路用乳化沥青黏层材料黏附性实验

王文奇， 罗忠贤， 谢远新， 田荣燕， 王 泽， 王宠惠

(1.西南交通大学 土木工程学院，四川 成都 610039； 2.西华大学 建筑与土木工程学院，四川 成都 610039； 3.重庆大学 土木工程学院，重庆 400030； 4.重庆鹏方路面工程技术研究院，重庆 400026； 5.西藏大学 工学院，西藏 拉萨 850000； 6.长安大学 公路学院，陕西 西安 710064)



路用乳化沥青黏层材料黏附性实验

王文奇1,2， 罗忠贤1， 谢远新3,4， 田荣燕5， 王 泽2， 王宠惠6

(1.西南交通大学 土木工程学院，四川 成都 610039； 2.西华大学 建筑与土木工程学院，四川 成都 610039； 3.重庆大学 土木工程学院，重庆 400030； 4.重庆鹏方路面工程技术研究院，重庆 400026； 5.西藏大学 工学院，西藏 拉萨 850000； 6.长安大学 公路学院，陕西 西安 710064)

沥青路面的黏层对于路面路用性能影响很大，用乳化沥青作为黏层材料有一定技术优势。为了减少沥青路面病害，研发沥青路面的黏层沥青材料。为了检验研发的黏层乳化沥青性能,进行材料选择和配合比设计，制备和切割试件，对研发的混合料同时开展了室内实验和现场实验。实验研究表明,6种黏层用乳化沥青材料的室内实验的黏结强度均能达到1.7 MPa左右，满足规范要求，尤其是由于龄期增长，现场实验的拉拔检测结果更好，平均值为2.2 MPa。所研发的乳化沥青路用黏层材料性能优良，为该材料在道路行业的应用和推广提供了技术支持。

黏层； 乳化沥青； 室内实验； 现场实验

0 引 言

沥青混合料作为一种复杂的道路材料[1]，层间黏结是其中非常值得关注的一个问题。我国沥青路面设计理论是弹性层状体系理论，假设沥青路面各层为连续弹性体。可是由于材料、设计、施工污染和环境因素等的影响，沥青路面各层之间难以实现完全连续[2]。过去由于层间黏结不足引起的路面损害并未立即反应到路表，所以一直未引起广大重视。近年来，随着长大纵坡路段比例增加以及超重载车辆运行屡禁不止，层间黏结不足导致的路面损坏问题越来越严重，由此开展的相应研究才逐渐增多[3]。

黏层是为了加强路面两个沥青层之间、沥青层与水泥混凝土层之间的黏结、洒布的沥青薄层[4]。同时黏层封闭了基层的表面，对基层具有保护作用[5]。常用的黏结层材料包括用橡胶改性沥青、乳化沥青和环氧沥青[6]。乳化沥青作为公路沥青路面黏层油是个很好的选择[7]。

沥青混合料的相邻层之间黏结性能会导致路面系统的祸患[8],比如自上而下的开裂，过早疲劳，在某些情况下会完整的上下层完全的分开[8]。在交通荷载引起的剪应力集中分布在面层，常常因为层间黏结不足，难以抵御轮载产生的剪切力而发生层间破坏，致使路面出现滑移裂缝(U形裂缝)、推移、车辙及拥包等多种病害。滑移裂缝如图1所示。

图1 滑移裂缝

增强沥青面层之间的黏结可以提高层间材料抗剪强度，预防此类病害[2]。高速公路需要在中面层和底面层的表面喷洒黏层油[9]。桥面铺装包括沥青混凝土面层、黏结防水层等层次[10]，也存在层间结合的问题，也需要设置黏层。

材料、设计、施工及环境等因素都会对黏层黏结性能产生影响，其中黏层材料的选择是主要影响因素之一，目前工程中采用的黏层沥青材料存在黏结力不足、高温稳定性较差等缺点，尤其在南方夏季温度高、高温持续时间长，黏层沥青在高温下易流淌，导致黏层黏结能力下降。路面黏层的黏结问题没有得到很好解决[11]。研究高黏附性的黏层材料，具有重要现实意义。

张志勇对乳化沥青的黏结性能开展研究[12]，岳学军对黏层的作用、材料选择进行了研究[13]。本文研究沥青路面的黏层用乳化沥青，分别开展室内实验和现场实验，检验自行研发的黏层乳化沥青抗拉拔性能，为其推广应用提供技术指导。

1 黏层乳化沥青路用性能实验

1.1 原材料

(1) 沥青。采用中石油高富70号沥青。

(2) 乳化剂。黏层乳化剂应选择中/快裂类型的乳化剂。按此标准并结合以前的研究成果，总共选择了4种乳化剂，其产品类型见表1。

表1 黏层用乳化剂列表

(3) 胶乳。胶乳对乳化沥青的高黏附性起到关键的作用，它能在温度和动能的作用下相互合并，与沥青发生反应。在高速搅拌时胶乳分子链相互牵拉，形成稳定的网状结构，显著提高乳化沥青的黏接性和抗剪切变形能力。选择采用两种类型的胶乳，一种是氯丁胶乳CR；另一种是SBR胶乳。

(4) 水。选用符合饮用标准的自来水。

1.2 黏层油乳化沥青性能指标

按照《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40-2004)，对高黏附性乳化沥青成品进行检测，检测结果如表2所示。经检测，研发的高黏附性乳化沥青均达到各项指标，符合国家相关技术规范要求。

表2 高黏附性乳化沥青性能指标

1.3 室内实验

(1) 成型试件。按照常用的沥青混凝土AC-16在车辙试模成型下面层，待成型后洒布高黏附性乳化沥青，养生24 h后，加铺普通的AC-13沥青混凝土。试件尺寸300 mm×300 mm×70 mm。试件结构50 mmAC-16+乳化沥青+40 mmAC-13。实验设计成型如图2所示的试件。试件制作：碾压法成型(至压实度(100±1)%)，养生7 d后，洒布高黏附性乳化沥青，养生24 h后，碾压成型沥青面层。试件切割：将试件切割成如图 所示的9小块，每块尺寸100 mm×100 mm×70 mm。实验切割成型如图3所示的试件。1～9号小试件用于拉拔实验，在其上表面几何中心处钻孔至基层中5 mm，钻头内径φ=50 mm，然后黏贴拉头于图示位置上，进行拉拔实验。

图2 力学实验试件示意图(mm)

图3 切割好的小试件

试件经过切割、筛选后在规定烘箱中保温5 h，再进行相关实验。

(2) 力学实验。拉拔实验主要评价试件的直接抗拉破坏能力。在实验中，采用直径为50 mm的拉头，加载速率为10 mm/min，以记录下来的拉拔力F和拉头底面面积S按下面公式计算拉拔强度：

P=F/S

式中：P为拉拔强度，MPa；F为实验拉拔力，N；S为拉头底面面积，mm2。

试件拉头底面面积为19.625 cm2，实验过程如图4所示。

对于黏层乳化沥青路用性能的评价，目前尚没有统一的标准。本文中采用拉拔力实验仪评价乳化沥青作为黏层的层间黏结力。

图4 拉拔实验

(3) 实验结果。经过上述步骤，实验温度25 ℃时，得到实验结果如表3所示。

表3 黏层用乳化沥青黏结强度

从表3可以看出，在同样的用量情况下，不同的乳化沥青黏结强度没有大的差异，都在1.7 MPa左右，乳化剂对沥青黏结性质没有影响。几种快/中裂乳化沥青均能用于普通黏层油的喷洒。

2 现场实验

2.1 实验方案

本次黏层实验采用乳化剂DF-42E型的自行研发的黏层油，洒布量为0.3～0.5 kg/m2。

2.2 施工过程

喷洒黏层油前应遮挡防护路缘石及人工构造物，避免污染。黏层油喷洒不均匀或有花白遗漏时补洒。施工过程如图5所示。

图5 黏层的施工洒布

根据实验室前期实验结果、黏层油品种及工地实际情况，现场确定黏层洒布量，应使喷洒的黏层能够充分均匀地覆盖下卧层表面，但不得形成流淌，不得形成较厚油膜。

黏层的养生期在喷洒的乳化沥青黏层水分蒸发破乳后(用滤纸或餐巾纸轻轻压于表面无褐色斑点)结束，需要1～5 h；养生期养生成型后方可进行上层施工，否则会造成层间黏接力大幅下降。

黏层沥青洒布后，应在乳化沥青破乳且水分蒸发后，立即铺筑沥青层，以确保最佳黏结质量[14]。施工完成后竣工效果如图6所示。

图6 黏层油洒布后的效果

2.3 现场检测结果

对于高黏附性乳化沥青的现场质量检测，通过现场钻芯，检测黏接强度。现场检测的数据如表4所示。

表4 现场拉拔强度数据

从表4可以看出，现场拉拔实验检测的平均值2.2 MPa，和室内实验结果1.7 MPa相比增加了29%。

现场抗拔数据比室内实验数据还好是现场实验取样时间距离施工结束的时间较久，也就获得了更加理想的抗拉拔效果。主要是因为乳化沥青的特点，在压路机的反复碾压和环境温度的综合作用下，随着水分的挥发其强度快速增长。经过一段时间，水分挥发，并且混合料中水泥水化、硬化反应后，其强度才能最终形成。时间长短对于抗拉强度增长至关重要。

由于本文未用普通沥青进行抗拔实验，查阅文献[15]发现，使用亚星土木仪器有限公司与长安大学公路学院联合研制的 JLN-I型拉拔实验仪，对试件进行拉拔实验。尽管实验方法有所不同，但是文献[15]实验数据远远小于本文实验数据。说明本文研制的高黏附性黏层乳化沥青性能良好。

3 结 论

(1) 通过实验对比，挑选出了高黏附性黏层乳化沥青用的乳化剂，并通过丁苯胶乳的应用，研发的高黏附性乳化沥青提高了黏层的黏结强度。

(2) 现场拉拔检测出来的结果的平均值2.2 MPa，和室内实验结果1.7 MPa基本一致，由于时间原因，现场抗拔实验数据比室内实验数据更好。

(3) 由于乳化沥青黏层早期强度较低，不宜过早地开放交通，而且应对早期交通荷载加以限制。

(4) 根据文献[2]的数据，黏层油的喷洒使得层间剪切寿命得到了显著提高，喷洒黏层油比不喷洒黏层油时剪切疲劳寿命增加了3～40倍。但是本文实验路修建时间较短，没有铺筑黏层的路段目前也没有明显的病害，黏层对延长路面寿命方面的作用还有待于进一步观察和研究。

[1] 冯 春.考虑车辆荷载的沥青混料抗裂横向稳定特征[J].科技通报,2014,30(10):229-231:16-20.

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[3] 刘 丽,郝培文,徐金枝.黏层状况对沥青路面层间剪切疲劳性能的影响[J].公路交通科技,2012,29(10):11-15.

[4] 麻丽妹.乳化沥青透层、黏层和封层在路面工程中的应用[J].公路交通科技(应用技术版),2009(12):58-59.

[5] 谷建玲. 透层油、黏层油在沥青混凝土路面中的作用[J].粉煤灰综合利用,2012(2):43-44,47.

[6] Haotian Li， Bin Yu. Fatigue Performance and Prediction Model of Multilayer Deck Pavement with Different Tack Coat Materials[J].Materials in Civil Engineering,2014,26(5):872-877.

[7] 罗树昭.CMK—20阳离子慢裂快凝沥青乳化剂作为黏层油在公路养护中的应用[J].交通标准化,2013(17):102-104.

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[11] 刘朝晖,张景怡,周 婷,等.路面黏层复合改性沥青材料研发与性能评价[J].材料导报,2014，28(2):134-139.

[12] 张志勇.沥青路面夹层抗裂及黏结性能研究[D].长沙：长沙理工大学，2006.

[13] 岳学军.半刚性基层沥青路面层间功能层的性能研究[D].南京：东南大学，2002.

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[15] 王 俭，郑南翔.不同层间处治技术性能对比研究[J].公路交通科技(应用技术版),2013(10):168-171.

Experimental Study on the Performance of Road Tack Coat of Emulsified Asphalt Material

WANGWen-qi1,2,LUOZhong-xian1,XIEYuan-xin3,4，TIANRong-yan5,WANGZe2,WANGChong-hui6

(1. School of Civil Engineering, Southwest Jiaotong University, Chengdu 610039, China;2. School of Architectural and Civil Engineering, Xihua University, Chengdu 610039, China;3. School of Civil Engineering, Chongqing University, Chongqing 400030, China;4. Chongqing Pengfang Road Technology Research Institute, Chongqing 400030, China；5. School of Engineering, Tibet University, Lasa 850000, China;6. School of Highway, Chang’an University, Xi’an 710064, China)

It is of great importance for the tack coat of the bituminous pavement to the road performance. Putting the emulsified asphalt as the adhesive layer material shows the advantage of materials technology. We research and develop the asphalt tack coat material for the bituminous pavement in order to reduce its disease. We took the material selection and mix design, then manufactured and incised the test material. Laboratory experiments and field tests were taken at the same time in order to examine the test material which we have developed. The Laboratory experiments result shows that six kinds of tack coat material whose bonding strength can reach 1.7 MPa, and meet the requirements of specification. The field tests showed even better results because of the increase of its age. The average value of pull-out test is 2.2 MPa. The excellent performance of the emulsified asphalt adhesive layer material by self-invention provide the technical support for material’s application and popularization in the pavement industry.

tack coat； emulsified asphalt； the indoor experiment; the outdoor experiment

2015-01-15

国家自然科学青年科学基金(51308476);西藏自治区科技厅重点科技计划项目(Z2014A19G2-11);西华大学重点科研基金项目(THJ10-03);西华大学校内科研项目(14206106)

王文奇(1980-)，男，辽宁朝阳人，博士生，讲师，主要从事沥青路面材料研究。Tel.:13880894554；E-mail:wwq1999@126.com

罗忠贤(1978-)，男，湖南邵东人，博士生，讲师，主要从事沥青路面材料研究。

Tel.:13540083563；E-mail：zxluo@home.swjtu.edu.cn

U 414.75

A

1006-7167(2015)10-0009-04