路用乳化瀝青黏層材料黏附性實驗

王文奇， 羅忠賢， 謝遠新， 田榮燕， 王 澤， 王寵惠

(1.西南交通大學 土木工程學院，四川 成都 610039； 2.西華大學 建筑與土木工程學院，四川 成都 610039； 3.重慶大學 土木工程學院，重慶 400030； 4.重慶鵬方路面工程技術研究院，重慶 400026； 5.西藏大學 工學院，西藏 拉薩 850000； 6.長安大學 公路學院，陜西 西安 710064)

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路用乳化瀝青黏層材料黏附性實驗

王文奇1,2， 羅忠賢1， 謝遠新3,4， 田榮燕5， 王 澤2， 王寵惠6

(1.西南交通大學 土木工程學院，四川 成都 610039； 2.西華大學 建筑與土木工程學院，四川 成都 610039； 3.重慶大學 土木工程學院，重慶 400030； 4.重慶鵬方路面工程技術研究院，重慶 400026； 5.西藏大學 工學院，西藏 拉薩 850000； 6.長安大學 公路學院，陜西 西安 710064)

瀝青路面的黏層對于路面路用性能影響很大，用乳化瀝青作為黏層材料有一定技術優勢。為了減少瀝青路面病害，研發瀝青路面的黏層瀝青材料。為了檢驗研發的黏層乳化瀝青性能,進行材料選擇和配合比設計，制備和切割試件，對研發的混合料同時開展了室內實驗和現場實驗。實驗研究表明,6種黏層用乳化瀝青材料的室內實驗的黏結強度均能達到1.7 MPa左右，滿足規范要求，尤其是由于齡期增長，現場實驗的拉拔檢測結果更好，平均值為2.2 MPa。所研發的乳化瀝青路用黏層材料性能優良，為該材料在道路行業的應用和推廣提供了技術支持。

黏層； 乳化瀝青； 室內實驗； 現場實驗

0 引 言

瀝青混合料作為一種復雜的道路材料[1]，層間黏結是其中非常值得關注的一個問題。我國瀝青路面設計理論是彈性層狀體系理論，假設瀝青路面各層為連續彈性體。可是由于材料、設計、施工污染和環境因素等的影響，瀝青路面各層之間難以實現完全連續[2]。過去由于層間黏結不足引起的路面損害并未立即反應到路表，所以一直未引起廣大重視。近年來，隨著長大縱坡路段比例增加以及超重載車輛運行屢禁不止，層間黏結不足導致的路面損壞問題越來越嚴重，由此開展的相應研究才逐漸增多[3]。

黏層是為了加強路面兩個瀝青層之間、瀝青層與水泥混凝土層之間的黏結、灑布的瀝青薄層[4]。同時黏層封閉了基層的表面，對基層具有保護作用[5]。常用的黏結層材料包括用橡膠改性瀝青、乳化瀝青和環氧瀝青[6]。乳化瀝青作為公路瀝青路面黏層油是個很好的選擇[7]。

瀝青混合料的相鄰層之間黏結性能會導致路面系統的禍患[8],比如自上而下的開裂，過早疲勞，在某些情況下會完整的上下層完全的分開[8]。在交通荷載引起的剪應力集中分布在面層，常常因為層間黏結不足，難以抵御輪載產生的剪切力而發生層間破壞，致使路面出現滑移裂縫(U形裂縫)、推移、車轍及擁包等多種病害。滑移裂縫如圖1所示。

圖1 滑移裂縫

增強瀝青面層之間的黏結可以提高層間材料抗剪強度，預防此類病害[2]。高速公路需要在中面層和底面層的表面噴灑黏層油[9]。橋面鋪裝包括瀝青混凝土面層、黏結防水層等層次[10]，也存在層間結合的問題，也需要設置黏層。

材料、設計、施工及環境等因素都會對黏層黏結性能產生影響，其中黏層材料的選擇是主要影響因素之一，目前工程中采用的黏層瀝青材料存在黏結力不足、高溫穩定性較差等缺點，尤其在南方夏季溫度高、高溫持續時間長，黏層瀝青在高溫下易流淌，導致黏層黏結能力下降。路面黏層的黏結問題沒有得到很好解決[11]。研究高黏附性的黏層材料，具有重要現實意義。

張志勇對乳化瀝青的黏結性能開展研究[12]，岳學軍對黏層的作用、材料選擇進行了研究[13]。本文研究瀝青路面的黏層用乳化瀝青，分別開展室內實驗和現場實驗，檢驗自行研發的黏層乳化瀝青抗拉拔性能，為其推廣應用提供技術指導。

1 黏層乳化瀝青路用性能實驗

1.1 原材料

(1) 瀝青。采用中石油高富70號瀝青。

(2) 乳化劑。黏層乳化劑應選擇中/快裂類型的乳化劑。按此標準并結合以前的研究成果，總共選擇了4種乳化劑，其產品類型見表1。

表1 黏層用乳化劑列表

(3) 膠乳。膠乳對乳化瀝青的高黏附性起到關鍵的作用，它能在溫度和動能的作用下相互合并，與瀝青發生反應。在高速攪拌時膠乳分子鏈相互牽拉，形成穩定的網狀結構，顯著提高乳化瀝青的黏接性和抗剪切變形能力。選擇采用兩種類型的膠乳，一種是氯丁膠乳CR；另一種是SBR膠乳。

(4) 水。選用符合飲用標準的自來水。

1.2 黏層油乳化瀝青性能指標

按照《公路瀝青路面施工技術規范》(JTG F40-2004)，對高黏附性乳化瀝青成品進行檢測，檢測結果如表2所示。經檢測，研發的高黏附性乳化瀝青均達到各項指標，符合國家相關技術規范要求。

表2 高黏附性乳化瀝青性能指標

1.3 室內實驗

(1) 成型試件。按照常用的瀝青混凝土AC-16在車轍試模成型下面層，待成型后灑布高黏附性乳化瀝青，養生24 h后，加鋪普通的AC-13瀝青混凝土。試件尺寸300 mm×300 mm×70 mm。試件結構50 mmAC-16+乳化瀝青+40 mmAC-13。實驗設計成型如圖2所示的試件。試件制作：碾壓法成型(至壓實度(100±1)%)，養生7 d后，灑布高黏附性乳化瀝青，養生24 h后，碾壓成型瀝青面層。試件切割：將試件切割成如圖 所示的9小塊，每塊尺寸100 mm×100 mm×70 mm。實驗切割成型如圖3所示的試件。1～9號小試件用于拉拔實驗，在其上表面幾何中心處鉆孔至基層中5 mm，鉆頭內徑φ=50 mm，然后黏貼拉頭于圖示位置上，進行拉拔實驗。

圖2 力學實驗試件示意圖(mm)

圖3 切割好的小試件

試件經過切割、篩選后在規定烘箱中保溫5 h，再進行相關實驗。

(2) 力學實驗。拉拔實驗主要評價試件的直接抗拉破壞能力。在實驗中，采用直徑為50 mm的拉頭，加載速率為10 mm/min，以記錄下來的拉拔力F和拉頭底面面積S按下面公式計算拉拔強度：

P=F/S

式中：P為拉拔強度，MPa；F為實驗拉拔力，N；S為拉頭底面面積，mm2。

試件拉頭底面面積為19.625 cm2，實驗過程如圖4所示。

對于黏層乳化瀝青路用性能的評價，目前尚沒有統一的標準。本文中采用拉拔力實驗儀評價乳化瀝青作為黏層的層間黏結力。

圖4 拉拔實驗

(3) 實驗結果。經過上述步驟，實驗溫度25 ℃時，得到實驗結果如表3所示。

表3 黏層用乳化瀝青黏結強度

從表3可以看出，在同樣的用量情況下，不同的乳化瀝青黏結強度沒有大的差異，都在1.7 MPa左右，乳化劑對瀝青黏結性質沒有影響。幾種快/中裂乳化瀝青均能用于普通黏層油的噴灑。

2 現場實驗

2.1 實驗方案

本次黏層實驗采用乳化劑DF-42E型的自行研發的黏層油，灑布量為0.3～0.5 kg/m2。

2.2 施工過程

噴灑黏層油前應遮擋防護路緣石及人工構造物，避免污染。黏層油噴灑不均勻或有花白遺漏時補灑。施工過程如圖5所示。

圖5 黏層的施工灑布

根據實驗室前期實驗結果、黏層油品種及工地實際情況，現場確定黏層灑布量，應使噴灑的黏層能夠充分均勻地覆蓋下臥層表面，但不得形成流淌，不得形成較厚油膜。

黏層的養生期在噴灑的乳化瀝青黏層水分蒸發破乳后(用濾紙或餐巾紙輕輕壓于表面無褐色斑點)結束，需要1～5 h；養生期養生成型后方可進行上層施工，否則會造成層間黏接力大幅下降。

黏層瀝青灑布后，應在乳化瀝青破乳且水分蒸發后，立即鋪筑瀝青層，以確保最佳黏結質量[14]。施工完成后竣工效果如圖6所示。

圖6 黏層油灑布后的效果

2.3 現場檢測結果

對于高黏附性乳化瀝青的現場質量檢測，通過現場鉆芯，檢測黏接強度。現場檢測的數據如表4所示。

表4 現場拉拔強度數據

從表4可以看出，現場拉拔實驗檢測的平均值2.2 MPa，和室內實驗結果1.7 MPa相比增加了29%。

現場抗拔數據比室內實驗數據還好是現場實驗取樣時間距離施工結束的時間較久，也就獲得了更加理想的抗拉拔效果。主要是因為乳化瀝青的特點，在壓路機的反復碾壓和環境溫度的綜合作用下，隨著水分的揮發其強度快速增長。經過一段時間，水分揮發，并且混合料中水泥水化、硬化反應后，其強度才能最終形成。時間長短對于抗拉強度增長至關重要。

由于本文未用普通瀝青進行抗拔實驗，查閱文獻[15]發現，使用亞星土木儀器有限公司與長安大學公路學院聯合研制的 JLN-I型拉拔實驗儀，對試件進行拉拔實驗。盡管實驗方法有所不同，但是文獻[15]實驗數據遠遠小于本文實驗數據。說明本文研制的高黏附性黏層乳化瀝青性能良好。

3 結 論

(1) 通過實驗對比，挑選出了高黏附性黏層乳化瀝青用的乳化劑，并通過丁苯膠乳的應用，研發的高黏附性乳化瀝青提高了黏層的黏結強度。

(2) 現場拉拔檢測出來的結果的平均值2.2 MPa，和室內實驗結果1.7 MPa基本一致，由于時間原因，現場抗拔實驗數據比室內實驗數據更好。

(3) 由于乳化瀝青黏層早期強度較低，不宜過早地開放交通，而且應對早期交通荷載加以限制。

(4) 根據文獻[2]的數據，黏層油的噴灑使得層間剪切壽命得到了顯著提高，噴灑黏層油比不噴灑黏層油時剪切疲勞壽命增加了3～40倍。但是本文實驗路修建時間較短，沒有鋪筑黏層的路段目前也沒有明顯的病害，黏層對延長路面壽命方面的作用還有待于進一步觀察和研究。

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Experimental Study on the Performance of Road Tack Coat of Emulsified Asphalt Material

WANGWen-qi1,2,LUOZhong-xian1,XIEYuan-xin3,4，TIANRong-yan5,WANGZe2,WANGChong-hui6

(1. School of Civil Engineering, Southwest Jiaotong University, Chengdu 610039, China;2. School of Architectural and Civil Engineering, Xihua University, Chengdu 610039, China;3. School of Civil Engineering, Chongqing University, Chongqing 400030, China;4. Chongqing Pengfang Road Technology Research Institute, Chongqing 400030, China；5. School of Engineering, Tibet University, Lasa 850000, China;6. School of Highway, Chang’an University, Xi’an 710064, China)

It is of great importance for the tack coat of the bituminous pavement to the road performance. Putting the emulsified asphalt as the adhesive layer material shows the advantage of materials technology. We research and develop the asphalt tack coat material for the bituminous pavement in order to reduce its disease. We took the material selection and mix design, then manufactured and incised the test material. Laboratory experiments and field tests were taken at the same time in order to examine the test material which we have developed. The Laboratory experiments result shows that six kinds of tack coat material whose bonding strength can reach 1.7 MPa, and meet the requirements of specification. The field tests showed even better results because of the increase of its age. The average value of pull-out test is 2.2 MPa. The excellent performance of the emulsified asphalt adhesive layer material by self-invention provide the technical support for material’s application and popularization in the pavement industry.

tack coat； emulsified asphalt； the indoor experiment; the outdoor experiment

2015-01-15

國家自然科學青年科學基金(51308476);西藏自治區科技廳重點科技計劃項目(Z2014A19G2-11);西華大學重點科研基金項目(THJ10-03);西華大學校內科研項目(14206106)

王文奇(1980-)，男，遼寧朝陽人，博士生，講師，主要從事瀝青路面材料研究。Tel.:13880894554；E-mail:wwq1999@126.com

羅忠賢(1978-)，男，湖南邵東人，博士生，講師，主要從事瀝青路面材料研究。

Tel.:13540083563；E-mail：zxluo@home.swjtu.edu.cn

U 414.75

A

1006-7167(2015)10-0009-04