乳化瀝青在道路養(yǎng)護(hù)中的應(yīng)用

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　摘 要：該文詳細(xì)論述了應(yīng)用乳化瀝青進(jìn)行路面養(yǎng)護(hù)及發(fā)展情況，舉例說(shuō)明了乳液的生產(chǎn)情況、乳液的配方、乳液的各種撒布和乳液在道路養(yǎng)護(hù)中的應(yīng)用情況。

　　關(guān)鍵詞：乳化瀝青；道路養(yǎng)護(hù)；應(yīng)用

　　1、乳化瀝青

　　乳化瀝青是由兩種互不相溶的物質(zhì)——瀝青和水組成的混合物。乳液的顆粒尺寸大小是比較重要的參數(shù)，因?yàn)榱阶兊迷絾我?、分散，乳液的粘度越好，破乳率和粘結(jié)性能也越合適。然而這也限制了乳液中的瀝青含量，并且能夠影響?zhàn)B護(hù)速度，在一般情況下，通過(guò)VSS發(fā)現(xiàn)顆粒直徑在1～5μm范圍內(nèi)時(shí)具有最好的總體特性。

　　瀝青的組成和化學(xué)特性都很復(fù)雜。具有較高的極性（偏光性）和較高的芳香族瀝青，通常較容易乳化。使用添加劑可以用來(lái)提高乳化作用，一般來(lái)講，高針入度的瀝青比低針入度的瀝青容易乳化。

　　乳化瀝青中化學(xué)制品的選擇依賴(lài)于道路的撒布情況，陰離子乳化劑和陽(yáng)離子乳化劑兩者都依賴(lài)于鹽的碳?xì)浠衔锏拈L(zhǎng)鏈，這可能是石油中發(fā)現(xiàn)的合成脂肪酸類(lèi)的轉(zhuǎn)生物、多脂肪酸或木材紙漿中的木質(zhì)素的混合物。

　　一般乳液是通過(guò)設(shè)備和配方來(lái)控制摻量。采用合適的乳化劑、正確的控制乳化劑效果的乳液配方，對(duì)于生產(chǎn)出滿(mǎn)足需要設(shè)乳液是至關(guān)重要的。

　　2、乳化瀝青的優(yōu)點(diǎn)和經(jīng)濟(jì)性

　　2.1 節(jié)能

　　稀釋瀝青中的煤油或汽油含量可以達(dá)到50％，而乳化瀝青中則只含0～2％。所以，這是一項(xiàng)在白色燃料生產(chǎn)利用方面具有重要價(jià)值的節(jié)約行為，僅僅依靠增加輕制油溶劑來(lái)減少瀝青的粘度標(biāo)準(zhǔn)，瀝青就能夠被澆灌和撒布，并希望使用后的輕制油能夠揮發(fā)進(jìn)入大氣中。事實(shí)上，如果輕制油不能夠揮發(fā)，那么瀝青就太軟了，在交通荷載作用下，道路表面就可能泛油或變形。

　　現(xiàn)將乳液和具有同樣固體的輕制油進(jìn)行比較，結(jié)果如下：

　　輕制油（輕制瀝青）：

　　加工1L攤鋪用的輕制瀝青大約需要能量700KJ，再加上切削器等增加的能量，即40000KJ/L，生產(chǎn)這樣1L60％的輕制瀝青乳液設(shè)整個(gè)能量需求是：

　　700+4.4x40000=16700（KN）

　　乳化瀝青：生產(chǎn)1L乳化瀝青需要能量576KJ，生產(chǎn)1L乳化瀝青的設(shè)乳化劑能量為584KJ，這樣生產(chǎn)1L乳化瀝青的總能量為1160KJ.

　　由此可以看出，大部分能量是被燃料消耗掉了。

　　2.2 多用途性

　　乳化瀝青有許多種應(yīng)用方法，應(yīng)用時(shí)要選擇合適設(shè)方法，因?yàn)樗鼈冇幸粋€(gè)非常廣設(shè)應(yīng)用范圍。同樣設(shè)乳液既能夠作大面積的封層撤布，也能夠用來(lái)進(jìn)行小范圍設(shè)坑槽修補(bǔ)工作。因?yàn)樗鼈兡軌蜷L(zhǎng)期儲(chǔ)存在儲(chǔ)罐中，在偏遠(yuǎn)地區(qū)應(yīng)用時(shí)，利用滾筒灑布應(yīng)用起來(lái)非常容易。

　　2.3 使用方便

　　乳液設(shè)專(zhuān)業(yè)化撒布，需要專(zhuān)業(yè)化設(shè)設(shè)備，如撒布機(jī)。然而，小面積設(shè)乳液應(yīng)用可直接采用手工澆灌和手工撒布，如小面積設(shè)坑槽補(bǔ)工作、裂縫填縫料等，小數(shù)量設(shè)冷拌混合料只需要基本設(shè)備就行。例如，一只帶擋板的灑水壺和一個(gè)鐵鍬就能夠進(jìn)行小面積的封層和裂縫修補(bǔ)，采用灌入式坑槽修補(bǔ)方法填充路面坑洞等應(yīng)用簡(jiǎn)單易行。

　　3、乳液的養(yǎng)護(hù)方法和應(yīng)用

　　在SHRP計(jì)劃中，美國(guó)和加拿大已經(jīng)將路面設(shè)預(yù)防性養(yǎng)護(hù)計(jì)劃進(jìn)行了試驗(yàn)，效果比較好。持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)設(shè)養(yǎng)護(hù)方法是稀漿封層、石屑罩面和灌入式坑洞修補(bǔ)方法。

　　路面損壞設(shè)分類(lèi)如下：

　　a）變形或扭曲

　　路面的塑性變形是由于車(chē)輛超載造成的。包括車(chē)轍、擠漿和搓板現(xiàn)象及路面推擠。

　　b）裂縫

　　路面裂縫是由許多因素產(chǎn)生的，其中有許多是結(jié)構(gòu)上設(shè)原因。例如，疲勞裂縫是由于路面剛度喪失和交通車(chē)輛的反復(fù)碾壓引起的；縱裂縫、網(wǎng)裂縫和溫縮裂縫是由于材料和設(shè)計(jì)因素引起的，既有路面的原因，也有材料老化和環(huán)境方面的原因。反射裂縫是由于已存在的裂縫損壞或在水泥混凝土路面中連接起來(lái)引起的。

　　c）破裂

　　隨著時(shí)間的推移，道路面層逐漸老化、瀝青的老化在不同程度上取決于環(huán)境和瀝青的化學(xué)性質(zhì)，這些老化將導(dǎo)致路面斷裂、面層結(jié)構(gòu)喪失和通常的裂縫和坑洞?？佣词怯捎诨旌狭现屑?xì)料的喪失或路面粒料較小及路面下沉造成的。

　　d）剝離——水分侵蝕

　　由于一些瀝青對(duì)水的敏感性，特別是在車(chē)輛和孔隙水壓力的作用下，引起瀝青的粘附性喪失和路面坍陷。

　　為了發(fā)揮乳化瀝青養(yǎng)護(hù)的優(yōu)點(diǎn)，目前正在研究幾種重要的養(yǎng)護(hù)方法，其中SHRP計(jì)粘附性喪失和路面坍陷。

　　為了發(fā)揮乳化瀝青養(yǎng)護(hù)的優(yōu)點(diǎn)，目前正在研究幾種重要的養(yǎng)護(hù)方法，其中SHRP計(jì)劃已經(jīng)確認(rèn)裂縫填縫料、稀漿封層、石屑罩面和噴射坑洞修補(bǔ)等四種方法是比較好的乳液養(yǎng)護(hù)方法。

　　3.1 稀漿封層

　　稀漿封層是一種冷拌瀝青混合料，具有骨料和瀝青混合的優(yōu)點(diǎn)，在通常情況下，相似的級(jí)配稀漿封層具有比熱拌瀝青混合料高的模量，所以常用它來(lái)填充路面車(chē)轍。比較高的穩(wěn)定度具有較高的抗變形能力。

　　混合料通常是由較硬設(shè)細(xì)骨料級(jí)配和耐磨的具有高砂當(dāng)量的骨料組成，特別是微觀封層和聚合物改性封層這種情況極大地增加了路面的強(qiáng)度和完整性。這使路面具有高磨損阻力和極好的變形阻力。

　　乳化瀝青乳液也容易在移動(dòng)的稀漿封層攤鋪機(jī)上使用，在該機(jī)器上進(jìn)行拌和及運(yùn)用摻加劑進(jìn)行化學(xué)控制來(lái)滿(mǎn)足養(yǎng)護(hù)的需要。

　　3.1.1 經(jīng)濟(jì)性

　　a）車(chē)轍修補(bǔ)

　　采用微觀封層混合料進(jìn)行路面車(chē)轍修補(bǔ)將使路面持續(xù)較長(zhǎng)的時(shí)間，對(duì)熱拌瀝青混合料來(lái)講，將持續(xù)大約8～10年的時(shí)間。顯而易見(jiàn)，正確的混合料設(shè)計(jì)和鋪筑是非常重要的，采用微觀封層進(jìn)行路面車(chē)轍修補(bǔ)的相對(duì)費(fèi)用比熱拌瀝青混合料要少，這主要是不需要脫離拌和設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)；對(duì)通常的車(chē)轍道路表面不需要研磨，這是因?yàn)槿榛癁r青允許潮濕的道路表面和較好的粘附性，沒(méi)有粘結(jié)層；現(xiàn)場(chǎng)使用的材料基本費(fèi)用比較少。

　　b）面層修整

　　通常情況下，在居民住宅區(qū)、稀漿封層根據(jù)原有的道路表面使用壽命可以持續(xù)4～8年。在高速公路上應(yīng)用微觀封層或者聚合物改性稀漿封層，其使用壽命將達(dá)到8年。

　　3.1.2 投資成本

　　建設(shè)一座乳液生產(chǎn)車(chē)間大約需要聯(lián)邦政府30萬(wàn)美元、這樣才能提供撒布用的各種各樣的乳液；一套微觀封層機(jī)械需要16萬(wàn)美元。另外，承包商還需要罐車(chē)來(lái)運(yùn)水和乳液，還需要1臺(tái)壓路機(jī)及輔助設(shè)備用于修補(bǔ)路面車(chē)轍。復(fù)合式機(jī)械工作效率高，運(yùn)用2臺(tái)機(jī)器每天可比較容易地完成501676.2m2，使用連續(xù)工作的機(jī)器需要專(zhuān)業(yè)化的管理機(jī)構(gòu)，所以這些只適合于高速公路工程。

　　3.2 石屑罩面

　　目前，世界上有各種各樣的道路表面處治方法，其中石屑罩面、撒布封層是最常用的路面養(yǎng)護(hù)方法。

　　石屑罩面是在道路面層上使用一種標(biāo)準(zhǔn)的瀝青撒布機(jī)灑布一層粘結(jié)料，然后鋪一層同粒徑的比較好的骨料。這種方法可以根據(jù)交通類(lèi)型進(jìn)行調(diào)整，粘結(jié)料和石料兩者的撒布率必須符合設(shè)計(jì)要求，所采用的粘結(jié)料和石料必須經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的篩選（粘結(jié)料在粘度、附著力、模量和適當(dāng)?shù)膹椥约笆嫉男螤?、結(jié)構(gòu)、大小和干凈程度等方面都應(yīng)嚴(yán)格要求）。

　　石屑罩面的復(fù)合封層如果在比較好的道路基層上進(jìn)行，處理后的道路表面可承受的交通量將達(dá)到40000輛/日，同時(shí)也能夠通行大型載重車(chē)。

　　石屑罩面是一個(gè)高瀝青含量的薄表面處治層，但是這種處治層是柔性的和耐磨的。摻加聚合物能夠增加粘結(jié)力、粘附性、耐磨性和路面的抗裂性能。這使石屑罩面既能夠用于道路養(yǎng)護(hù)，又可以用于道路重建，尤其是在道路的抗裂方面有重要作用。另外，使用SBR或SBS改性能夠進(jìn)行道路封層和橋梁裂縫修補(bǔ)，尤其重要的是可以減少路面的反射裂縫。

　　由于乳液具有極好的潮濕性、化學(xué)粘附性和乳化劑系統(tǒng)及對(duì)路面的修補(bǔ)養(yǎng)護(hù)性質(zhì)，所以乳液比較適合于路面撒布。根據(jù)天氣和交通情況，路面灑布時(shí)要求比較好的交通控制及比較好的封層條件。

　　3.2.1 經(jīng)濟(jì)性

　　a）路面養(yǎng)護(hù)應(yīng)用

　　石屑罩面的目的是要增加路面的使用壽命。路面養(yǎng)護(hù)應(yīng)用石屑罩面，在現(xiàn)場(chǎng)不需要限制瀝青拌和設(shè)備，同時(shí)采用石屑封層的路面不會(huì)出現(xiàn)反射裂縫和微裂縫，防止了路面的進(jìn)一步老化和水浸破壞。在美國(guó)，據(jù)記載在基層上進(jìn)行石屑罩面養(yǎng)護(hù)，可以使路面的使用壽命增加到10年以上。

　　b）填充裂縫和橋梁修補(bǔ)

　　對(duì)于乳化瀝青來(lái)講，摻加聚合物增加了粘結(jié)料的成本（甚至達(dá)到了兩倍以上），但是它可以明顯地延長(zhǎng)路面壽命，澳大利亞有關(guān)機(jī)構(gòu)研究發(fā)現(xiàn)：通過(guò)這種方法設(shè)計(jì)重建的鄉(xiāng)村道路，可以使損壞比較嚴(yán)重的道路壽命增加10～15年。對(duì)路面的反射裂縫進(jìn)行處理，也可以使路面的使用壽命增加5～8年。

　　c）粘層油

　　粘層油是指在封層之間或者是在具有裂縫的路面層和其他路面層之間的涂刷層，這種方法可以使路面使用壽命延長(zhǎng)5～8年。而且它也能夠消除反射裂縫（尤其是水泥處治或再生路面），運(yùn)用這種完整的養(yǎng)護(hù)體系，能夠減少重建費(fèi)用一半以上。采用這種方法可以對(duì)新的路面進(jìn)行有效的處治。

　　d）高濃度乳液

　　對(duì)于城鄉(xiāng)道路來(lái)講，采用高濃度乳液對(duì)路面進(jìn)行處治是一種非?？斓酿B(yǎng)護(hù)方法，一天可以處治16～25 km的道路，只需1臺(tái)乳化瀝青灑布機(jī)和裝水的罐車(chē)，成本相應(yīng)地比較低。在低交通量的道路上，使用壽命可以延長(zhǎng)3～5年（主要損壞類(lèi)型是路面老化）。

　　3.2.2投資成本

　　在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行石屑封層處理，需要1臺(tái)灑布機(jī)（大約300 000美元/臺(tái)）、1臺(tái)自動(dòng)化的攤鋪機(jī)（大約：150000美元/臺(tái)）、或1臺(tái)簡(jiǎn)單的滾筒式拌和機(jī)（大約15000美元/臺(tái)）、兩臺(tái)碎石壓路機(jī)和裝載其他設(shè)備的輔助設(shè)備即可。

　　3.3 Cape封層；Cape封層是石屑罩面的稀漿封層的組合。這種封層具有表面光滑的特點(diǎn)，在一層耐磨的稀漿封層下面有一層柔性的石屑罩面。這就為具有一個(gè)稀漿封層面層的同時(shí)，為減緩組合裂縫的繼續(xù)發(fā)展創(chuàng)造了有利條件。

　　采用Cape封層進(jìn)行路面處治的方法在南非和美國(guó)經(jīng)常使用。在南非，這種方法首先在道路建設(shè)時(shí)應(yīng)用，現(xiàn)在已經(jīng)應(yīng)用到主要貨運(yùn)道路養(yǎng)護(hù)、重建上。目前，在美國(guó)的住宅區(qū)街道和主干線(xiàn)道路上也在應(yīng)用這種方法。

　　3.3.1經(jīng)濟(jì)性

　　Cape封層比單獨(dú)使用稀漿封層或石屑罩面成本高得多，然而這種封層非常耐磨。石屑罩面中的大骨料具有比較好的抗滑性和承載性能，稀漿封層具有平整度好和比較低的車(chē)輛營(yíng)運(yùn)費(fèi)，Cape封層具有兩者的優(yōu)點(diǎn)：

　　a）應(yīng)用于住宅區(qū)街道

　　Cape封層在基層上應(yīng)用能夠使道路的使用壽命延長(zhǎng)5～8年。

　　b）公路及主干道公路

　　南非聲稱(chēng)其交通量為10000輛/日的道路使用壽命為10～15年，使用壽命的延長(zhǎng)說(shuō)明道路正確的設(shè)計(jì)和建設(shè)，而并非單純養(yǎng)護(hù)造成的。

　　3.3.2投資成本

　　參看稀漿封層和石屑罩面。

　　3.4噴射修補(bǔ)坑洞

　　噴射修補(bǔ)坑洞是采用一種特殊的機(jī)器對(duì)路面坑洞和凹地及破裂地帶進(jìn)行修補(bǔ)。

　　首先，修補(bǔ)機(jī)中的壓縮空氣將坑洞吹干凈，除去坑洞里任何松散的材料，得到一個(gè)干凈的表面。然后，將坑洞的內(nèi)表面涂上一層乳液。再利用修補(bǔ)機(jī)上的操作裝置，向坑洞里填上骨料，從噴嘴中噴出的熱乳液和骨料混合，坑洞填充料，采用該方法修補(bǔ)的坑洞既防水又具有比較好的強(qiáng)度。修補(bǔ)坑洞的骨料要求單個(gè)尺寸為7mm、10mm或14mm的石料，這也是進(jìn)行封層時(shí)常使用的骨料級(jí)配。最后在坑洞上面鋪一層干骨料，使它具有一個(gè)表面封層，這樣就完成了封層工作，但是也有再鋪一層細(xì)砂的情況。

　　采用這種方法幾乎不需要進(jìn)行任何壓實(shí)工作。

　　如果經(jīng)常使用快凝型乳液和改性聚合物乳液，就能夠使修補(bǔ)的坑洞具有比較高的強(qiáng)度，或者在冬季條件下，比較快地修補(bǔ)路面坑洞。DURAPATCHER設(shè)備是用來(lái)修補(bǔ)路面坑洞的，該設(shè)備也能夠修補(bǔ)路面裂縫。

　　3.4.1經(jīng)濟(jì)性

　　噴射坑洞修補(bǔ)的主要特點(diǎn)是生產(chǎn)和輸出比較容易，每天修補(bǔ)坑洞需要2300L乳液和20t的其他材料，需要兩個(gè)人和1臺(tái)機(jī)器。應(yīng)用這種方法具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益。對(duì)路面修補(bǔ)來(lái)講，要保證道路的暢通，在很大程度上依賴(lài)于所修補(bǔ)的坑洞范圍和坑洞在多快的時(shí)間內(nèi)修補(bǔ)完成。如果道路已經(jīng)特別潮濕，這時(shí)坑洞的修補(bǔ)可以說(shuō)是一種浪費(fèi)。

　　延長(zhǎng)路面的使用壽命在于坑洞的及時(shí)修補(bǔ)，即在坑洞直徑不超過(guò)15cm就需加以修補(bǔ)，坑洞的使用壽命等于整個(gè)路面的剩余使用壽命。

　　3.4.2投資成本

　　噴射坑洞修補(bǔ)只需要1臺(tái)合適的修補(bǔ)機(jī)即可，該機(jī)大約是50000美元/臺(tái)，整個(gè)養(yǎng)護(hù)程序的完成只需1個(gè)人即可。另外，需要1臺(tái)大型的載重車(chē)，但是它不是修補(bǔ)機(jī)械的一部分。此外還可能將該設(shè)備提供給其他地方，甚至作為租賃設(shè)備使用。

　　4、結(jié)論

　　a）一種合適的養(yǎng)護(hù)方案加上良好的檢測(cè)系統(tǒng)或PMS系統(tǒng)能夠明顯地延長(zhǎng)路面的使用壽命。

　　b）乳化瀝青是一種便利的和有效的粘結(jié)料。

　　c）稀漿封層、石屑罩面、cape封層和噴射坑洞修補(bǔ)被證明是路面養(yǎng)護(hù)的好方法，只要進(jìn)行合適的設(shè)計(jì)，路面的損壞就能夠鑒定和進(jìn)行處治。

　　d）以上的路面處治方法是比較經(jīng)濟(jì)的，從一開(kāi)始就具有最少的投資成本。