基于厂拌技术的乳化沥青在市政道路施工中的应用分析

胡赛赛

（廊坊市交通公路工程有限公司，河北 廊坊 065000）

0 引言

当前，厂拌混凝土在土木工程中应用非常普遍，相比现场拌和具有使用环保、质量可靠、文明施工等优势，而厂拌沥青技术则由于沥青凝结较快、摊铺温度无法掌控等一系列原因而存在一定的使用限制，无法得到大规模推广。近年来，乳化沥青工艺得到了深入的研究与发展，其有效解决了厂拌沥青的相关问题，促进了厂拌沥青工艺的进一步应用。乳化沥青主要是将乳化剂和沥青进行结合，使其产生一定的反应后，最终生成一种液体形态的沥青。乳化沥青在使用中可以混合常规高温使用条件下的基质沥青，通过充分搅拌与静置沉淀后，能形成性能良好的道路应用原料，其突出特点在于室温下黏度较小，而流动程度较优，既可在室温下使用，也可与低温或湿冷砂石料等结合应用，从而实现在常温下进行沥青拌和、铺设、成型、养护的目的，全过程中避免了沥青的加热耗能和加热挥发污染。本研究将从多个角度比较乳化沥青对工艺接续、社会效益、经济效益的促进作用。

1 厂拌沥青技术原理

顾名思义，厂拌沥青即在工厂中对沥青实现提前搅拌，避免现场拌和带来的种种不利条件影响，能有效保证拌和质量。相较于沥青现场拌和技术，厂拌沥青工艺在实施中无需进行加热处理，同时，沥青的流动性能也仅需在常温下即可得到保证，无须保障沥青的高温状态。因此，相较于现场拌和沥青，厂拌沥青能降低传统沥青实施时需要加热所带来的环境污染和能源耗费问题，通过常温状态下的液态沥青形态，实现并维持乳化沥青的流动性能。其具体原理参见图1。

图1 基本工艺流程革新示意图

图1中，沥青施工的基本工序均包括物料运输、物料管理、沥青拌和、铺设、压平、维护等6 个基本流程，其中传统流程中沥青与骨料的拌和过程被提前到物料运输流程之前。这一技术革新过程还包括以下深层次的技术提升。

1.1 沥青流动性的控制工艺革新

对于以往的普通沥青加工条件而言，其需要先将沥青升温，使其熔化为液体，再掺入相关的稳定剂、抗氧化剂等掺合料，达到更好地黏结粗集料和流动基质沥青的目的。同时，通过应用抗氧化剂，能够提高沥青材料的服役年限，并进一步强化材料的力学性能，增强抗风化能力。

乳化沥青则是先通过乳化剂实现对基质沥青的完全乳化，并使其形成水包油以及油包水的物理形态，在此基础上进一步加入乳化稳定剂、固化剂、抗氧化剂、强度控制剂等添加剂。乳化沥青较之前的改性沥青的流动性和可塑性更强，且其核心技术提升点在于沥青的乳化阶段主要利用沥青的水解乳化过程，而非其加热熔融过程，可以大幅度节约能源、减少沥青加热挥发污染，且避免沥青加热挥发的过程中，充分保持了沥青自身的化学稳定性。

1.2 沥青铺设阶段的工艺革新

由上述可知，乳化沥青的特点较为鲜明，区别于常规沥青，其流动性能较好，应用条件中温度较低，故而在其塑化进程中的控制性更好，由此导致其在道路施工中的摊铺技术与以往方式存在差异，实际中大多采用喷涂技术。因此，在摊铺设备的选择上，其与以往方式也存在根本不同。在某些特殊场合下，传统的摊铺技术也适用于乳化沥青。由此可知，乳化沥青在施工技术上有更多的尝试余地，可根据实际情况选择适宜的铺设工艺，满足不同场景下的施工需求。

1.3 沥青维护阶段的工艺革新

传统改性沥青的流动性来自沥青本身在高温条件下的熔融流动性，其黏性较强，维护阶段的本质是使改性沥青冷却后实现其重塑成型。而乳化沥青的流动性来自沥青油性结构的乳化过程带来的流动性，其维护阶段的本质是使乳化结构中的水分充分蒸发，在相关添加剂的辅助下，使沥青成型。因此，乳化沥青的维护过程一般较改性沥青更强，但由于其相对较慢的维护过程，导致其重塑后的稳定性较改性沥青更优。

2 工艺接续及经济效益的数据比较

2.1 沥青路面承载能力比较

为确定乳化沥青在具体路面改造项目的力学性能是否满足要求，拟将乳化沥青与传统沥青基质的道路承载性能进行分析比较，并考虑沥青铺设层厚度的影响。设定道路承载性能取为特定路基工况下同等车辆通行能力时的沥青道路服役年限，并假定计算条件为车辆满载并达到最大通行能力，则具体公式参见式（1）：

式（1）中：x，y为指定面积范围内的单位平面坐标数据；M，N分别为横纵轴数据的最大值；Y为道路服役年限；H为沥青铺设厚度；B为道路承载性能。

选取案例项目为某“村村通”道路，该道路设计为高标准形式，宽度取为6m，基础形式为夯土，主要采取钢筋混凝土路基，厚度为12cm，其上再铺设沥青层。通行车辆满载重达150kN，日最大通行能力为180辆。计算所用的仿真软件为BIM-CAE，经测试，所得的仿真实验结果参见图2。

图2 沥青路面承载能力指标的仿真结果

由图2可知，在相同的沥青层厚度条件下，乳化沥青道路的承载性能普遍大于以往的沥青道路。与此同时，传统沥青在铺设厚度达约25mm 后方可拥有力学使用性能，而乳化沥青在厚度为5mm 左右即可实现承载功能。在以往的实际道路施工中，改性沥青道路的常规铺设层需要至少80mm 的厚度，而同等道路承载性能下，乳化沥青的铺设层厚度仅为约48mm。因此，在同样的道路承载性能指标下，乳化沥青所需的铺设厚度远小于传统改性沥青，故而可以节约大量的沥青材料和施工费用。

2.2 沥青路面施工接续技术特征比较

为更好地比较乳化沥青与传统沥青铺设技术的工艺区别，假定铺设周期为单位面积道路沥青铺设和碾压时间的总数，维护周期为道路碾压密实到开放交通的时间总和，日均施工量为每个设备一天内所能完成的铺设数量总和，现场用工量为每个设备需要配套的施工人员数量。则根据上述条件进行仿真模拟实验，取公式（1）中的道路承载能力指标数值为2，即乳化沥青厚度为48mm，普通改性沥青厚度为80mm，由此可得相关施工技术特征，参见表1。

表1 沥青路面施工接续技术特征比较表

由表1可知，在铺设周期方面，乳化沥青仅为改性沥青的1/5 左右，而维护周期则相差约为5 倍，表明乳化沥青的铺设速度更快，但后续的维护时间更久。在施工工效角度看，在同样的现场用工量条件下，乳化沥青每天能完成的工作量能达到传统沥青的3倍，表明乳化沥青采取的喷涂工艺效率更高，材料消耗量更少。

2.3 沥青路面施工的经济效益分析

在相同的道路承载能力指标数值的设计工况下，同样应用BIM-CAE 分析软件，对相应的经济相依指标进行分析，重点考察沥青、能源以及碳排放等，具体参见表2。

表2 沥青路面施工的经济效益比较表

由表2可知，不论是沥青用量、能源消耗还是碳排放量，乳化沥青的相应数值更小，表明节能优势显著。原因是乳化沥青铺设过程中无需加热，在常温条件下即能进行施工，故而降低了能源消耗和碳排放。

3 效益分析

统计某市政路面改造工程的沥青铺设工地周边社会情况，这些道路工程早期实现模式为混凝土路面，后在混凝土路面基础上进行沥青路面改造。调查面积为施工边界外扩800m2的城镇居民，采用随机走访问卷调查的方式完成该社会调查。27 个施工工地中，采用传统改性沥青的施工工地12 个，涉及问卷发放730 份，有效回收125 份，采用厂拌乳化沥青的施工工地15 个，涉及问卷发放910 份，有效回收81 份。统计分析结果，可得表3。

表3 沥青路面施工的社会效益分析比较表

表3 中，四个评价指标均要求受访者给出0～10 分的主观评价，其中前三者为逆向评分，即得分越高，施工过程对居民的负面影响越大，综合评价为正向评分，即得分越高，居民对施工过程的评价越积极。从t校验分析结果来看，四项评价结果，均存在t小于10.000，P小于0.01的显著差异性统计结果，且乳化沥青评价结果均优于改性沥青。特别是在空气污染和噪声污染方面，乳化沥青分别为改性沥青的32.5%和22.3%，该两项结果t=0.000，P=0.000，存在显著的统计学差异。

4 结语

本文基于某实际道路施工案例，对厂拌沥青的道路铺设效果进行总结分析，指出乳化沥青的应用优势。从仿真实验可知，乳化沥青在原材用量、能源消耗以及碳排放方面均小于传统改性沥青铺设过程，且在相同的道路承载性能条件下，以更小的铺设层厚即能实现，从而节约了材料和人工成本。乳化沥青的施工工效远高于改性沥青，但后续维护周期较长。而社会调查问卷揭露的结论表明，乳化沥青在交通出行与总体方面并没有特别的优势，但环保性能方面差异显著。由此可知，综合仿真实验与社会分析，乳化沥青在市政道路施工中的应用具有积极意义。