孙祖望┃功能性路面与 “绿色 ”筑路新技术

· 功能性路面及其施工性能

· 绿色搅拌新技术

· 绿色摊铺新技术

· 绿色碾压新技术

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功能性路面及其施工性能

· 随着人们对路面使用性能愈来愈高的要求，路面除了要满足行车的基本功能外，还希望它能发挥更多的功能而成为多用途的路面。

·“功能性路面”一词来源于日本，它是指除普通的行驶功能外，还具有某些特殊功能的路面。

· 例如排水性路面、降噪路面、破冰路面、阻燃路面、彩色景观路面、弹性橡胶路面、发光指示路面等等。

一些共同的特点：

· 多数功能性路面的结构厚度都比较薄，通常属于2.5cm ~ 4 cm的薄层路面；

· 许多功能性路面都要求采用高粘度的粘结剂来加强材料之间的粘结力，从而增强路面的耐久性和承载能力；

·不少功能性路面由于需要在混合料中添加某些特殊的材料，或由于特殊功能本身的需要往往要求采用开级配或断级配的混合料，在这些混合料中，粗集料起着骨架的支撑作用，通常要比密级配承受更大的载荷作用。

功能性路面的结构特点给它们带来了一系列施工性能上的特殊问题：

· 使用高性能、高粘度的粘结剂。随伴着混合料施工和易性的恶化；

· 粗集料多、高粘度、开级配、断级配的混合料是一种压实性能较差的硬性混合料，通常要求施加更高的压实功；

· 铺层薄、粗料多的混合料吸收外部能量将其转化为压实功的能力远较将其转化为集料破碎功的能力为小，所以很容易导致粗集料大量压碎而严重破坏原有的级配特性（Degradation）从而限制了高能压实设备的应用；

· 薄层路面散热快等不利的碾压条件则加剧了混合料压实性能差而施加的压实能量又受制约的矛盾；

功能性路面在施工性能上的不利条件对它们的施工工艺和设备提出了一些新的要求和挑战。

在常规的设备条件下，功能性路面的施工只能依靠改变相应的施工工艺来适应其不利的施工条件，通常采取的措施有：

· 提高混合料的搅拌、摊铺和碾压温度，限制混合料的运输距离和贮存时间，以改善高粘度混合料的施工和易性；

· 关闭摊铺机熨平板的夯实功能，降低熨平板的振动能量，以防止压碎集料

和空隙率的变化；

· 限制振动压路机和轮胎压路机的使用，以避免破坏混合料的设计级配和粘结剂唧浆、上浮；

· 限制施工季节，避免在初春、深秋较寒冷的季节施工。

在常规的设备条件下，功能性路面的施工通常会带来更多的环境和施工质量问题：

· 由于提高了施工温度，将大大加剧搅拌设备温室气体的排放，增加能源的

消耗，加大烟雾和粉尘的排放；

· 由于碾压方面的困难则更加容易造成压实不足和压实过度等施工质量问题。

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“绿色”搅拌新技术

——解决功能性路面施工中的环境和施工条件问题

· 从上世纪90年代以来《“绿色”筑路技术》的概念一直成为世界路面施工装备企业关注的热点。

· 对限制温室气体排放愈来愈严格的要求

——1997年京都议定书

· 减少沥青混合料在施工过程中的烟雾污染，改善施工人员工作环境和对人体健康损害的要求——在欧洲的一些国家已经制订了限制对工人受沥青烟雾幅照量的标准

· 能源危机的压力——暴涨的石油价格

· 改善特殊沥青混合料和特殊功能沥青路面以及寒冷气候下施工条件的愿望——对沥青路面日益提高的技术要求。

温拌沥青混合料

沥青混合料的温拌技术

沥青混合料的温拌技术是一种界于热拌技术与冷拌技术之间的搅拌技术。在沥青工业中采用温拌技术有着一系列重大优点：

· 降低燃油消耗35~50%；

· 减少温室气体排放（主要是二氧化碳）30~40%；

· 降低搅拌设备的粉尘和烟雾的排放，减少对环境的污染；

· 减少沥青混合料在运输、摊铺过程中的烟雾污染，改善施工人员的工作环境，和对人体健康的损害；

· 减少沥青在搅拌过程中的老化损失；

· 改善高粘度混合料的施工和易性，可以在较冷的天气施工，延长施工季节、延长运输距离。

按工作机理和方法的不同，温拌技术可分为四大类：

· 矿物泡沫技术（人造沸石）

· 有机物降黏剂（人造石蜡）

· 化学活性剂（化学手段）

· 泡沫沥青技术

· 在上述四种技术中，只有泡沫沥青温拌技术是不需要任何添加剂，而主要

是工艺和设备上来解决温拌沥青混合料的技术要求的。

· 泡沫沥青技术并不是一种新技术，但应用于温拌沥青混合料则是近几年之

事。

泡沫沥青温拌技术

· WAM Foam

· 直接泡沫沥青

· Low Energy Asphalt

WAM Foam

· WAM Foam是一种利用泡沫沥青来降低沥青混合料颗粒间摩擦力的搅拌新工艺。与常规热拌混合料的搅拌工艺不同，它将粘结剂分为软沥青和硬沥青两部分，先将软沥青与粗集料相拌和，使粗集料颗粒上均匀地裹覆一层沥青膜，再投入细集料并同时喷入硬沥青和少量的水，使硬沥青泡沫化形成体积增大15倍左右的泡沫沥青作为润滑剂来降低集料颗粒的摩擦阻力，软沥青与硬沥青融合后最终合成的沥青等级应符合所选择的沥青标号。最后加入粉料一起拌和20秒左右成为泡沫沥青的温拌混合料。

WAM Form的工作原理

· 软沥青在粘结剂中的比例通常为20~30%，60℃的粘度应为1500 cSt左右，硬沥青通常用针入度为70~90或PG级的58/64-22，占粘结剂总量的80%左右。

· 集料应加热至130℃，集料中的粉料应尽可能除去。

· 硬沥青应加温至175~180℃与常温下的水进行泡沫化，水量应为硬沥青重量的2~5%，混合料的拌和温度为100~120℃。

· WAM Foam是一项专利技术，粗集料先与软沥青拌和的好处是可以使集料先裹覆一层均匀的沥青膜，然后使硬沥青逐渐溶解入软沥青，这一过程将一直延续至整个铺筑过程，因而能获得分布良好的沥青膜和在摊铺和碾压过程中保持较低的粘度。

· WAM Foam技术可以降低沥青混合料的施工温度高达40~50℃，沥青混合料的拌和温度为100~120℃，碾压温度为80~110℃，节约燃料30%，减少CO2的排放30%。

· WAM Form工艺需要对搅拌设备作相当的改动，首先需要设置二种沥青的贮存、输送和计量、供给系统，此外控制系统也应作相应的改动，需有二套独立控制软、、硬沥青的硬件和软件系统.

泡沫沥青混合料搅拌设备

· ASTEC推出了一种用于生产泡沫沥青混合料的新的双滚筒搅拌设备，被称为“绿色双滚筒”（Double Barrel Green）,它采用了常规的连续式搅拌工艺，只是喷入滚筒的沥青被泡沫沥青所代替。

· 在双滚筒的外壳上安装有一个泡沫沥青发生器，它有10个喷咀在向滚筒喷洒沥青的同时注入少量水，在喷咀的沸腾室形成微观的沥青泡沫，裹覆在集料上，从而降低沥青在较低拌和温度下的黏度 ，使混合料在铺筑时有较好的和易性。

ASTEC的“绿色双滚筒”搅拌设备:

泡沫沥青发生器:

在集料表面裹覆的微泡沫:

泡沫沥青温拌混合料的工作温度范围:

泡沫沥青温拌混合料的应用特点

· 泡沫沥青温拌沥青混合料必须在104℃（220°F）前复压完毕，否则就很难压实，因而存在着碾压不足的可能。

Low Energy Asphalt

· Low Energy Asphalt 是一种利用细集料中的水分在搅拌缸与高温沥青拌和的过程中直接产生泡沫沥青的方法。

· Low Energy Asphalt 的特点是粗集料和细集料要分开投入搅拌缸，并分开与沥青拌和。

Low Energy Asphalt的工作原理：

Low Energy Asphalt的应用：

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绿色摊铺新技术

——降低摊铺温度、减少沥青烟雾，改善铺层间粘结强度，为高粘度特殊混合料和寒冷气候条件下的施工提供较好施工条件

· 虽然摊铺过程不可能像搅拌过程那样直接产生“绿色”的效益，但是通过减少摊铺过程的热量损失，改善铺层的碾压条件，可以降低对摊铺温度的要求，从而达到减排、节能和减少沥青烟雾的效果，并为高粘度的特殊混合料和寒冷气候条件下的施工提供较好的施工条件和改善铺层间的粘结强度。

在摊铺过程中粘层油同步洒布技术

· 传统的粘层施工工艺，由于粘层受到料车和摊铺机的碾压而产生缺陷，料车车轮上带走的乳化沥青还会污染周边的道路。新的粘层油洒布工艺是将乳化沥青洒布系统安装在摊铺机上，在混合料摊铺之前洒布粘层油，使粘层油的洒布与摊铺过程同步进行 。

· 可以避免洒布好的粘层受到污染，由于粘层洒布后立即为随后的摊铺层覆盖所以结合更为牢固；

· 同是又缩短了工期、毋需另外的沥青洒布车；

· 减少了对周边道路的污染。

双层同步摊铺技术

· 双层同步摊铺技术是将上、下两层铺层同步进行摊铺，并一起碾压成型。

· 摊铺新概念——在热铺层上摊铺热铺层（“hot on hot”）。

· 利用下层材料的热量来增大整个铺层的热容量。

· 借用下层结构的强度来增加面层抵抗车轮载荷的能力，并为实现这一概念而开发了双层同步摊铺机。

· 这一技术是专门为薄层和超薄层路面而开发的，它对于排水性的单层或双

层开级配路面尤为有用。

· 为实现这一概念而开发了双层同步摊铺机。

双层同步摊铺的新技术有着以下一些优点：

· 由于减小了铺层厚度，可以节省材料费用；

· 显著地延长可进行碾压作业的时间，从而可以获得高质量的压实；

· 减少气候条件较差的影响，延长施工的季节；

· 由于热铺层与热铺层直接接触，没有污染的影响，因而层间的粘结强度得以提高；

· 提高了整体铺层的热稳定性和抵抗变形的能力；

· 有可能降低拌和温度，因而可减少CO2的排放、节约能源和减少沥青的烟雾；

· 显著缩短摊铺的时间，节约施工成本。

· 双层同步摊铺的新技术起源于日本，随后传到了欧洲，但各企业开发的双层同步摊铺机在技术上各有特点。

· 目前市场上主要有三种机型:

双料斗双混合料摊铺机

双转运车双层摊铺机

串联式摊铺列车

新泻铁工所的双混合料摊铺机：

新泻双混合料摊铺机的特点：

· 用两个料斗接受来自自卸卡车的不同混合料，然后将它们送到上层和下层熨平板的前方进行摊铺；

· 两种混合料不仅可以上、下层重叠摊铺，也可左右并列摊铺成带状的铺层，后者常用来摊铺不同颜色的彩色沥青路面。

Dynapac的双层摊铺机

· Dynapac的双层摊铺机是由一台基础摊铺机和一个磨耗层（上层）摊铺模块组成的。

· 上层摊铺模块拥有自己的动力来驱动独立的材料输送带，可将料斗中的磨耗层材料送至上层熨平板的前方。

· 基础摊铺机上安装一容量为45t的料斗，通过主机的输送带将下层材料送至主机高密度熨平板的前方。

· 上、下两层的混合料分别由两台转运车供给并卸入各自的料斗。

Vogele的串联式（in-line）摊铺列车

· 串联式摊铺列车由二台摊铺机和一台材料转运车组成。

· 走在最前方的是材料转运车，它负责轮流为两台摊铺机输送不同的混合料，下层材料卸入主摊铺机的料斗内，上层摊铺用的材料送入主摊铺机上方转运模块的受料斗内。

· 走在中间的为一由2100机型改型的专用摊铺机Super 2100-2 IP（下层摊铺机），在其上方安装有专门的转运模块，用来接收并转运上层摊铺机所需摊铺的混合料。

· 上层摊铺机处在摊铺列车的最后方，上层摊铺用的材料通过输送带，越过主摊铺机，卸入上层摊铺机的料斗内。

· Super 2100-2 IP下层摊铺机的特点是带有一特制的高密实度熨平装置，可以使下铺层获得很高预压密实度，并带有一特大的接料斗（40t）。

· 上层摊铺机是一标准机型Super 1600-2或1800-2，用来摊铺上层材料，所不同的是料斗的容量加大了（25t），并包装有隔热材料以减少混合料的热量损失，为了避免因履带行走在热铺层上而粘附沥青料，带有专门的履带喷水系统。

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绿色碾压新技术

——薄层路面、特殊混合料碾压新技术

· 在压实领域内，改进压实技术，使薄层路面和难压的特殊混合料获得更好的压实，就有可能降低对碾压温度的要求，从而可以降低混合料的拌和温度，这也就间接地为减排、节能做出了贡献。

· 针对薄层路面的压实特点，国外在上世纪90年代先后开发了两类供薄层路面用的压实新技术：一种是振荡压实技术，一种是高频振动压实技术。

振荡压实技术与振荡压路机

· 振荡压实技术起源于上世纪的80年代中叶而在90年代被定位于薄层路面与特殊混合料的压实。

· 振荡压实是利用滚轮摆振产生的水平方向传播的振动波来压实材料的，由于没有垂直方向的冲击，滚轮始终不会离开地面，因而压实过程进展平稳，不会由于过度压实而压碎或振松材料。

· 振荡压实的振动能量集中在表层一定深度的层面内，所以对于较薄的铺层，它的压实效果要优于振动压实。

高频振动压实技术与高频振动压路机

· 高频振动压路机是针对压实薄层路面的需要而开发的。

· 对于许多压实性能差的硬性混合料和薄层路面来说，一方面为了获得必要的密实度要求施加更多的压实功，另一方面薄层路面吸收压实能量的能力又较差而不允许使用大能量的压路机。

· 高频振动压实就是为解决这一矛盾而发展起来的。

· 造成集料被压碎的原因主要是每个振动周期施加给铺层的振动能量过大而引起振动轮对铺层的冲击 ，而每个振动周期的能量是由振幅来决定的，为了减小振动轮的冲击，就必需减小振幅。

· 如果减少振幅而增加频率就有可能在降低滚轮对铺层冲击的同时，保持施加给铺层必要的压实能量。

高频振动压实与振荡压实技术的应用研究

· 我国是本世纪初从国外引进这两项新技术的。

· 2004年在湖北武汉绕城公路上进行了振荡压实与振动压实效果的对比试验研究。

· 2005年在江苏宁淮高速公路上进行了高频振动压实与常规频率下（42Hz、50Hz）振动压实效果的对比试验研究。

BW202 AD-2和HD O90V压路机在碾压桥面铺装时振动和振荡压实效果的对比：

振动与振荡压实集料完好性的比较：

振动与振荡压实集料完好性的比较：

振动与振荡压实集料完好性的比较：

· 从振动压实芯样中集料颗粒的破碎比和颗粒数都远比振荡压实的芯样高。

· 从振荡和振动压实破碎颗粒的形态来看，振动压实破碎颗粒大多是粉碎性的，振荡压实主要是少量大颗粒破裂 。

· 试验是从沥青路面下面层中（厚度8cm）取出的，可以预见对薄层路面与桥面压实会有更加明显的差别。

· 从振动压实芯样中集料颗粒的破碎比和颗粒数都远比振荡压实的芯样高。

· 从振荡和振动压实破碎颗粒的形态来看，振动压实破碎颗粒大多是粉碎性的，振荡压实主要是少量大颗粒破裂 。

· 试验是从沥青路面下面层中（厚度8cm）取出的，可以预见对薄层路面与桥面压实会有更加明显的差别。

高频与常规振动压路机压实效果比较：

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