2015年公路監(jiān)理師《綜合知識》考點:乳化瀝青

　　1 乳化瀝青

　　乳化瀝青是由兩種互不相溶的物質(zhì)瀝青和水組成的混合物。其主要特性表現(xiàn)為它的儲存穩(wěn)定性、在混合過程中設(shè)穩(wěn)定性、表面處治和粘度特性及養(yǎng)護(hù)速度。在這些特性中有許多是隨著微粒尺寸和微粒在乳液中的分布情況而起作用的。該變化是一種隨瀝青型號、級配乳液生產(chǎn)所使用的設(shè)備和化學(xué)試劑的使用穩(wěn)定性而變化設(shè)。

　　乳液的顆粒尺寸大小是比較重要的參數(shù)，因為粒徑變得越單一、分散，乳液的粘度越好，破乳率和粘結(jié)性能也越合適。然而這也限制了乳液中的瀝青含量，并且能夠影響?zhàn)B護(hù)速度，在一般情況下，通過VSS發(fā)現(xiàn)顆粒直徑在1～5μm范圍內(nèi)時具有最好的總體特性。

　　瀝青的組成和化學(xué)特性都很復(fù)雜。具有較高的極性(偏光性)和較高的芳香族瀝青，通常較容易乳化。使用添加劑可以用來提高乳化作用，一般來講，高針入度的瀝青比低針入度的瀝青容易乳化。

　　乳化瀝青中化學(xué)制品的選擇依賴于道路的撒布情況，陰離子乳化劑和陽離子乳化劑兩者都依賴于鹽的碳?xì)浠衔锏拈L鏈，這可能是石油中發(fā)現(xiàn)的合成脂肪酸類的轉(zhuǎn)生物、多脂肪酸或木材紙漿中的木質(zhì)素的混合物。

　　一般乳液是通過設(shè)備和配方來控制摻量。采用合適的乳化劑、正確的控制乳化劑效果的乳液配方，對于生產(chǎn)出滿足需要設(shè)乳液是至關(guān)重要的。

　　2 乳化瀝青的優(yōu)點和經(jīng)濟性

　　2.1 節(jié)能

　　稀釋瀝青中的煤油或汽油含量可以達(dá)到50%，而乳化瀝青中則只含0～2%。所以，這是一項在白色燃料生產(chǎn)利用方面具有重要價值的節(jié)約行為，僅僅依靠增加輕制油溶劑來減少瀝青的粘度標(biāo)準(zhǔn)，瀝青就能夠被澆灌和撒布，并希望使用后的輕制油能夠揮發(fā)進(jìn)入大氣中。事實上，如果輕制油不能夠揮發(fā)，那么瀝青就太軟了，在交通荷載作用下，道路表面就可能泛油或變形。

　　現(xiàn)將乳液和具有同樣固體的輕制油進(jìn)行比較，結(jié)果如下。

　　輕制油(輕制瀝青)：

　　加工1L攤鋪用的輕制瀝青大約需要能量700KJ，再加上切削器等增加的能量，即40000KJ/L，生產(chǎn)這樣1L60%的輕制瀝青乳液設(shè)整個能量需求是：

　　700+4.4x40000=16700(KN)

　　乳化瀝青：生產(chǎn)1L乳化瀝青需要能量576KJ，生產(chǎn)1L乳化瀝青的設(shè)乳化劑能量為584KJ，這樣生產(chǎn)1L乳化瀝青的總能量為1160KJ。

　　由此可以看出，大部分能量是被燃料消耗掉了。

　　2.2 多用途性

　　乳化瀝青有許多種應(yīng)用方法，應(yīng)用時要選擇合適設(shè)方法，因為它們有一個非常廣設(shè)應(yīng)用范圍。同樣設(shè)乳液既能夠作大面積的封層撤布，也能夠用來進(jìn)行小范圍設(shè)坑槽修補工作。因為它們能夠長期儲存在儲罐中，在偏遠(yuǎn)地區(qū)應(yīng)用時，利用滾筒灑布應(yīng)用起來非常容易。

　　2.3 使用方便

　　乳液設(shè)專業(yè)化撒布，需要專業(yè)化設(shè)設(shè)備，如撒布機。然而，小面積設(shè)乳液應(yīng)用可直接采用手工澆灌和手工撒布，如小面積設(shè)坑槽補工作、裂縫填縫料等，小數(shù)量設(shè)冷拌混合料只需要基本設(shè)備就行。例如，一只帶擋板的灑水壺和一個鐵鍬就能夠進(jìn)行小面積的封層和裂縫修補，采用灌入式坑槽修補方法填充路面坑洞等應(yīng)用簡單易行。

　　3 乳液的養(yǎng)護(hù)方法和應(yīng)用

　　在SHRP計劃中，美國和加拿大已經(jīng)將路面設(shè)預(yù)防性養(yǎng)護(hù)計劃進(jìn)行了試驗，效果比較好。持續(xù)時間較長設(shè)養(yǎng)護(hù)方法是稀漿封層、石屑罩面和灌入式坑洞修補方法。

　　路面損壞設(shè)分類

　　a)變形或扭曲

　　路面的塑性變形是由于車輛超載造成的。包括車轍、擠漿和搓板現(xiàn)象及路面推擠。

　　b)裂縫

　　路面裂縫是由許多因素產(chǎn)生的，其中有許多是結(jié)構(gòu)上設(shè)原因。例如，疲勞裂縫是由于路面剛度喪失和交通車輛的反復(fù)碾壓引起的;縱裂縫、網(wǎng)裂縫和溫縮裂縫是由于材料和設(shè)計因素引起的，既有路面的原因，也有材料老化和環(huán)境方面的原因。反射裂縫是由于已存在的裂縫損壞或在水泥混凝土路面中連接起來引起的。

　　c)破裂

　　隨著時間的推移，道路面層逐漸老化、瀝青的老化在不同程度上取決于環(huán)境和瀝青的化學(xué)性質(zhì)，這些老化將導(dǎo)致路面斷裂、面層結(jié)構(gòu)喪失和通常的裂縫和坑洞?？佣词怯捎诨旌狭现屑?xì)料的喪失或路面粒料較小及路面下沉造成的。

　　d)剝離水分侵蝕

　　由于一些瀝青對水的敏感性，特別是在車輛和孔隙水壓力的作用下，引起瀝青的粘附性喪失和路面坍陷。

　　為了發(fā)揮乳化瀝青養(yǎng)護(hù)的優(yōu)點，目前正在研究幾種重要的養(yǎng)護(hù)方法，其中SHRP計劃已經(jīng)確認(rèn)裂縫填縫料、稀漿封層、石屑罩面和噴射坑洞修補等四種方法是比較好的乳液養(yǎng)護(hù)方法。

　　3.1 稀漿封層

　　稀漿封層是一種冷拌瀝青混合料，具有骨料和瀝青混合的優(yōu)點，在通常情況下，相似的級配稀漿封層具有比熱拌瀝青混合料高的模量，所以常用它來填充路面車轍。比較高的穩(wěn)定度具有較高的抗變形能力。

　　混合料通常是由較硬設(shè)細(xì)骨料級配和耐磨的具有高砂當(dāng)量的骨料組成，特別是微觀封層和聚合物改性封層這種情況極大地增加了路面的強度和完整性。這使路面具有高磨損阻力和極好的變形阻力。

　　乳化瀝青乳液也容易在移動的稀漿封層攤鋪機上使用，在該機器上進(jìn)行拌和及運用摻加劑進(jìn)行化學(xué)控制來滿足養(yǎng)護(hù)的需要。

　　3.1.1 經(jīng)濟性

　　a)車轍修補

　　采用微觀封層混合料進(jìn)行路面車轍修補將使路面持續(xù)較長的時間，對熱拌瀝青混合料來講，將持續(xù)大約8～10年的時間。顯而易見，正確的混合料設(shè)計和鋪筑是非常重要的，采用微觀封層進(jìn)行路面車轍修補的相對費用比熱拌瀝青混合料要少，這主要是不需要脫離拌和設(shè)備現(xiàn)場;對通常的車轍道路表面不需要研磨，這是因為乳化瀝青允許潮濕的道路表面和較好的粘附性，沒有粘結(jié)層;現(xiàn)場使用的材料基本費用比較少。

　　b)面層修整

　　通常情況下，在居民住宅區(qū)、稀漿封層根據(jù)原有的道路表面使用壽命可以持續(xù)4～8年。在高速公路上應(yīng)用微觀封層或者聚合物改性稀漿封層，其使用壽命將達(dá)到8年。

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　　3.1.2 投資成本

　　建設(shè)一座乳液生產(chǎn)車間大約需要聯(lián)邦政府30萬美元、這樣才能提供撒布用的各種各樣的乳液;一套微觀封層機械需要16萬美元。另外，承包商還需要罐車來運水和乳液，還需要1臺壓路機及輔助設(shè)備用于修補路面車轍。復(fù)合式機械工作效率高，運用2臺機器每天可比較容易地完成501676.2m2，使用連續(xù)工作的機器需要專業(yè)化的管理機構(gòu)，所以這些只適合于高速公路工程。

　　3.2 石屑罩面

　　目前，世界上有各種各樣的道路表面處治方法，其中石屑罩面、撒布封層是最常用的路面養(yǎng)護(hù)方法。

　　石屑罩面是在道路面層上使用一種標(biāo)準(zhǔn)的瀝青撒布機灑布一層粘結(jié)料，然后鋪一層同粒徑的比較好的骨料。這種方法可以根據(jù)交通類型進(jìn)行調(diào)整，粘結(jié)料和石料兩者的撒布率必須符合設(shè)計要求，所采用的粘結(jié)料和石料必須經(jīng)過嚴(yán)格的篩選(粘結(jié)料在粘度、附著力、模量和適當(dāng)?shù)膹椥约笆嫉男螤?、結(jié)構(gòu)、大小和干凈程度等方面都應(yīng)嚴(yán)格要求)。

　　石屑罩面的復(fù)合封層如果在比較好的道路基層上進(jìn)行，處理后的道路表面可承受的交通量將達(dá)到40000輛/日，同時也能夠通行大型載重車。

　　石屑罩面是一個高瀝青含量的薄表面處治層，但是這種處治層是柔性的和耐磨的。摻加聚合物能夠增加粘結(jié)力、粘附性、耐磨性和路面的抗裂性能。這使石屑罩面既能夠用于道路養(yǎng)護(hù)，又可以用于道路重建，尤其是在道路的抗裂方面有重要作用。另外，使用SBR或SBS改性能夠進(jìn)行道路封層和橋梁裂縫修補，尤其重要的是可以減少路面的反射裂縫。

　　由于乳液具有極好的潮濕性、化學(xué)粘附性和乳化劑系統(tǒng)及對路面的修補養(yǎng)護(hù)性質(zhì)，所以乳液比較適合于路面撒布。根據(jù)天氣和交通情況，路面灑布時要求比較好的交通控制及比較好的封層條件。

　　3.2.1 經(jīng)濟性

　　a)路面養(yǎng)護(hù)應(yīng)用

　　石屑罩面的目的是要增加路面的使用壽命。路面養(yǎng)護(hù)應(yīng)用石屑罩面，在現(xiàn)場不需要限制瀝青拌和設(shè)備，同時采用石屑封層的路面不會出現(xiàn)反射裂縫和微裂縫，防止了路面的進(jìn)一步老化和水浸破壞。在美國，據(jù)記載在基層上進(jìn)行石屑罩面養(yǎng)護(hù)，可以使路面的使用壽命增加到10年以上。

　　b)填充裂縫和橋梁修補

　　對于乳化瀝青來講，摻加聚合物增加了粘結(jié)料的成本(甚至達(dá)到了兩倍以上)，但是它可以明顯地延長路面壽命，澳大利亞有關(guān)機構(gòu)研究發(fā)現(xiàn)：通過這種方法設(shè)計重建的鄉(xiāng)村道路，可以使損壞比較嚴(yán)重的道路壽命增加10～15年。對路面的反射裂縫進(jìn)行處理，也可以使路面的使用壽命增加5～8年。

　　c)粘層油

　　粘層油是指在封層之間或者是在具有裂縫的路面層和其他路面層之間的涂刷層,這種方法可以使路面使用壽命延長5～8年。而且它也能夠消除反射裂縫(尤其是水泥處治或再生路面)，運用這種完整的養(yǎng)護(hù)體系，能夠減少重建費用一半以上。采用這種方法可以對新的路面進(jìn)行有效的處治。

　　d)高濃度乳液

　　對于城鄉(xiāng)道路來講，采用高濃度乳液對路面進(jìn)行處治是一種非常快的養(yǎng)護(hù)方法，一天可以處治16～25 km的道路，只需1臺乳化瀝青灑布機和裝水的罐車，成本相應(yīng)地比較低。在低交通量的道路上，使用壽命可以延長3～5年(主要損壞類型是路面老化)。

　　3.2.2 投資成本

　　在現(xiàn)場進(jìn)行石屑封層處理，需要1臺灑布機(大約300 000美元/臺)、1臺自動化的攤鋪機(大約：150000美元/臺)、或1臺簡單的滾筒式拌和機(大約15000美元/臺)、兩臺碎石壓路機和裝載其他設(shè)備的輔助設(shè)備即可。

　　3.3 Cape封層

　　Cape封層是石屑罩面的稀漿封層的組合。這種封層具有表面光滑的特點，在一層耐磨的稀漿封層下面有一層柔性的石屑罩面。這就為具有一個稀漿封層面層的同時，為減緩組合裂縫的繼續(xù)發(fā)展創(chuàng)造了有利條件。

　　附圖cape封層

　　采用Cape封層進(jìn)行路面處治的方法在南非和美國經(jīng)常使用。在南非，這種方法首先在道路建設(shè)時應(yīng)用，現(xiàn)在已經(jīng)應(yīng)用到主要貨運道路養(yǎng)護(hù)、重建上。目前，在美國的住宅區(qū)街道和主干線道路上也在應(yīng)用這種方法。

　　3.3.1 經(jīng)濟性

　　Cape封層比單獨使用稀漿封層或石屑罩面成本高得多，然而這種封層非常耐磨。石屑罩面中的大骨料具有比較好的抗滑性和承載性能，稀漿封層具有平整度好和比較低的車輛營運費，Cape封層具有兩者的優(yōu)點:

　　a)應(yīng)用于住宅區(qū)街道

　　Cape封層在基層上應(yīng)用能夠使道路的使用壽命延長5～8年。

　　b)公路及主干道公路

　　南非聲稱其交通量為10000輛/日的道路使用壽命為10～15年，使用壽命的延長說明道路正確的設(shè)計和建設(shè)，而并非單純養(yǎng)護(hù)造成的。

　　3.3.2 投資成本

　　參看稀漿封層和石屑罩面。

　　3.4 噴射修補坑洞

　　噴射修補坑洞是采用一種特殊的機器對路面坑洞和凹地及破裂地帶進(jìn)行修補。

　　首先，修補機中的壓縮空氣將坑洞吹干凈，除去坑洞里任何松散的材料，得到一個干凈的表面。然后，將坑洞的內(nèi)表面涂上一層乳液。再利用修補機上的操作裝置，向坑洞里填上骨料，從噴嘴中噴出的熱乳液和骨料混合，坑洞填充料，采用該方法修補的坑洞既防水又具有比較好的強度。修補坑洞的骨料要求單個尺寸為 7mm、10mm或14mm的石料，這也是進(jìn)行封層時常使用的骨料級配。最后在坑洞上面鋪一層干骨料，使它具有一個表面封層，這樣就完成了封層工作，但是也有再鋪一層細(xì)砂的情況。

　　采用這種方法幾乎不需要進(jìn)行任何壓實工作。

　　如果經(jīng)常使用快凝型乳液和改性聚合物乳液，就能夠使修補的坑洞具有比較高的強度，或者在冬季條件下，比較快地修補路面坑洞。DURAPATCHER設(shè)備是用來修補路面坑洞的，該設(shè)備也能夠修補路面裂縫。

　　3.4.1 經(jīng)濟性

　　噴射坑洞修補的主要特點是生產(chǎn)和輸出比較容易，每天修補坑洞需要2300L乳液和20t的其他材料，需要兩個人和1臺機器。應(yīng)用這種方法具有顯著的經(jīng)濟效益。對路面修補來講，要保證道路的暢通，在很大程度上依賴于所修補的坑洞考試吧范圍和坑洞在多快的時間內(nèi)修補完成。如果道路已經(jīng)特別潮濕，這時坑洞的修補可以說是一種浪費。

　　延長路面的使用壽命在于坑洞的及時修補，即在坑洞直徑不超過15cm就需加以修補，坑洞的使用壽命等于整個路面的剩余使用壽命。

　　3.4.2 投資成本

　　噴射坑洞修補只需要1臺合適的修補機即可，該機大約是50000美元/臺，整個養(yǎng)護(hù)程序的完成只需1個人即可。另外，需要1臺大型的載重車，但是它不是修補機械的一部分。此外還可能將該設(shè)備提供給其他地方，甚至作為租賃設(shè)備使用。

　　4 結(jié)論

　　a)一種合適的養(yǎng)護(hù)方案加上良好的檢測系統(tǒng)或PMS系統(tǒng)能夠明顯地延長路面的使用壽命。

　　b)乳化瀝青是一種便利的和有效的粘結(jié)料。

　　c)稀漿封層、石屑罩面、cape封層和噴射坑洞修補被證明是路面養(yǎng)護(hù)的好方法，只要進(jìn)行合適的設(shè)計，路面的損壞就能夠鑒定和進(jìn)行處治。

　　d)以上的路面處治方法是比較經(jīng)濟的，從一開始就具有最少的投資成本。

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