乳化瀝青稀漿混合料貫入式瀝青路面結(jié)構(gòu)及其特殊性能的研究

王壹帆　宋俊偉　劉志偉　牛富強　劉燕　孫改麗　王偉平　李磊　尚紀雙

【摘 要】 本文提出了乳化瀝青稀漿混合料貫入式瀝青路面的概念和骨架——懸浮密實復(fù)合型路面結(jié)構(gòu)的概念，利用對比分析的方法，闡述了乳化瀝青稀漿混合料貫入式瀝青路面結(jié)構(gòu)及其性能的特殊性。

【關(guān)鍵詞】 乳化瀝青稀漿混合料；貫入式；瀝青路面；特殊性

【Abstract】 This paper puts forward the concept and skeleton of emulsified asphalt slurry infiltrated asphalt pavement——the concept of suspension-combined composite pavement structure. Using the method of comparative analysis， it describes the structure of emulsified asphalt slurry mixture infiltrating asphalt pavement and The specificity of its performance.

【Key words】 Emulsified asphalt slurry mixture；Penetrating；Asphalt pavement；Particularity

1.前言

（1）目前，有80%以上的道路使用的瀝青路面，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)分為三種典型的懸浮密實型結(jié)構(gòu)、骨架空隙型結(jié)構(gòu)、骨架密實型結(jié)構(gòu)。由于車輛嚴重超載超限、大交通量、渠化行車以及高溫天氣等因素影響，導(dǎo)致車轍已成為三種典型的瀝青路面早期最主要的病害，資料顯示80%以上的瀝青路面出現(xiàn)不同程度的車轍，它是道路病害中的頑疾，一直得不到解決，于是就提出乳化瀝青稀漿混合料貫入式瀝青路面路的概念，以期解決瀝青路面產(chǎn)生車轍的問題。

（2）乳化瀝青稀漿混合料貫入式瀝青路面是用層鋪法把起主支撐作用的粒徑等于路面厚度的最大粒徑碎石用瀝青粘結(jié)在下承層上，在鋪撒的碎石層上再灑一層瀝青，然后把拌和好的乳化瀝青稀漿混合料貫入碎石間隙中，之后經(jīng)過養(yǎng)生、碾壓等成型形成的瀝青路面，如圖1所示。

2. 乳化瀝青稀漿混合料貫入式瀝青路面結(jié)構(gòu)特殊性分析

在乳化瀝青稀漿混合料貫入式瀝青路面結(jié)構(gòu)中，最大碎石的粒徑（D）和瀝青路面的厚度（h）相同，即h/D=1，最大粒徑碎石在瀝青路面結(jié)構(gòu)中形成“頂天立地”的強大的骨架結(jié)構(gòu)，它們分布在一個平面上（即呈二維分布）并且保持一定的間距，同時在骨架之間填充的是由其它粒徑的碎石和瀝青膠泥形成的懸浮密實型瀝青混合料，稱其為骨架——懸浮密實復(fù)合型結(jié)構(gòu)。在三種典型的瀝青路面結(jié)構(gòu)中，h/D≥2，最大粒徑碎石上下分布2～3層（即呈三維分布）。因此，乳化瀝青稀漿混合料貫入式瀝青路面結(jié)構(gòu)不同于三種典型的瀝青路面結(jié)構(gòu)，是一種全新的瀝青路面結(jié)構(gòu)，進而導(dǎo)致其性能具有特殊性。

3. 乳化瀝青稀漿混合料貫入式瀝青路面特殊性能分析

3.1 抗剪強度特殊性能分析。

（1）在乳化瀝青稀漿混合料貫入式瀝青路面中h/D=1，最大粒徑碎石在瀝青路面結(jié)構(gòu)中形成“頂天立地”的強大的骨架結(jié)構(gòu)，它是抗剪強度的主要提供者，它既不靠碎石之間的內(nèi)摩擦力，也不靠瀝青的粘聚力，更符合胡克定律。

（2）表面理論認為瀝青路面是由集料骨架和瀝青組成，瀝青分布在集料骨架表面，將集料骨架膠結(jié)成為具有較高強度的整體。據(jù)此理論，瀝青路面的強度由兩部分構(gòu)成：一部分是集料骨架的強度，表現(xiàn)為顆粒材料的內(nèi)摩擦力；另一部分是瀝青的膠結(jié)強度。

（3）膠漿理論認為瀝青路面混合料是一種三級空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的分散系：以粗集料為分散相分散在瀝青砂漿中，瀝青砂漿則以細集料為分散相分散在瀝青膠漿中，瀝青膠漿又以填料為分散相分散在瀝青介質(zhì)中。這三種分散系以瀝青膠漿最為重要，它的組成結(jié)構(gòu)決定了瀝青路面的高低溫性能。據(jù)此理論，瀝青路面的強度由分散系中分散相數(shù)量多少和分散介質(zhì)的強度性質(zhì)決定：分散相數(shù)量越多，分散系的模量就越大，則路面的抗壓強度越大；分散介質(zhì)的稠度越大，路面的抗拉強度就越大。在瀝青路面混合料中的三級分散系中，瀝青膠漿對瀝青路面強度起著決定性作用，它的組成結(jié)構(gòu)決定了瀝青路面的高低溫穩(wěn)定性。因此，改善瀝青路面混合料路用性能主要從改善瀝青膠漿的性能入手，增加瀝青稠度，增加礦粉用量。

（4）綜合表面理論和膠漿理論，普遍觀點認為，構(gòu)成三種典型瀝青路面強度的因素包括兩方面，即由集料顆粒之間的內(nèi)摩擦力和嵌擠力，以及瀝青結(jié)合料的粘結(jié)力和內(nèi)聚力所構(gòu)成。

（5）乳化瀝青稀漿混合料貫入式瀝青路面的強度理論并不符合表面理論和膠漿理論，因此，乳化瀝青稀漿混合料貫入式瀝青路面的抗剪強度不能用摩爾——庫侖定律表征，而適合用胡克定律表征。

3.2 抗車轍特殊性能分析。

在乳化瀝青稀漿混合料貫入式瀝青路面結(jié)構(gòu)中，最大碎石粒徑等于路面厚度即h/D=1，汽車荷載直接由最大粒徑碎石傳遞給下承層，它不會產(chǎn)生車轍；而在三種典型的瀝青路面結(jié)構(gòu)中，形成“碎石——瀝青——碎石”的結(jié)構(gòu)，碎石和瀝青都參與汽車荷載的傳遞，碎石之間會發(fā)生位移而下沉，瀝青會發(fā)軟而降低粘聚力。因此，它們會產(chǎn)生車轍。

3.3 粘彈力學(xué)特殊性能分析。

在乳化瀝青稀漿混合料貫入式瀝青路面中，最大碎石粒徑等于路面厚度即h/D=1，不論是高溫、中溫或是低溫，都由“頂天立地”的最大粒徑碎石支撐著，均表現(xiàn)出線彈性；而在三種典型的瀝青路面結(jié)構(gòu)中，低溫時表現(xiàn)為線彈性，中溫時表現(xiàn)為粘彈性，高溫時表現(xiàn)為粘塑性。因此乳化瀝青稀漿混合料貫入式瀝青路面與三種典型的瀝青路面的粘彈力學(xué)性能截然不同。

3.4 防滲水特殊性能分析。

在乳化瀝青稀漿混合料貫入式瀝青路面中，撒布碎石的間隙是開放性的，間隙中的懸浮型瀝青混合料在行車輪胎的碾壓揉搓下很容易達到密實，防止水分浸入；另外，由于使用瀝青富裕并且延展度大，再加上懸浮密實型瀝青混合料的承載作用變小，使其低溫穩(wěn)定性和抗疲勞性能得到提高，裂縫不出或少出可以防止或減少水分浸入路面。

3.5 抗老化特殊性能分析。

（1）瀝青路面的抗老化性能主要是瀝青的抗老化性能決定的，瀝青的老化主要分兩個階段，一是施工階段，二是使用階段（使用環(huán)境的客觀條件不可控，此不贅述）。施工階段主要是施工溫度較高，雖然時間短但老化程度高。

（2）乳化瀝青稀漿混合料貫入式瀝青路面施工實現(xiàn)了常溫化，瀝青不會在施工階段老化。

3.6 防開裂特殊性能分析。

（1）瀝青路面的開裂是各國普遍關(guān)心的問題，其危害在于能使道路產(chǎn)生功能性和結(jié)構(gòu)性的破壞。瀝青路面裂縫分三種：溫度收縮裂縫、溫度疲勞裂縫和反射裂縫，在道路使用過程中它們可能是交互作用。瀝青路面裂縫，瀝青結(jié)合料的性能起到特別重要的作用，其貢獻率高達90%，而礦質(zhì)材料對抵抗裂縫幾乎是無能為力，其貢獻率充其量只有10%。

（2）乳化瀝青稀漿混合料貫入式瀝青路面的低溫穩(wěn)定性主要是由最大碎石之間的懸浮密實型混合料來保障的。

（3）瀝青在乳化過程中，有些乳化劑對基質(zhì)瀝青的性能會造成損害，如延展度降低等，但這些損害很容易通過SBR膠乳改性得到恢復(fù)甚至是提高。

（4）對于乳化瀝青稀漿混合料貫入式瀝青路面，灑布用瀝青盡量選用軟化點低、延展度大的熱瀝青；拌和用乳化瀝青盡量選用蒸發(fā)殘留物延展度大的SBR膠乳改性乳化瀝青；灑布瀝青客觀上可以起到吸收應(yīng)力的作用；貫入混合料的油石比一般在7%～9%之間，屬于富油瀝青混合料；乳化瀝青稀漿混合往往使用水泥作添加劑，它能使瀝青與礦料粘結(jié)更牢固。這些都有利于提高乳化瀝青稀漿混合料貫入式瀝青路面的低溫穩(wěn)定性，并且這些要求很容易達到，有的甚至是自身就具備的功能或作用。

3.7 抗疲勞特殊性能分析。

（1）大交通量和重軸載對瀝青路面的破壞日益嚴重，路面在行車荷載反復(fù)的作用下，長期處于應(yīng)力應(yīng)變交迭變化狀態(tài)，導(dǎo)致瀝青路面結(jié)構(gòu)強度逐漸下降。當(dāng)荷載重復(fù)作用超過一定次數(shù)以后，路面內(nèi)部產(chǎn)生的應(yīng)力就會超過強度下降后的結(jié)構(gòu)抗力，使路面出現(xiàn)裂紋，產(chǎn)生疲勞斷裂破壞。

（2）乳化瀝青稀漿混合料貫入式瀝青路面的抗疲勞性能主要是由最大碎石之間的懸浮密實型混合料來保障的。

（3）乳化瀝青稀漿混合料貫入式瀝青路面中的下列情況或特性有利于提高路面整體的抗疲勞性能：最大碎石是主要的荷載承受者和傳遞者，減小了最大碎石之間的懸浮密實型混合料的作用；可以選用延展度較大的瀝青（包括SBR改性乳化瀝青蒸發(fā)殘留物），并且混合料中富含瀝青；使用的灑布瀝青可以使層間結(jié)合緊密；撒布碎石的間隙是開放性的，在行車輪胎的碾壓揉搓下，間隙中的懸浮型瀝青混合料會達到密實。

3.8 對瀝青品質(zhì)要求的特殊性分析。

乳化瀝青稀漿混合料貫入式瀝青路面中，最大粒徑碎石起主支撐作用，是行車荷載的主要承受者和傳遞者，降低了瀝青對承受荷載和傳遞荷載的作用；最大粒徑碎石間隙的懸浮密實型瀝青混合料主要起填充、粘連接和密封等作用。因此，瀝青粘結(jié)力和延度優(yōu)良即可，不必追求高的軟化點。

4. 結(jié)束語

結(jié)構(gòu)決定性能，由于乳化瀝青稀漿混合料貫入式瀝青路面結(jié)構(gòu)的特殊性，導(dǎo)致其性能的特殊性，與三種典型的的瀝青路面結(jié)構(gòu)相比，其特殊性是全方位的，并且是正面的。

參考文獻

[1] 虎增富，等.乳化瀝青及稀漿封層技術(shù).北京：人民交通出版社，2001.

[2] 彭波，等.瀝青混合料材料組成與特性.北京：人民交通出版社，2007.

[3] 張肖寧.瀝青與瀝青混合料的粘彈力學(xué)原理及應(yīng)用.北京：人民交通出版社，2006.

[文章編號] 1619-2737（2018）02-06-799

[作者簡介] 王壹帆（1991-），女，籍貫：河南襄城人，學(xué)歷：本科，職稱：工程師，從事公路工程技術(shù)工作。