淺談乳化瀝青在公路工程中的應用.docx

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淺談乳化瀝青在公路工程中的應用［摘要］公路是當前我國城市道路交通系統(tǒng)中的一種主要交通形式，其承載了我國人民日常出行和工作的大多數(shù)需求，因此公路路面的質量對于人們的出行安全及國家交通效率都具有不可替代的重要影響。乳化瀝青是一種性能優(yōu)異的瀝青材料，將其應用于公路工程中，有助于提升公路工程的施工效率，延長公路的使用壽命。鑒于此，本文闡釋乳化瀝青材料的制備及相關要求，分析乳化瀝青在公路小修保養(yǎng)預防性養(yǎng)護中的應用，并探討相關注意事項，希望能夠給相關操作人員帶來一定的參考和幫助。近些年，我國公路建設的規(guī)模和數(shù)量不斷擴大，里程位于世界前列，國家公路路網(wǎng)基本形成，同時公路建設也實現(xiàn)了建、養(yǎng)、管一體化發(fā)展，這意味著公路運行的安全性和穩(wěn)定性受到了高度的重視和關注。但我國大部分公路的等級都相對較低，所以會受到交通荷載和自然環(huán)境等因素的干擾，表面會出現(xiàn)各種細小的裂縫，如果這些縫隙沒有得到及時有效的處理，那么就有可能不斷加深，最終破壞公路的路基結構，威脅到行車的安全，縮短公路的使用年限。1乳化瀝青材料的制備及相關要求乳化瀝青是以瀝青和乳化劑作為主要原材料的液態(tài)瀝青，其自身具有水包油或油包水的特點，涉及乳化劑、穩(wěn)定劑水等不同的成分，在溫度正常的情況下，乳化瀝青的黏度較低，而且流動性較好，是較為理想的道路建筑施工材料。其中，瀝青是乳化瀝青最為核心的原材料，所以其自身的質量也直接影響甚至決定著乳化瀝青的性能；穩(wěn)定劑具有良好的儲存穩(wěn)定性，可以實現(xiàn)后續(xù)的有效凝固；而乳化劑決定了乳化瀝青的效益?？偟膩碚f，乳化瀝青在道路工程養(yǎng)護和升級中所發(fā)揮的作用是尤為突出的，相較于傳統(tǒng)的瀝青來講，這一新型的建筑材料更加安全、節(jié)能環(huán)保，能夠有效避免有毒有害物質和氣體的排放［1］。1.1乳化瀝青的改性原理及要求對于大部分公路而言，普通瀝青材料的黏性、密閉性及強度等能夠滿足其使用要求，但是對于國內的公路而言，由于其在日常的使用過程中需要承擔大量的車流量和部分重量較大的貨車等交通載具的通行要求，因此公路瀝青路面的表面強度、硬度及抗壓能力等都需要達到更高的水平才能夠確保交通安全。而正是在這種使用需求進一步提高的情況下，研究人員對普通瀝青材料進行了乳化和改性研究，最終成功研制出乳化瀝青材料并很好地為我國公路現(xiàn)代化建設提供了幫助［2］。其中，改性是制備乳化瀝青材料的一個重要步驟和關鍵環(huán)節(jié)，它不是簡單地改變?yōu)r青材料的性能，而是按照一定的設計比例向原材料中加入具有不同功能的高分子聚合物，這樣便能夠根據(jù)工程項目對材料的實際使用需求進行定向的改性與優(yōu)化。大部分高分子聚合物在改性的過程中都以乳狀液態(tài)的形式存在，并且其作用大多是作為基料和改性劑，然而在實際的制備過程中還需要通過摻入適量的分散穩(wěn)定劑使制備所得的改性材料性能更加穩(wěn)定，在此過程中加入的多種微量元素主要用于確保制備的改性材料能夠適應大部分公路所處的高溫高壓等環(huán)境。 1.2改性瀝青的乳化原理及制備要求由于在改性過程中所加入的高分子聚合物大多以聚集狀存在于混合料中，而混合料中各成分的分布不均勻，將會造成材料綜合性能和質量在一定的外部條件壓力下發(fā)生不可控的變化，這對于保持現(xiàn)代化公路路面的平整性、穩(wěn)定性以及保障其使用壽命等會產生不良的影響。因此，在改性瀝青材料的乳化階段，首先需要按照高分子聚合物的溶解要求，向混合材料中加入助溶劑來提高高分子聚合物的溶解度。同時，在高分子聚合物溶解的過程中，需要通過外部物理加壓的方式使高分子聚合物的微粒變得更加細小、分散、均勻，最終依靠瀝青材料自身的流動性和黏性固定在混合料中的相應位置，形成網(wǎng)狀的組織結構。這種網(wǎng)狀微粒結構的存在，能夠大幅度提高改性瀝青各方面性能的穩(wěn)定性和整體的材料強度，并且在實際使用過程中易于成型和加工，對于高溫和潮濕等不良使用環(huán)境的抵抗能力也會隨之而得到一定程度的增強［3］。1.3乳化瀝青材料的制備形成過程由于瀝青材料自身的冷卻凝固性等特點的影響，在制備乳化瀝青材料的過程中，研究人員需要綜合考慮混合料的物理性能和化學性能是否會隨著加工工藝及摻入的其他材料種類不同而發(fā)生變化，這種微觀性能的變化可能對公路路面質量和使用安全有一定的影響。通常在制備乳化瀝青材料時，會同時進行改性和乳化兩個關鍵環(huán)節(jié)，這樣一方面能夠大幅度壓縮材料的制備所消耗的工期，另一方面也能夠確保在某一個制備流程中出現(xiàn)瑕疵時可以在另一個制備流程中進行彌補，以此來減少制備過程中混合瀝青料質量和性能等方面出現(xiàn)的損失。另外，為了保證制備獲得的乳化瀝青材料能夠具有較高的綜合性能和良好的目標性能，在選擇原材料和進行摻入比例設計的過程中需要嚴格按照規(guī)范制備標準來完成。常用的乳化瀝青制備原材料包括氯丁乳膠、丁苯與瀝青乳膠等。2分析公路預防性養(yǎng)護的重要價值2.1公路預防性養(yǎng)護的主要目的公路預防性養(yǎng)護主要集中在公路路面病害發(fā)生的初期，通過預防性處理和修復來控制路面病害的進一步發(fā)展，延緩路面病害的進程。當下，公路路面的施工材料主要是瀝青，針對瀝青路面所采取的預防性養(yǎng)護措施，主要包括裂縫填充、熱拌瀝青混合料、乳化瀝青封面等。根據(jù)相關調查可知，公路在經(jīng)過3～4次的預防性養(yǎng)護之后，壽命會得到10年左右的延伸，后續(xù)的養(yǎng)護費用會大大降低，養(yǎng)護的流程也會有所簡化。近年來，我國公路建設的確取得了較為明顯的進步和成效，但設計標準與發(fā)達國家之間仍舊存在明顯的差距，我國的公路設計標準大多是8～15年，而美國的公路設計標準是20年。另外，在道路施工的過程中，有相當一部分施工單位沒有控制好施工的質量，瀝青公路的級配、含油量無法滿足操作的基本要求，導致路面的防水性有所不足。在公路運輸?shù)臅r候，車輛超載的現(xiàn)象時有發(fā)生，所以新建公路的路面病害現(xiàn)象就變得更加明顯。據(jù)交通道路管理部門統(tǒng)計，國內五成以上的公路在使用2～3年后都會出現(xiàn)不同程度的裂縫，橋頭跳車的問題也層出不窮。以上這些也足以說明，預防性養(yǎng)護的作用不容忽視。預防性養(yǎng)護針對的是出現(xiàn)輕微病害或者沒有發(fā)生損害的公路，所以也主要集中在路面養(yǎng)護上。 2.2分析公路預防性養(yǎng)護和傳統(tǒng)公路養(yǎng)護之間的區(qū)別傳統(tǒng)的養(yǎng)護工作主要集中在已經(jīng)出現(xiàn)明顯病害或者已經(jīng)喪失部分服務功能的公路上，采取的措施也具有明顯的恢復性特點，較為常見的是通過加固地基來緩解路基的沉降現(xiàn)象。在這種作業(yè)條件下開展養(yǎng)護工作，會涉及兩個重要的問題：第一，如果公路已經(jīng)出現(xiàn)了較為嚴重的病害，那么其正常運行必然會受到明顯的干擾，養(yǎng)護的成本也會有所增加；第二，如果在公路病害剛剛發(fā)展的時候采取養(yǎng)護措施，可以起到適當?shù)难泳徸饔?，延長公路的使用壽命，但對于那些已經(jīng)出現(xiàn)并產生不良影響的問題只能采取修復措施，對于一些破壞較為嚴重的區(qū)域卻無法進行修補，最終破壞公路的整體結構。預防性養(yǎng)護是一種新型的公路維修理念，主要用于公路良好運行期或者病害發(fā)展初期，目的在于控制病害的進一步發(fā)展，降低公路的養(yǎng)護成本。預防性養(yǎng)護具有主動性的特點，核心原則體現(xiàn)在防患于未然上，能夠最大限度地緩解公路路況的惡化，具有明顯的周期性和系統(tǒng)性特點。3乳化瀝青在公路小修保養(yǎng)預防性養(yǎng)護中的應用3.1小型路面裂縫修補裂縫是瀝青公路較為常見的病害，自身的形狀也多種多樣，包括橫向、縱向、網(wǎng)狀和其他不規(guī)則的裂縫。之所以會出現(xiàn)這一問題，主要的原因包括路面自身的老化，瀝青抗壓強度較低，實際荷載與設計荷載之間的落差過大，公路排水系統(tǒng)不夠完善，等等。其中，公路排水系統(tǒng)的欠缺會使雨水滲透到地基工程中，造成路基的不均勻沉降，產生一定程度的塑性變形，破壞公路的結構。在裂縫修補的時候，施工人員應當按照裂縫的范圍來選擇不同的處理方法。對于5mm以內的裂縫，施工人員應當先清理裂縫，用5MPa的氣壓對著裂縫處，由一端緩慢吹到另外一端，清除裂縫中的雜物或者碎屑，然后使用扁嘴壺，從一端開始緩慢灌注乳化瀝青，直到乳化瀝青填滿整個裂縫，然后再以細碎石和細沙進行填充，等到完全干涸之后再恢復公路的正常通行［4］。對于5mm以上的裂縫，施工人員應當先使用氣泵把裂縫中的雜物吸出來，或使用扁鐵片清除裂縫內規(guī)格較大的雜物，然后用5mm以下的碎石和沙石，分比例配制乳化瀝青，將乳化瀝青的用量控制在17%以上、27%以下，并展開均勻攪拌，攪拌完畢之后倒入裂縫中，用鋼板完成夯實工作。如果公路的裂縫依然較大，施工人員也可以采用分層填補的方法來解決問題。3.2大規(guī)模裂縫養(yǎng)護處理 大規(guī)模裂縫的養(yǎng)護處理主要以公路小修保養(yǎng)中的網(wǎng)狀裂縫和不規(guī)則裂縫為重點對象，這兩種裂縫對公路路面的損害程度相對較低，但卻具有擴散速度快、危害期長的特點，能夠在后期造成較大規(guī)模的病害。所以，對局部或者大規(guī)模裂縫進行養(yǎng)護處理，能夠有效降低路面破壞后的修補成本。在具體操作的過程中，養(yǎng)護人員可以在上述裂縫產生的初期，使用小型灑布機展開維護工作，延長路面的使用壽命。在這里，小型灑布機能夠滿足小規(guī)模和大規(guī)模裂縫處理的多樣化需求，具有明顯的靈活性特點，當設備使用完畢之后，養(yǎng)護人員應當立即噴灑乳化瀝青，這樣可以讓石屑與路面的結合效果變得更加完好。這一操作方法能夠大大降低勞動力的消耗，在實踐的過程中，只需要使用六個人，一個人負責清掃現(xiàn)場的路面，兩個人負責噴灑乳化瀝青，兩個人負責撒石屑，剩下一人負責維護現(xiàn)場的秩序。由于噴灑作業(yè)需要借助人為的力量，所以乳化瀝青漿液用量的控制是直接性的，這既可以保證養(yǎng)護處理的均勻和平衡，而且還保證了撒石屑作業(yè)的及時性。3.3碎石封層操作人員應當先在公路表面層的顆粒中加入適量的乳化瀝青，然后在上面撒一層單粒徑骨顆粒，在乳化瀝青干燥之后，利用碾路機對路面進行碾壓。當封層結束以后，操作人員應當把碎石封層和原路面多出的油量一并滲入路面裂縫處，這樣也可以達到修補的要求。3.4稀漿封層稀漿封層需要用到乳化瀝青、礦粉和砂漿等材料，形成冷拌瀝青混合料，主要集中使用于公路路面封層，這一操作能夠提高頂層的防水能力，讓公路的路面變得更加平整光潔。由于乳化瀝青本身具有無毒無害的特點，不會對周圍的環(huán)境造成污染，所以稀漿封層的應用也較為廣泛。在操作的過程中，相關主體應當使用級配并且耐磨性較為優(yōu)越的材料，這樣才可以保證混料的顆粒與路面的基層有效黏合在一起。3.5公路微表處理乳化瀝青較常應用于公路養(yǎng)護的微表處，可以讓公路的防滑性能大大提升，防止水分的滲透，延緩公路的老化現(xiàn)象，延長路面的使用時間。在具體操作過程中，微表處是用來填補車轍裂縫的，而操作人員在其中加入乳化瀝青，可以讓車輛的通行變得更加迅捷［5］。微表處施工所使用的乳化瀝青是通過聚合物改造得來的。除此之外，操作人員應當重點觀察乳化瀝青與砂石骨料之間的混合問題，要盡量避免出現(xiàn)松散的現(xiàn)象，這樣才可以防止水分與瀝青的相互脫離，為后續(xù)的施工奠定堅實的基礎。也就是說，操作人員應當充分認識乳化瀝青的特征，要選擇質量較好的瀝青和砂石。4結束語總的來說，乳化瀝青在公路工程保養(yǎng)預防性養(yǎng)護中的應用符合基礎工程設施節(jié)能環(huán)保的特點，而且也順應我國環(huán)境建設的主流方向，是十分合理且必要的舉動。本文從小型路面裂縫修補、大規(guī)模路面裂縫修補、碎石封層、稀漿封層、公路微表處理這幾個方面論述了乳化瀝青在基礎工程施工中的具體應用，充分結合了乳化瀝青自身的特點，也凸顯了公路預防性養(yǎng)護的重要性，具有理論上的合理性與實踐上的可行性。