乳化瀝青在薄層罩面粘結層的應用研究

（成都交通投資集團有限公司，成都 610000）

乳化瀝青既節省能源和材料，又綠色環保，安全方便，因此乳化瀝青在路面中使用較廣泛[1]。其可在路面層之間直接噴灑作為粘層油或透層油，如超薄罩面，橋面鋪裝以及“白改黑”路面層等[2]。隨著乳化瀝青的推廣，國內外已經開始對應用乳化瀝青進行研究。

在美國，AASHTO 及各州的規范已經將采用慢裂型乳化瀝青作為粘結層材料納入規范中，其中路易斯安那州的《道路和橋梁標準規范》規定粘層油可以使用改性的或非改性的陽離子乳化瀝青 CRS-ZP、CSS-1，或者陰離子乳化瀝青55-l、55-SL、55-IP。

在法國，薄層罩面粘結層材料一般會使用快裂型乳化改性瀝青，其中大部分是使用陽離子乳化瀝青，一小部分也用 陰離子乳化瀝青。而在日本，規定PK-4 材料在一般瀝青路面中采用，而對于排水性瀝青混合料路面，因為路面面層瀝青混合料具有較大空隙，道路層與層之間比一般瀝青路面需要更強的粘結力，所以日本規定排水性路面粘層材料使用橡膠改性乳化瀝青PKR-T，橡膠改性乳化瀝青技術指標同時比一般的粘結層材料要求都要高。

國內專家學者也開始重視對乳化瀝青粘結層材料的研究，并開展了大量的試驗。同濟大學蘇凱對比研究了自行研制的SBR、ES 和SBS 3 種乳化改性瀝青的粘結力[3]，通過試驗不同含量下的改性乳化瀝青強度，得出并不是改性劑的含量越高強度越大。西安公路研究院彌海晨利用GF多功能道路層間力測試儀從層間粘結角度[4]，對目前常見的煤油稀釋瀝青，慢裂乳化改性瀝青與HTC-8 型乳化改性瀝青進行對比，試驗結論認為其配制出的HTC-8 型乳化瀝青具有很好的粘結性能。

研究表明，如果路面粘結層層間粘結力不強，粘結不好即會破壞瀝青路面的結構整體性，削弱瀝青路面整體的路面性能、抗損害能力，尤其在車輛行駛過程中，車輛加速、減速的地方更容易使得路面層間發生剪切滑移，進而產生推擠裂紋[5]。路面原有層與加鋪瀝青薄層層間結合的優劣會直接影響路面的使用性能與壽命，將改性乳化瀝青作為薄層路面層間粘結材料，乳化瀝青種類應根據不同類型的基層而定，因此根據不同類型的基層對乳化瀝青的粘結強度效果進行評價具有重要意義。

1 試驗材料

乳化瀝青（PME）是一種將瀝青分散在水相中形成的呈液態的乳狀液體，在國內改性乳化瀝青的使用時間較短，研究相對落后于國外。但近年依托于國內大 量的交通建設項目及養護工程項目，改性乳化瀝青用量在大幅度上升。由于其具有優良的施工和易性，同時路用性能尚可，使其極具前景。目前國內所使用乳化瀝青多采用SBR 改性乳化瀝青，鑒于此本文選擇的乳化瀝青只有兩種：SBR 改性乳化瀝青和鎮海 70 號基質乳化瀝青，這兩種乳化瀝青均由美德維實偉克提供。

選用的SBR 改性乳化瀝青和鎮海70 號乳化基質瀝青，根據JTG F40—2004 《公路瀝青路面施工技術規范》進行指標檢測，基本技術指標如表1、2 所示。

表1 SBR 改性乳化瀝青主要技術指標

表2 鎮海70 號基質乳化瀝青主要技術指標

2 乳化瀝青粘結層性能評價方法

本文采用磚面粘結強度拉拔法。將實際中的瀝青路面結構進行簡化，得到類似路面結構的模型。磚面拉拔法：底層選取瀝青混凝土等作為底板，上面層則選用一個特制的拔頭，層間粘結材料與接觸面接觸是試驗的重點關注事項。當試驗時，在底板上灑布一定量待檢測的粘結層層間粘結材料，安放拔頭，靜置待材料強度形成后，用專用飾面磚粘結強度拉拔力檢測儀對指定層間材料與接觸面間粘結強度進行檢測。示意圖如圖1所示。

圖1 粘結強度拉拔力檢測儀與強度測定試驗

在磚面粘結強度拉拔儀法中，所需要用到的試驗設備有：專用飾面磚粘結強度拉拔力檢測儀，拔頭（規格 3 cm×3 cm），電子秤，溫度計，烘箱，電爐，瀝青融化鍋，小刀，小勺等。其試驗過程包括：準備待測粘層材料與底座；將待測材料按事先計算用量灑布在底座上，盡量保證灑布均勻，將事先打磨過的拔頭放在材料表面，靜置等待粘層材料強度形成；待粘層材料強度形成后，將整個底座沒入溫度為5 ℃水浴中，靜置水浴1 h，將底座從水浴中拿出，然后用刀具沿著拔頭邊緣切開粘結材料，再放入溫度為 5 ℃水浴中，保持水面與拔頭齊平，用粘結強度拉拔力檢測儀對器粘結強度進行測量，得出粘層材料的粘結拉拔力，計算粘結強度；試驗結束后，將底座與拔頭清洗干凈，方便下次試驗時使用。底座如圖2所示。

圖2 粘結強度試驗底座

3 乳化瀝青粘結性能試驗研究

3.1 粘結材料在鋼面上的粘結性能評價

現在建筑結構追求在高度與跨度上的突破，橋梁結構跨徑不斷增大，其中鋼橋面板由于擁有減輕荷載的優點，成為大跨徑橋梁的首選。本文采用磚面粘結強度拉拔法對熱瀝青在鋼橋面上用作粘結材料的可靠性進行研究，探究熱瀝青在鋼橋面的粘結性能。

試驗中選擇鋼面作為底面，首先提前將鋼底面與拉拔頭進行加熱準備，加熱溫度為110 ℃，其次，將改性瀝青也提前進行加熱，一般改性瀝青加熱溫度為180 ℃，最后成型模型，進行測試。通過磚面粘結強度拉拔法得出瀝青的粘結強度見表3。

表3 5 ℃水浴中瀝青在鋼底面上的粘結強度

由表3可以看出鎮海70 號基質乳化瀝青在鋼板上的最佳灑布用量為 0.6 kg/m2，最大粘結強度為0.77 MPa，更多的瀝青灑布量不會再增加其粘結強度。

而SBR 改性乳化瀝青到達最大粘結強度的最佳灑布量是 0.6 kg/m2，0.8 kg/m2和1.0 kg/m2的灑布量明顯偏高，不僅未能使乳化瀝青的粘結強度增加，反而由于自由瀝青等的增加導致了瀝青粘結強度下降。

在鋼底面上，SBR 改性乳化瀝青的最小粘結強度比鎮海基質乳化瀝青的最大粘結強度要大。本研究所用的SBR 改性乳化瀝青中乳膠摻量為3%，這3%的SBR 乳膠對鎮海70 號基質瀝青的粘結性能有較好提升，SBR 乳膠對鎮海70 號基質瀝青的粘結性能有較好的改善作用。

3.2 粘結材料在瀝青混凝土面上的粘結性能評價

《公路瀝青施工技術規范》（JTG F40－2004）中推薦乳化瀝青在新建瀝青層或舊瀝青路面中使用。研究工程中常用乳化瀝青在瀝青混凝土面的粘結性能有其實際意義，能夠幫助正確的選擇乳化瀝青種類及用量。

試驗選用AC-13 瀝青混凝土作為底座，將常溫放置的乳化瀝青材料均勻灑布在底座上。靜置15 min 后放入常溫下的拉拔頭。在常溫條件下，將模型放置14 d，然后對材料進行粘結強度試驗。

乳化瀝青在5 ℃水浴中測得的粘結強度數據如表4所示。

表4 5 ℃水浴中瀝青在瀝青混凝土面上的粘結強度

兩種乳化瀝青在瀝青混凝土面上的達到最大強度的灑布量均 為0.6 kg/m2。實際工程使用中并非灑布乳化瀝青越多越好，要控制灑布量，防止漏油導致多灑。

SBR 改性乳化瀝青的最大粘結強度為1.01 MPa，鎮海70 號基質乳化瀝青的最大粘結強度為0.91 MPa，前者的粘結強度相對于后者的優勢不是特別明顯。在瀝青路面上加鋪新路面，或者在新建瀝青層之間使用乳化瀝青時推薦使用鎮海70 號基質乳化瀝青。

3.3 粘結材料在水泥混凝土面上的粘結性能評價

試驗選擇C35 水泥混凝土試塊作為底座，提前將材料進行加熱準備，其中底座加熱溫度為60 ℃，拔頭加熱溫度為120 ℃，瀝青材料加熱溫度為180 ℃。將瀝青材料均勻灑布，制成模型靜置。用磚面粘結強度拉拔發進行試驗，所得試驗數據見表5。

表5 5 ℃水浴中瀝青在水泥混凝土面上的粘結強度

在 0.3 kg/m2的灑布量下，乳化瀝青的粘結強度偏小，灑布量增加一倍，其粘結強度增加明顯。在0.3 kg /m2灑布量增加到 0.6 kg /m2灑布量間是乳化瀝青粘結強度增長最快的區間，與規范推薦用量為0.3 ～0.5 kg/m2保持一致，在這個范圍內可視工程需要選定灑布量。

按本文提出的粘結強度要求，鎮海70 號基質乳化瀝青在灑布量為 0.3 kg /m2時粘結強度未及格。灑布量為 0.3 kg/m2的SBR 改性乳化瀝青的粘結強度幾乎與灑布量為0.6 kg /m2的鎮海70 號基質乳化瀝青的粘結強度相當，推薦選擇SBR 改性乳化瀝青用在水泥路面上當作粘層油。

4 結論

a）規范中推薦的乳化瀝青灑布量在0.3 ～0.6 L /m2，本文研究的這兩種乳化瀝青都是在推薦瀝青灑布用量的上限達到最大粘結強度，綜合考慮經濟和粘結效果，推薦在新建瀝青路面層間或 舊瀝青路面加鋪的粘層油使用灑布量0.6 kg /m2的鎮海70 號基質乳化瀝青；在舊水泥路面上加鋪使用灑布量0.6 kg /m2的SBR 改性乳化瀝青當作粘層油。

b）同種乳化瀝青在不同界面上表現出不同的粘結性能，以最佳灑布量0.6 kg /m2為例，鎮海 70 號基質乳化瀝青在各界面的粘結性強弱順序是瀝青混凝土界面＞水泥混凝土界面＞鋼界面；SBR 改性乳化瀝青的粘結性能強弱順序是鋼界面＞水泥混凝土界面＞瀝青混凝土界面，可能的原因是SBR 乳膠對鋼的吸附能力更好。