浅谈高速公路温拌沥青混合料面层的应用及其控制

王宇

（深圳市市政设计研究有限公司，广东　深圳　518000）

浅谈高速公路温拌沥青混合料面层的应用及其控制

王宇

（深圳市市政设计研究有限公司，广东深圳518000）

温拌沥青具有低能耗、环保、施工便捷等优点，是我国道路工程热拌沥青技术的良好改善和补充。分别从沥青混合料的材料特性、沥青面层结构性能及其施工性能等三个方面，分析总结了高速公路路面用温拌沥青混合料的基本特征，研究说明：施工温度要求低、能耗少和粉尘、废弃污染少是高速公路路面用温拌沥青的最大优势。提出了温拌技术在道路工程的主要应用前景以及存在的缺点和问题，说明建立设计和评估的综合评价体系，是温拌沥青广泛推广的重要基础。

高速公路；温拌沥青；混合料；应用研究；施工控制

0　引言

公路路面是一种提供车辆行驶的道路结构层，采用筑路材料铺设在路基的表面使用。路面结构的本身特性，直接决定其使用寿命和性能。沥青路面是区别于混凝土路面的一种高速公路常规用路面结构形式，其优点在于沥青材料的本身材料和力学特征。沥青材料具有粗糙性和弹塑性等特征，可使路面的表观具有良好的平整性和无接缝性，此外沥青材料还有耐磨、施工工期短、养护维护方便及噪音低、振动小的优点，目前已广泛地应用于高速公路的路用结构建设中［1］。

热拌沥青混合料HMA（Hot Mix Asphalt）是目前应用广泛的沥青路面结构形式之一。然而，该路用结构在施工过程中也呈现一些问题：热拌沥青在高温条件下会致使沥青老化，此外还会消耗较大的能源，同时施工过程中排放的废气和粉尘等，还会严重影响施工人员身体健康和周边环境的环保。因而，寻求节能环保、力学性能稳定的沥青面层成为目前研究关注的重点。温拌沥青混合料WMA（Warm Mix Asphalt）则是沥青路面结构的另一种制造方式，它是一种拌和温度介于冷拌（10℃～40℃）和热拌（150℃～180℃）沥青混合料之间的节能环保型沥青混合料。温拌沥青克服了沥青老化不稳定及环境污染等缺陷，又继承了热拌沥青施工方便、行车性能好的优势。温拌沥青最初由欧美国家开发使用，而后向全世界道路工程中推广［2，3］。本文将分别从沥青混合料的材料特性、沥青面层结构性能及其施工性能等三个方面，分析总结了高速公路路面用温拌沥青混合料的基本特征。提出温拌沥青的应用范围和优势，并讨论其应用控制技术。

1　WMA性能特征

1.1材料性能

温拌沥青混合料一般融合相关技术手段生成温拌沥青，例如可以采用软沥青或泡沫沥青，保持沥青的良好耐久性能，同时混合料中的液态沥青的轻质烃部分在加热过程中也不像热拌沥青一样被驱散。此外，温拌技术因其适宜的制造温度，可以减少热拌过程中沥青的老化问题，延长沥青的使用寿命。

沥青路面的使用效果取决于沥青与集料的粘附和压实特性，而沥青与集料的粘结和润滑作用是影响上述性能的重要因素。广义而言，沥青与集料的粘结作用可使混合料连接紧密、易于成型而不致松散，沥青与集料的润滑作用则使矿料颗粒嵌套就位而不致被压碎。诚然，加工过程中的拌和温度和压实温度是影响沥青混合料粘结和润滑性能的关键因素，温拌沥青一般将拌合温度和压实温度控制在110℃～120℃。这一相对较低的拌合温度，不仅便于沥青混合料的拌合加工，也使得沥青能够很好地裹覆在集料上实现良好的粘结和润滑作用。

1.2结构性能

沥青混合料的主要结构功能是车辆荷载作用下的车辙效应和雨水作用下的水稳定性。普通的热拌沥青混合料，其车辙深度一般与击实温度成反比演变，即击实温度升高车辙深度降低。温拌沥青则表现出一定差异性，相关研究表明［4］：对于温拌沥青，当击实温度超过120℃且掺入Aspha-Min混合料时，车辙深度会有很大的提高。此外，温拌沥青的马歇尔稳定度可达9.8 kN，动稳定度可达4 600次/mm，冻融劈裂强度比达到81%，各项指标均能很好地满足车辆行驶和路面长期使用要求。表1和表2是某热拌和温拌沥青的路用性能对比。

表1　热拌沥青混合料的路用性能

表2　温拌沥青混合料的路用性能

1.3施工性能

温拌沥青混合料的生产制作技术与热拌沥青基本相同，且其施工和易性也与热拌沥青无所差异，因而不需要进行设备的改造。与热拌沥青相比：温拌技术的拌合温度要求降低，一般降低10℃～40℃；石料的加热温度和沥青的保温温度都降低，直接降低沥青加工的燃油成本。相关研究说明，对于沥青材料，当加工温度高于100℃时，每提高10℃，老化速率就提高1倍左右。温拌沥青技术所需较低的工作温度，可以显著降低其老化风险而增加服役寿命。另外，温拌技术使得单位混合料的燃油消耗减少，这不仅显著地降低了搅拌过程中有害毒气和温室气体的排放，整个生成过程中产生的烟雾、粉尘等污染也会显著降低，甚至可以实现无烟尘作业。

温拌沥青另一施工优点是便宜性：拌合后温度基本处于实际的工作环境，因而可以实现较快的交通开放，拌合温度与环境温度的较小差异。这说明，温拌沥青的施工时间选择扩大，可以在白天、夜晚、以及其他各种季节，降低了施工对时间和气候的要求，便易性更高。

2　WMA面层的主要应用

温拌沥青混合料在我国处于实践的初步阶段［5］，但综合来讲，这种新结构形式至少可以在以下几个方面得到应用和推广：

（1）隧道工程的路面施工

隧道工程的沥青路面施工是一个相对封闭的环境，其主要技术难点是粉尘和有害气体的排放。目前大部分长大隧道都采用水泥路面，以回避热拌沥青的粉尘和有害气体排放问题，但是水泥路面的噪声和行车舒适性不佳，维修养护也困难。温拌沥青技术恰好解决了上述难题，结合隧道路面湿度大、温度低的特点，温拌沥青相对较低温度下的施工手段及无尘施工环境，免去了施工所需要的通风成本。并且，温拌混合料的良好抗水损坏能力，可以保证在封闭环境中隧道路面的抗潮湿性能。

（2）寒冷区域及低温季节的路面施工

温拌沥青技术的所需施工温度低。施工中，温拌沥青温度下降的速率是相同环境温度条件下热拌沥青的两倍，且温拌沥青的可压实温度范围更宽，选择更大。因而对于工期要求严格的道路工程，温拌沥青可以较好地在寒冷环境下施工，扩展和延伸沥青面层的作用时间，有效地缩短公路工程的建设周期，降低人力和物力成本。

（3）城市人口密集区域的道路建设

温拌沥青的的施工温度降低，使得它可以在夜间进行作业，体现出比热拌沥青良好的工作性能。城市道路建设会受到周围密集人群的影响，因而其施工中的噪声、粉尘、有害气体等均受到严格要求，温拌沥青可以实现较短的交通开放间隔和更长的有效压实时间，可以实现白天和夜晚的双重作业，能很好地保障城市环境。

（4）超薄面层及路面的紧急恢复

沥青路面受到车辆行驶和雨水环境的耐久性侵蚀，其使用寿命是有限的，沥青路面受到破坏后需要进行及时的修补才能保证行车的安全性。我国公路建设大发展的时期较近，而欧美国家的道路工程因建设运营时间较长，目前大都处于修补时期，其中罩面厚度在2.5 cm以下的超薄面层可以快速地恢复路面使用性能，被广泛采用。我国目前采用的超薄面层罩面技术，主要采用热拌沥青方法，但是其降温速度较低、摊铺作业时间较长等缺点使得其对交通的干扰很大，沥青温拌技术则可很好地解决上述问题：首先，温拌沥青施工和易性好，施工接缝更加便捷，容易进行摊铺处理；其次，温拌沥青的施工温度要求较低，且温降速率很快，可以非常显著地提高施工效率；最后，温拌技术还可以用于局部路面的修补，更适合于手工操作。

3　温拌沥青混合料技术的缺点及控制技术

温拌沥青在技术上和性能上均有超越热拌沥青的优势，但是由于该技术手段在我国尚处于初步发展阶段，温拌技术的相关材料性能和力学性能还存在不确定方面，此外这种技术手段在我国的推广应用仍然有市场的难题。

温拌沥青的设计体系有待研究，目前我国沥青路面的设计规程和施工指南等，大都针对热拌沥青技术，温拌沥青由于其材料性能、结构性能和施工性能均差别于热拌沥青，决定了在设计原理和方法层面，温拌沥青应该有自身的设计和施工指标，例如材料的基本力学要求、试验配合比指标和配比方法、结构性能指标的计算手段、相关质量检验标准和方法等，这些设计理论和方法的研究是温拌沥青推广的基本基础。

温拌沥青的评价体系有待完善，温拌沥青是一种综合材料性能、结构使用性能、经济性能和环保性能的综合技术，目前对于温拌沥青混合料面层的评价大都停留在结构使用性能层次，如抗车辙、抗水损害、抗老化、开裂、抗腐蚀等，这些评价体系不全面。温拌沥青在降噪排水、粉尘废弃降低、太阳能利用等多方面具有显著的优势，因而，需要采用更加综合的、全面的指标进行评估。

温拌沥青的市场推广有待提高，目前温拌沥青混合料中的原料使用范围还比较狭窄，现有的制造技术和评价体系，只能利用一些性能很好的集料，对于劣质集料和废料集料的利用研究则很少，使得没有凸显温拌沥青技术的市场应用价值。在可持续发展理念下，需要开发这种可再生、低污染、低消耗的原材料，推进温拌沥青技术的成本降低和市场价格的降低，推广其应用。

温拌沥青的长期性能需要跟踪监测，温拌沥青技术在国外应用较早，使用广泛。我国沥青温拌技术的使用起步比较晚，对于温拌沥青混合料在道路工程中的应用效果，还需要建立长期跟踪机制，采用全寿命的理念对该技术进行综合评价。

4　结　语

论文介绍了温拌沥青技术的基本特点，采用温拌沥青改善我国高速公路路面结构使用性能。对温拌沥青混合料的基本材料特性、温拌沥青面层的结构性能和施工性能进行了总结分析。根据温拌技术施工温度要求低、环保友好的优点，提出了温拌沥青混合料面层的主要应用前景，并指出温拌技术在我国目前的发展状况和需要改善研究的问题，建立全寿命综合评估理念具有重要意义。

［1］孙立军.沥青路面结构行为学［M］.上海:同济大学出版社，2005.

［2］左锋，叶奋.国外温拌沥青混合料技术与性能评价［J］.中外公路，2007，27（6）:164-168.

［3］刘至飞，吴少鹏，陈美祝，等.温拌沥青混合料现状及存在问题［J］.武汉理工大学学报，2009，31（4）:170-173.

［4］仰建岗.温拌沥青混合料应用现状与性能［J］.公路交通科技（应用技术版），2006（8）:26-28.

［5］李德超.温拌沥青混合料技术综述［J］.石油沥青，2008，22（5）:1-5.

U416.2

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1009-7716（2016）07-0084-03

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2016.07.025

2016-03-13

王宇（1985-），男，湖南邵阳人，工程师，从事路桥设计工作。