乳化沥青粘附性对稀浆封层质量的影响

2007-08-16 23:06:18

　　　　Effect of Adhesiveness of Emulsified
　　　　Pitumen on Quality of Slurry Seal Coat

　　　　■福建省莆田市公路局　李　农/ LI Nong

　　摘要: 简要分析了乳化沥青与石料粘附性的重要性，认为碱性石料比酸性石料与乳化沥青有更好的粘附性，针对福建花岗岩石料（酸性石料）偏多，提出生产乳化沥青调酸、施工加碱等提高乳化沥青粘附性的几个措施。

　　关键词: 乳化沥青粘附性稀浆封层

　　影响稀浆封层耐久性的因素很多，乳化沥青与石料的粘附性是很重要的因素之一。粘附性不好，会造成稀浆封层的早期松散、脱皮（落）、甚至无法成型。

1 提高乳化沥青粘附性的途径
1.1 石料
　　骨料在混合稀浆中占3/4，原先认为骨料对混合后稀浆性质起的作用很小，随着对稀浆封层的不断研究，发现骨料对稀浆的适用性起决定作用，并且初步认识到它可以避免后期大的损坏。石料可分为：火成岩（玄武岩、花岗岩、辉长岩等）、沉积岩（石灰石、砂石、油页岩等）、变质岩（片岩、板石、大理石等）。根据其SiO2含量可分为酸性石料和碱性石料，SiO2含量超过65%为酸性石料—砂石、花岗岩、流纹岩等；低于55%为碱性石料—石灰石、玄武岩、辉长岩等。碱性石料比酸性石料与乳化沥青有更好的粘附性。界面理论表明，乳化沥青要牢固地粘附在石料表面，完全浸润骨料是形成粘结强度的必要条件，而骨料清洁的表面则是乳化沥青浸润的充分条件。骨料的洁净程度直接关系到乳化沥青与骨料的裹覆情况和粘附性能，显著影响乳化沥青混合料的路用性能，砂当量是评价骨料洁净程度的指标，骨料越不洁净，砂当量的值就越小，砂当量的降低会减少粘附性、耐磨性和抗裂性及抗车辙性，是稀浆封层用骨料的关键技术指标之一。石料的密度、硬度和强度对其本身与乳化沥青粘附性能也起影响作用。因此，提高乳化沥青与骨料粘附性，除骨料要坚硬、耐磨，符合级配要求外（见表1），还要求（1）清洁骨料表面，骨料砂当量不宜低于45%。（2）尽量选择碱性骨料。（3）采用水泥提高乳化沥青混合料的抗剥落性能。（4）推广应用非胺类液体沥青抗剥落剂。
1.2 乳化沥青
　　乳化沥青的质量主要由基质沥青决定，仅用沥青的针入度、软化点、延度、蜡含量、粘度等物理方法试验进行评价是不够的，沥青的基本化学特性对乳化沥青的粘附性起重要作用。沥青中含有少量羧酸（CarboxylicAcid）与亚砜（Sulfoxide），使沥青呈弱酸性。羧酸与亚砜易附在骨料的表面，当遇到水时，因水分子是极性物质，易与骨料结合，结果使沥青从骨料表面剥落脱离。沥青中酸度过低（<1.0mgr.KOH/gr）时，首先是难于被乳化，其次是沥青的内聚力差，与骨料的粘附性差。在实际生产乳化沥青时一般采用AH-70或AH-90的基质沥青，（针入度为40-100/10-1m），生产乳化沥青时调酸及施工时在稀浆封层机的矿物细料箱内加水泥后，一般水泥矿粉呈弱碱性PH=9。氢氧化钙是强碱物质(PH＞12)，当氢氧化钙与沥青中的羧酸接触时，即产生化学反应，生成硷土盐，硷土盐有较强的吸附性能，能牢固地吸附在骨料表面而不剥落，乳化沥青就不容易从骨料上脱离。因此，沥青酸度越高（＞1.0mgr.KOH/gr）和含腊量越低(<3%)，沥青质量就越好，生产出来的乳化沥青质量也就越好。乳化沥青的乳液颗粒大小是由生产乳液的机械和乳化剂决定的，乳化沥青的乳液颗粒越小(<5μm )，粘结力形成越快，粘附性越好。
1.3 乳化剂、改性剂和抗剥落剂
　　正是由于乳化剂的存在，才使得沥青的施工由热拌变为冷拌，乳化剂在乳化沥青中占的比例很小［1%左右（折纯量）］，但其对乳化沥青的生产、储存及混合料的施工性能都有很大的影响，不同的乳化剂对于乳化沥青的粘附性、乳液颗粒大小、破乳速率和凝固速度有着不同的效果。要满足稀浆封层摊铺作业的时间要求，又要尽快开放繁忙的路面交通，既同时获得“慢裂”与“快凝”效果的乳化剂和乳化沥青，从理论上讲有三种选择：（1）利用慢裂型乳化剂，通过添加快凝物质来实现。即利用木质胺类乳化剂生成慢裂型乳化沥青，通过添加促凝物质，如破乳剂、光敏剂、脱水剂等，使其稀浆混合料快速成型。（2）利用中裂型乳化剂，加入一些缓破物质来实现。如用我国用量最广泛的季胺盐类乳化剂，加入非离子乳剂（OP-10、OP-20），从而达到拌和时间要求。（3）使用专门的“慢裂快凝”乳化剂。这种乳化剂需要在确保充分拌和时间后，快速破乳，并通过化学力，使水分快速脱离，从而达到预期的要求。第三种是目前全世界通用，也是最先进的方法。国内生产的慢裂快凝二型乳化剂和美国生产的MQK-1M乳化剂都属于“慢裂快凝”乳化剂，也是市场用量较大的乳化剂。乳化剂的使用，不可照搬套用，一定要结合当地的实际情况（沥青品种、骨料级配和气候变化等因素），用小型乳化机进行室内试验的反复验证，取得理想效果后，方可使用。改性乳化沥青能提高稀浆封层的低温抗裂性、高温稳定性和改善乳液与骨料的粘附性，具有良好的弹韧性。SBR（丁苯橡胶）改性，将胶乳改性剂、乳化剂水溶液、沥青同时进入胶体磨制作改性乳化沥青（称为边乳化边改性法），工艺简单，目前国内大多数采用这种方法。SBS（苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物）改性，先将沥青改性，再将改性沥青乳化（称为先改性后乳化法），工艺复杂，改性乳化质量好，是今后发展的方向。在乳化沥青中添加抗剥落剂，有助于改善乳化沥青与骨料的粘附性，国内生产的TJ-066型抗剥落剂和美国Morlifem2200型抗剥落剂用量较大，但抗剥落剂在吸附机理上是沥青与骨料仅形成物理吸附，同时抗剥落剂与骨料的种类有一定的配伍性，因此选择非胺类抗剥落剂应通过试验确定。

2 实际工程案例
　　福建省莆田市公路局管养的县道华社线7k+530-22k+020、庄仙线6k+200-17k+000路段原沥青路面沉陷、车辙、网裂、麻面等病害较多，且路面泛白，呈贫油状态，国道福厦线117K+220-117K+600水泥混凝土桥面存在大量的脱皮、麻面、露骨、裂痕等病害，但上述路段的路面强度、稳定性和平整度尚达到要求。经过反复论证，确定采用乳化沥青稀浆封层技术，于2005年 7月至11 月对其进行修复。运用美国AKZO-NOBEL HD-10型稀浆封层机进行施工，骨料采用当地沙溪石料场生产的花岗岩集料，骨料粒径应符合ES-3型稀浆封层骨料级配要求，骨料表面要求洁净，质地坚硬，耐磨，针片状指数小于15%，砂当量不低于45%。由于花岗岩石料略显酸性，经过实验室反复试验，选用美国MQK-1M和国内SBT两种乳化剂复配生产乳化沥青，生产前皂液调酸至PH=2，复配生产的乳化沥青与石料的粘附性能可达到规范要求。施工用水PH=7用量在12%左右，填料选用当地产R325硅酸盐水泥呈弱碱性PH=9
用量2%，夏天为防破乳速度太快，采用添加0.3%MQK-1M乳化剂含量30%水溶液来延迟破乳速度，用粘结力试验确定初凝时间和开放交通时间，当粘结力达到120kN.cm的时间为初凝时间，当粘结力达到200kN.cm的时间为开放交通时间，实验结果初凝时间为45min, 开放交通时间为2h,符合施工要求。沥青路面稀浆封层修复后，表面平整，密实坚固，裂缝弥合，无麻面，平整度、防水性能、抗滑性能和纹理深度均有明显改善。水泥混凝土刚性路面稀浆封层修复后，脱皮、麻面、裂痕等病害消失，新路面犹如柔性路面，提高了行车乘坐的舒适感，降低噪声,改善了路面的抗滑性和平整度。

3 结束语
　　稀浆封层具有广泛的适用性，是很有发展前景的公路养护形式，处理好乳化沥青与石料（尤其是酸性石料）的粘附性问题，提高稀浆封层的耐久性，对公路状况的改善将起到重要作用。

　　　　　　　　　　　参考文献
　　1. 姜云焕等. 改性稀浆封层施工技术. 北京：石油工业出版式社. 2001
　　2. 虎增福等. 乳化沥青及稀浆封层技术. 北京：人民交通出版社. 2001
　　3. 黄颂昌等. 改性乳化沥青稀浆封层养护技术研究报告. 交通部公路所. 2004

　　　　　　　　　　　　　