水性高分子改性乳化瀝青在公路工程中的應用研究

黎海亮 育才-布朗交通咨詢監理有限公司

“低碳、環?！钡纫殉蔀楫斀裆鐣臒衢T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，公路建設規模持續擴大。瀝青路面因其優越的性能在公路建設中得到了廣泛應用。目前，我國仍以熱拌瀝青路面技術為主，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、彈性好等優勢，且無須加熱便可用于施工，能夠有效克服傳統瀝青路面的缺陷，具有良好經濟效益和環境效益。

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，當兩者混合之后，在多種因素作用下，將產生乳液破乳現象。其中瀝青小顆粒聚集并向水分高分子顆粒所構成的三維網狀結構內部均勻填充，互相交聯，最終形成一個完整的結構。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行測定分析。試驗時，需按一定配比向拌合鍋內摻加混合料，試驗結束后應詳細、準確記錄相關數據。所得結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，相比規范要求（2400次/mm），水性高分子改性乳化瀝青混合料的DS值遠高于規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

冬季嚴寒，溫度多在0℃以下，路面低溫開裂問題時常發生。因此，混合料低溫性能也是檢測路面使用性能的重要指標之一。本文采用小梁彎曲試驗進行混合料低溫抗裂性能測定。測量后，需及時記錄相關數據，結果為水性高分子改性乳化瀝青混合料的最大彎拉應變為3061.8με，跨中擾度為0.567mm，可滿足規范要求（2800με）。由此說明，該混合料具有良好的低溫性能。

（三）水穩定性

凍融劈裂試驗是通過對試件進行凍融循環，采用凍融前后的劈裂強度比進行混合料水穩定性評價。試驗后，可得結果為劈裂強度為2.39MPa，標劈強度為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水分未徹底消除時，通過凍融循環后，試件內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。該試件測試后發現，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，表明試件內進入水分較少，可改善乳化瀝青混合料水穩定性。

三、工程概況

某公路工程為雙向四車道，為典型的山區氣候，屬于夏熱冬寒地帶。為保證施工質量，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。原路面結構為4cm細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。

據大量實踐經驗可知，路面中面層為車轍病害多發處，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，在上面層應用效果不佳。經上述分析，該混合料抗水損性能一般，為避免雨水下滲破壞路面結構，決定將高分子防水粘結層設于面層之間，有效增強層間粘結能力。改建后路面結構為4cm細粒式橡膠瀝青混凝土+高分子防水粘結層+4cmAC-13水性高分子改性乳化瀝青混合料+高分子防水粘結層。

四、試驗段施工工藝

（一）施工準備

施工前，按照配合比設計進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場運輸。根據試驗段工程量計算分析，合理配置施工機械設備，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，嚴禁車輛通行。

（二）粘層施工

根據設計要求，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，需采用專業噴灑設備進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，為達到預期施工效果，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 瀝青路面施工技術劃分情況表

（三）拌和施工

表1為我國現行瀝青路面施工技術劃分情況。當前，我國公路施工多采用熱拌瀝青混合料，隨著“低碳、環?！崩砟畹牟粩嗌钊耄h保問題受到了人們的普遍關注。冷拌瀝青混合料相比熱拌、溫拌瀝青混合料，在生產過程中無須加熱，且不會產生粉塵、廢氣、青煙等，可達到施工環保要求。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式雙缸水穩拌合站進行拌和，根據配合比設計，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%水和集料進行均勻攪拌，隨后拌和出料，根據傳送帶調整混合料的狀態。整個拌和施工過程中，要及時查看混合料的狀態，隨時進行調整。

（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。施工當天，天氣晴朗，風速略大，因此，可將塑料薄膜覆蓋于車廂之上，避免混合料水分蒸發過快，出現過早破乳現象。

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青混合料攤鋪法進行此次攤鋪施工，根據設計要求，以平行梯隊作業法采用2臺攤鋪機進行施工，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為攤鋪作業現場。

攤鋪施工后，需及時進行路面碾壓，碾壓一般分為3個階段，應嚴格按照相關原則合理確定壓實設備、碾壓速度、遍數等參數。初壓時采用雙鋼輪壓路機進行3～4遍碾壓。復壓時采用膠輪壓路機進行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行1遍收面。

圖1 攤鋪作業現場

圖2 中面層工后質量觀測

（五）養護施工

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

（六）質量觀測分析

試驗段施工后，需進行施工路面質量檢測，經觀測可見，路面狀況良好，未見裂紋、脫粒等現象。圖2為中面層養護施工后，采用運輸車輛在作業面通行，未見車轍等病害，表面路面狀態良好。

五、結束語

綜上所述，瀝青路面是最常見的一種路面結構形式，因其自身優異的性能在高等級公路施工中得到了廣泛應用。為全面提升工程質量，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。