改性乳化沥青同步碎石封层在沥青路面预防性养护中的应用研究

【摘要】改性乳化沥青同步碎石封层是一种新型沥青路面预防性养护技术，本文在对改性剂、乳化剂试验研究的基础上，进行了配合比设计方法的试验研究，在养护工程中对配合比设计进行验证，提出了施工工艺和质量控制方法。通过试验检测，改性乳化沥青同步碎石封层的各项路用性能指标达到规范要求，能够有效地恢复路面的使用性能，延长路面的使用寿命。

【关键词】改性乳化沥青；同步碎石封层；配合比设计；路用性能。

1.材料制备和技术要求

1.1 矿料技术要求

用于同步碎石封层的石料应清洁、干燥、不含风化颗粒、无杂质，具有足够的强度、耐磨耗性。集料粒径在4.75mm～9.50mm之间的集料，应接近立方体颗粒。

1.2 .1改性乳化沥青的制备

沥青乳化剂分为阳离子型、阴离子型、两性离子型、非离子型和矿物型五大类，用于生产同步碎石封层用乳化沥青的乳化剂应选用快（中）裂快凝型阳离子乳化剂。

本文选择了三种乳化剂进行试验优选，分别为美德维什伟克AA63D、阿克苏E4819、镇江金阳JY-R1（表2）。乳化剂的优选以制得分散均匀、稳定性好、粘度适中的乳化沥青为原则。

根据乳化剂厂家的推荐掺量，对三种乳化剂选用0.3%和0.4%两种水平进行了试验，得出：三种乳化剂在掺量为0.3%时，配制的乳化沥青非常粘稠、储存稳定性差，易结皮；而掺0.4%的AA63D乳化剂和E4819乳化剂的乳化沥青稳定性较好，JY-R1乳化剂的乳化沥青稳定性较差（有待进一步研究采取改进措施，或添加稳定剂等）。因此，选择AA63D乳化剂和E4819乳化剂进行下一步试验，并将乳化剂用量初步确定为0.4%。

将AA63D和E4819分别与70#A级沥青和90#B级沥青制得的乳化沥青与集料进行粘附性试验，均与集料具有良好的粘附性，集料沥青裹附量远大于规范2/3的要求。外掺胶乳后制得的改性乳化沥青性能指标见下表。

由试验结果可知，对于70#A级基质沥青，采用AA63D乳化剂配制的乳化沥青，不掺加胶乳时，其蒸发残留物5℃延度很低，接近脆断，掺加3% SBR胶乳后能降低针入度，提高软化点，大幅增加延度，证明SBR胶乳的加入对其高低温性能均有明显改善；但是继续增加胶乳掺量至4%，各性能提高不明显，在实际生产中，SBR胶乳掺量可确定为3%。同样，采用E4819乳化剂配制的乳化沥青，掺胶乳会在一定范围内增加乳化沥青的粘度，明显提高延度，降低针入度，提高软化点，其胶乳掺量也可初步确定为3%。

对于两种乳化剂与90#B级沥青配制的乳化沥青，增加胶乳掺量对AA63D和E4819配制的乳化沥青，各种性能变化与70#A级沥青配制的乳化沥青变化基本一致，不同之处在于，胶乳掺量从3%增加至4%时，乳化沥青延度依旧增长明显。

1.2.2 改性乳化沥青的制备

（1）乳化剂皂液pH值的确定

通过室内反复配制比较，得出以下结论：当乳化剂皂液pH值在1.6～2.0范围内时配制的乳化沥青粘度和稳定性较好；当pH值过大或过小时，乳化沥青很容易在短时间内（3～4小时）破乳，结皮。

（2）基质沥青温度的控制

基质沥青温度宜控制在130～140℃范围内，当温度过高（超过145℃）时，配制的乳化沥青会结团，短时间内破乳；沥青温度过低则不易于乳化。

（3）胶体磨的剪切时间

胶体磨剪切时间不宜太长，如果剪切时间过长（超过5分钟）配制的乳化沥青稳定性很差，剪切时间宜控制在3分钟以内。

（4）配制的乳化沥青储存方式

通过对比烧杯和密封广口瓶两种容器储存方式，得出使用密封的广口瓶储存的乳化沥青更稳定，因此推荐配制乳化沥青应密封保存。在实际生产过程中，应采用大密封罐保存，尽量减少乳化沥青与空气的接触面积，同时刚生产出来的乳化沥青温度在80～90℃，在其降温的过程中应每间隔半小时左右适当搅拌几分钟，即可有效防止快裂快凝型乳化沥青出现结皮现象。

在完成室内制备工艺研究后，通过工厂化生产调试，确定了以下几个生产参数：基质沥青加热温度约为140℃，皂液温度约在55～60℃，皂液ph值取1.9，皂液泵转速400r/min，沥青泵转速为420r/min。

2. 改性乳化沥青同步碎石封层配合比设计

改性乳化沥青同步碎石封层的配合比设计主要是确定乳化沥青及碎石的撒布量。目前，国内外主要有三种配合比设计方法：室内试验确定法、经验法和理论计算法。

2.1 Mcleod理论计算方法

碎石封层中碎石和沥青用量的理论计算方法最初由Norman McLeod提出，后来被美国SHRP（Strategy Highway Research Program）采纳，用于碎石封层的设计，在美国明尼苏达州得以应用。该方法假设集料平均高度的70%被沥青结合料填充，并认为集料用量由集料级配、形状和密度决定，结合料撒布率由集料级配、吸收度、形状、交通量、路面状况和所用沥青材料中基质沥青的含量共同决定。

2.2 室内试验法

可以通过室内试验法初步确定同步碎石封层的乳化沥青及碎石撒布量。乳化沥青采用65%固含量的SBR胶乳改性乳化沥青，碎石为4.75mm～9.5mm的单一粒径碎石。这是一种十分直观、简便的碎石封层设计方法，将碎石均匀、紧密地撒满某平底容器，根据碎石质量和撒布面积计算石料撒布量；然后向该平底容器内倒入自来水直至刚好完全淹没石料，倒入水量的2/3与平底容器底面积的比值即为乳化沥青的撒布量。

根据上述方法，圆盘面积：0.0855m2；均匀、紧密排列的单层碎石撒布量：0.715kg；填充2/3碎石体积需水量：0.157kg；计算得出：100%碎石撒布量8.36kg/m2，乳化沥青撒布量为：1.8kg/m2，与之前McLeod理论计算法得出的结果差别较大。按此配比，室内制作同步碎石封层试件。发现破乳形成强度以后，沥青裹附集料2/3的体积，将试件翻过来敲击底部，没有石料脱落，戴手套扫刷试件表面，也没有集料脱落，证明粘结强度较好。

由于现场铺筑的同步碎石封层要经过胶轮碾压，同时开放交通后行车碾压会导致部分沥青上浮，为避免产生泛油现象，室内确定的乳化沥青及碎石撒布量尚须经过试验路的检验才能最后确定。

3. 改性乳化沥青同步碎石封层施工工艺及配合比验证

3.1 施工准备

1）在铺筑同步碎石封层前对路面进行路况调查，对裂缝、坑槽、泛油、车辙等病害进行处理，同时使原路面洁净无浮尘，保证碎石封层的正常施工。若旧沥青混凝土路面有其他污染或杂物应进行冲洗或清扫，当用水冲洗时，应等水分蒸发表面完全干燥后才可进行碎石封层的施工。对路缘石等两旁结构物或设施采取覆盖措施，以防乳化沥青喷洒飞溅污染结构物。

2）碎石封层施工的最佳地表温度为20℃及以上，并应避开雨季及低温季节，当地表温度在10℃及以下时，禁止碎石封层施工。

3）现场技术人员及操作员进行岗前技术培训及安全教育。

3.2 乳化沥青洒布

1） 乳化沥青洒布前应先在路面上划上参考线，并使施工车辆与参考线对齐。

2）在洒布过程中，洒布车应保持匀速行驶，确保洒布均匀，洒布车速度应控制在5～10km/h。

3）改性乳化沥青可进行常温洒布，洒布量控制偏差建议不超过10%。现场试测人员要随时抽查沥青洒布量。

4）在洒布过程中，应注重接缝的施工处理，包括横向接缝和纵向接缝的处理。在横向接缝的位置，再次施工时既要与前次施工紧密衔接，又要避免与前次施工断面重叠。可在每次横向接缝洒布前采用油毡或铁皮沿接缝边缘将已洒布的路段遮挡覆盖，再进行施工。

5）在洒布过程中，注意沥青的洒布状态，如发现沥青出现不均匀喷洒状态时应立即停车检查。

6）每车洒布完成后要对沥青用量进行总量检测，以保证沥青洒布量的准确。施工完成后车内的剩余沥青必须清空。

3.3 碎石撒布

1）碎石撒布与沥青洒布同步进行。碎石撒布量宜覆盖表面90%以上，对于局部撒布量不足的地方，应进行人工补足。现场试测人员要随时目测碎石撒布的最大间隙，最大间隙应小于碎石最大粒径。

2）为保证撒布的均匀性，应注意撒布车辆的启动阶段、横纵向的接缝位置，不能出现重叠和漏撒现象。若造成局部重叠，应在碾压前人工清理多余的碎石；若造成局部漏撒，应在碾压前人工补足碎石。

3.4 纵横向接缝处治

横缝：横缝可采用对接法处理。在每段接茬处，采用油毡或铁板搭在横缝上，杜绝出现重复洒油和撒料现象，以免影响横缝处出现不平整或油包。

纵缝：由1名技术熟练的驾驶员平稳匀速驾驶沥青洒布车，保证边侧洒布线形顺适，纵缝处沥青洒布重叠部分控制在5～10cm，交通放行有条件时，对纵向接缝，应在先做封层一侧暂留10cm左右宽度不撒布碎石，待另一侧封层时沿预留沥青边缘进行同步碎石撒布。

3.5 压实及成型

采用胶轮压路机进行压实作业；掌握好碾压时机，使碎石压入改性沥青之中且粘结牢固（乳化沥青宜在停止破乳，沥青变黑时进行碾压）；碾压时，应遵循先慢后快的原则，碾压速度宜控制在2～2.5km/h。相邻两幅初压完成后，即可进行错轮碾压，碾压时每次轮迹应至少重叠30cm，且压路机每次折回的位置禁止在同一横断面上。

3.6 养生及交通管制

乳化沥青碎石封层施工完工后，应封闭交通，待碎石封层强度形成后（强度形成时间应根据试铺确定）可以开放交通。刚开放交通时，应限制车速，且不允许车辆在路面已施工好的碎石封层上掉头和急刹车。

3.7 浮料收集

施工碾压完成后，采用清扫车或人工对施工完成路段进行清扫，将多余的碎石清除干净，避免开放交通后浮料飞溅。

通过试验路试铺，得出的合理施工参数有：乳化沥青同步碎石封层车车速6.6km/h；压路机碾压遍数2～3次；乳化沥青洒布量约为1.6～1.8kg/m2；碎石洒布量约为8kg/ m2。

因此，通过室内试验法及试验路配合比验证，得出：采用McLeod理论计算法确定的碎石撒布量偏大，乳化沥青洒布量偏小，该方法还需要进一步的优化。

4. 改性乳化沥青同步碎石封层路用性能研究

在完成室内配合比设计研究后，笔者在玉元、昆石两条公路上，分别铺筑了3km的试验路。在铺筑同步碎石封层试验路后，笔者对路面的性能指标进行了全面的检测，达到了预期的要求；同时，在通车运行7个月后，又一次对该试验路进行了回访检测，以确定其路用性能的衰减情况，具体情况见下图。

从图1～图3可以明显看出，铺筑同步碎石封层后路面平整度变化不大，但路面抗滑性能得到显著改善，在通车运行7个月后，路面抗滑指标虽然有所衰减，但依然远优于旧路面。从图4可以看出，通车7个月后，路面的车辙指标仍处于优良水平。由于试验路是用于沥青路面养护，因此，按照《公路沥青路面养护技术规范》对通车运行7个月后的同步碎石封层路面进行了路面综合状况评定。经计算，试验路路面综合评价为。

5. 结论

（1）通过室内对比试验，优选了沥青、乳化剂及改性胶乳，确定了合适的掺量，并得到了改性乳化沥青的工厂化生产工艺及控制参数；

（2）通过室内试验法和试验路的验证，采用McLeod理论计算法进行配合比设计确定的碎石撒布量偏大，乳化沥青洒布量偏小，因此，该方法还需要进一步的优化；

（3）采用改性乳化沥青同步碎石封层对旧沥青路面进行养护，能够有效的恢复路面的使用性能，延长路面的使用寿命，该技术具有极大的推广应用价值。

参考文献

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