温拌沥青混合料现状及存在问题

1、第31卷第4期2009年2月武汉理工大学学报JOURNALOFWUHANUNIVERSITYOFTECHNOLOGYVol.31No.4Feb.2009DOI:10.3963/j.issn.167124431.2009.04.046温拌沥青混合料现状及存在问题刘至飞,吴少鹏,陈美祝,胡德明(武汉理工大学材料科学与工程学院,武汉430070)摘要:温拌沥青混合料与传统的热拌沥青混合料相比,其拌和和压实温度相对较低,放,并具有较好的路用性能,是一种新型的节能环保型道路材料,用中不可避免地碰到了一些问题。,总结了温拌沥青混合料的特点,。关键词:温拌沥青混合料;中图分类号:TU:A文章编号:16712

2、4431(2009)0420170204StatusandProblemsofWarmMixAsphaltLIUZhi2fei,WUShao2peng,CHENMei2zhu,HUDe2ming(SchoolofMaterialsScienceandEngineering,WuhanUniversityofTechnology,Wuhan430070,China)Abstract:Comparedwithhotmixasphalt(HMA),warmmixasphalt(WMA),whichreducesthemixingandcompactiontemperaturesandenergyco

3、nsumptionandemissions,whilemaintainingthequalityofHMA,isanewenergy2savingandenvi2ronment2friendlypavingmaterial,withabroadprospect.Inevitably,therearesomeproblemsinthedevelopmentofwarmmixasphalt.Inordertodevelopthewarmmixasphaltandpromptthesustainabledevelopmentofpavement,theexistingcharacter2istics

4、ofthewarmasphaltmixaresummedup,theprincipleofexistingtechnologiesandthestatequoareanalyzed.Anditgivesemphasistoareviewonproblemsofwarmmixasphaltinapplication.Keywords:warmmixasphalt;mixingtemperature;technologyprinciple当前,能源紧张和大气污染是人类共同面临的两大严峻挑战。为保护生态环境,世界各国严格控制二氧化碳和其它有害气体的排放,节能和环保已成为全社会关注的热点问题,同时节能

5、和环保也是衡量一种应用技术成熟与否的关键指标因素1。温拌沥青混合料技术的应用,将实现道路建设中能源成本的节约,同时也降低了对环境的污染,成为近年来沥青路面材料领域一项很有前景的新兴技术2。1温拌沥青混合料概述沥青混合料的生产是道路工程中能耗大户3。传统的热拌沥青混合料(HotMixAsphalt,HMA)是一种热拌热铺材料,在拌和、摊铺及碾压时需要较高的温度,因而在生产和施工的过程不仅要消耗大量能源,而且排出大量的废气和粉尘,影响周围的环境质量和施工人员的身体健康,同时沥青还会产生热老化而影响其路用性能。特别是在长隧道沥青路面施工中,热拌沥青混合料在隧道内所造成的高温和有害气体环境对施工人员和

6、设备的危害就更大。冷拌沥青混合料,尽管在环保、能耗等方面有一定的优势,但由于其路用性能收稿日期:2008211215.基金项目:西部交通建设科技项目(200631800076).作者简介:刘至飞(19852),男,硕士生.E2mail:liuzhifei 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 第31卷第4期刘至飞,等:温拌沥青混合料现状及存在问题171不稳定,一般只用于路面养护4,5。为了降低能源消耗和废气排放,人们开始研制一种新的节能环保型沥青混合料,即温拌沥青混合

7、料(WarmMixAsphalt,WMA),其特点如表1所示。WMA是一类拌和温度介于热拌沥青混合料(150180)和冷拌沥青混合料(10)之间,性能达到(或接近)热拌沥青混合料的节能环保型沥青混合料。就40目前的技术水平而言,WMA的拌和温度一般保持在110120,摊铺和压实温度为80110,相对于HMA,温度降低了30以上6,7。国内外大量的试验研究资料表明,与其它沥青混合料相比,温拌沥青混合料具有高性能、低排放、低能耗的特点2。表1温拌沥青混合料和其它沥青混合料的比较冷拌沥青混合料拌和温度性能能耗有害气体规范标准经济成本施工应用约1040路用性能不稳定低几乎无有标准的试验方法和规范低热拌

8、沥青混合料150180温拌沥青混合料约110120性能好但长期性能有待验证相比20%左右相比HMA高约3美元/t相比HMA工期长运输方便目前处于试探阶段性能好高应用广泛技术成熟2温拌沥青混合料技术原理沥青的粘结和润滑作用是影响沥青与集料的粘附性能和沥青混合料压实效果的重要因素。沥青的粘结作用使混合料易于成型而不致松散,而沥青的润滑作用使矿料颗粒就位而不致被压碎。沥青混合料的拌和温度和压实温度影响着沥青的粘结作用和润滑作用8。温拌沥青混合料主要通过一定的技术措施使得沥青能够在相对较低的温度下很好地裹覆在集料上,具有良好的粘结和润滑作用,从而使沥青能在相对较低的温度下进行拌和及施工,同时保持混合料

9、使用性能不低于HMA。目前的温拌技术可以大致分成2种原理:1)在混合料拌和时,通过载体或者直接引入的水分,与热熔状的沥青接触产生大量蒸气,造成沥青体积膨胀形成泡沫沥青,沥青和易性增加使其可以在较低的温度下充分包裹集料,从而实现混合料在较低的温度下进行拌和和压实。该技术的主要影响因素有:添加的水量、添加水的方式和沥青的温度。表29给出了不同厂家采用该原理生产温拌沥青混合料的实例。2)加入低熔点的有机添加剂到沥青或者混合料中(见表3),从而改变沥青的粘温曲线,降低拌和温度。这种有机物熔点一般在90左右,因此混合料的拌和温度一般只能降到有机物的熔点以上。有机物必须慎重选择9,10,因为有机物的熔点必

10、须高于环境的最高温度,否则沥青路面容易产生永久变形,还要考虑有机物是否会使沥青在低温变脆而影响沥青路面的低温抗裂性。表2通过产生泡沫制备温拌沥青混合料的技术名称AdveraAspha2MinLEA、EBE、EBT3种技术LTAsphaltWAM2FoamEvothermDoubleBarrelGreenTerexWarmMixAsphaltUltrafoamGX厂家PQHubbardFaircoNynasShellMeadWestvacoAstecTerexGencor技术原理含水量约20%的合成沸石占混合料0.3%含水量约20%的合成沸石占混合料0.3%部分集料含水分发泡添加含水的填料占混合

11、料0.5%1%先加软沥青和水,产生泡沫,再加硬沥青,并掺抗剥落剂利用乳化沥青中水分产生泡沫,并掺抗剥落等多种改性剂改进设备直接加水产生泡沫,添加的水分占沥青的1%2%改进设备直接加水产生泡沫,添加的水分占沥青的2%改进设备直接加水产生泡沫,添加的水分占沥青的1%2%降温效果/拌和温度降温2530降温2030拌和1009011012085115116135120左右120左右 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 武汉理工大学学报2009年2月172表3通过添加有机物制

12、备温拌沥青混合料的技术名称SasobitAsphaltan2BLicomontBS100、Subit厂家SasolWaxRomontaClariant添加剂掺量/%占沥青的2占沥青的2.5占沥青的3降温效果/降低2030降低2030降低2030性质脂肪烃脂肪烃脂肪酸3温拌沥青混合料的发展现状京都议定书规定到2010年,所有发达国家二氧化碳、甲烷、氧化亚氮等6种温室气体的排放量要比1990年减少5.2%,正是环保节能的要求促进了WMA的发展。在2000年欧洲沥青国际会议上第一次提出WMA之后,世界各国开始大力研究、应用WMA,图1给出了不同年份温拌沥青混合料的使用量。从图1中可以看到,温拌沥青混

13、合料的生产量增长非常迅速,从2001年到2003年仅3年时间其用量就增加近4倍,到了2005年仅仅采用Evotherm温拌技术生产的混合料数量就已超过了2001;而2005年总共才3种WMA技术,到了2007年采用Evothermt可见温拌技术的发展非常迅猛。到了2008年WMA,可以看出WMA2002,年建设。2005年由美国沥青路面协会(NAPA)(FHWA)发起组建温拌沥青混合料技术研究组(WarmMixAsphaltTechnicalWorkingGroup)。2007年3月,美国公路联合研究项目(TheNationalCooperativeHighwayResearchProgram

14、NCHRP)开始着手温拌沥青混合料技术的配合比设计(Project09243),计划于2010年3月完成,这项研究目的在于制定出温拌沥青混合料级配设计和性能测试规范,从而为温拌沥青混合料的施工进行技术指导。2008年3月,NCHRP开始研究温拌沥青混合料的施工性能和气体排放以及路用性能(Project09247),计划于2011年9月完成。目前在美国有200多个温拌沥青混合料的建设或试验项目,几乎所有的州都在研究温拌沥青混合料,德州和加州已经开始把温拌沥青混合料采纳到他们的规范中。我国温拌沥青混合料技术研究起步于2005年,当年9月由交通部公路科学研究院、同济大学、北京路桥路兴物资中心与美国M

15、eadWestvaco公司合作研发的我国第一条温拌沥青混合料路面在北京八达岭高速铺筑试验路。2006年9月,我国铺设了世界上第一条改性沥青SMA温拌试验路,2008年5月,我国在河北省铺设了世界上第一条橡胶沥青的温拌试验路。我国的温拌技术主要引进国外的温拌技术专利,进行技术上的消化吸收。西部交通建设科技项目“温拌沥青混合料应用技术研究”课题于2006年开始进行研究,预期的主要研究成果:温拌沥青混合料的设计方法和性能评价方法,编制温拌沥青混合料技术指南。4温拌沥青混合料应用中存在的问题1)设计规范急需制定目前温拌沥青混合料一般都是借鉴热拌沥青混合料的设计方法,但其不同于热拌沥青混合料的技术原理决

16、定了其设计方法应该有其自身特点。材料技术要求、试验配合比设计等指标计算方法、检验指标及方法等,应该针对温拌沥青混合料的特点以及气候条件来进行。目前国内外正在准备制定出温拌沥青混合料级配设计和性能测试规范,这有利于温拌沥青混合料的应用与推广。2)原材料来源有待扩大温拌沥青混合料的原料范围还很狭窄,目前一般只采用性能良好的集料,而劣质集料、固体废料等在温拌沥青混合料中的应用还很少见。随着绿色理念的深入人心,研究开发路面绿色材料,推广应用可再生、低能耗、轻污染路面材料已经成为一条建设资源节约型、环境友好型和谐社会的必然之路。绿色建材的特征之一是其生产所用原料尽可能少用天然资源,大量使用尾矿、废渣、垃

17、圾等废弃物。因此,今后大力发展不同固体废料在温拌沥青混合料中的应用,一方面可降低其成本,同时可有利于道路材料的可持续发展。 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 第31卷第4期刘至飞,等:温拌沥青混合料现状及存在问题1733)温拌技术成本较高目前温拌技术的成本相比热拌沥青混合料而言,大约高3美元/t,这提高了道路初建成本。很多承包商就是因为需要更多的初建成本而放弃了温拌混合料的应用。那么,今后一方面急需开发出各种高性能低成本温拌沥青混合料技术,降低经济成本以推动温拌沥

18、青混合料的发展和应用,另一方面应运用全寿命周期分析方法来计算温拌沥青路面的综合效益。4)长期路用性能有待跟踪评测美国沥青技术中心(NCAT)报告11指出温拌沥青混合料的一个缺陷是在低温条件下强度下降明显,这说明了在低温条件下温拌沥青混合料存在水损害现象,这主要是由于集料不完全干燥,集料表面膜的水导致水损害。添加适量的消石灰可以提高混合料的抗水损害性能。由于缺乏对温拌沥青混合料铺筑的路面进行长期性能跟踪评测,应先开展深入系统的室内研究和试验路观测温拌沥青混合料路面的各种路用性能,特别是长期性能有待进一步的研究。目前阻碍温拌沥青混合料的应用主要是由于成本的增加和长期性能的不确定性。5)节能环保评价

19、不足据国家环境分析测试中心检测,采用温拌技术可节省加热燃油20%至30%,同时减少二氧化碳排放50%,摊铺时减少沥青烟90%。,具有节能和环保的优点,究,从而推动温拌沥青混合料的发展。6)温拌沥青混凝土功能单一,、抗低温缩裂性能、抗滑性能等,沥青路面要更加凸显出以人为本的理念,提高其安全性与舒适度。因此,温拌技术今后在排水降噪、融雪化冰、太阳能利用等一些特殊功能沥青路面中的应用将有更为广阔的空间。例如橡胶改性沥青混合料具有降噪功能,并且能够改善低温性能;但是其生产过程中拌和、压实温度高,而且排放大量废气、粉尘,环境污染严重,因而橡胶改性沥青混合料生产仅限于每天1000t。温拌技术的采用将有助于

20、在橡胶改性沥青混合料的大面积推广应用,同时又可以推动温拌沥青混凝土路面降噪功能的开发。5结语资源节约、环境友好是经济社会发展的客观要求,也是道路行业可持续发展的必然选择。温拌沥青混合料是一种绿色、节能、环保的新型的道路材料,随着科技的进步,温拌沥青混合料具有更广阔的发展与应用前景。参考文献1赵剑强.公路交通与环境保护M.北京:人民交通出版社,2002.2JonesW.WarmMixAsphaltA2state2of2the2artReviewR.Australia:AustralianAsphaltPavementAssociation,2001.3李祝龙,丁小军,赵述曾,等.沥青混合料应用中的环境保护J.交通运输工程学报,2004,4(4):124.4杨小姻,李淑明,史保华.温拌沥青混合料的技术与应用分析J.石油沥青,2007,21(4):58261.5徐世法.高节能低排放型温拌沥青混合料的技术现状与应用前景J.公路,2005(7):1952197.6JoeWButton,CindyEstakhri,AndrewWimsatt.ASynthesisofWarm2mixAsphaltR.Texas:TexasTransportationInsti2tuteandTexasA&MUniversi