性能最为良好的一种混合料，但是热拌沥青混合料在生产过程中，沥青与集料需要在150～187℃高温范围内进行拌和，将石料、沥青加热到如此高的温度，不仅要消耗大量的能源，而且在生产过程中产生大量的CO2、SO3、烟尘和有害气体。
二十一世纪，气候变暖，温度上升，北冰洋的永久冰冻消融，都使工业化进程加快，生活现代化带来负面效应。目前环境污染和能源枯竭已经受到了全球的关注。为了保护生存环境，世界各国都对温室气体，有害气体以及固体粉尘等排放进行严格的限制。沥青混合料的生产是道路工程中的能量大户，而且也是粉尘等颗粒物污染源，也是有害气体CO2、SO3等在拌制、摊铺过程中释放形成链的效果。随着我国高速公路的快速发展，桥梁、隧道的相应大量增多，尤其是在隧道内，铺筑沥青路面（改性沥青路面），热抖沥青混合料，拌和温度一般控制在170～190℃范围内，施工中为了获得较理想的压实效果，实际拌和出场温度均在175～187℃之间，在拌制、摊铺、碾压过程中所产生的烟气、烟雾很快地释放于空气中，消失在大自然的大气层中，对现场作业人员的健康和操作有一定程度的影响，由于从事该种职业的人已经习惯了，相对威胁小的多。
我们近年来沥青路面已经铺筑到了隧道内，由于隧道在前期建设当中其功能极不完善，作业人员整天在高浓度尘埃、气体环境内，对一个健康人是一种威胁，尤其沥青混合料出场温度在180℃以上，在有限的空间，空气温度迅速升高，使洞内升至39～42℃。超过40℃时气象部门发出预警，伴随高温空气还弥漫着CO2、SO3等有害气体，严重影响着作业人员的身体健康，烟雾弥漫在有限空间内，不仅给在场作业人员带来职业健康的问题，而且在一定程度的烟雾中看不清铺筑控制标志影响施工质量或精度效果。
在上世纪90年代中后期，美国和欧洲等国家就开始展开了温拌沥青混合料（Warm mix asphalt,WMA）的研究。其目的是通过降低拌和摊铺碾压温度，达到降低沥青混合料生产过程中所产生CO2、SO3等有害气体及粉尘的排放量。同时保证温拌沥青混合料与热拌沥青混合料基本相同的路用性能和施工和易性。1995年，Shell公司和Kolo-veidekke公司首先联合开发研究温拌沥青混合料，次年铺筑试验路段，随着温拌沥青混合料技术不断完善，其使用量也在不断增加，2001年WMA使用量达8000吨，2002年就增长到1.5万吨，2003年达到 3万吨。
作为一种具有节能环保作用的新型沥青混合料，在我国尚无系统的研究与应用，人们对它的认识现在还处于模糊阶段。近年来在张家口境内高速公路快速发展，张家口地处山区，相应隧道也多，这就给温拌沥青混合料提供了市场。
2、温拌沥青混合料设计方法及路用性能
温拌沥青混合料的矿料级配与热拌沥青混合料基本相同，其设计方法主要是解决较低拌和温度下保证集料与沥青裹覆均匀，以及保证在较低温度下摊铺、压实，使沥青混合料的空隙率满足要求的问题。通常适宜拌和的沥青黏度范围为0.15～019 Pa·s,适宜压实的沥青黏度范围为0.25～0.31 Pa·s。对AH-70沥表，必须加热到150～170℃的高温才具有足够的流动性与可拌和性。为此，温拌沥青混合料设计的关键是降低拌和与压实时沥青的黏度，归纳起来目前温拌沥青混合料设计方法有四种。
2.1使用沥青降黏剂
使用降黏剂的目的是降低沥青结合料的高温黏度，但不应降低沥青结合料的常温黏度。这样可降低沥青混合料的温度，而又不影响其正常的路用性能。
通常使用的降黏剂为Sasobit。Sasobit是一种合成直链脂肪族碳氢混合物，其主链分子中含40～115个碳原子，Sasobit的溶点为100℃，超过115℃时Sasobit完全溶解于沥青，据资料介绍，掺加Sasobit可明显降低沥青的高温黏度，但对沥青在较低温度（60℃）下的粘度几乎没有影响。对于未掺Sasobit的沥青拌和温度约为160℃，掺2.5% Sasobit后，拌和温度可降为140℃。
Sasobit的应用有两种方法：一是加入热沥青中进行简单的搅拌，形成改性沥青；二是直接投入到拌缸中与热集料拌和，研究结果表明，这两种方法制备的沥青混合料性能差异不大。
另外，德国Eurovia公司生产的一种人工合成沸石Aspha-Min 外面白色超细粉末，内部为连通多孔结构，此表面很大，可吸收质量21%的水份。美国国家沥青技术研究中心（NCAT）做了较为详细的评价。Aspha-Min用于温拌沥青混合料的可行性与可靠性，还有沥青发泡降粘剂，乳化沥青温拌技术。
我LM3标段，在隧道沥青路面铺筑中，采用的美国Sasobit液态温拌剂，直接放到沥青拌合设备的拌缸中，关键技术就是在拌和沥青混合料时，干拌各种规格和集料后，喷射沥青时，温拌剂必须准确的喷射在沥青扇面上，否则会失去温拌效果，也就是说温拌剂喷头与沥青喷头的夹角必须十分准确才行。
2.2本标段温拌技术指标的确定
沥青及沥青混合料拌和、摊铺、碾压技术指标表
集料加热温度（℃）
沥青加热温度（℃）
沥青混合料拌和时间（s）
沥青混合料出场温度（℃）
沥青混合料摊铺温度（℃）
碾压温度
（℃）
150
150～160
干拌1.5s； 湿拌30s
135～145
120～130
70～120碾压终了温度>60
注：为了保证抗车辙剂均匀分散在集料中，干拌时间可延至20～25s，集料加热到150～160℃。
2.3摊铺碾压工艺
摊铺速度2.5m/min,碾压工艺仍按正常设定进行不变。
3、 掺入温拌剂的段落各项技术指标检测结果
隧道温拌料抽检试验结果
检测项目
检测
部位
测
点
（n）
压实度（%）
马歇尔试验结果
毛体积相对密度（g/cm3）
检测
合格率
（%）
毛体积相对最大密度
空隙率

（%）
沥青饱和度（%）
稳定度

（KN）
流值

（㎜）
隧道
朱家峪1号隧道
3
2.511
97
2.519
2.5
79.8
11.17
39.4
通过对L12标右幅K60+400处温拌沥青混合料的抽检记录来看，它与高温状态下拌制的沥青混合料没有明显区别，基本上能收到预期效果。
4、 减少了烟尘的排放量
下面为一组由(国家环境检测中心)隧道施工现场有害物浓度测试数据(由美德维实伟克有限公司)提供：

测试项目
单位
热拌
温拌
降温（%）
沥青烟
mg/m3
21.1
2.06
90.2
苯可溶物
mg/m3
19.5
0.58
97.0
苯并芘
mg/m3
0.094
0.019
79.8
温拌技术已经在张家口外环的西山隧道、张承高速公路草帽山隧道、东山隧道、张石高速公路的二期工程与保定接壤蔚县多个隧道中成功应用，越来越证明了生命力。本次我们在河北高速公路张涿高速公路张家口段的LM3合同段的多个隧道内应用，为解决在隧道内温度快速升高，采用温拌沥青混合料，使施工环境得到了明显改善。
5、适当延长施工季节
在河北北部、张家口、承德，通常条件下，沥青路面铺筑最晚时间10月20日为分界线，无风、阳光充沛点的条件下，空气温度在15-18℃，若刮风、天阴时，空气温度不足10℃，《公路沥青路面施工技术规范》规定铺筑厚度小于6cm时应停止施工。采用温拌技术可延长10-20天。下面一组数据可以证明温拌技术的可行性、可操作性和可靠性。
施工环境
热拌25℃正常施工
低温或冬季施工
热拌
温拌
增温热拌
增温温拌
摊铺温度>℃
165
165
130
185
150
复压结束温度>℃
115
115
90
115
90
有效碾压时间，min
11
6
11
7
15
施工压实度，%
97.4
94.5
97.8
95.1
98.6
5.1可靠性、可操作性检验
为了更好开发和利用温拌技术，在节能减排深入向前发展，交通运输部、公路科学研究对温拌沥青混合料与热拌沥青混合料在矿料、沥青、级配一致的前提下进行了对比试验，试验结果见下表：

项目
马歇尔稳定度
（KN）

流值
（mm）
进水马歇尔残凿稳定度（%）
冻融劈裂残凿稳定度（%）
车辙试验动稳定度（次/mm）

渗水系数
（ml/min）
温拌AC-13
11.3
2.4
85.9
86.3
2057
40
热拌AC-13
13.3
2.55
81.5
81.5
1294
40
规范规定值
≥8
1.5-4
≥80
≥75
≥1000
<120
从上表可以看出，采用温拌沥青混合料与未掺温拌剂的热拌沥青混合料、马歇尔试验结果相比较，基本持在一个水平上，路用性能指标略好热拌沥青混合料的技术参数。这就说明了掺入温拌沥青混合料对沥青没有产生负面影响。
5.2技术经济指标分析
5.2.1条件
中面层结构设计AC-20C型密级配掺入抗车辙改性剂的沥青混凝土，抗车辙改性剂掺量4‰、试件密度2.530g/cm3、沥青用量4.2%（该项试验是委托有甲级资质的天津市政工程质量检测中心完成）。
5.2.2温拌剂的掺量确定
温拌剂的掺量是美德维实伟克（中国）投资有限公司进行技术指导，掺量为沥青质量的5%，每吨温拌剂15000元/吨。通过计算，每吨沥青混合料掺入温拌剂增加成本32.55元/吨。
6. 体会
我们LM3项目经理部是专业路面施工企业，曾经完成过多种改性沥青路面的施工，如SBS改性沥青路面、SBR改性沥青路面、SBS+SBR复合改性沥青路面、SBR+聚脂纤维路面、橡胶沥青路面、Duroflex改性沥青路面开发、研究和应用等路面的开发和施工，并在隧道沥青路面中掺入温拌剂的施工。本次在张涿高速公路隧道中应用温拌沥青混合料的铺筑施工是我们在节能环保方面，在张涿临时筹建处相关领导的大力支持下完成的此项工作，在沥青表面的施工时我们进一步总结该项技术的可行性、可操作性，为形成一套较一流施工和质量控制方法，做进一步的努力。