论乳化沥青在公路工程养护中的应用

杨汇

（云南省沥青油料储备保障中心，云南 昆明 650501）

0 引言

随着我国社会经济的快速发展，公路路网的里程逐年增加，公路建设的质量也不断提高。公路路面由于长期承载车辆行驶压力，必将导致不同路面病害情况，对公路来说是普遍存在的问题，这样的路面必然影响到通行安全和行驶舒适度，传统的路面养护工艺及材料难以适应当前的社会发展需求。乳化沥青材料作为一种新型材料，它本身较强的稳定性决定了储存方面具备的优势，而在使用混合后，表现出较高的粘度、及养护速度较快等特点，使其成为当前广泛使用的新型公路养护施工材料。

1 乳化沥青概述

乳化沥青是一种由沥青和水混合而成的路面施工材料，由于沥青组成结构复杂，化学性质表现为容易乳化，只需要使用一定量的添加剂即可起到乳化作用。乳化沥青是将沥青热融，经过机械作用，以细小的微粒状态分散于含有乳化剂的水溶液之中，形成水包油状的沥青乳液。在不同温度下，乳化沥青的表面张力也会有一定的差别，同时因其储存稳定、混合过程中的表面处治和粘度特性高、养护速度快等特点，成为目前普遍使用的公路工程养护材料[1]。

2 乳化沥青养护生产特点分析

乳化沥青之所以能够成为当前公路路面养护工程中普遍使用的施工材料，与其用途广、环保节能、经济实惠的特点密不可分。

2.1 用途广

乳化沥青在工程施工领域的应用范围非常广，尤其是在公路养护工程中，可以作为多个工序中的施工材料，且在长期的应用中表现出了较好的稳定性。在实际施工中，仅需采取简单的滚筒撒布就能完成操作。同时，由于乳化沥青能够长期储存在储罐中进行运输，即使是在处于偏远地区的工程项目中，依然可以较好地进行使用。

2.2 环保节能

与其他施工材料相比，乳化沥青的在实际施工中的工艺更为简单，如无须二次加热、无须进行保温。同时，根据多年的施工经验总结发现，与一般道路沥青材料相比，乳化沥青材料可以节省一倍的能耗。主要原因体现在以下几点：①乳化沥青配制所需温度仅为120～130℃，而普通沥青的配制温度必需达到160～170℃。②在进行搅拌混合时，使用骨料乳化沥青可省略加热环节，从而大大节省能耗。③在实际施工中，乳化沥青无须进行保温，而一般沥青需要加热保温，这在很大程度上节省了能耗。由此可见，乳化沥青环保节能性远远高于普通沥青。

2.3 节约沥青材料

根据多个实际施工数据证实，在公路养护工程中使用乳化沥青，即使是采用不同的施工工艺，均可实现节省约10%～30%的沥青材料。能够实现节省材料的原因在于，在沥青中加入的添加剂被稀释后仍可以获得较好的渗透性和裹覆性，施工时分布效果好，即使是降低一定程度的使用量依然可以获得与采用热沥青施工相同的效果。

3 乳化沥青在公路养护中的应用范围

根据乳化沥青的性能，其可以在公路养护的碎石封层、稀浆封层、微表处、透层和黏层施工中得到广泛应用。

3.1 碎石封层

在对公路面层进行改善施工时，碎石封层罩面施工的重要性不言而喻。乳化沥青因配合比的不同可具备不同的性能，从而可使用于碎石封层施工的乳化沥青细分为普通乳化沥青封层和改性乳化沥青封层施工。开展具体施工时，乳化沥青的用量需要结合道路表面层采用骨料的粒径大小进行相应的计算确定。施工过程中，撒下层骨料后，即采用碾路机压实成型，再向公路路面的裂缝渗入油料，碎石封层和原路面间形成饱油结构，进而获得更好的路面修补效果。

3.2 稀浆封层

乳化沥青在稀浆封层施工中的应用也较为普遍。以冷拌方式将乳化沥青、矿粉等原材料进行拌合，制成乳化沥青混合料，用于稀浆封层施工，可起到较好的防水和防滑作用，并获得较强的稳定性和抗变形能力，同时确保路面的平整度。

在施工过程中，采用冷拌方式，可以有效减少能耗，也能有效减少有毒气体的产生。为保证更好的粘结住基层，在用于稀浆封层施工时，选用的乳化沥青的集料粒径普遍较细，在与较硬的细骨料级配和具有耐磨的高砂当量的骨料混合后，可取得更高的稳定性和防水性，从而达到比下封层层铺法施工更高效的作用。

3.3 微表处施工

在公路养护工程中，针对公路路面的微表处施工，比较高级的施工工艺和方法是采用乳化沥青稀浆罩面的形式。其工艺的重点在于加强路面的防滑性，同时防止水分向路面下渗透，进行起到防止路面过早老化、提高路面使用寿命的作用。采用乳化沥青材料对微表处进行施工，可以提高施工效率，使施工路面在短时间内开放通行的目的。

3.4 透层和黏层施工

透层和黏层施工是沥青路面养护中不可缺少的环节，由于沥青本身不具备良好的渗透性和均匀性，导致采用沥青施工的路面防水性和渗透性能较弱，因此会对路面的修补效果产生不良影响。乳化沥青则可以改善这些问题，因此在进行沥青路面养护维修时，常用乳化沥青来对路面进行铺筑，以及对破损路面进行修补。

4 案例分析

本文以云南省某农村公路养护工程项目乳化沥青稀浆封层施工为例，就乳化沥青材料及相关施工工艺在公路养护中的应用进行说明。

4.1 工程概况

本工程公路总长为10.377km，路面结构从下向上分别为20cm 厚度的12%石灰土基层、18cm 厚度的水泥碎石基层、3cm厚度沥青碎石路面。在建设完成投入使用多年后，该公路工程路面基层保持较为完好，但路面出现磨损、裂缝等病害较为严重，已影响到公路正常使用。为保证公路的正常运营使用，需开展公路路面修理工作。经过全面的现场勘察和技术研究，确定了以乳化沥青稀浆封层技术对该公路路面工程的修理方案。

4.2 乳化沥青稀浆封层分类及在公路养护施工中的适用范围

乳化沥青稀浆封层分为细封层、中封层、粗封层和加粗封层4 类。一般情况下，农村公路工程细封层的平整度和强度都保持了不错的状态，可以直接作为路面封层和沥青碎石基层的防水层，有利于处理较小的裂缝和贫油等病害问题，厚度为3mm；中封层在农村公路结构中是作为磨耗层存在的，中封层的养护施工可很好地解决贫油、轻微网裂的路面病害，厚度为6mm；粗封层在农村公路结构中，可作为公路半刚性集成和原路面的双层铺，厚度为8～10mm；在低等级公路结构中，路面下封层的处理可采用半刚性集成双层封层处使用加粗封层，厚度为10～15mm。

4.3 施工材料选择

在本工程中，稀浆封层施工使用的乳化沥青混合料由乳化沥青、外加剂、填料、集料、水构成。施工采用的乳化沥青，由快凝慢裂型乳化剂生产，可提高工程施工的速度，尽快恢复公路交通；针对稀浆混合料的性能改变，可使用添加外加剂的方式达到有效调节破乳时间的目的；在该工程中，因混合料形成的空隙由填料进行填充，并通过调节混合料的稠度加强封层的强度和耐久性，根据相关标准要求，选用普通的硅酸盐水泥即可达到要求；另外，综合考虑该工程对集料级配、坚固性和清洁度，以及抗压碎能力的要求，需要明确合适的配合比，以保证稀浆混合料的密实度；本工程采用的沥青混合料，使用的是清洁的饮用水进行拌合，同时通过调整用水量，达到保证混合料达到工程施工要求的沥青混合料的稠度、摊铺效果和破乳时间等标准。

4.4 施工技术实施

（1）确定施工方案。根据施工规划，由专业技术人员对施工现场开展现场勘察，以此为依据，制定出最佳施工方案。

（2）处理旧沥青路面。应先对施工路面进行维修，将需要进行维修处理的病害问题处理完毕后，再进行路面稀浆封层施工[2]。

（3）混合料配比试验。科学的乳化沥青混合比，是保证施工质量的关键。因此，在施工前，需对相关混合比例进行试验。相关试验需要明确获取工程施工选用的乳化沥青稀浆封层类型和铺筑厚度两个数据，并以此确定沥青使用量，才能开展混合料配比试验。首先，根据工程施工要求，开展乳化沥青、矿料、水、外加剂等原材料的选择工作，保证相关材料符合设计质量标准。然后，结合施工规范要求，对沥青混合料进行试验，收集材料的稠度、破乳、初凝的时间等参数。

（4）检查设备和配备合适的操作人员。在正式进行施工前，需对施工设备进行全面的检查、调试和维修，确保相关设备在施工过程中能正常运行。同时，选择操作熟练的机械设备操作人员。

（5）试验路段铺筑。所有准备工作就绪后且在正式施工前，先选择200m 以上的路段作为试验路段进行铺筑施工，并对试验路段施工的各项数据进行检测、收集和整理，确保相关数据符合工程施工规范要求。如遇不合格参数，及时查找原因，并对施工工艺进行调整，直至调整到位。

（6）施工。施工前，对施工路面表面进行彻底清理，去除杂物、杂草、泥块等垃圾。针对存在较大孔隙率或较高透水性的路面处理，不可采用水冲洗的方式，而应用高压气吹法清理。如因特殊原因进行水冲洗，则需等路面水分完成蒸发后，再进行稀浆封层作业。如因路面油污面积过大，对稀浆封层和原路之间的粘结程度造成影响，则必须提前采用工业清洁剂进行油污清理。乳化沥青混合料经稀浆封层车完成传送、计量、掺配、摊铺等工序后，需进行局部人工平整和修补，形成均匀铺设于路面的乳化沥青薄层。需要注意的是摊铺工序中必需保证施工的速度不可过快，否则会影响工程施工质量。摊铺层施工完成后，采用摊平板的夯锤进行预压实，并检测摊铺的厚度，确保混合料摊铺的厚度达到施工要求。在乳化沥青材料的温度未出现大幅下降时，马上展开碾压施工，同时对3 个碾压环节的温度进行测量、记录。第一次碾压时，速度控制在3km/h 以下。复压时，速度控制在3km/h 以下。终压时，速度控制在4km/h 以下。

（7）养护。稀浆封层未破乳以及初凝之前，是路面养护的关键时期，应确保路面禁止车辆通行。在完成了粘聚力施工后1h，进行粘聚力控制工作，并通过对封层内水分进行排除，加强封层的密实度和强度，进而完全解决横纵缝的问题。

（8）交通开放。施工完成后，待混合料整体凝固，及时对路面进行检测，当路面具有200N/cm 的黏结力时，即能达到开放交通的要求，此时方可将施工标识撤除，使车辆正常通行。

4.5 性能检测分析

为了检验沥青路面乳化沥青稀浆封层施工的修补效果，需对沥青路面的平整度、抗滑性能和抗渗性能进行检测分析，确保施工符合相关要求。

（1）平整度检测与分析。为了保证路面的舒适性，就是要保证稀浆封层施工路面的平整度达到一定的规范要求。养护施工前、施工后路面平整度的检测是路面施工的重要检测项目，也是施工路面改善情况的对比和鉴定指标。采用8 轮连续式平整度仪对路面养护施工前后的平整度进行检测。在开展修补施工前，路面的平整度平均值为1.29mm，其中最大为1.44mm，最小为1.14mm，大部分检测数值都超出了1.20mm 的规范要求。采用乳化沥青进行稀浆封层修补后，检测到路面的平整度平均值为0.96mm，其中最大为1.04mm，最小为0.85mm，证实乳化沥青材料在公路路面养护工程稀浆封层施工中应用，能达到较好的平整路面的效果。

（2）抗滑性能检测与分析。采用检测速度快，且可以实现连续检测的横向力系数为评价指标，对该工程施工后的抗滑性进行检测，在开展乳化沥青稀浆封层修补施工前对施工公路路面的横向力系数进行测定，获得数据为原沥青路面的横向力系数平均值为50.0，其中最大值为54，最小值为47，与规范要求路面横向力系数不应小于54 的差距较大，由此可知原沥青路面的抗滑性能下降，需要采取有效的养护措施。在进行施工后，对沥青路面的横向力系数进行检测，其平均值为70.6，其中最大值为74，最小值为67，横向力系数平均值提高约41.2%，达到相关规范要求。

（3）抗渗性能检测与分析。沥青路面的使用年限在很大程度上受路面抗渗性能影响，如抗渗性能下降，水分渗入路面，会破坏沥青路面的整体结构，使路面面层材料剥落。该工程沥青路面在进行养护施工前，选取10 个检测点，采用检测渗水系数的方式对其路面抗滑性能进行检测，数据显示原沥青路面渗水系数平均值为48.5mL/min，其中最大值为62mL/min，最小值为38mL/min。在进行养护施工后，对路面渗水系数进行检测，平均值为3.3mL/min，其中最大值为8mL/min，最小值为0mL/min，证明渗水系数平均值明显降低，表明对路面进行乳化沥青稀浆封层施工修补后，路面抗滑性能得到了明显增强。

4.6 施工注意事项

（1）进行公路路面稀浆封层施工，需要确保施工后封层的强度和刚度满足施工标准要求，保证规定荷载下路面和基层不会发生破坏性病害。

（2）公路路面稀浆封层施工，只能对路面平整度、防水性、防滑性等起到修补作用，但对公路结构抗应变能力不会产生改善，因此相关施工必须在公路结构本身具备较好的整体稳定性的基础上进行。

（3）在进行施工前，必须保证施工路面是密实、整洁的，公路的整体结构是完整的。

（4）在开展大面积的乳化沥青稀浆封层施工时，施工环境的温度必须保证在10°C 以上，并确保温度呈上升趋势时方可施工，如温度过低，或处于降温状态，应停止施工。

（5）保持施工路面的整洁、干燥是开展乳化沥青稀浆封层施工的重要前提条件，如遇雨天或路面太过潮湿的情况，应停止施工。

（6）开展乳化沥青稀浆封层施工时，必需严格按照《公路养护安全作业规程》（JTGH30—2015）的标准规范控制施工现场交通，以此确保作业安全。

（7）施工过程中的所有环节均需进行记录、归档，方便后期对工程质量进行后续查阅。

（8）乳化沥青稀浆封层施工技术的适用范围较广，但不适用于路基变形较大、路面破坏较为严重的公路工程养护工程。如遇此类工程，需另行选择合理的施工技术。

5 乳化沥青公路工程养护应用存在的问题探讨

5.1 施工问题

根据相关经验总结，造成乳化沥青公路养护应用施工问题的原因主要有两个。一个是由于对施工路面的实际情况勘察不仔细、同时过分追求经济效益，导致对公路路面养护工程的考虑不周。设计方案中对于公路路面病害的治理不彻底，导致施工效果达不到有效控制路面病害、改善公路路面各项性能的目的，甚至在地形养护施工后产生新的问题；另一个是在施工过程中，对碾压环节的控制不力，导致石料松动脱落现象出现[3]。

5.2 材料问题

采用乳化沥青材料进行公路工程养护时，必须对混合料的配比、搅拌严格控制。如果混合料的配比不准确，或搅拌不均匀，都会造成乳化沥青材料的性能稳定性不足，容易出现水和沥青提前脱离问题。

5.3 养护周期问题

技术人员应根据公路工程的运营年限、车流量以及路况等信息，对公路养护进行科学的分析和判断，确定养护周期，尽可能保证公路工程的运营通畅性。同时，过于频繁的养护不仅不能提高公路的使用性能和寿命，甚至还会造成各种病害的产生，因此要制定合理的公路养护频率，以此加强对公路工程养护成本的有效控制，避免造成资源浪费。在开展乳化沥青公路养护时，需要结合公路工程的实际情况，明确开展养护的各项指标，当公路工程情况触发预防性养护的标准时，方可对公路工程开展相应的养护。

6 结语

当前，公路工程出现的主要病害是路面裂缝、路面波浪、车辙现象、路面沉陷等。这些常见病害的发生与公路工程的设计方案、使用时间、建设施工质量等密切相关。因此，需要对公路工程开展必要的养护措施。乳化沥青因其用途广泛、方便快捷、节能减排等多方面的优势，在日常公路工程养护中的应用越来越普遍。虽然，公路养护发展离不开乳化沥青的使用，但还需不断加强相关材料合理的应用和技术开发，使乳化沥青的应用具有更广阔的前景，在公路养护工作中也能发挥更大的作用。