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【摘 要】本文通过试验揭示了乳化对基质沥青延度、软化点、针入度、粘度以及抗老化性能的影响，分析了水对沥青和集料结合力的影响，找出了微表处设计使用寿命较短的原因。
【关键词】微表处；设计使用寿命；稀浆工艺
【Abstract】This revealed by experiments on emulsified asphalt ductility， softening point， penetration， viscosity， and the anti-aging properties， analysis of the water on the asphalt and aggregate binding force of the impact， identify the micro-surfacing design life short reasons.
【Key words】Micro-surfacing；Design life；Slurry process
1. 前言
热拌热铺沥青路面的设计使用寿命为10～15年，而微表处的设计使用寿命为2～3年，相比要短得多。在对热拌热铺沥青路面和微表处的施工过程进行对比后发现，它们的根本区别在于施工工艺不同，进而导致使用的结合料不同。热拌热铺沥青路面使用的是热沥青，而微表处使用的是改性乳化沥青，稀浆混合料摊铺后改性乳化沥青破乳还原成沥青，准确的讲变成改性乳化沥青残留物。那么，微表处使用寿命较短的原因可能是改性乳化沥青残留物和基质沥青性质的不同所致。另外，热拌热铺沥青路面是在无水状态下施工的，而微表处是在有水状态下施工的。这也可能是影响微表处使用寿命的因素。
2. 乳化对沥青性能的影响
在生产乳化沥青时乳化剂的选择十分关键。乳化剂和基质沥青存在配伍性问题，必须通过试验合格才能使用。沥青乳液的形成是一个物理过程，乳化剂作为沥青乳化技术中的关键材料之所以能对沥青起到乳化作用是因为其分子中具有极性的亲水基和非极性的亲油基；能显著降低表面张力而使（油）液（水）液之间有较好的相溶性。很明显，乳化剂的这种作用完全是物理作用。这就是说在沥青乳化过程中不应该发生化学反应而引起沥青性质的变化。然而，在沥青被乳化的过程中，存在的突出问题是许多乳化剂对基质沥青的技术性能会造成损害。
2.1 沥青乳化对延度的影响。
如表1所示，是我国目前经常使用的一些乳化剂对沥青延度影响的试验结果。
《公路沥青路面施工技术规范》（JTGF40-2004）对道路石油沥青的技术要求和道路用乳化沥青技术要求的规定，也可以看出同样的问题。其中规定道路用乳化沥青蒸发残留物15℃延度不小于40cm，而适合于制作乳化沥青的基质沥青最低标号90#石油沥青15℃延度不小于50cm，其它标号的石油沥青15℃延度分别为60cm和80cm。从上述数据和规范规定说明目前我国所使用的沥青乳化剂绝大多数会对沥青的延度造成损害，有的损害还相当大。
2.2 沥青乳化对软化点的影响。
从表2中可以看出，目前我国所使用的沥青乳化剂绝大多数会造成沥青的软化点升高。
2.3 沥青乳化对针入度的影响。
表3显示，目前我国所使用的沥青乳化剂都会造成沥青的针入度降低。
2.4 沥青乳化对粘度的影响。
从表4中可以看出，目前我国所使用的沥青乳化剂都会造成沥青的粘度升高。
2.5 沥青乳化对粘附性的影响。
表5显示，目前我国所使用的沥青乳化剂都会造成沥青的粘附性降低。
综合表1～5可知，基质沥青乳化后乳化沥青蒸发残留物和基质沥青相比普遍存在延度减小、软化点升高、针入度降低、粘度升高、粘结性和粘附性降低的现象，这是沥青老化的表现，乳化剂对基质沥青的性能造成全面的很大的损害。
3. 改性乳化沥青的耐老化性能
为了提高乳化沥青残留物的性能，现行规范规定微表处必须使用经过改性的乳化沥青。
为了考察改性乳化沥青的耐老化性能，分别用基质沥青（130℃）及其改性乳化沥青和相同的集料拌和，待稀浆混合料水分风干后分别做沥青混合料加速老化实验。实验结果如表6所示。
由表6可以看出，虽然乳化沥青改性后延度、针入度、粘度和粘附性等级指标得到了改善，但改性乳化沥青蒸发残留物比没有改性的基质沥青的老化速度快得多，粘附性等级也低得多。
4. 稀浆工艺中水对沥青混合料性能的影响
稀浆工艺是在有水的常温状态下施工的，而热拌热铺工艺是在无水的高温状态下施工的。
水是一种极性液体，矿物中各种矿物成分虽多且很复杂，但总体上来看也都是极性的，极性吸附剂容易吸附极性吸附质，因为矿料与水的接触角比较小，导致水比沥青先吸附在矿物的表面形成水膜，影响沥青和矿物的吸附。由于矿物的成分不同、结构有异，因此水在矿物表面的铺展程度也是不同的。
水与矿物都属于无机物的范畴，因而可以用离子极化理论对水在矿料上的铺展程度作如下解释：水是极性分子，在电场作用下将会发生变形。矿料中由于晶体结构的存在，致使矿料表面具有很大的极性。再加上水分子的极性比沥青的极性大得多，因而水与矿料表面的极性差就小于沥青与矿料表面的极性差。由物理化学可知，极性差越小的两种物质，越容易发生各种物理化学作用。因此，水与矿料表面的吸附作用就比沥青与矿料表面的吸附作用要强，即水分子易于从矿料表面挤走沥青分子而与矿料表面发生吸附。
在稀浆混合料体系中水与矿料首先发生吸附，而后乳化沥青破乳逐步在裹满水膜的矿料的外围形成沥青膜，把水分裹在其中并且长期不能挥发。因此，由于水分的存在降低了沥青与矿料的吸附，进而降低微表处的使用寿命。
5. 结语
微表处设计使用寿命较短的原因有：
（1）基质沥青通过乳化对其性能损害很大。
（2）对乳化沥青进行改性虽然提高了改性乳化沥青蒸发残留物的某些性能指标值，但老化速度仍然比较快，其耐老化性能不如基质沥青。
（3）稀浆工艺由于水的存在，降低了沥青与矿料的粘附性，进而大幅度缩短了微表处的使用寿命。
通过对微表处设计使用寿命较短的机理研究，为改进微表处的施工工艺，延长使用寿命打下良好的基础。
参考文献
[1] 中华人民共和国交通部.（JTG/TF40-02-2005）微表处和稀浆封层技术指南[S] .北京∶人民交通出版社，2005.
[2] 虎增富，等.乳化沥青及稀浆封层技术[M].北京∶人民交通出版社，2001.
[3] 姜云焕，等.改性稀浆封层施工技术[M]河北：石油工业出版社，2001.
[文章编号]1619-2737（2015）11-07-322
[作者简介] 钟玉新（1969-），男，籍贯：安徽池州人，学历：本科，职称：高级工程师，长期从事公路工程技术与管理工作。
【关键词】微表处；设计使用寿命；稀浆工艺
【Abstract】This revealed by experiments on emulsified asphalt ductility， softening point， penetration， viscosity， and the anti-aging properties， analysis of the water on the asphalt and aggregate binding force of the impact， identify the micro-surfacing design life short reasons.
【Key words】Micro-surfacing；Design life；Slurry process
1. 前言
热拌热铺沥青路面的设计使用寿命为10～15年，而微表处的设计使用寿命为2～3年，相比要短得多。在对热拌热铺沥青路面和微表处的施工过程进行对比后发现，它们的根本区别在于施工工艺不同，进而导致使用的结合料不同。热拌热铺沥青路面使用的是热沥青，而微表处使用的是改性乳化沥青，稀浆混合料摊铺后改性乳化沥青破乳还原成沥青，准确的讲变成改性乳化沥青残留物。那么，微表处使用寿命较短的原因可能是改性乳化沥青残留物和基质沥青性质的不同所致。另外，热拌热铺沥青路面是在无水状态下施工的，而微表处是在有水状态下施工的。这也可能是影响微表处使用寿命的因素。
2. 乳化对沥青性能的影响
在生产乳化沥青时乳化剂的选择十分关键。乳化剂和基质沥青存在配伍性问题，必须通过试验合格才能使用。沥青乳液的形成是一个物理过程，乳化剂作为沥青乳化技术中的关键材料之所以能对沥青起到乳化作用是因为其分子中具有极性的亲水基和非极性的亲油基；能显著降低表面张力而使（油）液（水）液之间有较好的相溶性。很明显，乳化剂的这种作用完全是物理作用。这就是说在沥青乳化过程中不应该发生化学反应而引起沥青性质的变化。然而，在沥青被乳化的过程中，存在的突出问题是许多乳化剂对基质沥青的技术性能会造成损害。
2.1 沥青乳化对延度的影响。
如表1所示，是我国目前经常使用的一些乳化剂对沥青延度影响的试验结果。
《公路沥青路面施工技术规范》（JTGF40-2004）对道路石油沥青的技术要求和道路用乳化沥青技术要求的规定，也可以看出同样的问题。其中规定道路用乳化沥青蒸发残留物15℃延度不小于40cm，而适合于制作乳化沥青的基质沥青最低标号90#石油沥青15℃延度不小于50cm，其它标号的石油沥青15℃延度分别为60cm和80cm。从上述数据和规范规定说明目前我国所使用的沥青乳化剂绝大多数会对沥青的延度造成损害，有的损害还相当大。
2.2 沥青乳化对软化点的影响。
从表2中可以看出，目前我国所使用的沥青乳化剂绝大多数会造成沥青的软化点升高。
2.3 沥青乳化对针入度的影响。
表3显示，目前我国所使用的沥青乳化剂都会造成沥青的针入度降低。
2.4 沥青乳化对粘度的影响。
从表4中可以看出，目前我国所使用的沥青乳化剂都会造成沥青的粘度升高。
2.5 沥青乳化对粘附性的影响。
表5显示，目前我国所使用的沥青乳化剂都会造成沥青的粘附性降低。
综合表1～5可知，基质沥青乳化后乳化沥青蒸发残留物和基质沥青相比普遍存在延度减小、软化点升高、针入度降低、粘度升高、粘结性和粘附性降低的现象，这是沥青老化的表现，乳化剂对基质沥青的性能造成全面的很大的损害。
3. 改性乳化沥青的耐老化性能
为了提高乳化沥青残留物的性能，现行规范规定微表处必须使用经过改性的乳化沥青。
为了考察改性乳化沥青的耐老化性能，分别用基质沥青（130℃）及其改性乳化沥青和相同的集料拌和，待稀浆混合料水分风干后分别做沥青混合料加速老化实验。实验结果如表6所示。
由表6可以看出，虽然乳化沥青改性后延度、针入度、粘度和粘附性等级指标得到了改善，但改性乳化沥青蒸发残留物比没有改性的基质沥青的老化速度快得多，粘附性等级也低得多。
4. 稀浆工艺中水对沥青混合料性能的影响
稀浆工艺是在有水的常温状态下施工的，而热拌热铺工艺是在无水的高温状态下施工的。
水是一种极性液体，矿物中各种矿物成分虽多且很复杂，但总体上来看也都是极性的，极性吸附剂容易吸附极性吸附质，因为矿料与水的接触角比较小，导致水比沥青先吸附在矿物的表面形成水膜，影响沥青和矿物的吸附。由于矿物的成分不同、结构有异，因此水在矿物表面的铺展程度也是不同的。
水与矿物都属于无机物的范畴，因而可以用离子极化理论对水在矿料上的铺展程度作如下解释：水是极性分子，在电场作用下将会发生变形。矿料中由于晶体结构的存在，致使矿料表面具有很大的极性。再加上水分子的极性比沥青的极性大得多，因而水与矿料表面的极性差就小于沥青与矿料表面的极性差。由物理化学可知，极性差越小的两种物质，越容易发生各种物理化学作用。因此，水与矿料表面的吸附作用就比沥青与矿料表面的吸附作用要强，即水分子易于从矿料表面挤走沥青分子而与矿料表面发生吸附。
在稀浆混合料体系中水与矿料首先发生吸附，而后乳化沥青破乳逐步在裹满水膜的矿料的外围形成沥青膜，把水分裹在其中并且长期不能挥发。因此，由于水分的存在降低了沥青与矿料的吸附，进而降低微表处的使用寿命。
5. 结语
微表处设计使用寿命较短的原因有：
（1）基质沥青通过乳化对其性能损害很大。
（2）对乳化沥青进行改性虽然提高了改性乳化沥青蒸发残留物的某些性能指标值，但老化速度仍然比较快，其耐老化性能不如基质沥青。
（3）稀浆工艺由于水的存在，降低了沥青与矿料的粘附性，进而大幅度缩短了微表处的使用寿命。
通过对微表处设计使用寿命较短的机理研究，为改进微表处的施工工艺，延长使用寿命打下良好的基础。
参考文献
[1] 中华人民共和国交通部.（JTG/TF40-02-2005）微表处和稀浆封层技术指南[S] .北京∶人民交通出版社，2005.
[2] 虎增富，等.乳化沥青及稀浆封层技术[M].北京∶人民交通出版社，2001.
[3] 姜云焕，等.改性稀浆封层施工技术[M]河北：石油工业出版社，2001.
[文章编号]1619-2737（2015）11-07-322
[作者简介] 钟玉新（1969-），男，籍贯：安徽池州人，学历：本科，职称：高级工程师，长期从事公路工程技术与管理工作。