雾封层沥青材料和添加剂的分析与评价

第30卷第1期中外公路2010年2月247文章编号:1671- 2579(2010)01 -0247-04雾封层沥青材料和添加剂的分析与评价张铭铭'，张洁”，郝培文',王攀’编译(1.长安大学公路学院，陕西西安710064; 2. 中交第一公路勘察设计研兖院有限公司)摘要:路面再生性的雾封层能减少和预防沥青路面的老化.从而可以减少路面的开裂和松散,使得路面更好更耐久。雾封层的作用是在原有的沥青路面上罩面,起到保护和再生的作用，同时雾封层也可降低水和空气的渗透性。在某种程度上说.渗透性的降低,可以改善路面的防水性能,并且使得粘结剂氧化引起的老化敏感性减少。关键词:雾封层乳化剂;再生剂;乳化沥青;密实罩面;乳化剂;沥青封层雾封层用作路面的维修已经有多年。雾封层被定结性。 此外，因为沥青氧化的速率很大程度上依赖于义为“轻制沥青或乳化沥青,主要用于现有的沥青路面.空隙率的大小，所以这种再生性的油脂可以通过渗透上翠面,以减少表面松散,当其干燥后以减轻路表面的的方式填补路面上的孔隙,进一步减少粘结剂氧化。风化程度”。雾封层同样可以用于碎石封层,将碎石固定到刚铺成的雾封层罩面中,这种方法可以防止由于3材料碎石飞溅而引起车辆麅损。沥青研究所还得出结论，小裂缝可以通过雾封层进行修复。募封层乳液可以提供多种功能来改善路面性能。有些乳液的作用是单- - 的(对路面封层,渗人空隙,或1雾封层的 功能是再生粘结剂) ,但通常情况下现有的商用雾状封层乳液都不止一种功能。雾封层的作用是在原有的沥青路面上罩面,起到.-般情况下,雾封层乳化液是阳离子,这些阳离子保护和再生的作用,同时雾封层也有降低水和空气渗可以从集料和老化沥青表层置换出水。通过水分的流透性的作用。在某种程度上说,渗透性的降低,可以改失和化学反应分解,达到功效。关于这种阳离子乳化善路面的防水性能,并且使得粘结剂氧化引起的老化沥青,有ASTM D- 2397 制定的标准规格可以参考。敏感性减少。雾状封层的乳化剂必须要从路面上的孔另一方面,由于路面孔隙上水分的慕发和吸收造成了隙渗人,使得整个路面表层得以覆蓋。结果表明,在这水分流失,使得阴离子乳化液不能在集料的表面直接种情况下水中稀释后的缓凝乳化剂是一种合适的雾状相互作用并分解,因此通常情况下雾封层乳化液不能封层材料。若乳化液太厚的话,可能无法完全渗人到是阴离子。表面孔隙之中,而且在乳化剂破坏之后,会使路面上留3.1 聚合物改性沥青表面封层有大量的沥青,从而导致路面湿滑。(1)一种阳离子改性乳化液,它包含再生剂、专有雾状封层乳液使路的表面变湿,然后分解,进而在沥青和优质聚合物。路面上形成一-层新的沥青薄膜。乳化液分解的速率主(2)精心配制的阳离子乳化剂在使用之后可迅速要依赖于气候条件,如风、雨和温度的影响。分解，这样可使再生过程后的交通延误时间最短。(3)渗人、封闭、再生和美化沥青路面。2再生剂的功能(4)适用于常温下，从7.2~48.9 C. .(5)通过保在代质的夷面售料颗粒来防止进--步由于再生性的乳化剂含有油脂，可降低现有沥青的路中国煤化工的粘度,因此需要提高粘结剂的弹性来增强沥青的粘TYHCNMHG年且根据地表状况一收稿日期:2009-05-08248中外公路.第30卷般用量为0. 36~0.5 kg/m2。4.2路表准备3.2 煤焦油沥青封层.应用雾封层之前,路面面层必须清洁干燥。清洁(1)沥青材料的组成应包括高温下提取的煤焦油路面时可采用路面清扫机、电动扫帚或用水泵机组冲(符合ASTMD490标准12级的煤焦油沥青)。洗,以清除灰尘、污垢和杂物。如果需要冲洗,为了保(2)煤焦油再生剂在目前已经应用于多个机场路证路面充分干燥,冲洗工作必须在应用雾封层的24 h面,效果令人满意。之前完成。(3)煤焦油沥青封层是在15.5~48.9 C下受压4.3材料准备分解而应用的。沥青乳液(原乳液)含有高达43%的水,但是还必(4)典型酒布率为0.23~0.36 kg/m2。须进行稀释,一般情况下,在使用前需要稀释到含水(5)停止开放交通时间一般为24 h,这取决于周50%。这种附加稀释减小了粘性,并允许使用少量残围温度。余粘结剂加以适当的控制。稀释水必须可饮用并且没(6)在封层成为不可分割的一部分沥青路面之有检测到固体或不兼容的可溶性盐(硬水)。后,它不仅仅只是表面涂层,并且路面的摩擦特性不会通过把少量乳液混合在-一个罐子里(大约1 L),受到任何的影响。.这样可用乳液来检测水的相容性。用搅拌器搅拌2~(7)这种封层的目的是提供阻燃的表面和使沥青3min后,通过一个预湿的150μm的筛子倒出剩余的粘结层恢复再生功效。混合物。如果有超过1%重量的物质仍残留在筛子3.3岩 沥青封层粘结剂上,那么这种水不相容,结果有可能堵住喷嘴。(1)岩沥青是一种天然的、未经提炼的沥青矿石，允许有0.5%~1.0%相容性乳化剂溶液用于非产于美国的犹他州。其含有丰富的树脂,可以填补首相容性水。乳化剂溶液应该被加到水箱中,而且在将先开始氧化的路面。其加到乳液中之前,会在泵中流通10~15 min.如果(2)岩沥青含有45%的树脂,是高性能的天然抗应用了水处理,则要重新作相容性检测。氧化剂、极性化合物.抗剥离化学物质,它对所有的集如果打算用乳液,则应在使用前24 h内对乳液进.料都有很好的粘合性和吸附性.行稀释,这是为了避免已稀释乳液的沉淀。水始终是(3) GSB是一种非常好的粘合剂,据陆军工程兵.被添加到乳液中的，而不是通过其他方式。为保持一团的研究表明,在保持路面连接方面,它比最优良的浸致性,乳液要在离心器或其他合适的泵中流通。透油再生剂4倍的功效还要好。4.4使用 和喷酒(4)GSB可以使固体沥青路面的使用寿命加倍。使用乳化液时会用到调校适当的喷洒卡车。在一在适当的条件下,GSB可以有效地用于任何类型的沥些情况下,如果乳液被改性,可能需要-一种特殊的喷酒青路面上。(5)应用GSB时使用一种标准沥青喷洒率,在.器。推荐使用4~5 mm开口的喷嘴。乳化液可被加热到最高50 C,尽管一般情况下,乳化液是在环境温0. 45~0. 68 kg/m2之间。度下喷洒的。乳液喷洒的速度取决于表层的状况(表(6)乳化液被加热到大约71 C,有0.27~0.811),稀释乳液(1: 1)的典型用量为0.15~1.0 L/m',kg的黑砂分散到每平方米GSB液体中。具体取决于表层状况。1: 1乳液是一种随后被等量(7)GSB可应用于干燥路面。其他商业乳化剂有Reclamite(乳化油)和Topien的水所稀释的原始乳液。C(沥青、油和添加剂)。表1沥青改性乳液建议使用 比例最初乳化液密级配表面开级配表面稀释率4典型的雾封层结构/%/(L. m~')/(L. m~*)中国煤化工50.4~1.04.1气候条件HYHCNMHG温暖.干燥的天气促进低粘性乳化液快速分解,这理想情况下，两边方向上应各喷洒-半所用的乳.将使得路面面层形成沥青薄膜,大气温度应高于10液,这样可以防止只喷到- -边的石头(这一点在碎石封C,并且路面温度应高于15 C.层和粗糙路面尤为重要)，只喷到- -边的石头会导致路.2010年第1期张铭铭,等:雾封层沥青材料和添加剂的分析与评价249面光滑并且没有足够的粘合剂去完全加强路面或固定后,要定期对路面进行检查。石头。5.1.4集料的保持能力温度一般取决于乳液的类型。大多数情况下,乳集料的损失量是评估雾封层性能在碎石封层上应液应在相对干热的条件下使用。用的一种标准。一种简单方便的检测集料保持能力的4.5 估算用量方法是目测检查。另外,一种更加准确的代表方法是为了估算用量,把在1L罐中装的稀释乳液(通常照片档案的引人。矩形(30. 48 cmX22.86 cm) 被画用1: 1的稀释率)平均地倒到1 m2的面积上,这代表在路面的受约束面和处理面上。然后特写的照片档案了1L/m2的稀释用量。如果2~3 min之后乳液没有将会有周期地检查随时间推移而剥落的个别骨料。被吸收,则应减少应用量,重复操作，直到发现近似的5.2试验室评估方法应用量。如果在首次测试之后,面层能吸收更多的乳除了现场的测试评估,有条件的试验室检测也需液,则应提高应用率,并需要在新的1 m2的面积上进要。此外,由于雾封层有效而造成矿料或者沥青粘结行测试。剂的任何改变都应该鉴定。测试混合物粘结剂性能的方法有以下几种。5评估方法(1)弹性模量.间接拉伸试验测试沥青混合料的弹性模量,沥青混合料既可以应用于试验室配合比中，5.1路面评估也可以用于现场沥青混合料回收矿料中。混合料的模在应用雾封层之后,应当评估面层状况和路面性量是否符合规范要求(ASTMD4123一82),是衡量再能，目的是确保所用的雾封层的再生功效。生性能改善的标准。由于试验室样本经过了老化,老5.1.1抗滑力化率可用老化后的弹性模量除以老化前的弹性模量来抗滑力是防止轮胎在路面面层上旋转打滑时的一计算。种摩阻力。抗滑力是一个非常重要的面层评估参数。(2) Vialet 测试。Vialet 是测试碎石封层集料保因为:1)抗滑力不足会导致刹车事故;2)对用户来留率的指标。一般情况，松散热拌的混合料被铺在说,大多数路面需要非常安全;3)抗滑力测量可被用17.78 cmX17.78 cm的钢板上,给它加上0. 635 cm于评估不同类型的材料和建筑。的边缘来防止粘合剂的流失。然后试样在一个便携式抗滑力-般随时间会改变,在路面建造好的最初的橡胶滚简中滚动，在室温为24心的条件下放置。然两年之内,随着沥青被交通磨损,抗滑力会增加,接下后使用雾封层乳液,并且在60 C的条件下养护24 h.来当集料被磨得更光滑的时候，面层抗滑力会降低。在检测前,试样提前2 h放置在测试温度中养护。把而且,抗滑力一般在秋冬季较高,在春夏季较低。这种.-个直径为5.08cm的钢球从45.72cm高处向试样季节性变化非常明显,如果不作适当的补偿,抗滑力数丢掷。 计算经冲击后的剩余材料的百分率。据就会明显偏离。(3)提取/回收。为了检测混合料中沥青的性能，5.1.2 裂缝沥青从整个混合料中提取或者回收。典型的提取方法路面裂缝通常是一种由于地基承载力不够或沥青依据一种ASTMD2172的标准程序,沥青粘结剂通路面变脆而引起的龟裂。由于裂缝可使面层的水进入过用阿布森方法(ASTM D 1856)来回收。对于具体路基并且进一步破坏路基的稳定性,在实用中,封层应的研究而言,连续的提取或回收被用于确定加入渗透尽快完成。当裂缝发展到即将损坏路面外表的程度再生剂后,沥青粘结剂软化的程度。这种渗透现象的时,应当尽快进行修补。要定期观测裂缝以保证在适出现被称作是“黑色岩石模式”。当的时候进行校正或预防性维修。(4)沥青粘度。方便而适合的方法用来确定是否5.1.3 路面面层状况再中国煤化工的效果,就是测量试路面上过剩的沥青会导致路表面光滑,这将会导样在|YHCNMHG型的粘度计:毛细管致车辆难以控制,尤其在潮湿的天气。另外,未经合理和旋转式的粘度计。一般来说,旋转式粘度计应用更养护的雾封层材料会形成一层柔软的沥青粘合剂薄加广泛,由于它在大多数情况下都适用,也适合于非牛膜,这会导致路面变形(例如车辙)。在做表面处理之顿体材料。大多数旋转粘度计有两种类型:两个同中.250中外公路第30卷心的圆筒绕中心轴线相向旋转,和大顶角接近为180°很小裂缝或没有开裂的迹象。的圆锥相一致,而它的底盘是以顶点确定的圆锥的底6.3再生剂在沥青路面和矿料上的应用面。在这个系统中,很多变化都是可能的,但是所有流Anderson等人进行了研究,来确定再生剂对回收体测试通过转动件剪切。然后给流体施加外加力,可的沥青混合物和试验室紧密集料老化的效果,研究结用于计算流体粘度。论如下:(5)傅立叶变换红外光谱(FT- IR)。FT-IR可.(1)研究中,4种物质(稀释油flux oil, Reclam-以被应用于研究沥青的特性。由于分子中共价键的存ite, 芳香烃Dutrex和除尘油dust oil)被选为再生物在,使得可以吸收红外线,因此这个分析结果就可以用质,被用于回收的沥青混合物中,以研究再生沥青粘结来辨识沥青中的现存官能团。每个官能团都能使不同剂的原始属性。结果表明,芳香烃和除尘油在软化老强度和频率的光被吸收。FT-IR被应用于分析沥青化沥青时效果很好, Reclamite没有前两者效果好,稀.粘结剂中的官能团和沥青中氧化的程度。释油效果相对较差,因为它的高性能还要再生粘结剂的原始属性。6雾封层/再生剂的性能(2)由于软化剂的作用,回收混合物的马歇尔稳定性减小。雾封层/再生剂被应用于路面工程中,主要用于面(3)回收混合料的弹性模量也减小到了新建成路层的处理和老化沥青粘结剂的补充。面材料的数值。6.1雾封层在碎石封层上的应用.(4)试验观测到了老化引起的混合料刚度变化,Estakhri和Agarwal研究了雾封层在碎石封层上这和粘结剂硬化有关。重度老化的混合料是由粘结剂的有效性。得到的结论是:氧化而引起的粘结剂硬化所导致的。然而,Reclamite1)通过对4条经雾封层处理过的碎石封层试验混合料的硬化比其他混合料严重,而它的粘结剂硬化路2年的观察,发现每条试验路,经处理后的面层集料要比其他混合料的粘结剂硬化轻微。保持率改善了相应的控制面层;2)大部分处理层和控Estakhri和Agarwal研究认为:制层的石料剥落发生在第1年。然后会在第2年稳(1)由于沥青混合料具有高的空隙率(10%~定。”因此,雾封层应用于碎石封层应该在第1年的冬12%),添加再生剂后混合料的刚度可以明显减小。天施工;3)雾封层的应用可以有效地减少石料剥离(2)在试验室用3种不同沥青和3种不同的再生率,不过要在前1年的冬天应用于碎石封层。剂制备密实混合料来评估。结果表明沥青化合物的来6.2雾封层在沥青路面和矿料中的应用源和再生剂的类型会影响到再生层的有效性。Estakhri和Agarwal还研究了在常规沥青路面和(3)从现场试验可知,当使用再生层时,可控制抗试验室紧密矿料应用雾封层的效果。得到以下结论:滑力。在使用再生层45 min~1 h之后,铺上砂子并1)对试验室做的沥青样本进行雾封层处理,并在60使其轻轻碾过。在2h之后进行表面清扫。在这个过C的温度下进行6个星期的老化,以确定在封层路面程中,路面的抗滑力会在24h之内再生到起初时的抗时雾封层减小混合物的硬化率的有效性。应用弹性模滑力。量测试来确定混合物的刚度。在老化之后,所有样本(4)建议再生层适用于空隙率大于7%或8%的的刚度都增加了,用雾封层处理过的样品并没有很大路面上。高空隙率路面使用再生层可减少混合料的的提高;2)雾封层处理过的路面被监测了2年,对于刚度。处理过的面层和控制面层没有可见的差别;3)在雾封层作用的监测研究中得到的数据非常有限，说明了以一编 译自:Nikornpon Prapaitrakul, Tom Freeman,0.226L/m2的比率应用的雾封层无法减小老化率。中国煤化Iyze Existing Fog然而,它可有效地改良特殊路面问题如脱落松散;4)YHC N M H Giterature Review.未处理和处理部分的抗滑力在5年中没有明显差异;Technical Report No. FHWA/TX - 06/0- 50915)未处理的部分有明显的裂缝而处理过的部分只有一1,2005.