淺談乳化瀝青在公路工程中的應(yīng)用

［摘要］公路是當(dāng)前我國(guó)城市道路交通系統(tǒng)中的一種主要交通形式，其承載了我國(guó)人民日常出行和工作的大多數(shù)需求，因此公路路面的質(zhì)量對(duì)于人們的出行安全及國(guó)家交通效率都具有不可替代的重要影響。乳化瀝青是一種性能優(yōu)異的瀝青材料，將其應(yīng)用于公路工程中，有助于提升公路工程的施工效率，延長(zhǎng)公路的使用壽命。鑒于此，本文闡釋乳化瀝青材料的制備及相關(guān)要求，分析乳化瀝青在公路小修保養(yǎng)預(yù)防性養(yǎng)護(hù)中的應(yīng)用，并探討相關(guān)注意事項(xiàng)，希望能夠給相關(guān)操作人員帶來一定的參考和幫助。近些年，我國(guó)公路建設(shè)的規(guī)模和數(shù)量不斷擴(kuò)大，里程位于世界前列，國(guó)家公路路網(wǎng)基本形成，同時(shí)公路建設(shè)也實(shí)現(xiàn)了建、養(yǎng)、管一體化發(fā)展，這意味著公路運(yùn)行的安全性和穩(wěn)定性受到了高度的重視和關(guān)注。但我國(guó)大部分公路的等級(jí)都相對(duì)較低，所以會(huì)受到交通荷載和自然環(huán)境等因素的干擾，表面會(huì)出現(xiàn)各種細(xì)小的裂縫，如果這些縫隙沒有得到及時(shí)有效的處理，那么就有可能不斷加深，最終破壞公路的路基結(jié)構(gòu)，威脅到行車的安全，縮短公路的使用年限。1乳化瀝青材料的制備及相關(guān)要求乳化瀝青是以瀝青和乳化劑作為主要原材料的液態(tài)瀝青，其自身具有水包油或油包水的特點(diǎn)，涉及乳化劑、穩(wěn)定劑水等不同的成分，在溫度正常的情況下，乳化瀝青的黏度較低，而且流動(dòng)性較好，是較為理想的道路建筑施工材料。其中，瀝青是乳化瀝青最為核心的原材料，所以其自身的質(zhì)量也直接影響甚至決定著乳化瀝青的性能；穩(wěn)定劑具有良好的儲(chǔ)存穩(wěn)定性，可以實(shí)現(xiàn)后續(xù)的有效凝固；而乳化劑決定了乳化瀝青的效益。總的來說，乳化瀝青在道路工程養(yǎng)護(hù)和升級(jí)中所發(fā)揮的作用是尤為突出的，相較于傳統(tǒng)的瀝青來講，這一新型的建筑材料更加安全、節(jié)能環(huán)保，能夠有效避免有毒有害物質(zhì)和氣體的排放［1］。1.1乳化瀝青的改性原理及要求對(duì)于大部分公路而言，普通瀝青材料的黏性、密閉性及強(qiáng)度等能夠滿足其使用要求，但是對(duì)于國(guó)內(nèi)的公路而言，由于其在日常的使用過程中需要承擔(dān)大量的車流量和部分重量較大的貨車等交通載具的通行要求，因此公路瀝青路面的表面強(qiáng)度、硬度及抗壓能力等都需要達(dá)到更高的水平才能夠確保交通安全。而正是在這種使用需求進(jìn)一步提高的情況下，研究人員對(duì)普通瀝青材料進(jìn)行了乳化和改性研究，最終成功研制出乳化瀝青材料并很好地為我國(guó)公路現(xiàn)代化建設(shè)提供了幫助［2］。其中，改性是制備乳化瀝青材料的一個(gè)重要步驟和關(guān)鍵環(huán)節(jié)，它不是簡(jiǎn)單地改變?yōu)r青材料的性能，而是按照一定的設(shè)計(jì)比例向原材料中加入具有不同功能的高分子聚合物，這樣便能夠根據(jù)工程項(xiàng)目對(duì)材料的實(shí)際使用需求進(jìn)行定向的改性與優(yōu)化。大部分高分子聚合物在改性的過程中都以乳狀液態(tài)的形式存在，并且其作用大多是作為基料和改性劑，然而在實(shí)際的制備過程中還需要通過摻入適量的分散穩(wěn)定劑使制備所得的改性材料性能更加穩(wěn)定，在此過程中加入的多種微量元素主要用于確保制備的改性材料能夠適應(yīng)大部分公路所處的高溫高壓等環(huán)境。1.2改性瀝青的乳化原理及制備要求由于在改性過程中所加入的高分子聚合物大多以聚集狀存在于混合料中，而混合料中各成分的分布不均勻，將會(huì)造成材料綜合性能和質(zhì)量在一定的外部條件壓力下發(fā)生不可控的變化，這對(duì)于保持現(xiàn)代化公路路面的平整性、穩(wěn)定性以及保障其使用壽命等會(huì)產(chǎn)生不良的影響。因此，在改性瀝青材料的乳化階段，首先需要按照高分子聚合物的溶解要求，向混合材料中加入助溶劑來提高高分子聚合物的溶解度。同時(shí)，在高分子聚合物溶解的過程中，需要通過外部物理加壓的方式使高分子聚合物的微粒變得更加細(xì)小、分散、均勻，最終依靠瀝青材料自身的流動(dòng)性和黏性固定在混合料中的相應(yīng)位置，形成網(wǎng)狀的組織結(jié)構(gòu)。這種網(wǎng)狀微粒結(jié)構(gòu)的存在，能夠大幅度提高改性瀝青各方面性能的穩(wěn)定性和整體的材料強(qiáng)度，并且在實(shí)際使用過程中易于成型和加工，對(duì)于高溫和潮濕等不良使用環(huán)境的抵抗能力也會(huì)隨之而得到一定程度的增強(qiáng)［3］。1.3乳化瀝青材料的制備形成過程由于瀝青材料自身的冷卻凝固性等特點(diǎn)的影響，在制備乳化瀝青材料的過程中，研究人員需要綜合考慮混合料的物理性能和化學(xué)性能是否會(huì)隨著加工工藝及摻入的其他材料種類不同而發(fā)生變化，這種微觀性能的變化可能對(duì)公路路面質(zhì)量和使用安全有一定的影響。通常在制備乳化瀝青材料時(shí)，會(huì)同時(shí)進(jìn)行改性和乳化兩個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)，這樣一方面能夠大幅度壓縮材料的制備所消耗的工期，另一方面也能夠確保在某一個(gè)制備流程中出現(xiàn)瑕疵時(shí)可以在另一個(gè)制備流程中進(jìn)行彌補(bǔ)，以此來減少制備過程中混合瀝青料質(zhì)量和性能等方面出現(xiàn)的損失。另外，為了保證制備獲得的乳化瀝青材料能夠具有較高的綜合性能和良好的目標(biāo)性能，在選擇原材料和進(jìn)行摻入比例設(shè)計(jì)的過程中需要嚴(yán)格按照規(guī)范制備標(biāo)準(zhǔn)來完成。常用的乳化瀝青制備原材料包括氯丁乳膠、丁苯與瀝青乳膠等。2分析公路預(yù)防性養(yǎng)護(hù)的重要價(jià)值2.1公路預(yù)防性養(yǎng)護(hù)的主要目的公路預(yù)防性養(yǎng)護(hù)主要集中在公路路面病害發(fā)生的初期，通過預(yù)防性處理和修復(fù)來控制路面病害的進(jìn)一步發(fā)展，延緩路面病害的進(jìn)程。當(dāng)下，公路路面的施工材料主要是瀝青，針對(duì)瀝青路面所采取的預(yù)防性養(yǎng)護(hù)措施，主要包括裂縫填充、熱拌瀝青混合料、乳化瀝青封面等。根據(jù)相關(guān)調(diào)查可知，公路在經(jīng)過3～4次的預(yù)防性養(yǎng)護(hù)之后，壽命會(huì)得到10年左右的延伸，后續(xù)的養(yǎng)護(hù)費(fèi)用會(huì)大大降低，養(yǎng)護(hù)的流程也會(huì)有所簡(jiǎn)化。近年來，我國(guó)公路建設(shè)的確取得了較為明顯的進(jìn)步和成效，但設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)與發(fā)達(dá)國(guó)家之間仍舊存在明顯的差距，我國(guó)的公路設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)大多是8～15年，而美國(guó)的公路設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)是20年。另外，在道路施工的過程中，有相當(dāng)一部分施工單位沒有控制好施工的質(zhì)量，瀝青公路的級(jí)配、含油量無法滿足操作的基本要求，導(dǎo)致路面的防水性有所不足。在公路運(yùn)輸?shù)臅r(shí)候，車輛超載的現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，所以新建公路的路面病害現(xiàn)象就變得更加明顯。據(jù)交通道路管理部門統(tǒng)計(jì)，國(guó)內(nèi)五成以上的公路在使用2～3年后都會(huì)出現(xiàn)不同程度的裂縫，橋頭跳車的問題也層出不窮。以上這些也足以說明，預(yù)防性養(yǎng)護(hù)的作用不容忽視。預(yù)防性養(yǎng)護(hù)針對(duì)的是出現(xiàn)輕微病害或者沒有發(fā)生損害的公路，所以也主要集中在路面養(yǎng)護(hù)上。2.2分析公路預(yù)防性養(yǎng)護(hù)和傳統(tǒng)公路養(yǎng)護(hù)之間的區(qū)別傳統(tǒng)的養(yǎng)護(hù)工作主要集中在已經(jīng)出現(xiàn)明顯病害或者已經(jīng)喪失部分服務(wù)功能的公路上，采取的措施也具有明顯的恢復(fù)性特點(diǎn)，較為常見的是通過加固地基來緩解路基的沉降現(xiàn)象。在這種作業(yè)條件下開展養(yǎng)護(hù)工作，會(huì)涉及兩個(gè)重要的問題：第一，如果公路已經(jīng)出現(xiàn)了較為嚴(yán)重的病害，那么其正常運(yùn)行必然會(huì)受到明顯的干擾，養(yǎng)護(hù)的成本也會(huì)有所增加；第二，如果在公路病害剛剛發(fā)展的時(shí)候采取養(yǎng)護(hù)措施，可以起到適當(dāng)?shù)难泳徸饔?，延長(zhǎng)公路的使用壽命，但對(duì)于那些已經(jīng)出現(xiàn)并產(chǎn)生不良影響的問題只能采取修復(fù)措施，對(duì)于一些破壞較為嚴(yán)重的區(qū)域卻無法進(jìn)行修補(bǔ)，最終破壞公路的整體結(jié)構(gòu)。預(yù)防性養(yǎng)護(hù)是一種新型的公路維修理念，主要用于公路良好運(yùn)行期或者病害發(fā)展初期，目的在于控制病害的進(jìn)一步發(fā)展，降低公路的養(yǎng)護(hù)成本。預(yù)防性養(yǎng)護(hù)具有主動(dòng)性的特點(diǎn)，核心原則體現(xiàn)在防患于未然上，能夠最大限度地緩解公路路況的惡化，具有明顯的周期性和系統(tǒng)性特點(diǎn)。3乳化瀝青在公路小修保養(yǎng)預(yù)防性養(yǎng)護(hù)中的應(yīng)用3.1小型路面裂縫修補(bǔ)裂縫是瀝青公路較為常見的病害，自身的形狀也多種多樣，包括橫向、縱向、網(wǎng)狀和其他不規(guī)則的裂縫。之所以會(huì)出現(xiàn)這一問題，主要的原因包括路面自身的老化，瀝青抗壓強(qiáng)度較低，實(shí)際荷載與設(shè)計(jì)荷載之間的落差過大，公路排水系統(tǒng)不夠完善，等等。其中，公路排水系統(tǒng)的欠缺會(huì)使雨水滲透到地基工程中，造成路基的不均勻沉降，產(chǎn)生一定程度的塑性變形，破壞公路的結(jié)構(gòu)。在裂縫修補(bǔ)的時(shí)候，施工人員應(yīng)當(dāng)按照裂縫的范圍來選擇不同的處理方法。對(duì)于5mm以內(nèi)的裂縫，施工人員應(yīng)當(dāng)先清理裂縫，用5MPa的氣壓對(duì)著裂縫處，由一端緩慢吹到另外一端，清除裂縫中的雜物或者碎屑，然后使用扁嘴壺，從一端開始緩慢灌注乳化瀝青，直到乳化瀝青填滿整個(gè)裂縫，然后再以細(xì)碎石和細(xì)沙進(jìn)行填充，等到完全干涸之后再恢復(fù)公路的正常通行［4］。對(duì)于5mm以上的裂縫，施工人員應(yīng)當(dāng)先使用氣泵把裂縫中的雜物吸出來，或使用扁鐵片清除裂縫內(nèi)規(guī)格較大的雜物，然后用5mm以下的碎石和沙石，分比例配制乳化瀝青，將乳化瀝青的用量控制在17%以上、27%以下，并展開均勻攪拌，攪拌完畢之后倒入裂縫中，用鋼板完成夯實(shí)工作。如果公路的裂縫依然較大，施工人員也可以采用分層填補(bǔ)的方法來解決問題。3.2大規(guī)模裂縫養(yǎng)護(hù)處理大規(guī)模裂縫的養(yǎng)護(hù)處理主要以公路小修保養(yǎng)中的網(wǎng)狀裂縫和不規(guī)則裂縫為重點(diǎn)對(duì)象，這兩種裂縫對(duì)公路路面的損害程度相對(duì)較低，但卻具有擴(kuò)散速度快、危害期長(zhǎng)的特點(diǎn)，能夠在后期造成較大規(guī)模的病害。所以，對(duì)局部或者大規(guī)模裂縫進(jìn)行養(yǎng)護(hù)處理，能夠有效降低路面破壞后的修補(bǔ)成本。在具體操作的過程中，養(yǎng)護(hù)人員可以在上述裂縫產(chǎn)生的初期，使用小型灑布機(jī)展開維護(hù)工作，延長(zhǎng)路面的使用壽命。在這里，小型灑布機(jī)能夠滿足小規(guī)模和大規(guī)模裂縫處理的多樣化需求，具有明顯的靈活性特點(diǎn)，當(dāng)設(shè)備使用完畢之后，養(yǎng)護(hù)人員應(yīng)當(dāng)立即噴灑乳化瀝青，這樣可以讓石屑與路面的結(jié)合效果變得更加完好。這一操作方法能夠大大降低勞動(dòng)力的消耗，在實(shí)踐的過程中，只需要使用六個(gè)人，一個(gè)人負(fù)責(zé)清掃現(xiàn)場(chǎng)的路面，兩個(gè)人負(fù)責(zé)噴灑乳化瀝青，兩個(gè)人負(fù)責(zé)撒石屑，剩下一人負(fù)責(zé)維護(hù)現(xiàn)場(chǎng)的秩序。由于噴灑作業(yè)需要借助人為的力量，所以乳化瀝青漿液用量的控制是直接性的，這既可以保證養(yǎng)護(hù)處理的均勻和平衡，而且還保證了撒石屑作業(yè)的及時(shí)性。3.3碎石封層操作人員應(yīng)當(dāng)先在公路表面層的顆粒中加入適量的乳化瀝青，然后在上面撒一層單粒徑骨顆粒，在乳化瀝青干燥之后，利用碾路機(jī)對(duì)路面進(jìn)行碾壓。當(dāng)封層結(jié)束以后，操作人員應(yīng)當(dāng)把碎石封層和原路面多出的油量一并滲入路面裂縫處，這樣也可以達(dá)到修補(bǔ)的要求。3.4稀漿封層稀漿封層需要用到乳化瀝青、礦粉和砂漿等材料，形成冷拌瀝青混合料，主要集中使用于公路路面封層，這一操作能夠提高頂層的防水能力，讓公路的路面變得更加平整光潔。由于乳化瀝青本身具有無毒無害的特點(diǎn)，不會(huì)對(duì)周圍的環(huán)境造成污染，所以稀漿封層的應(yīng)用也較為廣泛。在操作的過程中，相關(guān)主體應(yīng)當(dāng)使用級(jí)配并且耐磨性較為優(yōu)越的材料，這樣才可以保證混料的顆粒與路面的基層有效黏合在一起。3.5公路微表處理乳化瀝青較常應(yīng)用于公路養(yǎng)護(hù)的微表處，可以讓公路的防滑性能大大提升，防止水分的滲透，延緩公路的老化現(xiàn)象，延長(zhǎng)路面的使用時(shí)間。在具體操作過程中，微表處是用來填補(bǔ)車轍裂縫的，而操作人員在其中加入乳化瀝青，可以讓車輛的通行變得更加迅捷［5］。微表處施工所使用的乳化瀝青是通過聚合物改造得來的。除此之外，操作人員應(yīng)當(dāng)重點(diǎn)觀察乳化瀝青與砂石骨料之間的混合問題，要盡量避免出現(xiàn)松散的現(xiàn)象，這樣才可以防止水分與瀝青的相互脫離，為后續(xù)的施工奠定堅(jiān)實(shí)