浅谈乳化沥青在公路工程及公路养护中的应用
摘要：乳化沥青作为一种道路建筑材料在公路的新、改建及公路养护方面的应用愈来愈广泛，本文根据作者多年实践经验从应用角度来探讨乳化沥青在筑路和养路中的优势及施工方法。
关键词：乳化沥青,公路工程,公路养护,应用
一、引言
沥青作为筑路材料已有很久的历史了，以往都是通过加热的方法使沥青变成液态，以便与矿料拌和。但热沥青施工有其弊病，不仅需要大量的热能，而且污染环境，对人体有损害。随着科学技术的进步，产生了沥青的一种冷态使用技术——乳化沥青技术。国际上研究乳化沥青至今已有80多年的历史，我国乳化沥青的生产起步较晚，七十年代后期以阳离子乳化沥青的研发为起步，八十年代中后期在全国范围推广应用。随着多种阳离子沥青乳化剂和乳化机械的研究应用日趋成熟，乳化沥青应用量越来越大，应用范围越来越广，其经济效益和社会效益显著，乳化沥青筑养路技术已被越来越多的施工人员所掌握。
二、乳化沥青的特点
乳化沥青是将沥青热融，经过机械的作用，以细小的微滴状态分散于含有乳化剂的水溶液之中，形成粘度低、流动性好的水包油状的沥青乳液，当乳化沥青破乳凝固时，水分完全排除，还原为连续的沥青，使筑路材料的最终强度形成。
乳化沥青分为阴离子型、阳离子型和两性离子型三类，阳离子乳化沥青比阴离子乳化沥青的发展要晚一些，但阴离子沥青的微粒上带有负电荷，与湿润集料表面普通带有的负电荷相同，使得沥青不能尽快的粘附到集料表面，影响路面的早期成型，延迟交通的开放；两性离子型乳化剂属于高档乳化剂，由于成本较高，未能广泛应用；而阳离子乳化沥青则克服了以上的缺点，因此，目前所使用的乳化沥青绝大部分为阳离子型。
实践证明，相对于普通的热沥青，用乳化沥青筑路养路有以下几大优点：
1、节约能源
采用热沥青筑路时，为了时刻保持沥青应有的高温，施工过程中常常要对沥青要进行重复加温与持续加温，消耗大量的热能与燃料。而采用乳化沥青筑路时，只需在沥青乳化时一次加热，加热温度只需达120℃—140℃，砂石等矿料不需烘干加热，可以节省大量的燃料与热能。制成的沥青乳液，可以在现场随时使用，不需要重复加温或持续加温，施工简便，即使在阴湿或低温季节，也可照常施工。
2、节省资源
沥青乳液与骨料表面具有良好的粘附性，可以在骨料表面形成均匀的沥青膜，施工时容易准确地控制沥青的用量，保证骨料之间能有足够的结构沥青，使自由沥青降低到适宜程度，一般可以节省沥青用量10%~20%。另外，阳离子乳化沥青与碱性和酸性骨料匀有良好的粘附效果，从而扩大了骨料的来源，更便于就地取材，减少材料的运输，降低工程造价。随着筑路材料价格的上升，采用阳离子乳化沥青筑路的经济效益将更为显著。
3、适用范围广
乳化沥青的沥青含量可以根据需要进行调整，最高可达70%，最低可以10%以下，因此可以根据洒布量和洒布机的具体情况，实现要求的目标。乳化沥青既能够作大面积的封层撤布，也能够用来进行小范围的路面修补工作；不仅可以用来维修旧的沥青路面，也可以用来铺筑新路面的透层、粘层、封层以及各种稳定基层的养护。乳液大面积撒布时，需要专业化的撒布设备，如撒布机；然而，小范围的路面修补可采用手持式撒布机或直接采用手工撒布，如小面积的坑槽修补、封层、裂缝填缝料等，只需要简单的施工设备就行。同时，因为乳化沥青能够长期储存在储罐中，非常适合在偏远地区的使用。
4、施工季节长
阴雨与低温季节是热沥青施工的不利季节，也是沥青路面发生病害较多的季节。由于阳离子沥青具有良好的温度适应力，可以减少阴湿和低温影响，大大延长施工季节，不仅可以在夏季、晴天施工，而且可以在冬季和雨季施工，有利于沥青路面的及时维修养护，制止病害的加剧与扩大，从而能及时改善路况。
5、改善施工条件，减少环境污染
乳化沥青在密封状态中生产，沥青的加热温度低（120~140℃）、加热时间短，对环境的污染程度低。现场施工时，乳化沥青拌制混合料不需加热，是在常温条件下进行施工，避免了因灼热沥青而引起的烧伤、烫伤和蒸汽的熏烤，从而改善施工条件，降低劳动强度，保护工人的身体健康。
三、乳化沥青在筑路和养路中的应用
1、透层施工
透层是适用于无机结合料基层表面的有机结合料渗透层，用于公路的下面层与基层的层间处理，其主要作是：透入并填充基层表面孔隙，从而得到一个渗透深度上的防水层，增强了基层和沥青面层间的粘结。同时，及时喷洒透层油对基层中的水分有良好的保护作用，基层表面不容易松散，防止半刚性基层受太阳暴晒而开裂，减少基层的养生费用，提高养生质量，并给基层提供临时性防护，防止降雨和临时行车的破坏。
施工工艺及方法：透层沥青宜采用慢裂型的乳化沥青，应紧接在基层施工结束表面稍干后浇洒，当基层完工时间较长表面干燥时，应对基层表面进行清扫，并少量洒水。透层沥青洒布后应不致流淌、渗入基层一定深度，不得在表面形成油膜。洒布透层沥青后，严禁车辆行人通过。
2、封层施工
封层主要用于需铺筑磨耗层或保护层的新、旧沥青路面或各级公路的下封层，能有效提高路面的防水性能，使磨损、老化、裂缝、光滑、松散等沥青路面病害，迅速得到修复，起到防水、防滑、平整、耐磨等作用。封层施工主要采用层铺法和乳化沥青稀浆封层。
（1）层铺法施工：层铺法可进行厚度为0.5~3.0cm的封层施工，由于施工工序和设备简单、抗裂效果较好，是非常适合沥青路面的日常养护方法。
施工工艺及方法：清扫路面杂物后即可喷洒乳化沥青，并迅速将石屑均匀地撒在喷洒面上，石屑及乳化沥青用量根据厚度及气候按规范进行控制。乳液的喷洒及石屑撒布要均匀，乳液撒布既不能流淌，也不能露出原地面，石屑不能有漏撒的地方，要将乳化沥青全部盖住，厚度一致、表面平整且边缘整齐。多层施工时为保证密实度和平整度应采用轻型压路机碾压2~3遍，待乳液破乳、石屑与沥青粘结好后方可开放交通。
（2）乳化沥青稀浆封层：乳化沥青稀浆封层是以乳化沥青为胶结材与符合配要求的骨料拌和的浆体混合物，铺筑后通过一定时间的养护成为具有一定强度的沥青混合结构层，其厚度宜为3~6mm。
施工工艺及方法：
A、施工前必须把路面清理干净。如果用水冲洗则要待路面干燥后才能进行施工。
B、将符合要求的矿料、乳化沥青、填料、水、添加剂等分别装入摊铺机的相应料箱，摊铺时注意控制好配合比，稀浆封层混合料的稠度宜为2~3cm，并具有良好的施工和易性。
C、稀浆封层铺筑机应匀速前进，一般摊铺速度为1.5~3.0km/h，达到厚度均匀、表面应平整，铺筑过程中出现局部拉沟、起步、停车处不平整等应进行人工修整。
D、稀浆封层铺筑后、固化成型前禁止一切车辆、行人进入。
3、乳化沥青碎石混合料路面施工
乳化沥青碎石混合料适用于三级及三级以下公路的沥青面层，以及深度较大的车辙、沉陷等沥青路面变形类病害的修复和处治。乳化沥青碎石混合料宜采用用拌和厂机械拌和，在条件限制或小面积的路面修补时也可现场人工拌制。
施工工艺及方法：
（1）清扫路面碎料、浮土、杂物等，如进行旧路修补，应挖除老化破碎的旧沥青面层，直至透露出坚实稳定的基层。
（2）旧路修补时沥青混合料的配比原则上要求与原路面的比例配料，由于原材料、施工环境和拌和条件都与路面最初施工时存在差异，所以标准级配可以适当进行调整，但级配类型必须和原路面一致。拌料时要求沥青混合料拌和均匀一致，无花白料，无结团成块。
（3）摊铺。摊铺前应先洒布粘层沥青，粘层沥青用量宜为0.3~0.5kg/m2，对已老化的空隙率大的沥青路面，粘层沥青用量宜为0.5~0.7kg/m2。使用乳化沥青时拌料及摊铺必须在乳化沥青破乳前完成，拌和与摊铺过程中已破乳的混合料应予废弃。
（4）碾压与检查。摊铺完成后应及时撒上嵌缝料，面积小的可用手夯或振动夯夯实，大面积施工时，应用压路机碾压。沥青路面接缝处应做到紧密粘结，充分压实，连接平顺。沥青完全破乳后方可开放交通。修补好的路面经一周行车碾压后，应检查质量，不符合要求的应重补。新补路面应比原路面略高出0.3~0.5cm。
4、小型路面裂缝修补
裂缝是沥青路面常见的病害，视其产生的原因不同可分为纵向、横向、网状及不规则裂缝等，裂缝在春季和雨季由于地表水的渗入，使路面基层承载力下降，产生塑性变形，最终导致路面的破坏，因此应及时对裂缝进行填封。
施工工艺及方法：对于缝宽在6mm以内的裂缝，将缝隙刷扫干净，并用气泵吹出杂物、尘土，用乳化沥青灌缝，直到全部裂缝灌满乳化沥青为止，然后用细石屑或细砂撒到裂缝中，清扫路面后即可开放交通。缝宽在6mm以上的，可用砂粒式或细粒式骨料与乳化沥青按比例搅拌均匀，填入裂缝中，再用扁钢进行夯实，如果裂缝较大可分层填补，填补处应略高于原路面。采用乳化沥青处理裂缝与用热沥青灌缝相比，其优点是：乳化沥青渗透力强，修补彻底，使用人力、机械及材料较少，既经济方便，效果也很好，延长了施工季节。
5、应用实例
（1）在公路工程中的应用：
笔者参加建设的广西凤山至巴马二级公路、东兰至巴马二级公路、五圩至东兰二级公路、寨圩至浦北二级公路等多个公路工程项目均采用乳化沥青进行下封层。以上二级公路均为旧路改建，边施工边通车。九东路面层为沥青混凝土，其他几条线路为沥青碎石面层，基层为水泥稳定碎石，下封层厚度均为1cm，施工时采用双层式洒布型，第一层乳液用量2.0kg/m2、5~10mm石料11m3/km2，第二层乳液用量1.2kg/m2、3~5mm石料5m3/km2，部分路段施工时最低气温在10℃左右，施工完成后经行车表面平整密实、无推移、脱落，与基层粘结紧密牢固。
面层施工完成后，各线路均随机进行钻芯取样，芯样表显示下封层结构密实且与面层、基层粘结牢固，三个结构层形成整体，这说明乳化沥青作为下封层粘结力很强，既起到层间连接的作用，又能防止地表水渗入基层。
（2）在公路养护中的应用：
广西壮族自治区浦北公路管理局1990年开始将乳化沥青用于公路的日常养护，经过年的实践，总结出一套较好的路面病害的处理方法，并在交通量较大的G209线、X323线分别使用乳化沥青和热沥青对病害严重的路段做了灌缝、封层、拌铺等对比试验，试验结果表明，乳化沥青对路面病害的处理效果与热沥青差距不大，做过处理的路面病害均得到有效的控制和修复。由于乳化沥青具有良好的流动性和渗透性，对路面裂缝类病害的处治效果甚至优于热沥青，加上乳化沥青使用方便、安全、施工时劳动强度低、工效高、受季节和气候的影响较小，深受养路工人的欢迎。
四结束语
乳化沥青是一种节约、安全、环保、有效且通用的道路材料，不论是在新建的公路工程，还是在公路的日常养护，都有不可低估的作用，其经济效益和社会效益显著。但是单一的乳化沥青存在粘结度低、柔韧性差、早期强度低等缺点，路用性能很难与热拌混合料相比，因此只能用于沥青路面的修补、低交通量路面、中重交通量路面的下面层、封层和基层。如何改善乳化沥青的性能，使其具有更强的粘结力、高温稳定性、优越的弹性恢复能力和较高的抗压、抗变形能力等，以满足在高等级沥青路面使用要求，尚有待进一步的理论和试验研究。
参考文献：
[1]刘尚乐.乳化沥青及其在道路、建筑工程中的应用.北京：中国建材工业出版社，2008
[2]虎增福.乳化沥青及稀浆封层技术.北京：人民交通出版社，2001
[3]郭忠印，李立寒.沥青路面施工与养护技术.北京：人民交通出版社，2003