沥青路面长寿的奥秘

材料牛注：粘结层在构建长寿命的沥青路中具有十分重要的作用，但是由于自身限制并不能实际使用。对于新材料的开发以及对于层间作用的调控，使得粘结层在沥青路面构建中的作用更加简单有效。

专家们一致认为，选择合适粘结层将沥青路与表面涂覆物粘合起来可以有效增大道路的使用寿命。但是在现实中，考虑到沥青路面的长期使用性能，这种方法并不常用。

要想使得沥青道路的使用寿命更长，了解调控好粘结层起到了至关重要的作用。最近的研究强调粘结涂层的重要性，同时新材料的使用正在改变粘结层在这其中的作用。

粘结层是人们都知道的术语，但是键连层也许可以更好地表述出它的功能。键连层的作用就是将沥青层和沥青涂覆物粘结起来。

根据目前沥青道路联盟统计，美国94%公路都是以沥青为涂覆物的。但是如果粘结层的粘结作用不强，新的沥青路面有可能不能使用。

粘结层提供的粘结剂可以将沥青层粘结在基底上，层层提供作用力，将木材薄片粘结起来形成强胶合板。

据纽约州的康奈尔地方道路计划报道，通常情况下，当热拌或冷拌沥青混合料的新沥青层铺好之后，每一块岩石和沙子颗粒的表面都会均匀涂敷上一层沥青。 “最初的薄膜厚度仅是千分之几一英寸的平方。随着时间的推移，阳光硬化表面薄膜，使沥青粘性减小。同时由于交通磨损以及水的作用，表面涂层就会磨损掉。因此在道路使用一两年后，表面的涂敷层会消失，路面暴露出来。

“从这以后，就没有什么可以使新的沥青涂覆物与沥青路面相连接。”康奈尔大学的报告说， “一个粘结层取代了破损的沥青并促进与老路面粘结。”

但是很多地方公路机构不提供详细的粘结层规范，或者不使他们成为一个“付款项目。”他们只是把它留给承包商，谁可能会为一个额外费用关注粘结层或者谁将来会错误地使用他们，他们并不关心。

在承包商完成施工之后，热拌沥青两层之间的弱粘合作用成为许多路面让人头疼的原因。路面的粘合对于路面性能的质量保证至关重要。来自沥青研究所的区域工程师戴夫约翰逊说道。“在应用推荐范围内选择适当粘性涂层材料，提供了必要的路面粘结作用。”

类似于胶合板，沥青路面都是由一层一层组装起来的，并且层层之间的粘合是良好性能的关键。“层层构建沥青路面具有很多的优点，每一层都可以被改造从而具有特定的性能。” 2015年春季报告国家沥青技术中心（NCAT）报道。

正如NCAT中心的研究人员所提到的那样，表面可以设计具有高的摩擦系数，这样就可以提供排水的多孔结构以及消除打滑，同时还可以有效减小轮胎/路面噪音，其他有关表面层的设计主要是抗裂性以及刚性提高等方面。

如果不考虑功能并且层间不粘结在一起，每层之间的界面就会成为整个系统之中的薄弱部分，那么道路的功能就不会和开始预想的一样。虽然我们可以单独构建并修复每一层，但是层层必须组装起来从而承载一定的负重量，这就是粘结层的作用。

如果层层之间结合不充分，在汽车行驶过程中由于摩擦作用就可能开始瓦解。通常层与层之间的差粘结作用主要可以归结为无效滑移，交通加速，减速或转向时此种情况经常会发生，其他弊病包括分层和鳄鱼皮型开裂。

鳄鱼皮型开裂可以被看成是一种自上而下的疲劳损害作用，这种作用最初是从层层之间的界面开始的。NCAT建议，公路机构应该设立在需要改造的常规核心路面，以确定差粘合层在路面恶化中的作用。

粘结层的应用

粘性涂层，一般在涂覆物覆盖之前通过喷洒的方式喷洒在现有沥青或是混凝土路面上，喷洒的目的是得到均匀覆盖在整个表面上的粘结层。通常情况下，这只需要几分钟的时间。

除去表面灰尘或是污垢的影响，车辆不应该在这个表面经过。但实际这样做会导致表面沥青的残留，残留的沥青被追踪到相邻表面，从覆盖的路径铲掉它，最后还污染附近地区。

全面的表面处理是铺设沥青路面的的关键，弗吉尼亚交通部在《沥青现场认证学习指南》中强调。 “对于铺设在现有的沥青层的最顶层结构，该表面应适当制备，坑洼填充，裂缝密封，表面清洗。”弗吉尼亚要求使用粘层以确保现有的路面和新的沥青覆盖之间的粘结，除非有免除说明。

粘结层不应该代替扫地工去除掉道路表面的灰尘和污垢，或是像英国联邦国家一样用水去冲洗粘结层。它添加了粘性涂层材料，通常是沥青乳化液，但也可能是液体沥青。

此外，弗吉尼亚要求喷射杆应在路面上方的合适高度，以提供喷涂材料的双重或三重的重叠。 “其结果是调控喷嘴之间的适量重叠，以及粘结层路面的统一应用。”国家机构发言人这样说道，“粘结性涂层材料应加热到适当的温度，因此，它就有足够的流动性可以喷射出来。

粘结涂层材料

粘结层使用时是不间断的液体沥青，稀释沥青或是沥青乳液的涂覆。乳化剂，水，或是石油常用作稀释剂以产生乳化沥青。

2000年以后，出现了 “削减”沥青转而使用沥青乳剂或液体沥青粘性涂层的趋势。最近，沥青乳剂已经发展了更多更高的性能，比如说可以不与轮胎粘结。

稀释沥青：液体沥青可以被认为是在炼油厂从原料原油除去类似于石脑油以及汽油煤油之后的较轻且具有一定粘度的烃类。

以煤油为例，稀释沥青是由液体沥青以及一个比它轻的烃类稀释物混合而成，因此这种稀释沥青具有更高的流动性并且更适合作为粘结剂材料。目前此种混合沥青比较常用，它所带来的环境问题仍让人十分担心。基于这一点，大多数DOT规格指定粘层材料，应用时通常要求使用稀释沥青乳液。

稀释沥青可以根据石油稀释剂的蒸发速度进行分类，如快速固化（RC），介质固化（MC），和缓慢固化（SC）稀释沥青。

乳化沥青：在另一方面，作为粘结层或是表面处理的沥青乳液是一种具有两种不相溶物质的非均相溶液，油水乳浊液。在此种溶液中，粒子或是液体沥青被水相包围(连续相)。与热沥青溶液相比，沥青乳剂黏度大大降低，可以在较低温度下安全使用。同时也可以较好的对液体沥青进行分散，减少了经济成本。

乳化沥青是将沥青膏小球分散到用少量乳化剂处理的水中得到的。将该分散体系置于一个大的具有强搅拌能力的胶体磨中，利用其中纺丝刀片产生的剪切力将液体沥青剪切成微小的悬浮的微滴，使乳剂以每小时28000加仑的速度形成沥青乳液或是以15000加仑每小时的速度形成用于聚合物改性的沥青乳液。

上文所提到的乳化剂就是常用的表面活性剂（洗涤剂），或具备表面活性的试剂，这种乳化剂可以保持微小的沥青液滴在水内的稳定存在，防止它们聚合。同时乳化剂也控制了“破发”的时候遵循的路径，即水分蒸发位置。这些乳化剂可以被归类为快速设定（RS），中等设置（MS），缓凝（SS）和快速设置（QS）乳剂。

为了确保沥青粘附的位置，乳化剂必须以正确的方式聚集。硅酸盐矿物比如花岗岩，暗色岩和玄武岩的火山岩一般是带负电荷，因此反应时最好使用阳离子（正）乳液; 类似于石灰石或白云石碳酸盐矿物的带正电荷的沉积岩最好与阴离子（负）乳液反应。

无论是哪种方式，稀释沥青或是乳化沥青，在道路建设中，稀释沥青或是乳化沥青中的水灾施工过程中会挥发，留下的是沥青膏体。

改性粘结涂层

新一代改性粘结涂层可以得到效果更好的路面，虽然价格较高，但是更易于应用。

现在已有开发的实验室设备可以用于检测不同粘结涂层的等级，即检测沥青涂覆物与沥青或是混凝土基底之间的粘结力，并且已经证明改性乳液具有较好的性能。比如说，伊利诺伊中心交通发现机构的研究人员发现在直接剪切力测试中，使用聚合物改性的粘合剂增大了在实验室测试中随循环次数增加失败的可能。

制造商们也加入了这场战斗。例如，“增强粘结路面”具有处于涂覆物之下改性粘层的应用，提供了高的粘结能力以及其它增强混合能力。粘性可以是常规的，但通常是一种聚合物改性的沥青乳液。

原文链接：How the bond coat makes for long-lasting roads and how new materials are making it more effective

本文由编辑部尉谷雨提供素材，张涵之编译，赵瑾审核，点我加入材料人编辑部。

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