改性乳化瀝青在公路養護的應用分析

劉海魚

（甘肅省甘南公路事業發展中心合作公路段，甘肅合作 747000）

1 改性乳化瀝青概述

改性乳化瀝青是在機器設備作用下，將熱熔的石油瀝青轉換為分子量小的微粒，然后將其再撒入含有乳化劑、穩定劑的水溶液中形成的水包油乳狀液。乳化瀝青的種類和適用范圍分為很多種，詳見表1。

表1 道路乳化瀝青品種及適用范圍

改性乳化瀝青是在乳化瀝青的基礎上進行的一次創新，是一種全新材料，最初是由奧地利開發并得到歐美國家的大力推崇。近些年來，我國開始引進該項技術，并逐漸應用于機場公路、機場跑道、公路等建設。所謂的改性瀝青是指在進行乳化瀝青的制作時，混合聚合物乳膠，將兩者相結合，或者通過對聚合物改性瀝青進行乳化加工而成。在該過程中，將膠乳、乳化劑、穩定劑等融合成水溶液形式的熱瀝青，然后倒入膠體進行研磨，利用機器將基質瀝青和SBR 改性乳化瀝青進行分離，形成水包油的改性乳化瀝青狀態。在改性乳化瀝青中，其主要原料是瀝青。在其生產過程中，對于基質瀝青的要求，既要保證應用要求，又要保證乳化的條件。由于瀝青的內部結構各不相同，因此，在進行瀝青的篩選時，必須遵循嚴謹、重質量的原則[1]。

2 改性乳化瀝青的特點

2.1 功能性強

改性乳化瀝青的功能多樣，應用方法比較豐富，可以根據具體需要選擇適當的方法。乳液的用途主要有：第一，用作批量的封層撒布；第二，修補小面積的坑槽；第三，可以進行噴灑，做橋面的防水黏結層；第四，結合集配集料使用，主要針對稀漿封層、微表處、碎石封層、Cape 封層等路面養護工作。

2.2 節能性強

使用瀝青修路需要消耗大量資源。首先，瀝青無論是在運輸環節還是使用環節，都對溫度有要求，必須是熱瀝青。因此，每倒運一次瀝青都需要對其進行加熱。若遇到其他特殊情況，還需要對其進行持續保溫處理，燃料資源消耗量較大，同時還易致使瀝青材料呈現老化狀態，進而影響瀝青效果。改性乳化瀝青是將乳化劑溶液與改性材料融合，再放入乳化機中進行乳化，其間對其進行加熱，即可制成改性乳化瀝青。該材料既可以在常溫下進行操作，提高工作效率，又可以省去燃料消耗，降低養護成本。

2.3 環保性強

由于改性乳化瀝青可以在常溫狀態下進行操作，無需進行加熱，因此，可以防止加熱瀝青導致環境污染。相對而言，改性乳化瀝青更加安全、更加環保，在施工過程中更加便捷。

3 工程實例

臨夏至合作、合作至碌曲的公路臨合568 線起止樁號K257+600—K274+000 段和合郎316 線起止樁號K2884+000—K2917+000 段，是于2000 年建成通車的一條標準二級公路，距2023 年已有20 多年。由于甘南地區海拔較高，有“中國小西藏”之稱，境內山巒重疊，溝壑縱橫。因此，近些年來，路面病害問題不斷擴大，其中以輪跡帶龜網裂、縱橫向裂縫、表面層細集料剝落等問題為主。為改善公路通行條件，進一步提高公路整體服務水平，相關部門開展各項公路養護工程，提出幾種解決養護方案：第一，對于路面損壞較輕的路段采用改性乳化瀝青修補坑槽，并加鋪厚改性乳化瀝青稀漿封層微表處；第二，采用銑刨的方式解決公路水損害的路段，并鋪設一定高度的厚瀝青；第三，對于其他段落輪跡帶龜網裂、唧漿嚴重段，采用改性瀝青同步碎石封層技術，徹底處治原路面病害后，集中實施預防性養護。

經反復論證，三個方案均可行。但是相對來說，第二種方案更適合該工程，更能全面地解決路面問題。

4 對于原材料的制備要求

4.1 集料

該工程的集料使用玄武巖，要求粒徑8～12mm。石料潔凈干燥、雜質少、無風化，具體指標詳見表2。

表2 集料各項技術性能指標

4.2 設備和儀器

在改性乳化瀝青的制備過程中，對于設備和儀器的要求也很嚴格，詳見表3。

表3 制備中使用的設備與儀器

4.3 改性乳化瀝青的特性

改性乳化瀝青具有耐久性好、耐磨性強的特點，而且對溫度沒有依賴性，低溫不裂高溫不軟。改性乳化瀝青在制備過程中，需要加入改性劑和體膠磨等材料。目前，使用頻率較高的改性劑主要有SBS、SBR等，其中SBR 改性劑制成的瀝青改性效果更佳。在該工程在施工過程中，用的是SBR 改性乳化瀝青，采取邊乳化邊改性技術方式，即制作過程中將SBR 改性劑加入皂液，再將其放入65°水中，pH 值控制在1.5～2.5，再加入氯化鈣和聚乙烯醇，然后乳化，進而轉化為SBR 改性乳化瀝青。

針對該工程的施工要求和特點，對于改性瀝青的要求為25℃針入度為69（0.1mm）、5℃延度57cm、軟化點80.5℃、25℃彈性恢復率為89%，制備出的改性乳化瀝青蒸發殘留物含量≥65%，皂液pH 值在1.8～2.1之間，皂液溫度為50℃～55℃，瀝青溫度為135℃，詳見表4。

表4 改性乳化瀝青技術指標

5 改性乳化瀝青同步碎石封層在公路養護中的具體應用

5.1 改性乳化瀝青同步碎石封層施工原理

在對公路施工過程中，通過利用高性能的同步碎石封層車噴灑高溫瀝青，保證短時間內融合并黏合在一起，利用外部荷載加強瀝青的承載能力和穩定性。根據調查發現，當瀝青達到120℃時，其黏結性效果最佳。而利用流體阻力及瀝青的表面張力效應，則可以增加其爬升的高度，當其高度超過集料長度的60%時，則能夠有效提高瀝青與混合物料的黏合力，從而提高集料顆粒中的整體面積。

當瀝青混合物料質達到流動狀態時，瀝青結合后材料與骨料之間的最大表面硬度和接觸深度不但能確定物料的最大塑性結合時間，還能提高其壓實度的強度。所以，可通過瀝青混合料的實際使用情況確定瀝青混合料的凹面結構，從而減少骨料等材料的流失率。

碎石封層技術在具體應用中，只有保證同一設備的結合料，除了流動性好之外，還要與集料大面積結合，才能提高整體集料結合的牢固程度。瀝青路面經過同步碎石封層技術的處理，可以科學治理車轍、落輪跡帶龜網裂、唧漿嚴重地段，利用改性乳化瀝青的抗滑性和滲水性，可以有效提高路面的普損率和平整度。

5.2 改性乳化瀝青同步碎石封層具體施工工藝應用

5.2.1 施工前期準備工作

在對臨夏至合作、合作至碌曲公路進行養護過程中，需要做充足的施工前準備。首先，應詳細調研當地的路面情況，尤其是路面的沉陷和坑洞，先將其填平，降低褶皺和波浪對后期工程的影響；其次，在進行同步碎石封層7d 前，需修補路面裂縫，封層2d 前，對其進行灌封；最后，可以使用大寬度瀝青灑布車，采用噴灑的方法，將路面碎石、泥土和灰塵都清除干凈。在此期間，需標識中間貧油區，保證瀝青碎石能夠撒布均勻。同時，覆蓋路緣兩旁的物品和設施，防止其被乳化瀝青噴灑物污染。

5.2.2 施工階段

（1）運輸加熱

在具體施工過程中，在施工階段還需要對瀝青的膠結劑進行加熱處理，使材料更符合建筑需要。當使用改性瀝青作黏結料時，要將其室溫保持在165℃以下。

（2）噴灑鋪設

瀝青在進入噴灑環節后，要注意噴灑的高度，熱瀝青的最佳噴灑高度應為石材高度的2/3，能夠包覆石材70%的面積。同時，還要注意噴灑平整、并形成等厚的瀝青層，應及時處理噴灑不平整的地方，防止因瀝青噴灑不均勻而產生石料脫落、斑紋的狀況。瀝青在灑布過程中，應注意保持形狀、線形順直的基本原則。經試驗表明，瀝青噴灑鋪設時，要控制好瀝青灑布寬度、灑布量、灑布速度和材料的用量，達到最佳瀝青噴灑量，才能在應用碎石封層技術時，達到最好的效果。瀝青灑布寬度、灑布量與灑布速度的關系見表5，材料的用量檢驗標準見表6。

表5 瀝青灑布寬度、灑布量與灑布速度的關系

表6 主要材料的灑布量檢驗標準

（3）碾壓施工

混凝土碎石在施工完畢后，立即對路面的封層部分區域實施碾壓，較大程度地增強封層的可靠性。碾壓機器保持2～3km/h 的平穩速度進行工作，在實施碾壓中，遵循前兩側后中央、前慢后快的原理實施碾壓。碾壓前注意與輪跡重疊30cm，保持5 遍以上的碾壓遍數。必須再次對道路進行現場檢查分析，以確認道路的凝固時間，檢測壓實區域，并對碾壓不到位的區域進行再次碾壓作業。

（4）接縫處理

第一，對于兩端沉降裂縫和臺背的地方需對接縫加以處理，保持接縫的美觀平整；第二，對橫向接縫部分，可采取兩側法處理。在施工結束時，必須安裝2m以下的鐵皮到接茬處，防止下一路段被灑布的瀝青受污染；第三，必須確保同步碎石封層車輛直向行駛，將縱向的瀝青與灑布物重合范圍限制在10cm 之內，以防止出現泛油條帶。

（5）路面養護

由于公路表面還未完全密實，因此，要提前規劃現場交通，聯合交警部門設置專人進行交通指揮。在進行通車開始的2h 以內，車輛不能急剎車和掉頭，交通速度限制在30km/h，防止車速過快后車輪將碎石帶起。必要時要封閉施工路面，禁止通行。

5.3 應用效果

該工程使用瀝青碎石同步封層技術，完全符合該道路具體情況。碎石撒布量實現信息系統控制、撒布均勻、用量準確。同步碎石封層施工技術不僅施工效率快、操作簡單，還能節省成本，節能降耗。與傳統路面養護技術對比，改性乳化瀝青同步碎石封層養護處理技術在整體成本上大約可節省40%。經過對該公路持續半年的追蹤檢測，路面性能良好，原瀝青路面裂縫、龜裂、輕微沉陷等道路病害均得到有效改善。

6 結語

綜上所述，在進行公路養護施工過程中，可以科學合理地應用改性乳化瀝青技術。通過對改性乳化瀝青碎石封層技術在二級公路養護施工過程中的應用分析，可以認識到，改性乳化瀝青同步碎石封層技術，不但能增加公路的耐磨性和防水性，可以有效延長公路的使用壽命，還能降低整體的工程造價，節省施工的各項成本。一般情況下，公路養護工程施工完成后，即可實現通車，既能避免公路施工對人們出行的影響，又能減少公路運輸遭受損失，進而實現雙贏的局面。因此，要做好改性乳化瀝青在公路養護中的推廣，使其在未來的公路養護工程中發揮更大的作用。