[分享]含砂雾封层乳化沥青的开发及应用研究

摘 要

含砂雾封层是一种有效的道路预防性养护技术，目前国内主要采用的是国外技术材料，为推进此项技术在我国的大面积推广应用，抚顺石油化工研究院自主研发了含砂雾封层高粘改性乳化沥青材料及其应用技术，在价格和性能上均优于国外含砂雾封层技术。

关键词

含砂雾封层 | 乳化沥青 | 高粘改性 | 湿轮磨耗

雾封层(fogseal)是一种有效的沥青路面预防性养护技术，经历了纯乳化沥青雾封层、乳化沥青细砂同步雾封层、三明治式乳化沥青细砂同步雾封层和含砂雾封层四个阶段。

纯乳化沥青雾封层是将普通乳化沥青喷洒在旧路面上形成薄层，缺点是易泛油，构造深度低，摩擦系数小，抗滑性能差，行车不安全。

乳化沥青细砂同步雾封层是利用同步碎石喷洒车，在喷洒普通乳化沥青的同时将细砂等防滑材料撒在乳化沥青层上，细砂只是局部粘在沥青膜表面，由于普通乳化沥青的蒸发残余物粘结力弱，对细砂握裹力小，细砂很容易被车轮磨掉，只能为路面提供临时的构造深度和抗滑效果，最终抗滑性差。

三明治式乳化沥青细砂同步雾封层是在乳化沥青细砂同步喷洒之后再喷洒一层普通乳化沥青。

由于普通乳化沥青黏度小，对细砂握裹力弱，上层乳化沥青最终也流淌至砂粒底部，细砂仍被磨掉。

如果乳化沥青足够多，细砂完全浸在沥青膜中，虽然不会被磨掉，但同纯乳化沥青雾封层一样，泛油，构造深度小，抗滑性差。

含砂雾封层是将细砂等防滑材料与特制的高粘改性乳化沥青混合后喷洒到旧路面上形成薄层，乳化沥青材料黏度大，乳化沥青蒸发残余物粘结力强，对砂握裹力大，能与细砂均匀混合喷洒到路面上，细砂被完全包裹在沥青里不易被车轮磨掉，能长时间地保持路面的摩擦系数和构造探度在安全范围之内，具有较好的抗滑性。

通过雾封层的发展可以看出，采用普通乳化沥青，无论怎样改善施工工艺也不能达到理想的效果，只有乳化沥青材料的进步才能带动雾封层技术的进步。

含砂雾封层为道路迅速提供了一个黑色如新的表面，能封闭和修复路面微小裂缝、防止路表水下渗，增加路表沥青的粘附力、稳定松散集料，延长路面使用寿命。

含砂雾封层适用于路面结构没有明显破坏、有微小裂缝或网裂、渗水、贫油、沥青老化、轻度骨料松散损失的沥青路面养护[1-3]，由于其层超薄，约1mm,特别适用于路面重量和厚度受到限制的桥梁和隧道养护。

目前含砂雾封层预防性养护技术得到了广泛应用，世界上有超过60个国家和地区的道路预防性养护使用该技术，用料量超过26X10^4t。

目前国内主要采用的是国外含砂雾封层技术材料，为推进此项技术在我国的大面积推广应用，抚研院自主研发了含砂雾封层高粘改性乳化沥青材料及其应用技术，在价格和性能上均优于国外含砂雾封层技术。

含砂雾封层用乳化沥青的开发

乳化沥青的黏度

在喷洒车储罐内，含砂雾封层用乳化沥青与密度较大的砂子要能均匀混合不分层，否则砂子沉降堵喷嘴，乳化沥青混合料喷洒不出来。

根据STOKES公式，在砂子粒径、砂子与乳化沥青密度相对固定的情况下，只有提高乳化沥青的黏度才能减小砂子在乳化沥青中的沉降速率。

抚研院通过加人特殊的增稠剂成功研制出了高粘改性乳化沥青，黏度比普通乳化沥青提升I000倍以上，最高可达200Pa·s多，具体黏度可根据需要调整，如图1所示。

除用于含砂雾封层外，这种高粘改性乳化沥青常温下挤人道路裂缝中可作为嵌缝胶使用，与热嵌缝胶相比，具有方便快捷的特点；高粘乳化沥青与矿料拌和均匀不流淌，乳化沥青对矿料的粘附性好，裹附面积达100%,可作为冷再生、常温冷补料和稀浆封层用。

含砂乳化沥青混合料的储存稳定性

将100份高粘改性乳化沥青与30份表1中的砂子拌和均匀，装入带有上、下支管的玻璃管中竖直静置，测得含砂乳化沥青混合料储存1d和5d后上、下两部分混合料的蒸发残余物质量差值，即为混合料的储存稳定性。

如表2所示，抚研院研发的含砂乳化沥青混合料的储存稳定性比国外同类产品SM含砂混合料的稳定性好，砂子在这种高粘改性乳化沥青中几乎不沉降，有利于含砂雾封层的喷洒应用。

乳化沥青的长期储存稳定性

乳化沥青在性能稳定的情况下储存的时间越长越好。

而乳化沥青是一种热力学不稳定体系，长期储存后通常会出现油水分离、沥青微粒聚集变大、破乳的现象，导致施工和路用性能变差。

抚研院所制备的含砂雾封层用高粘改性乳化沥青，在密封、5~25"C的温度下储存1a后，外观无变化、均匀、未破乳。

利用激光粒度仪测得乳化沥青储存1a前、后的粒径，与1a前相比，乳化沥青微粒粒径几乎没聚集变大，粒径分布曲线几乎与1a前重合，粒径大多在1~2µm左右呈正态分布，见图 2。

乳化沥青长期储存稳定性的提升，使乳化沥青在施工应用上取得突破，例如，除用于含砂雾封层外，还可随用随取与石料拌和作为常温冷补料使用。

路用性能

湿轮磨耗试验是用一定重量的橡胶轮在浸水沥青混合料试件上反复摩擦700余次，模仿刹车状态的汽车轮胎对浸水路面的磨耗，然后称量试件被磨掉的质量。

湿轮磨耗值反映了含砂雾封层沥青混合料成型试件的抗水损害性、抗磨耗性及对底层的粘附性。

为了提高成型的含砂雾封层的路用性能，加人了特殊的改性剂。

由表3可知，改性后乳化沥青蒸发残余物的针入度下降、软化点大幅上升、60'C黏度提高10多倍，含砂雾封层成型试件湿轮磨耗值显著降低，其抗高温变形性、对细砂和对底层路面的粘附性、抗磨耗性和抗水损害性大大提高。

除对比样品一国外SM含砂雾封层用乳化沥青的60°C动力黏度因杂质多无法测量而无法进行比较外，本产品的软化点、湿轮磨耗值均优千国外SM含砂雾封层，见表3和图3。

含砂雾封层应用

分别利用小型及大型喷洒车和在旧沥青路面上进行了含砂雾封层乳化沥青混合料的喷洒试验，见图4、图5。

试验中乳化沥青与砂能够均匀拌和，在长时间搅拌和喷洒过程中不破乳，不分层，机械稳定性好，含砂乳化沥青混合料能均匀顺利地喷洒到路面上，几分钟后混合料破乳，由棕色变成黑色，1~2h即可形成初步强度开放交通。

分别考察了含砂量、含砂雾封层厚度和施工方式对含砂雾封层摩擦系数的影响，结果见图 6~8。

由图6可知，含砂雾封层的摩擦系数比纯沥青雾封层大，且随着含砂量的增加而增加；由图7可知，含砂雾封层厚度增加，摩擦系数减小；由图8可知，在含砂雾封层总厚度一定的情况下，分两次喷洒的含砂雾封层摩擦系数比一次喷洒完的摩擦系数大，分两次喷洒的含砂雾封层摩擦系数超过原旧路面的摩擦系数。

结论

抚研院制备的含砂雾封层用乳化沥青性能稳定、黏度大，蒸发残余物粘结性强，可长期储存不变质，能与密度较大的砂子均匀拌和顺利喷洒，混合料的抗水损害性、抗磨耗性好，各项性能均可与国外同类含砂雾封层产品相媲美，摩擦系数大，行车安全，具有很好的应用前景。

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