水性高分子改性乳化瀝青在公路工程中的應(yīng)用研究

黎海亮 育才-布朗交通咨詢監(jiān)理有限公司

“低碳、環(huán)?！钡纫殉蔀楫?dāng)今社會的熱門話題，公路施工是“低碳交通”的重點工程。隨著交通通行壓力的不斷增大，公路建設(shè)規(guī)模持續(xù)擴大。瀝青路面因其優(yōu)越的性能在公路建設(shè)中得到了廣泛應(yīng)用。目前，我國仍以熱拌瀝青路面技術(shù)為主，在施工中需加熱瀝青等材料，這種施工工藝不僅會造成大量能源的浪費，還會污染環(huán)境，危害人體健康。相比普通乳化瀝青混合料，水性高分子材料改性乳化瀝青材料，具有強度高、粘度大、彈性好等優(yōu)勢，且無須加熱便可用于施工，能夠有效克服傳統(tǒng)瀝青路面的缺陷，具有良好經(jīng)濟效益和環(huán)境效益。

一、水性高分子改性乳化瀝青改性機理

水分高分子乳液是乳化瀝青的改性劑，當(dāng)兩者混合之后，在多種因素作用下，將產(chǎn)生乳液破乳現(xiàn)象。其中瀝青小顆粒聚集并向水分高分子顆粒所構(gòu)成的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)內(nèi)部均勻填充，互相交聯(lián)，最終形成一個完整的結(jié)構(gòu)。待水分逐步消散后，水性高分子改性乳化瀝青強度將越來越強。通過試驗測試可知，該混合料不僅強度高、粘性大、彈性好，還能對乳化瀝青產(chǎn)生增強效果，改善材料性能。

二、水性高分子改性乳化瀝青混合料路用性能分析

（一）高溫性能

高溫條件下，一般采用動穩(wěn)定度測定瀝青混合料的抗車轍能力，因此，水性高分子改性乳化瀝青混合料的高溫性能可采用車轍試驗進(jìn)行測定分析。試驗時，需按一定配比向拌合鍋內(nèi)摻加混合料，試驗結(jié)束后應(yīng)詳細(xì)、準(zhǔn)確記錄相關(guān)數(shù)據(jù)。所得結(jié)果為摻加乳化瀝青混合料的DS值為1034.8次/mm，摻加水性高分子改性乳化瀝青混合料的DS值為27391.3次/mm，相比規(guī)范要求（2400次/mm），水性高分子改性乳化瀝青混合料的DS值遠(yuǎn)高于規(guī)范值和普通乳化瀝青混合料DS值。由此表明，于乳化瀝青而言，摻加水性高分子材料改性后，將大幅提升混合料的高溫性能，可改善路面行車條件，具有良好抗車轍能力。

（二）低溫性能

冬季嚴(yán)寒，溫度多在0℃以下，路面低溫開裂問題時常發(fā)生。因此，混合料低溫性能也是檢測路面使用性能的重要指標(biāo)之一。本文采用小梁彎曲試驗進(jìn)行混合料低溫抗裂性能測定。測量后，需及時記錄相關(guān)數(shù)據(jù)，結(jié)果為水性高分子改性乳化瀝青混合料的最大彎拉應(yīng)變?yōu)?061.8με，跨中擾度為0.567mm，可滿足規(guī)范要求（2800με）。由此說明，該混合料具有良好的低溫性能。

（三）水穩(wěn)定性

凍融劈裂試驗是通過對試件進(jìn)行凍融循環(huán)，采用凍融前后的劈裂強度比進(jìn)行混合料水穩(wěn)定性評價。試驗后，可得結(jié)果為劈裂強度為2.39MPa，標(biāo)劈強度為3.02MPa，劈裂強度比為79%。相比普通冷拌瀝青混合料，水性高分子改性乳化瀝青混合料的劈裂強度較大，但劈裂強度比相對較小，表明材料抗水損性能一般。究其原因在于試件內(nèi)水分未徹底消除時，通過凍融循環(huán)后，試件內(nèi)瀝青與石料表面脫離，大幅降低其粘附性，從而影響試件的抗水損性能。該試件測試后發(fā)現(xiàn)，有一條輕微裂縫存于試件中間部位，但整體來講，試件表面具有良好密封性，表明試件內(nèi)進(jìn)入水分較少，可改善乳化瀝青混合料水穩(wěn)定性。

三、工程概況

某公路工程為雙向四車道，為典型的山區(qū)氣候，屬于夏熱冬寒地帶。為保證施工質(zhì)量，決定選取具有代表性的路段作為試驗段，樁號為K0+080～K0+280段，全長200m，10m為鋪裝層寬度。原路面結(jié)構(gòu)為4cm細(xì)粒式橡膠瀝青混凝土+改性熱瀝青+6cmAC-20C中粒式改性瀝青混凝土+改性乳化瀝青。

據(jù)大量實踐經(jīng)驗可知，路面中面層為車轍病害多發(fā)處，相比普通冷拌瀝青混合料，水性高分子改性乳化瀝青混合料具有良好的高溫性能，能夠有效提升路面的抗車轍能力。此外，由于此類材料具有較大空隙率，因此，在上面層應(yīng)用效果不佳。經(jīng)上述分析，該混合料抗水損性能一般，為避免雨水下滲破壞路面結(jié)構(gòu)，決定將高分子防水粘結(jié)層設(shè)于面層之間，有效增強層間粘結(jié)能力。改建后路面結(jié)構(gòu)為4cm細(xì)粒式橡膠瀝青混凝土+高分子防水粘結(jié)層+4cmAC-13水性高分子改性乳化瀝青混合料+高分子防水粘結(jié)層。

四、試驗段施工工藝

（一）施工準(zhǔn)備

施工前，按照配合比設(shè)計進(jìn)行水性高分子改性乳化瀝青混合料拌和，隨后裝入罐車向施工現(xiàn)場運輸。根據(jù)試驗段工程量計算分析，合理配置施工機械設(shè)備，其中運輸車4輛，攤鋪機2臺，雙鋼輪壓路機2臺，膠輪壓路機2臺。施工前，需清理干凈路面，將其明顯污漬清理干凈，在此階段需封閉交通，嚴(yán)禁車輛通行。

（二）粘層施工

根據(jù)設(shè)計要求，本工程路面中面層采用水性高分子改性乳化瀝青混合料，為加強層間粘結(jié)性，提高路面防水能力，需鋪筑高分子防水粘層。施工前一天，需采用專業(yè)噴灑設(shè)備進(jìn)行路面防水粘層噴灑，1.2kg/m2為噴灑量。在上面層施工過程中，為達(dá)到預(yù)期施工效果，需再次噴灑粘層。一般來講，可分兩次完成防水粘層噴灑。

表1 瀝青路面施工技術(shù)劃分情況表

（三）拌和施工

表1為我國現(xiàn)行瀝青路面施工技術(shù)劃分情況。當(dāng)前，我國公路施工多采用熱拌瀝青混合料，隨著“低碳、環(huán)?！崩砟畹牟粩嗌钊?，環(huán)保問題受到了人們的普遍關(guān)注。冷拌瀝青混合料相比熱拌、溫拌瀝青混合料，在生產(chǎn)過程中無須加熱，且不會產(chǎn)生粉塵、廢氣、青煙等，可達(dá)到施工環(huán)保要求。拌和施工過程中，水性高分子改性乳化瀝青混合料采用連續(xù)式雙缸水穩(wěn)拌合站進(jìn)行拌和，根據(jù)配合比設(shè)計，按比例摻加各類材料。施工時，可通過罐車通過泵送方式向拌和缸內(nèi)輸送乳液，乳液用量可采用液體流量計確定，拌和前，采用1%水和集料進(jìn)行均勻攪拌，隨后拌和出料，根據(jù)傳送帶調(diào)整混合料的狀態(tài)。整個拌和施工過程中，要及時查看混合料的狀態(tài)，隨時進(jìn)行調(diào)整。

（四）攤鋪及碾壓

水性高分子改性乳化瀝青混合料裝車需按照“前-后-中”多次移動完成，有效避免混合料離析。施工當(dāng)天，天氣晴朗，風(fēng)速略大，因此，可將塑料薄膜覆蓋于車廂之上，避免混合料水分蒸發(fā)過快，出現(xiàn)過早破乳現(xiàn)象。

攤鋪前，需保證施工面干凈、無污染，且保持干燥?？砂凑掌胀ㄈ榛癁r青混合料攤鋪法進(jìn)行此次攤鋪施工，根據(jù)設(shè)計要求，以平行梯隊作業(yè)法采用2臺攤鋪機進(jìn)行施工，安全距離控制在5m左右，攤鋪速度不宜過快，可控制在每分鐘1.5～2.0m之間。圖1為攤鋪作業(yè)現(xiàn)場。

攤鋪施工后，需及時進(jìn)行路面碾壓，碾壓一般分為3個階段，應(yīng)嚴(yán)格按照相關(guān)原則合理確定壓實設(shè)備、碾壓速度、遍數(shù)等參數(shù)。初壓時采用雙鋼輪壓路機進(jìn)行3～4遍碾壓。復(fù)壓時采用膠輪壓路機進(jìn)行2～3遍碾壓。終壓是為了消除明顯輪跡，因此，可采用雙鋼輪壓路機進(jìn)行1遍收面。

圖1 攤鋪作業(yè)現(xiàn)場

圖2 中面層工后質(zhì)量觀測

（五）養(yǎng)護(hù)施工

完成上述施工后，便進(jìn)入了養(yǎng)護(hù)施工階段。在此階段，嚴(yán)禁任何車輛進(jìn)入試驗段，施工天氣狀況良好，風(fēng)大混合料表面水分蒸發(fā)快，一般養(yǎng)護(hù)幾個小時后，便可在路面行走。施工后，夜間溫度較低，此時若混合料內(nèi)部分水分未散失，混合料強度仍未滿足設(shè)計要求的情況下，為改善混合料性能，加快時間開放，可采用加熱設(shè)備加快水分散失速度。

（六）質(zhì)量觀測分析

試驗段施工后，需進(jìn)行施工路面質(zhì)量檢測，經(jīng)觀測可見，路面狀況良好，未見裂紋、脫粒等現(xiàn)象。圖2為中面層養(yǎng)護(hù)施工后，采用運輸車輛在作業(yè)面通行，未見車轍等病害，表面路面狀態(tài)良好。

五、結(jié)束語

綜上所述，瀝青路面是最常見的一種路面結(jié)構(gòu)形式，因其自身優(yōu)異的性能在高等級公路施工中得到了廣泛應(yīng)用。為全面提升工程質(zhì)量，本文提出了一種水性高分子改性乳化瀝青混合料，將其用于瀝青路面施工，可大幅提升路面的使用性能，延長工程使用壽命。