乳化沥青稀浆混合料贯入式沥青路面结构及其特殊性能的研究

王壹帆　宋俊伟　刘志伟　牛富强　刘燕　孙改丽　王伟平　李磊　尚纪双

【摘 要】 本文提出了乳化沥青稀浆混合料贯入式沥青路面的概念和骨架——悬浮密实复合型路面结构的概念，利用对比分析的方法，阐述了乳化沥青稀浆混合料贯入式沥青路面结构及其性能的特殊性。

【关键词】 乳化沥青稀浆混合料；贯入式；沥青路面；特殊性

【Abstract】 This paper puts forward the concept and skeleton of emulsified asphalt slurry infiltrated asphalt pavement——the concept of suspension-combined composite pavement structure. Using the method of comparative analysis， it describes the structure of emulsified asphalt slurry mixture infiltrating asphalt pavement and The specificity of its performance.

【Key words】 Emulsified asphalt slurry mixture；Penetrating；Asphalt pavement；Particularity

1.前言

（1）目前，有80%以上的道路使用的沥青路面，其内部结构分为三种典型的悬浮密实型结构、骨架空隙型结构、骨架密实型结构。由于车辆严重超载超限、大交通量、渠化行车以及高温天气等因素影响，导致车辙已成为三种典型的沥青路面早期最主要的病害，资料显示80%以上的沥青路面出现不同程度的车辙，它是道路病害中的顽疾，一直得不到解决，于是就提出乳化沥青稀浆混合料贯入式沥青路面路的概念，以期解决沥青路面产生车辙的问题。

（2）乳化沥青稀浆混合料贯入式沥青路面是用层铺法把起主支撑作用的粒径等于路面厚度的最大粒径碎石用沥青粘结在下承层上，在铺撒的碎石层上再洒一层沥青，然后把拌和好的乳化沥青稀浆混合料贯入碎石间隙中，之后经过养生、碾压等成型形成的沥青路面，如图1所示。

2. 乳化沥青稀浆混合料贯入式沥青路面结构特殊性分析

在乳化沥青稀浆混合料贯入式沥青路面结构中，最大碎石的粒径（D）和沥青路面的厚度（h）相同，即h/D=1，最大粒径碎石在沥青路面结构中形成“顶天立地”的强大的骨架结构，它们分布在一个平面上（即呈二维分布）并且保持一定的间距，同时在骨架之间填充的是由其它粒径的碎石和沥青胶泥形成的悬浮密实型沥青混合料，称其为骨架——悬浮密实复合型结构。在三种典型的沥青路面结构中，h/D≥2，最大粒径碎石上下分布2～3层（即呈三维分布）。因此，乳化沥青稀浆混合料贯入式沥青路面结构不同于三种典型的沥青路面结构，是一种全新的沥青路面结构，进而导致其性能具有特殊性。

3. 乳化沥青稀浆混合料贯入式沥青路面特殊性能分析

3.1 抗剪强度特殊性能分析。

（1）在乳化沥青稀浆混合料贯入式沥青路面中h/D=1，最大粒径碎石在沥青路面结构中形成“顶天立地”的强大的骨架结构，它是抗剪强度的主要提供者，它既不靠碎石之间的内摩擦力，也不靠沥青的粘聚力，更符合胡克定律。

（2）表面理论认为沥青路面是由集料骨架和沥青组成，沥青分布在集料骨架表面，将集料骨架胶结成为具有较高强度的整体。据此理论，沥青路面的强度由两部分构成：一部分是集料骨架的强度，表现为颗粒材料的内摩擦力；另一部分是沥青的胶结强度。

（3）胶浆理论认为沥青路面混合料是一种三级空间网状结构的分散系：以粗集料为分散相分散在沥青砂浆中，沥青砂浆则以细集料为分散相分散在沥青胶浆中，沥青胶浆又以填料为分散相分散在沥青介质中。这三种分散系以沥青胶浆最为重要，它的组成结构决定了沥青路面的高低温性能。据此理论，沥青路面的强度由分散系中分散相数量多少和分散介质的强度性质决定：分散相数量越多，分散系的模量就越大，则路面的抗压强度越大；分散介质的稠度越大，路面的抗拉强度就越大。在沥青路面混合料中的三级分散系中，沥青胶浆对沥青路面强度起着决定性作用，它的组成结构决定了沥青路面的高低温稳定性。因此，改善沥青路面混合料路用性能主要从改善沥青胶浆的性能入手，增加沥青稠度，增加矿粉用量。

（4）综合表面理论和胶浆理论，普遍观点认为，构成三种典型沥青路面强度的因素包括两方面，即由集料颗粒之间的内摩擦力和嵌挤力，以及沥青结合料的粘结力和内聚力所构成。

（5）乳化沥青稀浆混合料贯入式沥青路面的强度理论并不符合表面理论和胶浆理论，因此，乳化沥青稀浆混合料贯入式沥青路面的抗剪强度不能用摩尔——库仑定律表征，而适合用胡克定律表征。

3.2 抗车辙特殊性能分析。

在乳化沥青稀浆混合料贯入式沥青路面结构中，最大碎石粒径等于路面厚度即h/D=1，汽车荷载直接由最大粒径碎石传递给下承层，它不会产生车辙；而在三种典型的沥青路面结构中，形成“碎石——沥青——碎石”的结构，碎石和沥青都参与汽车荷载的传递，碎石之间会发生位移而下沉，沥青会发软而降低粘聚力。因此，它们会产生车辙。

3.3 粘彈力学特殊性能分析。

在乳化沥青稀浆混合料贯入式沥青路面中，最大碎石粒径等于路面厚度即h/D=1，不论是高温、中温或是低温，都由“顶天立地”的最大粒径碎石支撑着，均表现出线弹性；而在三种典型的沥青路面结构中，低温时表现为线弹性，中温时表现为粘弹性，高温时表现为粘塑性。因此乳化沥青稀浆混合料贯入式沥青路面与三种典型的沥青路面的粘弹力学性能截然不同。

3.4 防渗水特殊性能分析。

在乳化沥青稀浆混合料贯入式沥青路面中，撒布碎石的间隙是开放性的，间隙中的悬浮型沥青混合料在行车轮胎的碾压揉搓下很容易达到密实，防止水分浸入；另外，由于使用沥青富裕并且延展度大，再加上悬浮密实型沥青混合料的承载作用变小，使其低温稳定性和抗疲劳性能得到提高，裂缝不出或少出可以防止或减少水分浸入路面。

3.5 抗老化特殊性能分析。

（1）沥青路面的抗老化性能主要是沥青的抗老化性能决定的，沥青的老化主要分两个阶段，一是施工阶段，二是使用阶段（使用环境的客观条件不可控，此不赘述）。施工阶段主要是施工温度较高，虽然时间短但老化程度高。

（2）乳化沥青稀浆混合料贯入式沥青路面施工实现了常温化，沥青不会在施工阶段老化。

3.6 防开裂特殊性能分析。

（1）沥青路面的开裂是各国普遍关心的问题，其危害在于能使道路產生功能性和结构性的破坏。沥青路面裂缝分三种：温度收缩裂缝、温度疲劳裂缝和反射裂缝，在道路使用过程中它们可能是交互作用。沥青路面裂缝，沥青结合料的性能起到特别重要的作用，其贡献率高达90%，而矿质材料对抵抗裂缝几乎是无能为力，其贡献率充其量只有10%。

（2）乳化沥青稀浆混合料贯入式沥青路面的低温稳定性主要是由最大碎石之间的悬浮密实型混合料来保障的。

（3）沥青在乳化过程中，有些乳化剂对基质沥青的性能会造成损害，如延展度降低等，但这些损害很容易通过SBR胶乳改性得到恢复甚至是提高。

（4）对于乳化沥青稀浆混合料贯入式沥青路面，洒布用沥青尽量选用软化点低、延展度大的热沥青；拌和用乳化沥青尽量选用蒸发残留物延展度大的SBR胶乳改性乳化沥青；洒布沥青客观上可以起到吸收应力的作用；贯入混合料的油石比一般在7%～9%之间，属于富油沥青混合料；乳化沥青稀浆混合往往使用水泥作添加剂，它能使沥青与矿料粘结更牢固。这些都有利于提高乳化沥青稀浆混合料贯入式沥青路面的低温稳定性，并且这些要求很容易达到，有的甚至是自身就具备的功能或作用。

3.7 抗疲劳特殊性能分析。

（1）大交通量和重轴载对沥青路面的破坏日益严重，路面在行车荷载反复的作用下，长期处于应力应变交迭变化状态，导致沥青路面结构强度逐渐下降。当荷载重复作用超过一定次数以后，路面内部产生的应力就会超过强度下降后的结构抗力，使路面出现裂纹，产生疲劳断裂破坏。

（2）乳化沥青稀浆混合料贯入式沥青路面的抗疲劳性能主要是由最大碎石之间的悬浮密实型混合料来保障的。

（3）乳化沥青稀浆混合料贯入式沥青路面中的下列情况或特性有利于提高路面整体的抗疲劳性能：最大碎石是主要的荷载承受者和传递者，减小了最大碎石之间的悬浮密实型混合料的作用；可以选用延展度较大的沥青（包括SBR改性乳化沥青蒸发残留物），并且混合料中富含沥青；使用的洒布沥青可以使层间结合紧密；撒布碎石的间隙是开放性的，在行车轮胎的碾压揉搓下，间隙中的悬浮型沥青混合料会达到密实。

3.8 对沥青品质要求的特殊性分析。

乳化沥青稀浆混合料贯入式沥青路面中，最大粒径碎石起主支撑作用，是行车荷载的主要承受者和传递者，降低了沥青对承受荷载和传递荷载的作用；最大粒径碎石间隙的悬浮密实型沥青混合料主要起填充、粘连接和密封等作用。因此，沥青粘结力和延度优良即可，不必追求高的软化点。

4. 结束语

结构决定性能，由于乳化沥青稀浆混合料贯入式沥青路面结构的特殊性，导致其性能的特殊性，与三种典型的的沥青路面结构相比，其特殊性是全方位的，并且是正面的。

参考文献

[1] 虎增富，等.乳化沥青及稀浆封层技术.北京：人民交通出版社，2001.

[2] 彭波，等.沥青混合料材料组成与特性.北京：人民交通出版社，2007.

[3] 张肖宁.沥青与沥青混合料的粘弹力学原理及应用.北京：人民交通出版社，2006.

[文章编号] 1619-2737（2018）02-06-799

[作者简介] 王壹帆（1991-），女，籍贯：河南襄城人，学历：本科，职称：工程师，从事公路工程技术工作。