沥青透层怎么计算(基于乳化沥青颗粒平均粒径的透层油性能评价方法)

文章来源：微信公众号”沥青路面“

透层油在沥青混凝土路面中起着重要的层间结合作用。我国《公路沥青路面施工技术规范》(以下简称《规范》)中规定：沥青混凝土路面各类基层都必须喷洒透层油，并且要求渗透深度不小于5mm，以起到固结、稳定、联结、防水的作用。在国外，透层油主要用于非稳定类粒料基层，要求采用中凝液体沥青和乳化沥青，渗入未处治基层材料至足够的深度，以起到联结基层和面层的作用。Mohand，Gour等采用对6种透层油进行了试验，测试了沥青的强度和渗透性能，对透层油的渗透性能进行了评价，用以指导选择透层油的类型。KucharekAs等在不同的含水量和压实条件下，用不同矿物的改性砂渗透试验来评价透层油的渗透深度和渗透时间，认为即时渗透和过一段时间的渗透效果都非常好。国内普遍采用半刚性基层，乳化沥青作为透层油使用时存在渗透性差，或者稳定性不满足要求的情况。龚陶然通过对乳化沥青粒度分布和Zeta电位情况进行测试，分析了乳化剂种类和用量、pH值以及稳定剂对乳化沥青贮存稳定性的影响机理。赵品晖等研究了乳化沥青粒度与稳定性的影响因素及其相关性，指出乳化沥青平均粒径的大小在一定程度上能够反映乳化沥青的贮存稳定性。陈友萍对半刚性基层透层油乳化沥青的渗透性能进行了多方面的研究，对影响乳化沥青渗透性的各种因素作了较为全面的评价。于丹系统研究了半刚性基层界面分级处理标准和透层油施工工艺标准，确定了基于道路工况分级的透层油质量控制标准。综上所述，国内外的研究主要针对透层油乳化沥青的材料组成、施工工艺等，以实现较好的渗透效果，在如何快速有效地评价透层油乳化沥青的渗透性和稳定性方面则缺乏相应的研究。本文通过分析透层油乳化沥青颗粒平均粒径的大小，探讨乳化沥青颗粒平均粒径与其渗透性、稳定性的关系，为透层油乳化沥青的质量控制提供依据。

透层油乳化沥青的生产

原材料

基质沥青采用国产90号沥青。

乳化剂选取3种不同的阴离子乳化剂，分别为A、B、C；辅助乳化剂选用N，稳定剂选取无机稳定剂X、Y；溶剂选取E；渗透剂选取I；选用氢氧化钠来调节皂液的pH值。制备出3种乳化沥青。3种乳化沥青的配比分别为A配比、B配比、C配比。乳化工艺中的pH值为12，皂液的温度为60℃~70℃，基质沥青的温度在130℃~140℃之间，乳化时间为2min。

透层油乳化沥青的性能指标

用于透层油的乳化沥青主要有3个方面的性能要求，即渗透性、黏结性和储存稳定性。

渗透性能

透层油乳化沥青最主要的路用性能就是渗透性能，具有良好渗透性能的透层油乳化沥青才能发挥出透层油的黏结作用。渗透性能通常采用渗透深度表征。乳化沥青颗粒的大小对渗透性的影响是至关重要的，理论上讲，只有将沥青乳化成极小的颗粒，沥青乳液才能在渗透剂的协助下深入地渗透到半刚性基层中去，且沥青颗粒越小，其渗透效果越好。

储存稳定性

透层油乳化沥青的储存稳定性主要用1d和5d稳定性和平均粒径等参数来表征。

1d和5d稳定性。

根据《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》中试验方法，将大约250ml的乳化沥青缓缓注入稳定管中，静置1d和5d，测定上支管以上部分和下支管以下部分的乳化沥青蒸发残留物含量PA和PB。

对于试验时间的选择，通常采用5d，乳液生产后能在当天使用时，也可采用1d。1d储存稳定性要求满足SS不大于1%，5d储存稳定性要求满足SS不大于5%。

平均粒径。

乳化沥青颗粒平均粒径的大小是表征乳化沥青中沥青微粒大小分布情况的重要参数，单位一般为um。透层油乳化沥青的粒度情况直接影响其存储稳定性和渗透性的好坏，是影响乳化沥青质量的重要参数。

黏结性能

透层油的良好层间黏结性能，可使得面层和基层形成一个整体，实现路面设计中层间接触完全连续的要求，可以显著改善路面结构受力状况，减少沥青混凝土路面病害。为了提高透层油的黏结性能，研究中选择添加改性剂S，制备改性乳化沥青透层油。但改性剂的添加会影响到乳化沥青的稳定性和渗透性，因此对其生产质量要求更高。

本文重点研究透层油的渗透性和储存稳定性，通过室内进行不同配比的透层油乳化沥青5d储存稳定性试验及其在水泥稳定碎石试件上的渗透深度试验，测定其稳定性和渗透深度。采用荧光显微镜观察并计算透层油乳化沥青颗粒平均粒径的大小，研究平均粒径的大小与稳定性能和渗透性能之间的相关性。

透层油乳化沥青颗粒直径的测试方法

采用落射荧光显微镜测定乳化沥青颗粒粒径大小及颗粒均匀性。经多次测定，选择1600倍的放大倍数。具体试验步骤如下：首先将乳化沥青制作载玻片标本，静置于水平试验台2~4h；再将静置好的标本放在荧光显微镜上观察乳化沥青颗粒，并拍出颗粒清晰可见的照片；最后利用软件测定出不少于10个乳化沥青颗粒的大小，并拍摄照片，观察均匀性。

乳化沥青颗粒平均粒径与稳定性的关系试验

可以看出：采用C配比生产乳化沥青，稳定性达到最好。通过显微镜观察乳化沥青的颗粒大小及均匀性，并将其与A配比、B配比进行粒径和均匀性对比。

可以看出：C配比生产的乳化沥青颗粒分散的比较均匀，颗粒大小均匀一致；A配比生产的乳化沥青颗粒大小不够均匀；B配比生产的乳化沥青颗粒较大，颗粒大小也不均匀，产生了很多的凝聚体。

每种乳化沥青测两组粒径，每组10个粒径，然后算得其平均粒径。

可以看出：C配比生产的乳化沥青颗粒平均粒径较小，平均粒径为2.843um；其次是A配比，平均粒径为5.341um；再次为B配比，平均粒径为7.806um，平均粒径大小排序为C配比<A配比<B配比。三者5d储存稳定性大小为C配比<A配比<B配比。由此可以看出乳化沥青颗粒平均粒径越小，颗粒分散的越均匀，其稳定性能也越好。

可以得出，随着乳化沥青平均粒径的增大，乳化沥青的储存稳定性变差。可以看出满足《规范》要求的5d储存稳定性的乳化沥青，其颗粒平均粒径在3~5um之间。

另外，从稳定性最差的Ｂ配比的乳化沥青颗粒粒径大小中可以看出，最大粒径和最小粒径相差比较大，数据的离散性较大。可知乳化沥青颗粒粒径大小的不均匀也会影响其稳定性。

有研究分析，乳化沥青颗粒粒径的大小对乳化沥青的稳定性有重要影响，乳化沥青颗粒越小，乳化沥青的稳定性越好。同时，根据斯托克斯定律，乳液液滴的沉降速率与颗粒尺寸成正比。

因此，乳液的平均粒径越大，乳液的稳定性越差。

乳化沥青颗粒平均粒径与渗透效果的关系试验

由于A、B两组配比的乳化沥青稳定性较差，试验中均在水泥稳定碎石试件上难以渗透，为进一步研究乳化沥青颗粒平均粒径与其渗透效果的关系，接下来以C配比为基础，生产具有高渗透效果的乳化沥青，配比为2.5%C乳化剂+1.0%N乳化剂+1.0%Y稳定剂+10%E溶剂+3%I渗透剂。另外，为了使乳化沥青兼具一定的黏结性，添加改性剂S，选取3种不同改性剂S剂量：2%、2.5%、3%(内掺)，制备S改性沥青取代基质沥青。再以S改性沥青制备改性乳化沥青。

显微镜观察不同剂量S改性乳化沥青颗粒粒径大小。将3种不同改性剂S剂量下制备的改性乳化沥青洒布在水泥稳定碎石基层试件上，洒布量采用1.5L/m2。观察渗透现象，每个剂量下进行两个试件的平行试验。在每一个断面上测量多个点的渗透深度，取平均值。

可以看出，改性剂S剂量在2%和2.5%时，乳化沥青在试件上渗透均匀，并且整个断面都能够看到渗透的乳化沥青，均匀性好；改性剂S剂量在3%时，乳化沥青在试件上的渗透效果不好，渗透深度相对较小，渗透均匀性较差，这是由于添加的S改性剂剂量相对较大，改性乳化沥青的黏度较大所导致。

通过观察渗透试验现象和测量得知，2%、2.5%和3%剂量下渗透深度分别为13.5mm、12mm和8.5mm，对比表中乳化沥青颗粒平均粒径大小，两者具有较好的相关性，随着平均粒径的减小，乳化沥青的渗透深度增加，渗透均匀性更好。

从上述试验结果可以看出，透层油乳化沥青的颗粒平均粒径能够较好地反映其储存稳定性和渗透性，且试验操作简便。而储存稳定性试验和渗透试验则操作复杂，所需时间较长。因此建议可采用乳化沥青的颗粒平均粒径用于快速测定其稳定性和渗透性。经过大量室内试验，以及工厂化生产的高黏结性透层油在试验路的撒布效果观测，为使得其具有良好的储存稳定性和渗透性，建议其平均粒径应小于2~4um。

结语

(1)透层油乳化沥青颗粒平均粒径与其储存稳定性和渗透性均具有良好的相关性，可以采用平均粒径这一指标来评价透层油的性能。其试验操作方法较为简便，可以用于透层油乳化沥青生产过程中的质量快速检测。

(2)经大量的室内试验以及试验路段的使用效果来看，透层油乳化沥青颗粒平均粒径小于2~4um时，其储存稳定性和渗透效果均较好，能够满足《规范》规定的要求。