温拌沥青技术的发展概述

温拌沥青技术的发展概述

来源：中国沥青网 作者：宋科，何唯平，赵欣平，李明 发布日期：2012-11-28收藏 【中国沥青网新闻资讯】

作者：宋科1，何唯平1，赵欣平1，李明2

作者单位：1（深圳市海川实业股份有限公司 深圳 518040） 2（深圳海川新材料科技有限公司 深圳 518040）

摘 要：温拌沥青技术以低碳节能等特点成为沥青混凝土研究的热点。论文综述了温拌沥青技术发展历程，并介绍了各种温拌沥青技术的特点，温拌沥青技术的应用，以及温拌技术目前面临的问题。随着我国道路建设的大力发展，温拌沥青技术必将是主要的发展方向之一，为我国乃至全球的经济绿色发展做出重要的贡献。

0 引 言

根据生产温度的不同，沥青混凝土技术分为热拌技术、温拌技术和冷拌技术，目前世界上绝大部分的沥青路面建设采用的都是热拌沥青技术[1]。热拌技术中沥青混凝土的拌合温度达到了160℃以上，甚至180℃，能耗很高，并且各种气体粉尘的排放量也很高，造成环境的污染。冷拌技术是常温条件下混合料的拌合技术，主要用于道路修补，用量很小[2]。温拌沥青技术是新兴的沥青路面技术，相比热拌技术而言，沥青混合料的生产及施工温度均下降了15~30℃，在保证产品质量的同时，降低了单位能耗及气体粉尘排放。经过实际比较，采用温拌技术沥青，CO2排放将会减少20%以上，其他烟尘的排放也将减少40%以上，同时将节约30%的能耗。温拌沥青混合料技术在国际上被认为是沥青混合料拌合及施工工艺的一次革命性突破，有科学家预言它将有可能在5~10年内取代传统的热拌沥青混合料技术。

(查看中国沥青网全部图片新闻) 图1 沥青混合料的拌合方式区分[3]

总体而言，温拌沥青技术具有以下优点：（1）降低生产成本；（2）减少沥青老化，改善路用性能[4]；（3）减少气体以及粉尘的排放量，降低环境污染、改善工人工作环境；（4）延长施工季节；（5）延长沥青混合料拌和设备使用寿命，降低设备使用成本；（6）较快的路面开放交通[5]。

随着国家对基础设施建设的投资不断加大，我国的公路建设取得了突飞猛进的发展，到2009年底，全国公路通车里程达386.08万公里，其中有铺装路面172万公里，沥青混凝土路面48.89万公里，约占铺装路面总里程数的28.5%[6]，与世界发达国家相比，我国的沥青混凝土路面占公路总里程的比重偏低，美国拥有约200万公里的沥青混凝土路面，占到了公路总里程数的96%[7]，日本的高速公路中沥青路面的比例也达到了94%以上[8]。沥青公路的建设在我国将会得到了迅速的发展，占了已建成的高等级公路中的绝大部分，有资料表明，国内近期在建、重建或大中修的高速公路有90%以上采用了沥青路面。调查报告显示，未来4年我国的道路沥青用量将达到1000万吨/年以上[9]，生产的沥青混凝土将达到2亿吨以上，如全部采用温拌沥青技术，将可节约燃油4.8亿升，减少60万吨CO2排放，具有重要的经济和环境意义，是值得大力推广应用的工程技术。

1 温拌沥青技术的发展历程

温拌沥青技术由Shell公司和Kolo-veidekke公司于1995年开始联合开发，并于1996年首次进行了现场试验。

1999年，在德国Sch?nstadt-Schwarzenborn的公路上铺筑了第一条温拌沥青试验路段，温拌剂采用Aspha-min?，经过现场测算，节约30%的燃油。经过8年的使用，路面状况仍然很好。

1999年在德国Flensungen至Ruppertenrod的 B49号公路的铺筑采用了温拌沥青技术，温拌剂为Aspha-min?。当时的施工条件为冬天，室外温度低至0℃。通车8年后，路面情况仍然良好。

在1997 年的德国沥青论坛、2000 年的悉尼第一次国际沥青路面会议以及2000年的巴塞罗纳第二届欧洲沥青国际会议上，温拌沥青技术得到了大规模的宣传和介绍。随后，欧洲、日本、澳大利亚开始大量使用温拌沥青技术。2001年温拌沥青混合料的使用量为8000吨[10]，至2008年，温拌沥青混合料的使用量超过了1千万吨。

在2003 年，美国开始引入温拌沥青技术。2004 年，NAPA、美国联邦公路局（FHWA）以及一些厂商联合设立基金给美国国家沥青技术中心（NCAT），专门用于温拌沥青技术的研究[11,12,13]。

2006年3月美国第一次温拌沥青混合料技术工作组会议在NAPA所在地召开，旨在进一步推广温拌沥青混合料技术。

2008年11月，第一届国际温拌沥青会议在美国田纳西州纳斯威尔市举行，超过700名来自全球各地的路面专家参加了本次会议。

到2008年，美国就有超过36个州在新铺设或进行大修的路面使用了温拌沥青技术。 第二届国际温拌沥青会议于2011年10月在美国密苏里州圣路易斯市举行，大会主要讨论了全球的温拌沥青技术的执行情况，并就温拌沥青技术遇到的主要问题进行了细致讨论。 温拌沥青技术引入中国的时间较晚，2005年，中国首次在北京八达岭高速进行了温拌沥青路面的试验路段铺设，采用基于乳化沥青的温拌技术Evotherm。经检测，混合料及路面的各项指标均符合规范要求。 国内第二条（上海首条）温拌沥青混合料试验路选在虹口区的新市路[14]，路线长约500m，厚3cm，共摊铺了260t的AC-13温拌沥青混合料，沥青混合料的生产拌合温度为120℃，摊铺温度为95℃，碾压完成后2小时即开放交通。

2007年8月，东南大学与常州交通工程总公司合作在340 省道成功进行了温拌沥青试铺，使用了SAK降粘剂和Evotherm技术。

2009年，北京长安街街道大修工程进行了温拌沥青铺筑，采用美国EvothermTM技术。 2010年北京交通委开会通过温拌沥青混合料在北京应用计划。2010年北京实现30%使用温拌沥青混合料，2011年实现60%使用温拌沥青混合料，2012年将实现100%采用温拌沥青混合料技术，北京将成为全球第一个全部采用温拌沥青混合料的城市。

在高海拔、低气温施工条件下的四川映日路、青海德令哈公路的施工上，温拌沥青技术延长施工季节的优势得到了充分的体现。各地已经出台了多个涉及温拌沥青技术的地方标准，温拌沥青技术的国家标准也已经立项，即将出台。

到目前为止，我国总共铺设了几十条温拌沥青的实验路段，但还没有整体工程应用，总体而言，迄今温拌沥青混合料技术在我国整体上仍处于研究阶段。

2 各种温拌沥青技术介绍

目前已了解到的技术或产品有几十种之多[15,16,17,18]，但就其作用原理而言，不外乎三大类：（1）有机降粘型温拌技术，使用有机降粘剂，降低热沥青拌和时的粘度，以蜡或蜡状物

为主；（2）发泡沥青降粘温拌技术，通过水或有机发泡剂发泡沥青来降低沥青的粘度；（3）乳化分散沥青降粘技术，通过乳化技术降低沥青粘度。

2.1 有机降粘型温拌技术

有机降粘型温拌技术主要是使用有机化学产品作为添加剂，加入到沥青或者混合料中，用以降低沥青粘度，降低混合料拌合温度[19]。有机降粘型温拌剂加入混合料之后，在高温条件下熔解入沥青中，降低沥青的粘度，相反在低温条件下，可以增加混合料的强度。有机降粘型温拌技术得到了广泛的研究，相应产生了多种温拌剂，其中具有代表性的产品有： （1）Sasobit [11,20,21]

Sasobit是有机降粘型温拌剂最典型的代表，是南非Sasol Wax公司开发的产品，属长链脂肪烃，其主链分子含有40~115个碳原子，由煤的汽化中利用Fischer-Tropsch （FT）方法制得。呈片状或粉状，也有颗粒状的，熔点约为100℃，在超过115℃时，能完全溶解于沥青，降低沥青粘度，使得混合料的拌合温度降低。同时在低于Sasobit熔点的条件下，Sasobit在沥青胶结料中呈现出晶格结构，是沥青路面具有更好的稳定性和抗车辙能力。美国国家沥青技术中心（NCAT）对Sasobit进行了全面细致的评价，他们认为Sasobit具有明显的降低

Sasobit是目前应用量和应用范围最广的温拌剂，欧洲大部分国家以及美国、南非、马来西亚、新西兰都有应用，并且多种石料类型和不同路面都有应用，中国重庆的李家沱大桥、渝南大道也应用了Sasobit温拌剂。但应用Sasobit温拌剂对沥青混合料的成本增加较多。 （2）Asphtltan-B[22]

Asphaltan-B是德国Romonta公司的产品，是褐煤中甲苯提取物的副产品，主要成分为褐煤蜡，熔点约在99℃，其物理化学性能和使用性能均与Sasobit相似，使用量也与Sasobit相同。

（3）Licomont BS100

Licomont BS100是德国Clariant公司的产品，是脂肪酸氨基化合物，由胺与脂肪酸反应生成，由于其熔点较高，在141~146℃之间，因此，对混合料的拌合温度的降低作用有限。 （4）SEAM或Thiopave[23,24]

SEAM全称为硫磺沥青混合料改性剂，是壳牌公司开发的产品，在使用中可使沥青混合料的生产温度和压实温度降低20~30℃。但对SEAM的研究主要是作为一种能够部分替代沥青并增强沥青混合料高温抗车辙能力的改性剂来研究，而对其温拌性能的研究不多。 （5）SLA-603减粘减阻剂[25]

SLA-603减粘减阻剂是我国广东省石油化工研究院研发的产品，主要成分是脂肪酰胺类化合物，外观呈白色至黄色片状物，熔点约为100℃。使用SLA-603作为温拌剂，可使沥青混合料的拌合与压实温度降低12℃左右。 （6）EC120[26,27]

EC120温拌剂是深圳海川工程科技有限公司开发的有机降粘型温拌剂，其结构为长链脂肪族化合物，熔点在94~114℃之间，外观形貌为片粒状固体。EC120的掺加量为沥青的3.5~5%左右，相当于每吨混合料中加入量为1.8~2.5Kg，使用时无需对生产设备进行任何改动。使用EC120温拌剂，可使混合料的拌合温度下降30℃左右。EC120温拌剂已被应用于国内多条路面的铺筑，如安徽合肥市亳州路，湖南常吉高速，江西武吉高速等。经实际检测，沥青混合料及铺筑路面的性能均符合JTGF40-2004《公路沥青路面施工技术规范》的要求。 （7）其它

UBM，REVIX，Cecabase RT945，Rediset WMX，3E LT，Ecoflex等等

2.2 发泡降粘型温拌技术

利用水将沥青发泡，以达到降低沥青粘度的目的，是发泡降粘型温拌技术的核心，这其中又分为泡沫沥青技术和微发泡技术。泡沫沥青技术主要是利用水的瞬间汽化来发泡沥青，发泡倍数大，发泡周期短，采用泡沫沥青技术需要配备特殊的生产装置；微发泡技术中水分是缓慢释放的，发泡倍数小，发泡周期长，可以长时间维持混合料的工作性，同时使用微发泡技术时，并不需要额外配备特殊的生产装置。发泡降粘型温拌技术的代表有： （1）WAM-Foam[28]

WAM-Foam技术是世界上第一个温拌沥青技术，由Shell（壳牌）石油公司和Kolo-Veidekke（科洛维德克）公司共同开发。WAM-Foam技术的核心是两阶段生产沥青混合料：第一步，将矿料与加热到100~120℃的软沥青在搅拌罐中充分拌合，使软沥青完全裹覆矿料表面；第二步，将一定量的冷水注入到热的硬沥青中，产生的蒸汽使得硬沥青迅速发泡，硬沥青被发泡后，体积迅速增大，粘度明显降低，然后将泡沫化的硬沥青喷入经软沥青预裹覆的集料中，拌和均匀既得到沥青混合料成品。

采用WAM-Foam技术可将混合料的拌合温度降低至100~120℃，摊铺碾压温度降低至80~90℃，可节约30%的能耗，减少30%的CO2和50~60%的灰尘排放。但是采用此技术需要特殊的泡沫化及喷射装置，增加了成本。同时沥青的发泡性能受到诸多因素的影响，如沥青的温度，发泡时的水量，沥青的喷射压力，沥青被反复加热会导致老化问题等等，沥青混合料的水稳定性也是在实际生产中经常遇到的问题。 （2）Low Energy Asphalt (LEA)[18]

LEA是法国LEACO，Fairco和EiffageTP的技术。LEA的操作过程中，将湿冷的沙子和填料加入到120~160℃干燥的裹覆了热沥青的粗集料中，水分遇热逸出并激发沥青泡沫，泡沫化的沥青由于粘度下降，在拌合条件下进一步裹覆集料，最终得到沥青混合料成品。LEA的生产温度在90~100℃之间，摊铺与碾压温度均小于90℃，甚至在雨天也能进行施工。与热拌技术相比，可节约50%以上的能源，减少80%的灰尘，减少约50%的CO2排放。由于LEA技术实现简单，节能减排效果明显，因而获得了2006年法国INTERMAT创新奖。 （3）Aspha-min?[12,29,30]

Aspha-min?是德国Eurovia Services 公司的产品，是一种人工合成的硅铝酸盐类沸石，外观呈白色粉末或约50目的松散颗粒。由于沸石材料具有较大的孔隙率和高的比表面积，可吸收约占总质量21%的水分，这部分水分可在85~182℃热条件下以极细的状态释放出来，当遇到热沥青时，Aspha-min?受热释放出来的水分使沥青产生泡沫，降低粘度，最终能在相对低的温度条件下拌合均匀。Eurovia公司推荐的Aspha-min?用量为混合料总质量的0.3%，不需改变混合料原有的级配。与热拌技术相比，添加Aspha-min?可使拌合温度和压实温度均下降约30℃。由于Aspha-min?特殊的结构性质，水分能在长达6~7小时的时间内逐渐释放，保持混合料的施工长久性。此外，使用Aspha-min?不需改变现有的热拌设备，操作上也与热拌技术相同。由于简单的生产工艺及良好的应用性能表现，Aspha-min?获得了多项大奖，如：法国“Prix de l’Innovation Vinci”(2001), “Certificat Innovation Autoroutière”(2005), “Prix Innovation de la FNTP”(2005) and “Grand Prix de l’Innovation du SMCL” (2005)；德国“Gefahrstoffschutz-Preis”(2002)。 （4）Advera? WMA[31]

Advera? WMA是美国PQ公司的产品，同Aspha-min?一样，Advera? WMA也是一种硅铝酸盐类沸石，外观呈白色粉末状，含水18~21%。PQ公司建议Advera? WMA的添加量为混合料总质量的0.25%，添加方式也与Aspha-min?相似，其作用原理与作用效果也与Aspha-min?相似，都属于微发泡作用。Advera? WMA是在美国国内应用较多的温拌产品，仅2007年一年，用量就达到了18000吨，生产了720万吨沥青混合料。 （5）Low Carbon Asphalt Pavement（LCAP）

LCAP是中国深圳海川工程科技有限公司及海川博士后工作站共同研发的温拌剂，其成分也属于硅铝酸盐，含有20~25%的水分。LCAP温拌剂的工作原理属于微发泡原理，水分在100℃左右以极细的状态持续释放，与沥青作用使之发泡降粘，使沥青可以在相对较低的温度条件下具有可拌合性。使用LCAP可使沥青混合料的拌合和使用温度下降30℃左右，节约30%的能耗，减少30%以上的CO2和SO2排放，减少70%以上的氮氧化合物排放，减少25%以上的粉尘排放，减少50%以上的VOC排放。此外在生产LCAP温拌剂的过程中采用天然矿物资源作为原料，并不涉及石油煤炭等能源资源，从原料本身就启动了低碳环保链条，是值得大力推广的温拌沥青技术。 （6）其它

法国Screg公司的ECOMAC技术；荷兰BAM公司的LEAB技术和LEAC技术；欧洲Nynas公司的LT Asphalt技术；美国Astec Industries公司的Double-Barrel Green技术等。 2.3 乳化沥青温拌技术

乳化沥青温拌技术最初是由美国MeadWeatvaco（美德维实伟克）公司发明，称为EvothermTM技术[13]。EvothermTM技术的开发经历了两个阶段，相应也开发出了两代产品[32,33]：第一阶段，是将高浓度的乳化沥青（固含量约为70%）替代普通热沥青进行混合料的拌合，其拌合温度为100~130℃，压实温度下降至70~120℃，在该技术的实现过程中，采用乳化沥青代替热沥青，利用乳化沥青中乳化剂来提高沥青与集料的裹覆能力、混合料的施工和易性，乳化沥青中含有大量的水分，当遇到加热后的集料，乳化沥青迅速破乳，水分以蒸汽形式释放，在拌合生成之后的混合料中并不含过多的水分；第二阶段，不再直接使用乳化沥青，而是将表面活性剂浓缩溶液直接加入拌合锅中与沥青和集料拌合，其拌合温度也为100~130℃。乳化沥青技术生产和施工的设备与工艺与热拌技术基本相同[34,35,36]。

第一条采用EvothermTM技术的路面与2002年在南非铺设，2002年至2006年，美国国内采用EvothermTM技术生产的沥青混合料达到50万吨。2005年EvothermTM技术进入中国，得到大力推广，目前中国大部分温拌沥青路面都采用的是EvothermTM技术[37]。但是EvothermTM技术也有其自身的缺点，首先是只能采用乳化沥青或者需要在混合料中添加水份，增加了工艺过程，成本相应有大幅度的增加；其次，混合料生产温度控制需要严格，否则会造成混合料成品中的水分过高，影响应用性能。 3 温拌沥青技术存在的问题 越来越多的国家开始关注温拌沥青技术，越来越多的路面也开始应用温拌沥青技术，但这项技术毕竟刚刚兴起，必然还存在诸多问题[38,39,40]，温拌技术的三大类别各有优点，同时也都有自身的缺点。

（1）有机降粘型温拌技术：有机降粘型温拌剂大部分都是有机蜡，研究资料表明，沥青中含有过多蜡将会对沥青性能造成负面影响，使路面在夏季发软、渗油、进而形成车辙，在冬季使沥青发脆，抗裂性变差，产生裂缝，因此，有机蜡类的温拌剂的加入有可能产生上述负面后果。沥青与集料的粘附型是决定混合料水稳定性好坏的基础，沥青中的极性组分越多，对集料的粘附型越高，由于蜡分子是非极性的，与集料的粘附型差，因此，在低温条件下蜡结晶后容易引起剥落，造成水损害。有机降粘型温拌剂高昂的价格也使得混合料的成本增加过高，造成了应用的困难度。开发出低成本、多功能有机降粘温拌剂，既能不造成成本压力，又能降低沥青混合料的生产及施工温度，改善沥青混合料的高、低温性能，提高沥青与集料的粘附型，将是有机降粘型温拌剂的开发方向。 （2）发泡降粘型温拌技术

水分蒸发使沥青发泡是发泡降粘型温拌技术通有的特点，拌合温度和压实温度的降低将有可能使混合料中的水分未被完全蒸干，其结果就是导致水损害。同时采用发泡降粘型温拌技术中的泡沫沥青技术需要进行生产设备的改造，混合料的生产工艺也有变化，增加了生产成本

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