温拌技术在湖南省高速公路沥青路面养护中的应用

王婷宇

(湖南省高速公路管理局，湖南长沙 410001)

温拌技术是指施工温度介于热拌沥青混合料和常温拌合混合料的沥青混合料技术，它通过使用专用添加剂降低沥青在给定温度下的粘度，从而使沥青混合料能在相对较低的温度下进行施工。以目前的技术水平，温拌的拌和温度一般在120℃左右，摊铺和碾压的温度为110℃左右，相对HMA降低了20～30℃。同时，就工程性质而言，温拌混合料WMA(Warm Mix Asphalt)又具备与HMA相当的施工和易性与路面使用性能。与传统沥青混合料相比，WMA的主要优点有:

1)WMA拌和过程中加热沥青与集料的燃油消耗减少，降低成本，节约能源;随着拌和、运输、摊铺和碾压温度的降低，沥青混合料在生产和施工的过程中的排放减少，有利健康，保护环境(图1)。

2)WMA可以减少生产过程中沥青的老化，增加沥青混合料的使用寿命;减少混合料拌和时间，减少拌和机械的磨损，增加设备生产效率;降低摊铺、碾压温度，提早开放交通。

3)WMA具有相对较宽的碾压温度范围，同时，由于与环境温度差异减少，降温速度下降，在出料温度明显下降时，反而赢得了更多的有效碾压操作时间，对解决沥青路面低温季节施工具有现实意义。

1 温拌技术发展与应用

图1 HMA与WMA从储料仓装载到运料车时的排放比较

温拌技术于1995年起源于欧洲，1996年进行了现场试验，在2000年的Euroasphalt＆Eurobitume会议上第一次提出了WMA的概念，此后，欧洲和日本等国开始大量使用WMA，2002年美国沥青路面协会(NAPA，National Asphalt Pavement Association)组织的欧洲考察标志着美国WMA技术研发的启动，并立即进行了一系列室内试验，并修筑了若干试验路，取得了令人满意的效果。初步结果显示，只要应用得当，WMA完全可以达到与HMA相当的施工和易性与路面使用性能。

我国对温拌技术的研究和应用始于2005年，北京路桥路兴物资中心和交通部公路科学研究所合作尝试研究温拌沥青混合料，同年9月，在北京国道110辅线首次成功实施温拌试验路。从此以后，温拌技术应用步伐逐步加快，到2009年年底止，我国有北京、上海、江苏、河南、辽宁等近20个省市进行了相关的研究与试验路的修筑。

就目前而言，生产WMA主要有5种方法:

1)在沥青混合料拌和过程中添加矿物质，如一种人工合成沸石Aspha-min®，使沥青在拌和过程中产生泡沫效应，从而降低沥青在给定温下的粘度。

2)使用有机添加剂，如一种Fischer-Tropsch合成石蜡Sasobit和一种低分子量酯化蜡Asphaltan B。

3)使用双组分沥青(调和沥青)，在混合料拌和的不同阶段分别投入软沥青和泡沫化的硬沥青。

4)使用应用化学添加剂技术和沥青分散技术制备的沥青乳化物，如商品名为EvothermTM一种乳化沥青。

5)无机添加剂，化工副产品—硫磺，如壳牌公司生产的SEAM添加剂。

湖南于2007由湖南省交通科学研究院进行了相关的技术研究，并于2008年在常吉高速公路修筑了1 km试验路，取得了一系列的研究成果，为温拌技术在湖南的推广应用打下了技术基础、积累了相关的工程经验。

2 温拌沥青混合料在高速公路路面养护中的应用

沥青路面在湖南省高速公路上铺筑较晚，湖南真正意义上的高速公路沥青路面是2002年建成通车的G4京港澳高速公路湖南境内的耒宜高速公路，此后，沥青路面在湖南开始大面积铺筑，已建成通车的高速公路70%以上是沥青路面，约1 400 km，目前在建的高速公路基本都是沥青路面。由于湖南高速公路沥青路面起步较晚，使用年限也不很长，沥青路面的维修养护基地还在规划建设中，而高速公路沥青的维修养护中存在点多线长，维修质量较新建路面有一定的差距，主要体现在以下方面。

1)湖南属于气候分区的1～4区，是炎热区，为解决沥青路面的高速稳定性问题，沥青路面的表面层基本上都采用了SBS改性沥青，但在严重超载的轴载、大交通流量与异常高温、雨水作用下，在一些长大上坡路段产生了较为严重的车辙，为提高路面的服务质量与安全，必须对其进行铣刨重铺处理，通过试验验证在重铺的混合料中添加了抗车辙剂。但由于铣刨路段短、点多，工程量又不大，混合料拌和场不可能随时随地建设，这就导致了有的混合料需要运输100 km以上，个别达到了150 km以上，才能到达摊铺现场，使混合料的摊铺温度难以达到标准的施工温度，有时混合料都结块不能再摊铺，现场压实度根本达不到新建路面的技术标准、渗水系数也偏大，最终是重铺路面在短时间内就出现坑洞、车辙或松散、剥落。

2)随着路面使用年限的增加，沥青不可避免地要发生老化，老化的基本特征之一就是沥青的软化点增加、延度降低、针入度减少。在湖南表层原则上采用I－D级SBS改性沥青，其软化点一般都要求达到75℃以上，个别厂家生产工艺的欠缺或技术本身的特殊要求，软化点有的还可能达到85℃以上。SBS改性沥青混合料RAP材料中的旧沥青软化点远远高于普通石油沥青混合料RAP材料中旧沥青的软化点，从而致使改性沥青RAP的再生要困难得多，《公路沥青路面再生技术规范》也明确规定“改性沥青路面的就地热再生，宜进行专门论证”，甚至有的专家还认为改性沥青RAP不能进行就地热再生。因为再生温度过高，旧料中的沥青产生二次老化的机率很大，有研究资料表明RAP材料再生温度超过170℃时，其二次老化的程度很可能会超过沥青在使用过程中的自然老化，最终结果是RAP材料中的旧沥青根本就不可能再生，所再生的沥青混合料性能就远远差于新拌混合料的性能，从而导致再生效果很差，使人们产生认识上的误差就是改性沥青混合料不能再生。沥青路面就地热再生也只能对表层4～5 cm的路面进行再生，也就是改性沥青混合料再生的机率很大;特别是对于现场热再生，需要在短短几分钟内把现场旧路面材料加热到170℃以上，这种加热强度是非常大而迅速的，这样旧路面材料产生二次老化的机率很大、程度很深，因此在常规热再生方法下生产的再生沥青混合料性能往往不能达到新拌混合料的性能就不足为奇了，长此以往就制约了再生技术的发展。

寻找新的能在较低温度下进行施工与沥青混合料再生的技术途径就刻不容缓，温拌为其提供了可行的方法。

2.1 温拌技术在铣刨重铺混合料中的应用

上面提到了SBS改性沥青路面在铣刨维修存在的问题，通过室内试验验证及分析，认为温拌技术可以解决这个技术问题。

湖南衡枣高速是国家高速公路网中泉州—南宁高速公路(简称“泉南高速”，编号G72)在湖南境内的一段，也是湖南省东西方向的公路运输大通道。主线全长186.065 m，其中 K817+997～K900+765.134为沥青路面，长82.625 km，主线沥青面层结构为4 cm改性沥青SMA－13+5 cm重交沥青AC－20+6 cm重交沥青AC－25，于2003年12月26日通车。随着车流量的逐年增加，特别是重载和超载车辆的增加，使衡枣高速公路沥青路面路段出现了一些病害，主要表现形式为车辙，通常出现在长大上坡路段。

2008、2009年对这些长大上坡路段车辙深度超过2 cm的路段进行了铣刨重铺，为提高混合料的高速稳定性，在重铺的改性沥青SMA－13混合料中添加了混合料质量3‰的路孚8000抗车辙剂。由于混合料运输距离较远，且路段与工程量比较分散，添加抗车辙剂后，混合料比普通的SMA变得更粘更稠，导致混合料运至现场后，普遍存在温度较低、表层结壳现象，使混合料产生了比较严重的温度离析，从而致使路面碾压不实、局部渗水，形成了质量隐患。为解决混合料温度过低与离析、压实不够的问题，2010年在混合料中添加了沥青质量的5%的Evotherm路益TM降粘剂(温拌剂)，但混合料的拌和、摊铺、碾压等施工温度仍按正常温度施工。添加降粘剂的目的不是进行温拌混合料的施工，而是使混合料获得更长的碾压温度区间，便于组织施工碾压，保证混合料均匀、充分压实。

从施工现场来看，2010年施工就变得容易得多，没有出现过运料车表层结壳、不能完全卸料、摊铺不开的现象，完工路面比2008、2009年施工的路面经过1～2 a的通车碾压后，更密实，渗水系数更少。2009年与2010年混合料技术指标与现场试验对比结果如表1。

从表1的试验与检测结果来看，混合料在室内的设计结果基本一致，但由于2010年混合料中掺有沥青质量的5%的“路益”温拌剂，由于“路益”兼有抗剥落剂的作用，使混合料的水稳定性有所提高，现场压实度提高到了98.8%，满足了≥98%的技术要求，现场渗水系数与平整度均有较大的提高，达到了理想的效果。见图2。

表1 SMA－13混合料技术指标与现场检测结果

2.2 温拌技术在就地热再生中的应用

就地热再生简称HIR，就是指采用专用的就地热再生设备，对沥青路面进行加热、铣刨，就地掺入一定数量的新沥青、新沥青混合料、再生剂等，经热态拌和、摊铺、碾压等工序，一次性实现对表面一定深度范围内的旧沥青混凝土路面再生的技术。它具有可实现原沥青路面材料100%的再生利用、施工速度快、对交通影响小、节约能源、利于环保等优点。2010年在我省衡大高速公路上进行了试验性铺筑。

衡大高速公路是国家重点公路江西吉安至邵阳的一段，于2005年年底建成通车，目前已建成通车近9 a。衡大高速公路是衡阳市区连接对外交通“主动脉”—京港澳高速公路G4的快捷通道。随着衡炎高速的贯通以及周围路网的连通，全线车流量与重载车的比例逐年增加，衡大高速公路沥青路面部分路段出现了不同程度的局部损坏现象，主要表现形式为车辙病害，个别最大车辙深度达到了7 cm，平均车辙深度达到了2.8 cm，给行车舒适性和安全造成了较大的影响。衡大高速公路沥青层为4 cm SBS改性沥青AC－13+5 cm石油沥青AC－20+6 cm石油沥青AC－25。沥青路面再生在我省还是初次应用，特别是对于SBS改性沥青的就地热再生技术，根本没有任何技术经验，为了搞好衡大高速就地热再生的试验路段，湖南省交通科学研究院会同施工、业主单位进行了充分的调查，经过技术分析与大量的室内试验，最后决定采用省交科院承担的“沥青路面温拌再生关键技术研究”课题研究成果，进行就地温再生。

图2 现场渗水情况

温拌技术，可以显著提高再生沥青混合料的施工和易性，减少操作难度，同时温拌有效碾压温度区间的延长可以极大程度地促进再生沥青混合料的碾压，在无法提高加热温度的条件下促进压实，保证再生路面的施工质量，成功解决现场热再生工艺发展瓶颈。就地温再生具有以下优势:

1)同样级配材料组成条件下，温拌施工温度比热拌低20～30℃左右，在现有无法进一步提高现场热再生加热温度的条件下保证压实，提高施工质量。

2)提高再生沥青混合料的施工和易性，便于操作，施工接缝更加容易，有利于单车道分幅摊铺，纵向接缝质量提高，同时增强再生层与下承层之间的粘结。

3)温拌表面活性成分改善新老沥青的融合程度，提高再生沥青与集料之间的粘结，使得现场再生过程更为彻底、全面。

4)与环境温差的减小也使得混合料温度下降的速率大为减少，有效延长现场热再生的施工季节和适用场合，提高现场热再生工程机械的利用率;具有较好的经济效益。

5)加热温度和碾压温度降低可以加快摊铺机摊铺速度，提供工作效率，有利于节省能耗，降低工程费用，同时可减少原有老化沥青的二次老化程度。

在衡大就地温再生施工中，采用了“路益”温拌剂，路面再生时表面加热的最高温度不超过180℃，混合料摊铺温度为120℃左右，其混合料的试验结果与现场检测结果如表2。

表2 再生混合料技术指标与现场检测结果

从表2的试验与检测结果来看，再生混合料的技术指标均满足相关的技术要求，且大部分优于新拌混合料，现场压实度、渗水系数、平整度均较好，达到了理想的效果。

3 结束语

通过温拌技术在铣刨重铺与就地热再生的应用，温拌混合料具有的优势是:在不牺牲沥青混合料路用性能的前提下，混合料工作温度下降20～30℃，且混合料的设计、拌和及施工工艺与热拌混合料一致，无需添置新的设备;适用于不同的石料和不同沥青;可减少燃油消耗、减少沥青烟的排放、降低对环境的污染和对施工人员的健康损害。

随着我国科学发展观的深入贯彻以及国家对各行各业节能环保指标的硬性要求，绿色和谐、高节能低排放的环保型温拌沥青混合料技术必将成为道路建设的一个发展趋势，同时也将是我国道路建设可持续发展的一个必然选择。开发和应用新型的温拌沥青混合料技术，特别是在沥青路面的维修养护中推广应用温拌技术，将有力地推动我国道路建设与养护事业的向前发展。

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