一级市政道路工程重要知识拓展:温拌沥青混合料现状及存在问题

发表于 讨论求助 2023-05-10 14:56:27

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,减少了能源的消耗和废气的排放,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,具有十分广阔的应用前景。


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。传统的热拌沥青混合料(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,但由于其路用性能不稳定,一般只用于路面养护 。

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,即温拌沥青混合料(WMA) ,其特点如图所示。WMA 是一类拌和温度介于热拌沥青混合料(150 —180℃) 和冷拌沥青混合料(10 —40 ℃) 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。就目前的技术水平而言,WMA 的拌和温度一般保持在110 —120 ℃,摊铺和压实温度为80 —110 ℃,相对于HMA ,温度降低了30 ℃以上。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 。


温拌沥青混合料和其它沥青混合料的比较


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 。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:

01

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。


02

加入低熔点的有机添加剂到沥青或者混合料中,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。

 


温拌沥青混合料的发展现状

2002 年美国引入温拌沥青混合料技术,并在2004 年建设了美国的第一条温拌沥青混合料路面。


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 、同济大学、北京路桥路兴物资中心与美国Mead Westvaco 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》。


温拌沥青混合料应用中存在的问题


01

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。


02

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。


03

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。


04

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。


05

节能环保评价不足

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 %。温拌沥青混合料在较低的温度拌和和压实,具有节能和环保的优点,但是在应用中还缺乏对节能环保精确的评价系统,必须对节能环保特点进行深入细致的研究,从而推动温拌沥青混合料的发展。


06

 温拌沥青混凝土功能单一

到目前为止,绝大部分温拌沥青混凝土都是只局限于抗疲劳开裂性能、抗低温缩裂性能、抗高温车辙性能、抗水损害性能、抗老化性能等结构性使用性能和平整舒适性能、抗滑性能等功能性使用性能的研究。但是,随着道路行业的智能化和多功能化,沥青路面要更加凸显出以人为本的理念,体现公路设计的人性化,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1 000 t 。温拌技术的采用将有助于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。


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