（市政工程专业论文）温拌沥青混合料材料与性能评价研究.pdf

摘要 温拌沥青混合料是一种“绿色环保型”的新型沥青混合料，它的生产及施工温度介于热拌沥 青混合料和冷拌沥青混合料之间，同时又能保持和热拌沥青混合料基本相同的使用品质。温拌沥 青混合料不仅能够节约能源，还能有效降低有害气体和粉尘的排放，因此，在日益注重节能环保 的今天，研究和开发温拌沥青混合料技术具有十分重要的意义。本文选择了s 嬲o b i t 沥青混合料、 s e a m 沥青混合料、s e a m + s 嬲o b i 囤沥青混合料，以及乳化沥青温拌混合料作为研究对象，对 它们进行系统的材料与性能试验研究，并进行综合的对比分析与评价。 采用高速剪切和人工搅拌两种方式分别制备s a s o b i t 温拌沥青，通过改性沥青离析试验研究 了s a s o b i t 温拌沥青的制备工艺；通过沥青针入度试验、软化点试验、延度试验和布氏旋转粘度 试验研究了s a s o b i t 对沥青性能的影响。研究结果表明，s a s o b i t 温拌沥青制备工艺简单，仅需 简单的人工搅拌即可制得；s a s o b i t 能够减小基质沥青高温时的粘度，增大其低温时的粘度，而 且随着s a s o b i t 掺量的增加，沥青的针入度减小、针入度指数p i 增大、软化点增大、低温延度 减小。 通过变温度击实马歇尔试验，研究了分别掺加s a s o b i t 和s e a m 改性剂，以及同时掺加这 两种改性剂对沥青混合料压实特性的影响。研究结果表明，混合料的空隙率和矿料间隙率都随击 实温度的降低而增大，但沥青饱和度、毛体积相对密度和稳定度都随击实温度的降低而减小，且 它们与击实温度均具有较好的线性关系。 通过等粘温度法和变温度击实马歇尔试验，确定了各温拌沥青混合料的拌和及压实温度，相 比于普通热拌沥青混合料和s b s 改性沥青混合料，s a s o b i t 沥青混合料的拌和及压实温度降低了 约2 0 和4 0 ，s e a m 沥青混合料降低了约2 5 和4 5 ，s e a m + s a s o b i t 沥青混合料和乳化沥 青温拌混合料降低了约3 0 和5 0 ，表明温拌沥青混合料降温效果显著。 通过马歇尔稳定度试验，研究了s e a m 沥青混合料和s e a m + s a s o b i t 沥青混合料强度随龄 期变化的规律，研究结果表明，两种沥青混合料的马歇尔稳定度均随养生时间的延长而增大，养 生1 0 天后强度基本趋于稳定。 通过马歇尔稳定度试验、车辙试验、低温弯曲试验、浸水马歇尔试验、冻融劈裂试验，以及 重复弯曲疲劳试验对比评价了各温拌沥青混合料的路用性能。研究结果表明，各温拌沥青混合料 的高温性能均优于普通热拌沥青混合料；s a s o b i t 沥青混合料的低温抗裂性、水稳定性及抗疲劳 性能与普通热拌沥青混合料基本相当；s e a m 沥青混合料和s e a m + s a s o b i t 轻) j 青混合料的低温 抗裂性与普通热拌沥青混合料基本相当，但水稳定性及抗疲劳性能较差，通过掺加液体抗剥落剂 能够提高它们的水稳定性；乳化沥青温拌混合料的水稳定性和抗疲劳性能均优于普通热拌沥青混 合料，低温抗裂性与普通热拌沥青混合料基本相当。 通过温拌沥青混合料的经济与社会效益分析，表明温拌沥青混合料虽然成本略有增加，但大 大降低了能源消耗及有害气体的排放，具有显著的经济和社会效益。 关键词：温拌沥青混合料；s a s o b i t ；s e a m ；温拌乳化沥青；降温效果；压实特性；路用性能 a b s t r a c t w a r mm i xa s p h a l t ( w m a ) i san e wk i n do fa s p h a l tm i x t u r e 诵lg r e e na n de n v i r o n m e n t a l p r o t e c t i o n i t st e m p e r a t u r eo fp r o d u c t i o na n dc o n s t r u c t i o ni sb e t w e e nh o tm i xa s p h a l t ( h m a ) a n d c o l dm i xa s p h a l t ( c m a ) ，a n di tc o u l da l s om a i n t a i nt h es a n l ep e r f o r m a n c e sa sh m a w m ac o u l d n o to n l yg a v ee r l c t g yb u ta l s op r o t e c t e n v i r o n m e n t t h e r e f o r e ，r e s e a r c h i n ga n dd e v e l o p i n gt h e t e c h n o l o g yo fw m aw i l lh a v ei m p o r t a n ts i g n i f i c a n c e si nt h ed a yt h a tp a y sa t t e n t i o nt oe n e r g ys a v i n g a n de n v i r o n m e n t a lp r o t e c t i o ni n c r e a s i n g l y t h i sp a p e rs e l e c t e dt h es a s o b i t a s p h a l tm i x t u r e ，t h e s e a ma s p h a l tm i x t u r e ，t h es e a m + s a s o b i t a s p h a l tm i x t u r ea n dt h ew a r mm i x e de m u l s i f i e da s p h a l t m i x t u r ea sr e s e a r c ho b j e c t s ，a n ds t u d i e ds y s t e m i c l yt h e i rm a t e r i a l sa n dp e r f o r m a n c e s ，t h e np r o g r e s s e d t h es y n t h e t i c a lc o n t r a s ta n a l y s i sa n de v a l u a t i o n t h ea s p h a l t 谢n ls a s o h i t w a sp r e p a r e db yh i g h s p e e dc u t t i n ga n dh a n d - m i x i n g ，a n di t s p r e p a r a t i o nt e c h n o l o g yw a gs t u d i e db yt h es e g r e g a t i o nt e s to fm o d i f i e da s p h a l t t h ep e n e t r a t i o nt e s t ， t h es o f t e n i n gp o i n tt e s t t h ed u c t i l i t yt e s ta n dt h eb r o o k f i e l dv i s c o s i t yt e s tf o ra s p h a l t 、e r ed o n et os t u d y t h ei m p a c to fs a s o b i t o nt h ep r o p e r t i e so fa s p h a l t ，n l er e s e a r c hi n d i c a t e dt h a ti tw a se a s yt op r e p a r e t h ea s p h a l t 诵t l ls a s o b i t b ys i m p l eh a n d - m i x i n g s a s o b i t c o u l dr e d u c et h ev i s c o s i t yo f b a s ea s p h a l t i i lh i g ht e m p e r a t u r ea n di n c r e a s ei t sv i s c o s i t yi nl o wt e m p e r a t u r e a l s o ，w h e nt h eq u a n t i t yo f s a s o b i t i n c r e a s e d ，t h ep e n e t r a t i o na n dd u c t i l i t yi nl o wt e m p e r a t u r er e d u c e d ，b u tt h ep e n e t r a t i o n i n d e xa n ds o f t e n i n gp o i n ti n c r e a s e d t h ep a p e rs t u d i e dt h ei m p a c to fs a s o b i t a n ds e a ma n dt h et w om o d i f i e r so nt h ec o m p a c t i o n c h a r a c t e r i s t i c so fa s p h a l tm i x t u r eb yt h em a r s h a l lt e s to fc h a n g i n gc o m p a c t i o nt e m p e r a t u r e s t h er e s u l t s i n d i c a t e dt h a tw h e nt h ec o m p a c t i o nt e m p e r a t u r e sd e c r e a s e d v va n dv m ao fa s p h a l tm i x t u r e s i n c r e a s e d ，w h i l ev f aa n dm sa n db u l ks p e c i f i cg r a v i t yd e c r e a s e d ，a n dt h e s ep a r a m e t e r sh a dw e l l l i n e a r i t yc o n n e c t i o n sw i t hc o m p a c t i o nt e m p e r a t u r e s t h ep a p e rd e t e r m i n e dt h et e m p e r a t u r e so fm i x i n ga n dc o m p a c t i o no fw m a b yt h ec u r v eo f v i s c o s i t ya n dt e m p e r a t u r ea n dt h em a r s h a l lt e s to fc h a n g i n gc o m p a c t i o nt e m p e r a t u r e s 1 1 1 et e m p e r a t u r e o fm i x i n ga n dc o m p a c t i o no fs a s o b i t a s p h a l tm i x t u r ec o u l dd e c r e a s eb y2 0 。ca n d4 0 c o m p a r e d w i mt l l a to fl i m aa n ds b sm o d i f i e da s p h a l tm i x t u r e ，a l s ot h a to fs e a ma s p h a l tm i x t u r ed e c r e a s e db y 2 5 ca n d4 5 ，t h a to fs e a m + s a s o b i t a s p h a l tm i x t u r ea n dw a r mm i x e de m u l s i f i e da s p h a l tm i x t u r e d e c r e a s e db y3 0 。ca n d5 0 ( 2 t h er e s u l t ss h o w e dt h a tt h et e m p e r a t u r e - l o w e r e de f f e c tw a so b v i o u s t h ep a p e rs t u d i e dt h ec h a n g i n gr e g u l a t i o no fi n t e n s i t yo fs e a ma s p h a l tm i x t u r ea n d s e a m + s a s o b i t a s p h a l tm i x t u r e 、而n 1m a t u r i t y i tw a sf o u n dt h a tm so ft h et w oa s p h a l tm i x t u r e s i n c r e a s e dw h e nt h et i m eo f c u r i n gp r o l o n g e d ，a n dt h ei n t e n s i t yb e c a m es t e a d ya f t e r10d a y s t h ep a v e m e n tp e r f o r m a n c e so fw m aw e r ec o n t r a s t e da n de v a l u a t e db yt h em a s h a l lt e s t t h e r u t t i n gt e s t ，t h eb e n d i n g - b e a mt e s ti nl o wt e m p e r a t u r e ，t h ei m m e r s i o nm a s h a l lt e s t ，t h ef r o s tt h a w i n g a n ds p l i t t i n gt e s ta n dt h ec r o o k e df a t i g u et e s t i tc o u l db ec o n c l u d e dt h a tt h eh i g ht e m p e r a t u r es t a b i l i t y o fw m aw a sh i g h e rt h a nt h a to fh m a ；t h ec r a c kr e s i s t a n c es t a b i l i t yi nl o wt e m p e r a t u r ea n dm o i s t u r e s t a b i l i t ya n dt h ea b i l i t yo ff a t i g u er e s i s t a n c eo fs a s o b i t a s p h a l tm i x t u r ew e r et h es a m ea st h a to f h m a ；t h ec r a c kr e s i s t a n c es t a b i l i t yi nl o wt e m p e r a t u r eo fs e a ma n ds e a m + s a s o b i t a s p h a l t m i x t u r ew e r et h es a m ea st h a to fh m a ，b u tt h e i rm o i s t u r es t a b i l i t ya n da b i l i t yo ff a t i g u er e s i s t a n c e w e r el o w e rt h a nt h a to fh m a ，t h em o i s t u r es t a b i l i t yc o u l db ee n h a n c e db ya d d i n gt h el i q u i d a n t i - s t r i p p i n ga g e n t ；t h em o i s t u r es t a b i l i t ya n da b i l i 够o ff a t i g u er e s i s t a n c eo f w a i t nm i x e de m u l s i f i e d a s p h a l tm i x t u r ew e r eh i g h e rt h a nt h a to fh m a ，i t sc r a c kr e s i s t a n c es t a b i l i t yi nl o wt e m p e r a t u r ew a s t h es a m ea st h a to f h m a i i t h ep a p e ra n a l y z e dt h eb e n e f i to fe c o n o m ya n ds o c i e t yo fw m a ，t h ea n a l y s i si n d i c a t e dt h a t a l t h o u g ht h ec o s to f w m a w a sh i g h e rt h a nt h a to f l i m a ，w m ad e c r e a s e dt h ee n e r g yc o n s u m p t i o na n d t h ee m i s s i o no f h a r m f u lg a sa n dd u s tg r e a t l y ，s oi th a sr e m a r k a b l ee c o n o m i ca n ds o c i a lb e n e f i t k e yw o r d s ：w a r m m i xa s p h a l t ；s a s o b i t ；s e a m ；w a r me m u l s i f i e da s p h a l t ；t e m p e r a t u r e 。l o w e r e d e f f e c t ；c h a r a c t e r i s t i c so fc o m p a c t i o n ；p a v e m e n tp e r f o r m a n c e s i i i 北京建筑工程学院 硕士学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下， 独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外， 本论文不含任何其他个人或集体己经发表或撰写过的作品成果。对 本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标 明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名：4 谲 日期：力口g 年，2 月彳日 授权书 本人同意将所著硕士学位论文温拌沥青混合料材料与性能评 价研究著作权中的数字化制品复制权、信息网络传播权和汇编权 授权丑匕塞建篁至程堂院婴究生丝行使。上述授权的范围包括：韭立 建筑工程学院自己使用或委托他人使用。 本人保证为该论文作者，依法享有著作权，并愿承担因著作权 问题引起的责任。 丑匕宝建篁工程堂暄须依照我国著作权法的有关规定，充分尊重 本人享有的著作权权利( 包括获酬权) 。 本授权有效期年。 作者联系方式： 地址： 电话： 手机： 论文作者：i 鞴 ( 签章) 工叼g 年压月) 6 日 邮编： 传真： 电子信箱： 1 1 研究意义 第一章绪论 当前，我国道路工程建设正处于快速发展时期，沥青路面以其良好的路用性能在道路工程建 设中占据着相当大比例。在沥青路面施工中经常使用两种类型的沥青混合料，一种是冷拌沥青混 合料( c o l dm i xa s p h a l t ，c m a ) ，一种是热拌沥青混合料( h o tm i xa s p h a l t ，h m a ) 。冷拌沥青 混合料( c m a ) 一般采用乳化沥青或液体沥青与矿料在常温状态下拌和、铺筑，无需对沥青结 合料和矿料进行加热，因而可以节约大量能源，减少废气排放。但冷拌沥青混合料的路用性能与 热拌沥青混合料相比有较大差距，难以满足高速公路、重载交通道路等重要工程的要求【l 】。而热 拌沥青混合料( h m a ) 是目前应用最为广泛，路用性能最为良好的一种混合料，适用于各种等 级公路的沥青路面。它通常是将沥青从常温加热到1 6 0 左右，矿料从常温加热到1 6 0 1 8 0 ， 然后再将沥青和矿料在1 6 0 左右的高温下进行拌和，拌和后的沥青混合料温度不低于1 5 0 ， 以保证正常的摊铺和碾压1 2 。近年来，为改善沥青混合料的路用性能，大量使用了s b s 等聚合物 改性沥青，而且提高了施工中对沥青路面压实度的要求，这都使得沥青混合料的拌和及压实温度 相应提高。将沥青和矿料加热到如此高的温度，不仅要消耗大量的能源，而且在生产和施工过程 中还会排放出大量的有害气体( 如c o 、c 0 2 、s 0 2 及n o x 类等) 和粉尘，严重影响周围的环境 质量和施工人员的身体健康。 2 0 0 5 年1 1 月，胡锦涛主席在北京国际可再生能源大会上致辞说：随着世界经济的不断发展， 能源和环境问题日益突出。如果能源和环境问题得不到有效解决，不仅人类社会可持续发展的目 标难以实现，而且人类的生存环境和生活质量也会受到严重影响【3 j 。可见，环境污染和能源枯竭 已得到全球范围的关注。为保护生存环境，节约能源，世界各国都对温室气体、有害气体以及固 体粉尘等排放进行了严格限制。1 9 9 7 年联合国气候大会通过的京都议定书将严格限制包括 c 0 2 在内的6 种温室气体的排放量，并于2 0 0 5 年2 月正式生效。作为京都议定书的签约国， 我国在“十一五”规划纲要中明确提出到2 0 1 0 年单位国内生产总值( g d p ) 能源消耗降低2 0 ， 主要污染物排放总量减少1 0 的约束性指标。党的十七大报告也提出要“加强能源资源节约和 生态环境保护，增强可持续发展能力”。在道路工程建设中，沥青混合料的生产是能源消耗与环 境污染的大户。德国研究数据表明，每生产1 吨热拌沥青混合料需消耗8 升燃料油【4 】。我国的测 试数据表明，在生产过程中热拌沥青混合料排放出2 6 m g m 3 的二氧化碳( c 0 2 ) ，1 0 4 m g m 3 的 一氧化碳( c o ) ，1 5 1 m g m 3 的氮氧化物( n o x ) ，以及5 6 m g m 3 的烟尘等废气。可以说，使用 热拌沥青混合料的负面影响就是环境的破坏、能源的浪费和人的生存圈的缩小，这与我国发展绿 色的和可持续的道路是背道而驰的【2 j 。因此，十分有必要开发一种“绿色环保型”的新型沥青混 合料来取代热拌沥青混合料，它就是温拌沥青混合料( w a r mm i xa s p h a l t ，w m a ) 。温拌沥青混 合料可以同时兼具热拌沥青混合料和冷拌沥青混合料的优点，它的拌和与摊铺温度比传统的热拌 沥青混合料低3 0 以上，可以大大降低能源的消耗，减少对周围环境和施工人员的危害，同时 又能保持与热拌沥青混合料基本相同的使用品质。 国内外大量的室内和现场研究资料表明，相对于热拌沥青混合料，温拌沥青混合料具有以下 优点： ( 1 ) 节约能源。根据有关资料，沥青混合料拌和温度从1 6 0 1 7 0 降至1 2 0 ，可降低能 源消耗3 0 左右p j 。 ( 2 ) 保护环境。较低的拌和及摊铺温度可大大减少拌和厂与铺筑现场周围有害气体、烟雾 及粉尘等的产生，减少对环境的污染和对人身体健康的损害。 ( 3 ) 较低的生产设备损耗。由于生产温度降低，沥青混合料在生产过程中对钢铁制生产设 备的损耗也相应降低，可以延长设备使用期。降低设备维修成本。 ( 4 ) 由丁降低了摊铺温度，混台料可在较冷天气时施工，减小了对天气的依赖性，从而延 长了施工季节：同时，铺好后冷却剑可通车温度的时间较快，缩短了开放交通的时间j 。 ( 5 ) 相对低温拌和与施工可大夫减轻沥青老化的程度，能够使沥青更久地保持其弹性和抗 疲劳性能，提高了沥青的耐久性，从而改善了沥青混台料的路用性能。 ( 6 ) 温拌测青混台料的拌和、摊铺及碾艇等设备与热拌沥青混合料基本相同，不需要进行 大的政造。 ( 7 ) 利r 施i 组织低排放利于搅拌场的设置。同时运输距离允许更长”j 。 ( 8 ) 适用范围广，不仅适用于密级配沥青粥凝士( a c ) ，沥青玛蹄j | 旨碎石( s m a ) 、开级配 排水式沥青磨耗层( o g f c ) 等类型的沥青混合料，对于再牛沥青混合料、彩色沥青混台料、火 车c ! 径沥青混合料、浇注止澌青混音料等也能适崩j 。 f 倒为热抨沥青掘台料( h m a ) 和温拌沥青混含科( w m a ) 在生产1 ，施工过程中的对比目。 从剧中，我们可吼明显地看出温拌沥青混合料无论在生产过程中，还是在施丁过程中，其现场的 可见烟雾比热拌沥青掘台料耍少得客。 目1 1h m a 和w m 在产与施1 过程中的对圈” 在口益注重节能环保的今天，温拌沥青混f 料咀其上述优势必将成为未来沥青沮台剌技术发 展的打向2 。国外经过 几年的研究与庶州，对温拌i 【5 肯混台科的设计、生产和施t 已经有了 较为成熟的经验和技术，而我国则是在最近几年对开始研究这项技术的，尚处丁刚刚起步阶段。 因此，研究和开发温拌沥青混台科技术对我国具有十分重要的意义而且会带来显著的社会效益 和经济效益。 1 2 国内外研究与应用现状 1 2 1 温拌沥青混合料制备技术 通常，适宜于沥青混合料拌和的沥青粘度范围为0 1 5 0 1 9 p a s ，适宜压实的沥青粘度范 围为0 2 5 o 3 1 p a s 。因此，对于普通的道路石油沥青，就必须加热到1 5 0 1 7 0 的高温才具 有足够的流动性和可拌和性，否则难以与矿料拌和均匀。而对于s b s 等聚合物改性沥青，所需 要的温度则更高。因此，温拌沥青混合料制备技术的关键是如何降低拌和与压实时沥青的粘度， 即沥青粘度的减小可以使矿料在较低的温度下就能被充分裹覆，从而降低生产温度，生产出温拌 沥青混合料。 目前，温拌沥青混合料制备技术主要有以下六种： ( 1 ) a s p h a - m i n ( 沥青一矿物法) a s p h a m i n 是一种人工合成的沸石( 铝硅酸盐矿物) ，是德国e u r o v i as e r v i c e s 公司开发的 一种产品，外观为非常细的白色粉末，内部为连通多孔结构，比表面积很大，可吸收其质量2 1 的水分，这些水分会在8 5 - 1 8 2 时析出。在沥青混合料拌和过程中将a s p h a - m i n i j h k 进去， 其挥发出的水蒸气使沥青体积膨胀形成泡沫沥青，这样可降低沥青的粘度，使沥青与矿料在较低 温度下拌和均匀。e u r o v i a 公司推荐a s p h a m i n 的用量为沥青混合料质量的0 3 ，比典型的热 拌沥青混合料生产温度降低1 2 ，可以节省3 0 的燃料消耗l l l j 。 美国的g r a h a m c h u r l e y 和b r i a n d p r o w e l l 研究了a s p h a m i n 在温拌沥青混合料中的应用。 通过测试在不同温度下采用振动方式成型试件的空隙率，表明在相同压实温度下，掺加 a s p h a 。m i n 可降低沥青混合料的空隙率。通过a p a 车辙试验，表明掺入a s p h a m i n 并没有提 高沥青混合料的抗车辙能力，随着拌和与成型温度的降低，车辙深度增加。通过冻融劈裂试验， 表明掺入a s p h a m i n 后沥青混合料的劈裂强度减小，抗水损害能力降低，这可能是因为较低的 拌和与成型温度导致矿料的干燥不完全，矿料中的残留水分引起水损害【l 引。2 0 0 4 年2 月，美国 利用此项技术在f l o r i d a 的o r l a n d o 铺筑了热拌沥青混合料( 控制段) 和掺加a s p h a m i n 的温拌 沥青混合料的对比试验路。与控制段的热拌沥青混合料相比，掺加a s p h a m i n 的温拌沥青混合 料拌和与摊铺温度下降了2 0 3 0 ，降温效果显著。 ( 2 ) w a m f o a m ( 温拌沥青混合料泡沫) w a m f o a m 是由英国伦敦的s h e l l ( 壳牌) 国际石油有限公司和挪威k o l o - v e i d e k k e 公司联 合开发的一种两阶段法生产温拌沥青混合料的技术。在第一阶段先将软质沥青与矿料在1 0 0 - - 一 1 2 0 。c 左右拌和，使软质沥青完全裹附于矿料表面；在第二阶段将硬质沥青以泡沫沥青的形式喷 入并迅速拌和。由于沥青发泡后体积增加数倍且粘度明显降低，因此可在温度较低的条件( 9 0 1 1 0 ) 下拌和均匀。这种技术的关键在于必须选择合适的软、硬沥青种类以及二者的比例，以 满足混合料相应的路用性能要求。另外，在第一阶段必须保证矿料干燥，防止水分存在于矿料表 面，必要时可掺加抗剥落剂以增强抗水损害能力【1 1 。据有关资料介绍，w a m f o a m 生产过程降 低的温度可以减少3 0 的燃料消耗，3 0 的c 0 2 排放量以及5 0 - - 一6 0 的粉尘排放量【l u j 。 自2 0 0 3 年以来，w a m f o a m 在欧洲得到了广泛应用，铺筑了大量的试验路。2 0 0 6 年，意 大利s p e e df i r e n z e - p i s a l i v o m o 高速公路上的试验段就使用了该技术，获得了令人满意的结果： 比传统沥青具有更低的温度敏感性；比相应的热沥青具有更强的抗疲劳性能：从形成的破损路面 角度看，预期比传统沥青具有更长的寿命；沥青和混合料的硬度随着时间增强；沥青在弹性方面 也有提高。对拌和厂和施工现场的污染物测量结果显示，在生产过程中减少了4 0 的c 0 2 、7 0 的n o 。及7 0 的粉尘排放量l l 引。 美国专利也介绍了泡沫温拌沥青混合料技术，该技术将石料加热到1 2 0 后加入软质沥青 ( 1 0 0 。c 粘度小于0 3 p a s ) ，拌和均匀后再将硬质沥青( 2 5 c 针入度小于1 0 0 d r n m ) 发泡后喷入。 3 这种技术可节约4 0 6 0 的能量消耗，降低6 0 7 0 的c 0 2 排放量【1 4 l 【1 1 。为进一步降低拌和温度， j e v _ k i n s 开发出采用泡沫沥青制备半温沥青混合料( h a l f - w a r mm i xa s p h a l t ) 技术。这种技术拌和 温度控制在1 0 0 以下，沥青结合料全部采用泡沫形式加入。试验结果表明，采用针入度( 2 5 ) 为8 0 d m m 的沥青进行发泡后在1 0 1 与石料拌和，发现沥青可较好地包裹石料；同时在8 9 c 条 件下成型马歇尔试件，其空隙率可达到4 0 的要求。这种半温沥青混合料的疲劳寿命与热拌沥 青混合料基本相当，但其抗剪强度相对较小l j5 1 l l 】。 ( 3 ) 添加沥青降粘剂制备温拌沥青混合料 这项技术是将沥青降粘剂掺入到沥青混合料中，从化学角度来改变沥青的粘温曲线。但要注 意的是，使用沥青降粘剂的目的是降低沥青结合料的高温粘度，而不能降低沥青结合料的低温粘 度。这样既可降低沥青混合料的拌和温度，而又不影响其正常的路用性能。目前成功应用的这种 沥青降粘剂有两类：合成蜡( 如德国s a s o lw a x 公司生产的s a s o b i t ) 和低分子量酯类化合物( 如 德国r o m o n t a 公司生产的a s p h a l t a nb ) 。 s a s o b i t 被称为改性剂或“沥青流动性改善剂”，使用f i s c h e r - t r o p s c h ( 费托，f t ) 方法从 煤炭气化中获取，因此也称为f t 石蜡。s a s o b i t 的熔点约1 0 0 c ，在温度超过1 1 6 时完全溶解 于沥青结合料，减小沥青的粘度，从而降低沥青混合料的生产温度。在温度低于熔点时，s a s o b i t 会在沥青中形成网状的晶格结构以提高稳定性和抵抗车辙变形的能力。s a s o b i t 还可使较软的沥 青提高到较高等级以克服高温下的变形和泛油【8 】。s a s o lw a x 公司建议生产温拌沥青混合料时， 添加结合料质量o 8 以上的s a s o b i t ，最大不超过3 。 美国的g r a h a mc h u r l e y 和b r i a nd p r o w e u 研究了s a s o b i t 在温拌沥青混合料中的应用。通 过测试在不同温度下采用振动方式成型试件的空隙率，表明在相同压实温度下，掺加s a s o b i t 可降低沥青混合料的空隙率。通过a p a 车辙试验，表明在相同压实温度下掺加s a s o b i t 的沥青 混合料车辙深度较小，这既可能与s a s o b i t 的改性作用有关，又可能与其较小的空隙率有关。通 过冻融劈裂试验，表明对于石灰岩混合料，掺加s a s o b i t 后水稳定性明显提高；而对于花岗岩混 合料，掺加s a s o b i t 反而降低了沥青混合料的抗水损害能力。值得注意的是，掺加s a s o b i t 的沥 青混合料劈裂强度明显小于普通沥青混合料。研究结果还表明，对于s a s o b i t 的加入方式，无论 是采用将其加入热沥青中进行简单搅拌形成改性沥青的方式，还是采用将其直接投入到拌缸中与 热沥青和矿料拌和的方式，这两种方法制备的沥青混合料性能差异不大【1 6 1 。 s a s o lw a x 公司还开发了s a s o b i t 和s b s 聚合物同时改性的技术，以提高高温性能分级( p g ) 同时减少对低温性能分级的影响。s a s o b i t 和聚合物结合生成s a s o f l e x ，它是一种塑性高分子物 质( s a s o b i t ) 和弹性高分子物质( s b s ) 的复合物。塑性高分子物质成分减少了混合料在拌和 与摊铺温度时的粘性，并且在服务温度时结合料变硬，而弹性高分子物质成分则保持了低温时的 柔韧性【1 7 】【1 引。 a s p h a l m nb 是一种粒状的低分子量酯化蜡，由一种基于m o n t a n 蜡的物质与高分子碳氢化 合物混合而成。a s p h a l t a nb 的熔点约9 9 ，通过提高沥青的流动性来降低混合料的生产温度。 加入a s p h a l t a nb 可提高沥青混合料的压实性能和抗车辙能力，其掺量为结合料质量的2 4 ， 它可以加入到沥青混合料拌和机中，或是直接加入到胶结料生产机中，也可以加入到聚合物改性 胶结料中【1 7 l 【1 9 】【2 0 1 。 ( 4 ) 基于乳化沥青的温拌沥青混合料 这种技术是美国m e a d w e s t v a c o 公司近几年正在研发的制备温拌沥青混合料的新途径，在美 国称为e v o t h e r m 。该方法是将一种特制的8 0 左右的乳化沥青与加热到1 3 0 左右的矿料直接 拌和，其拌和与施工有较大的温度范嗣，混合料在1 0 0 1 2 0 时可充分搅拌，在6 0 7 0 条件 下也有较好的碾压效果，施_ l 所需设备和施工工序与热拌沥青混合料基本相同。用于生产这种特 制乳化沥青的乳化剂中含有一些添加剂，这些添加剂能够提高沥青与矿料的裹附能力，提高混合 料的施工和易性以及粘聚力。e v o t h e r m 中的水分在与高温矿料拌和的过程中以水蒸气的形式释 4 放出去，拌和完毕的温拌沥青混合料从外观上看其裹附和颜色与热拌沥青混合料没有什么差别。 研究资料表明，在达到相同的空隙率条件下，乳化沥青温拌混合料的拌和温度可比热拌沥青混合 料低4 0 ( 2 以上【5 】【2 1 1 。 美国的g r a h a l l lc h u r l e y 和b r i a nd p r o w e l l 研究了e v o t h e r m 在温拌沥青混合料中的应用。 研究表明，e v o t h e r m 能够提高旋转压实成型试件和振动压实试件的密实性，空隙率平均减少了 1 4 ，温度低至8 8 仍能改善密实。在相同的温度下，加入e v o t h e r m 提高了沥青混合料的抗 车辙能力，随着拌和成型温度的降低，车辙增加，这与结合料的老化减轻有关。a p a 和h a m b u r g 车辙试验表明乳化沥青温拌混合料具有较好的抗车辙能力。较低的成型温度增加了水损害的可能 性，主要是因为较低的拌和成型温度导致矿料干燥不完全，矿料中的残留水分引起水损害瞄j 。 ( 5 ) 利用低能量沥青( l e a ) 技术得到温拌沥青混合料 此方法来自法国f a i r c o 的l e a ( l o we n e r g ya s p h a l t ) 技术，是将湿冷的沙子( 细集料) 搅 拌到1 2 0 - - - - 1 6 0 c 干燥的覆盖有热沥青的粗集料里，水汽从集料里逸出并激发出泡沫，泡沫化的 沥青完全拌和并覆盖了集料，最终形成了温拌沥青混合料。它的摊铺碾压温度在7 0 - 9 0 ，而 且易于操作，改进了操作工的生产条件，降低了约3 0 的能耗，减少了8 0 的尘埃，减少了一半 的温室气体排放，因而它获得2 0 0 6 年法国i n t e r m a t 创新奖。荷兰在2 0 0 5 年底用l e a 技术生 产的温拌沥青混合料做了试铺。该技术需要专利许可【四j 。 ( 6 ) 基于硫磺改性的温拌沥青混合料 硫磺改性沥青技术早在2 0 世纪7 0 年代就在美国、加拿大等国家得到了广泛应用，近几年较 为成熟的技术是一种叫做s e a m 的改性剂。s e a m 是s u l p h u r - e x t e n d e d a s p h a l tm o d i f i e r 的简称， 意为“硫磺强化沥青改性剂”，它是美国洛克邦得公司开发的一种新型沥青混合料改性剂，在常 温下呈黑褐色颗粒状。s e a m 的主要成分为硫磺，硫磺在7 0 左右开始软化变为胶状体，至11 5 c 左右完全液化，与沥青相容后可以降低沥青的粘度，使混合料变得容易拌和、摊铺及碾压，因此 可以降低沥青混合料的生产及施工温度【2 3 1 。从这个意义上说，s e a m 沥青混合料也是一种温拌 沥青混合料。研究资料表明，s e a m 沥青混合料的拌和温度可以控制在1 3 0 1 4 0 。c ，压实温度 可以控制在1 2 0 - 1 3 0 ，与没有添加s e a m 改性剂的普通热拌沥青混合料相比要低2 0 3 0 。 但s e a m 沥青混合料与通过添加沥青降粘剂( 如s a s o b i t ) 制备的温拌沥青混合料有所不 同，s a s o b i t 沥青混合料在试件冷却成型后即可检测其各项性能指标，不需要养生，而s e a m 沥 青混合料在成型后需要养生一定时间才可以检测，这可能与两种改性剂的性能和掺量有关。 s a s o b i t 改性剂仅需掺加沥青结合料质量的3 左右即可达到对沥青混合料进行降温和改性的目 的，而s e a m 改性剂则可以取代2 0 4 0 的沥青，且s e a m 沥青混合料中单质硫的晶体生长需 要一定时间。 当然，目前的温拌沥青混合料制备技术远不止以上六种，但这六种技术具有普遍的代表性， 新的温拌沥青混合料技术大都是在它们的基础上研制开发出来的，例如国内外出现了许多新型的 温拌沥青混合料降粘剂，这些降粘剂在性能上与s a s o b i t 或a s p h a l t a nb 等大体相同。随着科学 技术的不断进步，今后将会出现越来越多的温拌沥青混合料技术。 1 2 2 国外研究与应用现状 温拌沥青混合料技术首先起源于欧洲。1 9 9 5 年，s h e l l 公司和k o l o - v e i d e k k e 公司最早合作研 发了温拌沥青混合料( w m a ) ，并在1 9 9 6 年进行了现场试验。但在研制和使用初期，是利用软 沥青和乳化沥青来生产温拌沥青混合料，这样生产出来的温拌沥青混合料虽然在性能上能和热拌 沥青混合料相媲美，但生产成本却高出热拌沥青混合料2 0 。为了降低成本，同时又不降低温拌 沥青混合料的性能，s h e l l 公司和k o l o v e i d e k k e 公司在1 9 9 8 年开始用泡沫沥青和软沥青生产温 拌沥青混合料( 即w a m f o a m ) ，并于1 9 9 9 年和热拌沥青混合料进行了现场对比试验，经过1 年的跟踪观测，使用性能良好。w a m f o a m 自2 0 0 0 年推出以来，经过几年的实际研究和改进， 5 已成功地在欧洲( 如瑞典、意大利等国) 和美国进行了试验路的铺筑和研究。 2 0 0 0 年，在悉尼( s y d n e y ) 第一届沥青路面国际大会和巴塞罗纳( b a r c e