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作者：肖  鑫¹，张起森²

作者单位：¹（华南理工大学  土木与交通学院  广州 510641） ²（长沙理工大学  交通运输工程学院  长沙  410004） 

摘  要：温拌沥青混合料（WMA）是指生产温度比常用的热拌沥青混合料（HMA）低30~50℃的沥青混合料。其目的是在大幅度地降低生产温度的同时又能保证生产的混合料与HMA具有相似的强度、耐久性与使用性能。本文介绍了国内外常用的WMA方法和各自的特点，总结了WMA的优势，最后通过试验路进一步验证了WMA路面良好的性能，其有些性能甚至好于HMA路面。

Warm mix asphalt technology and application

XIAO Xin¹，ZHANG Qi-sen²  

¹(School of Civil Engineering and Transportation, South China University of Technology ,Guangzhou 510641)

²(School of Communications and Transportation Engineering , Changsha University of Science &Technology, Changsha 410076)

Abstract：Warm mix asphalt (WMA) refers to asphalt concrete mixtures that are produced at temperatures approximately 30-50℃ cooler than typically used in the production of hot mix asphalt (HMA). The goal of WMA is to produce mixtures with similar strength, durability, and performance characteristics as HMA using substantially reduced production temperatures.This article present normally used WMA processes at home and abroad and describes their characteristics respectively，summarize the advantages of the WMA.Finally，through the test road further verified that the performance of the WMA pavement is excellent，some of its performance even better than the HMA pavement.

Keywords: Warm mix asphalt; production temperatures;WMA processes；performance

0  引  言

温拌沥青混合料（WMA）技术是指生产沥青混合料的温度比常用的热拌沥青混合料低30-50℃，且能保证其强度、耐久性与使用性能与热拌沥青混合料相似的一种生产工艺。通常把施工温度100-120℃的沥青混合料称为温拌沥青混合料（Warm Mix Asphalt）。它是上世纪九十年代在欧洲作为一种减少温室气体排放的措施发展起来的。随后在美国和欧洲得到了迅速的发展，目前美国市面上的WMA方法有20多种^［1］。2007年美国邀请了欧洲国家的一些专家对欧洲修建的WMA路面进行现场考察，考察结果表明WMA路面的性能好于HMA^［2］。甚至有专家预言他将在未来的5-10年取代现有的技术。

1         WMA的原理与方法

根据作用原理可将WMA分为两大类：（1）泡沫技术：降低沥青粘度，主要有微细胞技术和高倍率发泡技术两种；（2）降粘技术：利用成分调节剂调整的组分及分子量分布，从而降低沥青粘度。

常用的温拌沥青混合料的方法主要有：有机添加剂、化学添加剂、Water-bearing 添加剂和Water-based 方法。这些方法都是为了降低混合料在生产温度下的粘度，从而达到降低拌合和压实温度、降低能耗减少二氧化碳及粉尘排放的目的，同时保证生产的温拌沥青混合料与热拌沥青混合料性能基本一致。

1.1 有机添加剂

目前最常用的有机添加剂包括：Sasobit、Asphaltan-B和EC-120。

Sasobit是美国WMA项目中使用最广泛的一种Fischer-Tropsch石蜡，它是从煤的气化中生产出来的。它呈球状，这些球状的石蜡可以在沥青终点站设备或工厂储存罐中添加到胶结料中，或者通过吹入到鼓筒中的方式把石蜡添加到混合料中，它与在玛蹄脂碎石(SMA)中添加纤维的方式相类似。众所周知，沥青中蜡含量偏高会对沥青的性能产生明显的负面影响，但是掺入一定量的Sasobit却不会出现这种问题，这是因为它与沥青中的蜡在分子结构上有很大的不同。它的熔点在100℃左右，可以完全融解在温度高于115℃的沥青中，降低沥青的粘度，使混合料拌和及压实温度降低。在温度低于熔点时，则在沥青中形成网状的晶格结构增加沥青的稳定性，提高路面在使用温度范围内的抗车辙性能^［1］。

Asphaltan-B 是一种带有脂肪酸胺的褐煤蜡，熔点82-95℃。它是专门为沥青混凝土研制的，它可以加到沥青拌和机中, 或是直接加入到胶结料生产机中, 也可以加入到聚合物改性胶结料中。与FT蜡相似, 也被认为是一种“沥青流动改进剂”可以降低生产温度, 其压实性和抗车辙能力均会增强^［4］。

ECl20温拌改性剂是一种合成直链脂肪族碳氢混合物，其熔点为为100℃，温度超过110℃时完全溶解于沥青胶结料中，在沥青胶结料中形成栅格结构，这使温拌改性剂很好的稳定在沥青胶结料里，而不产生离析。这种温拌改性剂一方面可以提高沥青的软化点，使沥青的高温抗变形能力提高，另一方面可以明显的降低沥青的高温粘度，增加沥青的低温(60℃)粘度^［3］。

1.2 化学添加剂

Evotherm和Rediset是最常用的化学添加剂。

Evotherm添加剂是由MeadWestvaco公司开发的并于2005年推出^［1］。Evotherm中的活性成分为化学添加剂，可以提高低温下沥青与骨料的裹覆能力、施工和易性与粘结能力。最初，Evotherm是作为一种高残余乳液，目前称为Evotherm ET（乳化技术）。当与热骨料混合时，乳液中的水分蒸发，剩下残余沥青与化学添加剂。MeadWestvaco公司随后又推出了Evotherm DAT（分散添加剂技术），该方法是将化学添加剂以溶液的形式直接注入到拌合设备的沥青中。与乳液方法相比，该方法的优势为：加入到混合料中的水更少。MeadWestvaco公司最近又推出了第三代方法——Evotherm 3G，这是一种无水温拌技术，是与Ergon沥青与乳液公司及Mathy建设公司共同研发的。该方法允许添加剂与胶结料在沥青终点站设备中混合，然后用标准的胶结料分配方法分配到沥青设备中。因为它们使用更加方便，所以Evotherm DAT和Evotherm 3G已广泛地取代了Evotherm ET。

Rediset WMX是美国在2007年推出的一种化学方法。Rediset WMX是由AkzoNobel生产的，作为一种有助粘性能的温拌添加剂上市。它呈小球状，这些球状的石蜡可以在沥青终点站设备或工厂储存罐中添加到胶结料中，或者通过吹入到鼓筒中的方式把它添加到混合料中，与在玛蹄脂碎石(SMA)中添加纤维的方式相类似。

1.3 Water-bearing 添加剂

这种添加剂主要是Aspha-min与Advera，它们均是合成沸石，在胶结料中产生泡沫效应。沸石为矿物，在其多孔结构中存有重约20%的水分。当加热至约185°F (85°C)时，水被释放出来。在向混合料中加入胶结料的同时加入Aspha-min与Advera， 就会产生极小的喷水现象。水的释放会使胶结料体积变大，导致出现沥青泡沫效应，可以在较低的温度下增加集料的覆盖率。

1.4 Water-based 方法

泡沫技术：利用喷嘴把水喷射到混合料容器中。

LEA方法是用湿的细骨料与普通加热了的粗骨料混合以产生泡沫效应，并降低混合温度^［5］。在LEA方法中，粗骨料与一部分细骨料都加热到标准的HMA温度然后与胶结料混合。在沥青供应到设备的管道中时，把涂覆粘结剂加入到胶结料中。等加热的骨料被胶结料裹覆后，再加入泠的、湿的细骨料。当加热时，这部分水分蒸发，从而引起裹覆在粗集料上的沥青产生泡沫并包裹未裹覆的细骨料。LEA是一个复杂的热力学方法，当湿骨料中的水分变成为蒸汽时，混合料的温度迅速下降。最终的出厂温度略低于212°F (100°C )，在该温度下一些蒸汽凝结成水，这有助于提高混合料的和易性与可压实性。

WAM Foam 方法是利用双组分沥青（调和沥青），在沥青混合料不同的拌和阶段加入软质沥青和泡沫化的硬质沥青。

2         WMA的优势

（1）应用法范围广。适用于各种类型的沥青混合料，包括密级配混合料、SMA、多孔沥青混合料、地沥青砂膏（mastic asphalt）以及RAP中。可用于交通量超过3千万当量单轴荷载的路面上，同样适用于停车场、机场公路和港口码头处。

（2）减少沥青胶结料施工过程中的老化，减少设备的损耗。

（3）降低排放。可减少30-40%的CO₂和SO₂、50%的挥发性有机化合物、10%-30%的CO、60%-70%的NOx、20%-25%的粉尘。

（4）节省燃料。使用WMA方法通常可节省11%-35%的燃料 ，使用低能量沥青混凝土（LEAB）与低能量沥青（LEA）可节省燃料高达50%。

（5）改善路面质量。延长施工季节，可在较泠的天气铺筑路面且能获得良好的密实度。增加运输距离且能很好的进行摊铺和压实。可以加强路面的耐久性，因为混合料中液态沥青的轻质烃部分不会被加热驱除掉。

（6) 较快的开发交通。因为WMA的初始施工温度较低，所以不需要泠却很长的时间就可以开放交通。

（7）改善了工人的工作条件，减少30-50%沥青烟雾的吸入。

3         WMA的实际应用情况

为了验证WMA的性能，铺筑了三段试验路，分别为70#基质沥青加EC-120、SBS改性沥青加EC-120、SBS改性沥青加Sasobit，每段试验路段均长500m。70#~ EC-120路段的拌合温度为120℃、压实温度为110℃；SBS~ EC-120、SBS~ Sasobit路段的拌合温度为130℃、压实温度为120℃。 试验路段铺筑见图3.1与3.2。进行现场测试和钻心取样室内试验^［6-7］，试验结果分别如表3.1和3.2所示。

图3.1 试验路段现场铺筑               图3.2  现场试验路段的路面情况

表3.1  现场测试结果

表3.2  钻心取样试验结果

现场测试项目包括渗水系数、构造深度、摆值和压实度，从表3.1可知，四项测试项目均满足规范要求，这说明温拌沥青混合料铺筑的路面路用性能良好。其中70#~ EC-120路段的压实度和抗水损害能力甚至比普通70#沥青路段更好，但是抗滑性能略微有下降。

从表3.2可知，掺了温拌剂路段的马歇尔稳定度和冻融劈强度均高于普通沥青路面，同时温拌沥青混合料试件的空隙率比普通沥青混合料的小0.5%，这说明在相同的压实功下，温拌沥青混合料路面密实度更高，也就是说要达到相同的密实度，温拌沥青混合料所需的压实功更小。70#~ EC-120路段的冻融劈强度高于普通沥青路面，说明掺EC-120温拌剂的路面水稳定性更好，这也与路面现场测试结果相一致。

现场测试和钻心试验均表明，温拌沥青混合料路面性能良好，压实度、水稳定性等甚至好于热拌沥青混合料。从两种温拌的实际应用情况来看，EC-120比Sasobit的效果更好。

4         社会经济分析

温拌沥青混合料社会经济性能主要体现在节约能源和降低环境污染两方面。

4.1 节能方面

集料加热过程中的能耗主要与集料的物理性质、含水量等因素有关。如果假定集料的比热不变，那么集料加热过程中的能耗与温度成正比。德国研究数据表明，每生产1t热拌沥青混凝土需消耗8L燃料油，如拌和温度降低30～50℃ ，则可节约燃料油2.4L/t。Shell公司对温拌沥青混合料和热拌沥青混合料的燃料消耗也进行了比较，结果表明，每吨温拌沥青混合料可节约燃油3L。

4.2 减排方面

温拌沥青混合料可明显降低粉尘、废弃等污染物的排放量。Shell公司提供的数据表明，温拌沥青混合料生产过程中可减少30%以上的CO₂气体排放量，同时NOx、CO等有害气体明显降低，如表4.1所示：