透層油的滲透性影響因素分析

文/廣州市高速公路有限公司營(yíng)運(yùn)分公司 何創(chuàng)

廣州市高速公路有限公司 白星

在道路工程中，黏結(jié)作用影響著路面結(jié)構(gòu)的整體性能。穩(wěn)定的整體結(jié)構(gòu)是道路路面具有良好耐久性的前提，在半剛性基層與瀝青面層的層間結(jié)合及瀝青面層加鋪新的瀝青層時(shí)的層間結(jié)合時(shí)，高滲透的透層油起到的黏結(jié)作用不可忽視。透層油的灑布在半剛性基層上加鋪瀝青面層時(shí)是必不可少的工序，可有效改善層間的連續(xù)性，使得層間過(guò)渡和黏結(jié)作用得到強(qiáng)化。同時(shí)，還能夠防止水分下滲到基層，抑制路面病害的產(chǎn)生。此外，在半剛性基層施工完成后噴灑透層油，可防止基層水分蒸發(fā)，防止干縮裂縫病害的出現(xiàn)，并降低養(yǎng)護(hù)成本。長(zhǎng)期以來(lái)，行內(nèi)研究人員致力于透層油的黏結(jié)性能的研發(fā)，但透層油的滲透性能的研究進(jìn)展卻相對(duì)緩慢。

透層油的滲透機(jī)理

現(xiàn)階段我國(guó)使用的透層油基本是同種乳化瀝青，普通的乳化瀝青幾乎難以下滲，起不到透層和層間相互黏結(jié)的作用。因此現(xiàn)今采用的透層油是基于普通的乳化瀝青，在其中摻加一定的稀釋溶劑，改善乳化瀝青的滲透性。對(duì)于半剛性基層而言，透層油在基層上噴灑之后首先沿著表面鋪展，進(jìn)而浸潤(rùn)基層材料，然后在自重作用下，透層油沿著集料及空隙逐漸下滲。下滲過(guò)程中乳化瀝青伴隨著破乳，若空隙較小，在集料表面的張力較大且破乳較早的情況下，透層油難以下滲到足夠的深度，反而堆積在基層表面，不但沒(méi)有起到較好的過(guò)渡和層間黏結(jié)，反而容易附著在施工機(jī)械車(chē)輪的表面。因此，對(duì)透層油的選擇，不但考慮到其要具有較好的黏結(jié)性，也要具有良好的滲透性。

滲透性影響因素

基層材料的界面張力

界面張力發(fā)生在異相物質(zhì)的接觸處，乳化瀝青與基層集料的接觸界面為曲面。對(duì)于乳化瀝青顆粒而言，其處于集料形成的微小孔隙上，受到兩種材料間形成的界面張力。若接觸面積較小，則形成的界面張力較大，以至于超過(guò)乳化瀝青顆粒的自重，則乳化瀝青不會(huì)下滲。因此，在噴灑透層油前要對(duì)半剛性基層表面進(jìn)行清掃和灑水處理，必要時(shí)應(yīng)拉毛處理以確保集料顆粒外露，進(jìn)而確保乳液和集料具有較大的接觸面積，大幅降低其界面張力，提高透層油的滲透性。

破乳速度

透層油噴灑后與基層表面集料接觸，在電荷吸附力以及水分流失的條件下，乳化瀝青發(fā)生破乳則瀝青原質(zhì)流出后形成連結(jié)。一旦乳化瀝青發(fā)生破乳，則為其進(jìn)一步的滲透增加了難度。因此，要確保透層油的破乳速度不至太快，使得乳化瀝青能夠充分的滲透到基層中。

基層材料和結(jié)構(gòu)類型

基層的材料性質(zhì)和結(jié)構(gòu)類型均影響著透層油乳化瀝青在半剛性基層表面滲透的深度。表層集料的粒徑大小、紋理特性和含水率等會(huì)影響乳化瀝青中的水分變化，進(jìn)而影響乳液的破乳。若選用的集料較為干燥且表面相對(duì)粗糙，則會(huì)導(dǎo)致乳化瀝青中水分快速流失，加快破乳速度進(jìn)而降低透層油的滲透性。

半剛性基層的級(jí)配類型若為懸浮密實(shí)結(jié)構(gòu)，則細(xì)集料以及礦粉偏多，整體結(jié)構(gòu)的空隙較小，則會(huì)加大對(duì)透層油的滲透阻力，降低滲透深度。而骨架空隙結(jié)構(gòu)的基層優(yōu)點(diǎn)是空隙較大，這對(duì)透層油的下滲是十分有利的，但較大的空隙結(jié)構(gòu)，在一定程度上降低了基層的強(qiáng)度和承載能力，而基層在強(qiáng)度和承載能力方面的要求一般較高，所以多選用骨架密實(shí)型級(jí)配。這種級(jí)配類型的半剛性基層的細(xì)集料含量相對(duì)合適，空隙不至于偏小，為透層油的滲透提供了一定的條件。

透層油黏度

黏度是影響透層油滲透性的本質(zhì)，黏度過(guò)大會(huì)導(dǎo)致透層油的流動(dòng)性較差，導(dǎo)致滲透性差；黏度過(guò)小，則會(huì)影響透層油的黏結(jié)效果。透層油的黏結(jié)性與其乳化瀝青的蒸發(fā)殘留物含量有關(guān)，蒸發(fā)殘留物含量較小，則黏度較小，其滲透性較好。需要注意的是，若蒸發(fā)殘留物的含量過(guò)低，透層油的穩(wěn)定性較差，此時(shí)滲透下去的幾乎為水分，這些水分的存在會(huì)導(dǎo)致瀝青與基層材料的黏附性變差，進(jìn)而影響透層油的黏結(jié)效果。

表1 乳化劑類型對(duì)透層油滲透性的影響

根據(jù)透層油蒸發(fā)殘留物含量對(duì)其滲透性以及黏度的影響，在不影響其儲(chǔ)存穩(wěn)定性的前提下，找到滲透性能好且粘度滿足要求的透層油。如圖3所示，蒸發(fā)殘留物含量在40%至50%之間時(shí)，其儲(chǔ)存穩(wěn)定性均滿足要求，在此基礎(chǔ)上，隨著蒸發(fā)殘留物含量的增加，黏度值逐漸增大，但是其滲透深度卻相應(yīng)受到影響。根據(jù)滲透深度的需要，則應(yīng)控制透層油的蒸發(fā)殘留物含量在40%至43%之間。

圖3 蒸發(fā)殘留物含量對(duì)透層油滲透性影響

乳化劑類型

鑒于乳化劑類型不同對(duì)乳化瀝青的破乳以及凝結(jié)產(chǎn)生的影響不同，因此選用何種乳化劑對(duì)透層油的黏度和深度性影響也值得考慮。為了使透層油具有較好的滲透性，則其破乳速度不能夠太快，為此選擇三種破乳較慢的乳化劑摻加到殼牌90#基質(zhì)瀝青中，根據(jù)45：55的油水比例拌制透層油（不摻加固化劑），并涂抹在半剛性基層試件表面，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表1所示。

通過(guò)表1可以看出，陰離子乳化劑的滲透效果明顯優(yōu)于陽(yáng)離子乳化劑。1#乳化劑形成的透層油破乳速度較快，其滲透深度為0，其余破乳速度較慢的兩者都有一定深度的滲透。蒸發(fā)殘留物含量均在40%至43%之間，粘度相差較小。陽(yáng)離子乳化劑摻加形成的透層油，由于其破乳較快，以及基層材料的堿性作用，破乳后瀝青與基層材料反應(yīng)進(jìn)而阻止瀝青的流動(dòng)和滲透。因此，推薦使用陰離子乳化劑。為提高其黏結(jié)性，可在透層油生產(chǎn)過(guò)程中加入固化劑。

固化劑

在透層油中摻加固化劑，可有效改善其黏結(jié)強(qiáng)度，同時(shí)確保其具有足夠好的滲透性。在透層油中摻加不同含量的固化劑后，其蒸發(fā)殘留物含量以及穩(wěn)定性如表2所示，其黏度以及滲透深度變化如圖4所示。

如表2和圖4所示，在0至1.0%的固化劑摻加量下，其蒸發(fā)殘留物含量均在40%至43%之間，儲(chǔ)存穩(wěn)定性能均表現(xiàn)良好。隨著固化劑摻量的增加，透層油的黏度增大，滲透深度減小。為確保透層油的滲透性能和黏結(jié)性能，選擇其固化劑的摻加量為0.2%至0.4%。

圖4 固化劑含量對(duì)透層油黏度和滲透性的影響

結(jié)論

為確保透層油在半剛性基層上具有良好的滲透性，在灑布透層油前要清掃基層表面，基層盡量選用骨架密實(shí)結(jié)構(gòu)類型。乳化劑選擇破乳速度較慢的陰離子乳化劑，控制透層油的蒸發(fā)殘留物含量在40%至43%之間。為確保改善透層油滲透性的同時(shí)不降低透層油黏度，建議摻加0.2%至0.4%的固化劑。

表2 不同固化劑含量的透層油儲(chǔ)存性能