温拌剂种类与研究现状

杨子乔

摘  要：针对热拌沥青混合料铺筑技术所存在的高能耗、高污染问题，而逐步提出了沥青温拌技术这一概念，而温拌技术的关键则在于温拌剂的选取与使用。因此，为了更好的对温拌剂的研究现状进行阐述，对温拌剂的种类以及近期的研究现状进行分析。对当今沥青路面中所采用的温拌沥青混合料技术进行综述，并根据文献研究状况将温拌技术分为三类，即化学添加剂型（表面活性剂型）、有机降黏型和发泡技术。对国内外主要的温拌剂产品进行了总结和点评，并以此归纳国内外温拌技术的研究状况。另外，对于近年来的温拌技术创新应用以及研究成果进行综述。最后，总结概括了温拌技术的优点与应用前景，对于国内温拌剂研究状况所存在的问题进行总结，并提出几点建议，以期在今后的研究中温拌技术与温拌剂得到更好的发展。

关键词：沥青路面;温拌沥青混合料;温拌技术;温拌剂

中图分类号：TB332;U414      文献标识码：A

Abstract：In view of the high energy consumption and high pollution problems in hot asphalt mixing paving technology，the concept of bitumen warm mixing technology is gradually proposed. The key to warm mixing technology lies in the selection and use of warm mixing agent. Therefore，in order to better explain the research status of warmmixing agents，the types of warmmixing agents and the recent research status are analyzed. This article summarizes the technology of warm mix asphalt used in asphalt pavement nowadays，and divides the warm mix technology into three categories according to the literature research conditions，namely chemical additive type（surfactant type），organic viscosity reduction type and foaming technology. In this article，the major domestic and foreign warming agent productsand research were summarized and reviewed. Finally，it summarizes the advantages and application prospects of the warm mixing technology，summarizes the problems in the research status of the domestic warm mixing agent，and puts forward several suggestions in order to obtain a better development of warm mixing technology and warm mixing agent in the future research.

Key words：asphalt pavement;warm mix asphalt mixture;warm mixing technology;warm mix agent

引言

自1978年改革開放以来，四十年的时间里我国经济高速发展，其中，以高速公路为主的公路发展迅速。沥青路面因其行车舒适性好、噪音小且开放交通迅速而广泛应用于高等级公路的建设当中。

但我国在沥青路面建设期间广泛采用热拌沥青混合料技术，该项技术普遍存在高能耗、高污染等主要问题，不仅会对周边环境造成破坏，更会影响施工人员的健康。

因此，为解决这一问题，国内外道路学者进行了广泛研究，以期在保持道路良好性能的同时降低其污染与能耗。最终在1995年，欧洲学者Shell和Kolo-veidekke研发出温拌沥青混合料，并与次年进行了相关试验检测，结果显示温拌沥青混合料与热拌沥青混合料各项性能相当，这为推广温拌技术提供了可能。

所谓温拌沥青技术（WMA，Warm Mix Asphalt）是指采用特定的技术或添加剂，从而降低沥青混合料的拌和及压实温度，同时保证其性能与热拌沥青混合料相同。其中温拌剂种类的性能及应用是温拌技术的关键，本文将对温拌剂的研究现状进行综述，并按温拌机理大致分为有机降黏型、化学添加剂（表面活性剂）和发泡技术三类。最后对温拌技术未来的发展提出几点建议，从而得到更好的发展。

1温拌沥青技术国内外研究现状

对于温拌技术的发展而言，欧洲国家以及美国是对其贡献最大的国家。在20世纪90年代，随着欧洲各国签署的《京都议定书》，环保问题逐渐成为各国亟待解决的问题。而在这其中，热拌沥青路面施工过程所带来的污染问题尤为突出。因此，欧洲学者Shell和Kolo-veidekke在1995年联合研发出温拌沥青混合料技术，并于次年进行了相关实验研究，结果表明其路用性能均达到规范标准，这一研究成为温拌沥青技术的开端。

2 温拌沥青技术技术路线

温拌沥青技术是指采用特定的添加剂来实现施工温度降低的一类技术，该技术通过降低温度来减少温室气体的排放以及燃油的消耗，因此得到各部门的普遍认可，并取得了进一步的发展。近年来，黄文元等人就温拌机理而言，将温拌技术分为三类：化学添加剂型（表面活性剂型）、有机降黏型和发泡技术。

2.1化学添加剂（表面活性剂）

通过参考相关文献得知，化學添加剂类型较多，但现如今应用最为广泛的则是Evotherm-DAT和Evotherm-3G，下面简单介绍这两种化学添加剂的组成与机理。

2.1.1 Evotherm-DAT和Evotherm-3G简介

Evotherm-DAT温拌剂属于表面活性剂，长碳链的亲油基团（尾部）和亲水的极性基团（头部）形成其分子结构。Evotherm-3G是2010年由美德维实伟克公司（MWV）研发的第三代产品。该温拌剂是直接加入到沥青中，从而降低混合料的施工温度，以此达到温拌的效果。在常温条件下，这类温拌剂为黄褐色粘稠液体，通常包含表面活性剂、抗剥落剂等成分。在温拌沥青的制备过程中，往往掺加沥青质量0.4%?0.7%的Evotherm 3G，却可达到20℃～50℃的降温效果。

2.1.2 Evotherm温拌剂性能综述

欧阳伟[1]等人对基于乳化技术的温拌沥青混合料进行对比试验，结果表明在温度降低20～40℃时，其路用性能与热拌沥青混合料相当，且采用温拌技术可减少有害气体排放，从而改善环境状况。

而国外研究者Brian D.Prowell[2]采用Evotherm工艺的沥青混合料在NCAT试验环道上进行加速加载试验，测得其降温幅度为8～42℃时，其表面压实度可超过热拌沥青混合料的表面压实度，但也认为会增加水损坏的可能性。Kvasnak[3]等人的研究同样证实了Evotherm温拌沥青混合料的水稳性不及热拌沥青混合料。

2.2有机添加剂

有机添加剂的主要成分是蜡或蜡状物，在混合料拌和过程当中加入。其中，使用与研究最为广泛的一类有机添加剂为Sasobit蜡，以下对Sasobit蜡进行介绍与性能综述。

2.2.1 Sasobit简介

Sasobit蜡则是有机添加剂中比较常见的一种温拌剂，通过向热沥青中加Sasobit蜡，从而形成新的聚集体，以增加沥青中轻组分含量来达到降低沥青粘度的效果。

2.2.1 Sasobit性能综述

Kanitpong等人对Sasobit进行了实验室研究，并认为Sasobit温拌剂可以提高沥青胶结料的施工和易性和基本试验性能，如提高抗车辙能力和抗疲劳性以及较高的复合剪切模量。压实性的研究表明，掺加Sasobit温拌剂的沥青混合料在压实过程中所需的能量减少，因此拌和温度可比热拌降低20℃至40℃。然而，Sasobit对沥青混合料对水稳定性影响较小，但混合和压实温度的降低可能会对水分敏感性产生不利影响。

周启伟[4]硕士研究认为Sasobit的加入可有效提高高温抗车辙性能，但会降低耐久性及低温性能。

通过在沥青中加入适量的有机添加剂Sasobit和SLA，严世祥[5]硕士发现，掺加温拌剂可降低沥青高温粘度，进而降低拌和与压实温度，还可改善高温性能，但对混合料的低温性能以及水稳性能影响不明显。王文奇[6]等人对于Sasobit温拌剂的性能进行测试，并对其路用性能进行评价，与热拌沥青混合料相比，掺加Sasobit温拌剂的沥青混合料会改善其高温性能，而不显著影响水稳定性与低温性能。

2.3 发泡技术

温拌沥青混合料的研究始于1950年代的发泡沥青。发泡技术主要包括沸石与变色硅胶两种，沸石可产生持续发泡的效果，而硅胶只能产生微发泡的效果。其中，应用较为广泛的为Aspha-Min沸石，以下简单介绍其机理与性能。

2.3.1Aspha-Min简介

Aspha-Min是德国万喜路桥公司生产的一种合成沸石，属于合成钠铝硅酸盐。该类温拌剂由于其特殊的晶格结构而呈现低温吸水、高温失水的特性，从而在将其加入到热沥青中时，由于高温环境而释放内部结晶水，使沥青发泡，以达到降温的目的。

2.3.1 Aspha-Min性能综述

国外对于掺加温拌剂后混合料的水稳性进行了研究，提出了各自不同的研究结果。Xiao[7]与Liu Juanyu[8]等人的研究均指出，在相同条件下添加Aspha-Min和Sasobit的沥青混合料的水稳性与热拌差异不大。而Buss等人的研究指出采用发泡技术制备的温拌沥青混合料却有较好的水稳性，Mogawer[9]等人的研究也证明了这一点。

3结语

沥青温拌技术在降低生产和压实温度方面带来了许多潜在的好处。更少的排放，更低的燃油消耗，更长的运输距离和更好的工作条件是其最重要的优点。对于温拌技术的优点主要体现在以下三个方面：

（1）环境效益。温拌技术及其减少的排放量可显著改善废气排放情况，另外可以为施工人员创造更舒适的工作环境，甚至可能是使工人保持长时间工作的一个重要因素。

（2）经济效益。一般来说，降温会直接关系到降低燃油消耗上。从这个意义上来说，温拌技术的能源消耗占热拌技术能耗的60-80%。此外，温拌技术因降低了生产温度，会使得沥青生产设备的磨损减少，从而延缓设备老化。

（3）摊铺效应。由于温拌技术改变了混合料的高温粘度，因此可提高混合料的施工和易性和压实性。

针对温拌技术的发展状况，我国仍存在一些问题[10]。

（1）我国自主研发的温拌剂种类虽多，但在国内应用并不广泛。对于温拌剂产品性能的研究还存在一些不足，这可能会对产品的推广带来不便。

（2）我国学者对于温拌剂的研究大多集中在其宏观性能上，对于微观的研究较少，例如使用原子力显微镜、红外光谱等手段。

（3）近年来，对于所提倡的节能减排方面，温拌再生技术有较好的应用前景，希望可以得到广泛推广。

参考文献

[1]  欧阳伟，王连广，杨彦海. 基于乳化技术的温拌沥青混合料应用研究[J]. 中外公路，2008，（04）：218-220.

[2]  Prowell B D，Hurley G C，Crews E. Field performance of warm mix asphalt at the NCAT test track[J]，1998.

[3]  Kvasnak A N，West R C. Case Study of Warm-Mix Asphalt Moisture Susceptibility in Birmingham，Alabama[C]. Transportation Research Board 88th Annual Meeting，2009.

[4]  周啟伟，吴雪柳，杨波. 温拌剂对橡胶沥青及沥青混合料路用性能影响分析[J]. 中外公路，2016，（04）：302-306.

[5]  严世祥. 温拌沥青混合料的应用技术研究[D]. 重庆大学，2007.

[6]  王文奇，罗忠贤，谢远新，王泽，徐松. Sasobit温拌沥青混合料路用性能试验[J]. 西华大学学报（自然科学版），2016，（01）：99-102.

[7]  Xiao F，Jordan J，Amirkhanian S N. Laboratory Investigation of Moisture Damage in Warm-Mix Asphalt Containing Moist Aggregate[J]. Transportation Research Record Journal of the Transportation Research Board，2009，2126（2126）：115-124.

[8]  Liu J，Saboundjian S，Li P，Connor B，Brunette B. Laboratory Evaluation of Sasobit-Modified Warm-Mix Asphalt for Alaskan Conditions[J]. Journal of Materials in Civil Engineering，2011，23（11）：1498-1505.

[9]  Mogawer W S，Austerman A J，Kassem E，Masad E. Moisture Damage Characteristics of Warm Mix Asphalt Mixtures[J]. Asphalt Paving Technology，2011，80（4）：491-526.

[10]  王文奇，邱延峻，郭玉金，谢远新，罗忠贤. 有机降黏型温拌沥青添加剂发展现状及展望[J]. 化工新型材料，2017，（04）：210-212.