中国路面的结构形式主要是半刚性基层沥青路面。由于这种路面结构内存在不同种类的空隙，水的冲切和置换作用很容易使集料与沥青剥离，严重影响沥青路面的路用性和耐久性。工程上通常采用稀浆封层、碎石封层和砂封层等预养护措施中国沥青网sinoasphalt.com。稀浆封层在平整度差的基层上容易产生起皮现象，碎石封层也有早期粘结不稳定的缺点。而高粘乳化沥青砂封层具有众多优越性能：①粘结性能良好；②压实度高；③适用范围广；④施工工艺简捷高效；⑤具有良好的经济性。因此在道路工程中正逐渐被推广应用。

但是高粘乳化沥青砂封层的研究还不成熟，对于机制砂和乳化沥青的选择还没有统一的标准，尤其高粘乳化沥青砂封层的渗水标准仍然没有一个定论，无法为施工过程提供有效的指导。鉴于此，该文通过大量的室内外渗水试验对高粘乳化沥青砂封层的渗水特性进行系统的研究。根据室内试验结果在沈阳市苏家屯丹霍线k248+800～k250+200路段铺筑了试验路，以确定最佳机制砂及乳化沥青的种类和洒布量。

乳化沥青砂封层的设计

原材料的选择

乳化沥青砂封层是一种预养护措施，也可用于路面维修，对于大多数中、轻裂缝的处治效果良好，并且受环境影响较小。有关资料表明：这种预养护技术的造价仅为破坏后维修费用的20%，还能延长路面的使用年限。施工工艺采用同步砂封层技术，不仅可以减少施工时间，提高施工效率，还可提前开放交通。

选用的原材料决定了乳化沥青砂封层的质量。砂封层直接承受各种荷载作用，而集料是构成封层结构的主要部分，这就要求集料具有界面干净、强度大等性能。为降低工程成本，路面集料采用的当地生产的石灰岩机制砂。石灰岩具有较强的硬度，能够满足压碎、磨耗等要求。并且石灰岩是碱性石料与酸性乳化沥青结合后有利于提高砂封层的粘结性能。该封层采用的机制砂棱角分明，可以增加内摩擦角从而提高嵌固作用，同时机制砂界面也比较新鲜有助于提高粘结性，促进强度的发展；压实度是影响路面渗水系数的关键因素之一，此次砂封层采取的是最大粒径为4.75mm的单级配机制砂，在同等机械操作下，压实度高，路面密度也相应提高。同时单级配还具有良好的稳定性：单一粒径还可以增加矿料间隙率，有利于沥青填充而不易引起路面结构变异。粘结料应具有一定的流动性、粘结性，考虑到环保节能等因素最终选用乳化沥青。

Mcleod理论法确定乳化沥青和机制砂的理论洒布量

乳化沥青砂封层设计主要是确定机制砂和乳化沥青的洒布量。一般设计方法有经验法和理论法，该文应用Mcleod理论法进行计算。

苏家屯试验路段交通量为5　000～10　000辆/d，交通修正系数t按照取值范围是0.80～0.85，这里取0.83；试验路表面老化、网裂所以路面状况修正系数S按照表3取值为0.20；根据以上情况，集料吸收系数A在这里选取1%。

乳化沥青洒布量系数W由试验路交通量来确定，交通量为5　000～10　000辆/d时W按照表4取值范围是0.85～0.90，该文取0.88。

试件制备及试验过程

试件的制备

首先按照t0703－2011沥青混合料试件制作方法轮碾法制作300mm×300mm×50mm的车辙板来模拟原沥青路面。然后以乳化沥青固含量、粘度、洒布量为变量分别在车辙板上均匀洒布高粘乳化沥青并及时摊铺机制砂。实际施工过程中通过胶轮碾压机的揉搓作用可以提高压实度，接下来在砂封层上覆盖胶皮碾压来模拟试验路施工时胶轮的碾压作用，养生6h后进行复压。最终，待试件成型后用切割机分割成10cm正方形试件，并将其四个侧面蜡封密实以防止试验过程中发生侧面渗水。

试验过程

试验使用型号为hDSS-II路面渗水仪测量渗水系数来评价试件的抗渗性能。将试件放平，将条状密封带沿试件四边揉压均匀，保证试件和渗水仪之间密封完好。取适量的水加入渗水仪内，排出气泡并用竖尺测得初始水头高度为h1，立即启动秒表，进行计时。因为水面下降速度较慢，记录3min结束时的水头高度为h2。

试验结果与分析

试验结果

将试验数据汇总，得到不同固含量和不同粘度的乳化沥青砂封层渗水系数随乳化沥青洒布量的变化曲线。

(1)当乳化沥青固含量为55%，EV=3时，随着乳化沥青洒布量的增加渗水系数从4.25×10－4cm/s下降到2.12×10－4cm/s，降幅达50.11%。与此对应的乳化沥青洒布量为1.15kg/m2(1.48倍理论洒布量)，所以这种乳化沥青的经济性能不够理想。

(2)当乳化沥青固含量为65%，EV=4和EV=7时，由于固含量相同使得这两种乳化沥青拥有相同的初始及最小渗水系数。随乳化沥青洒布量的增加，渗水系数由3.71×10－4cm/s下降到2.65×10-4cm/s，降幅为28.7%，最小渗水系数对应的洒布量分别为0.836、0.819kg/m2。这两种沥青对应的初始渗水系数及最小渗水系数相对较大说明其抗渗能力一般。

(3)在乳化沥青固含量为70%时，渗水系数随乳化沥青洒布量增加有明显的下降趋势。在EV分别为10、14、18的情况下，对应的初始渗水系数及最小渗水系数3.19×10-4、2.65×10-4、2.65×10-4及1.06×10-4、0.53×10-4、1.58×10-4cm/s，相应降幅分别为66.77%、80%、40.38%，而与最小渗水系数对应的乳化沥青洒布量分别为0.682、1.019、1.019kg/m2。

(4)当EV=10时，在洒布量为0.682kg/m2之后抗渗性能一直保持稳定，达到最小渗水系数的速度非常快；虽然当EV为14和18时初始渗水系数都为2.65×10-4cm/s，但后者渗水系数曲线下降较为平缓，抗渗效果较前两种情况较差。

结果分析

可知：渗水系数随乳化沥青洒布量、粘度和固含量的增加呈下降趋势；除了在EV=3的情况下其余所有试件在0.8kg/m2洒布量下基本出现了最小渗水系数。所以在施工过程中乳化沥青洒布量应控制在0.8kg/m2左右，若粘度≥10，可适当减少乳化沥青洒布量，也需要根据现场环境进行适当调整。

为探究乳化沥青砂封层的渗水特性，以渗水系数为导向参数，寻找其与乳化沥青各技术指标的规律，下面逐项进行分析。

渗水系数与乳化沥青洒布量的关系

可知：渗水系数随乳化沥青洒布量的增加下降速率逐渐变小，在曲线末段相对平稳并出现最小渗水系数。但超过最佳洒布量后渗水系数反而有所增加，这说明增加乳化沥青洒布量可以明显提高乳化沥青砂封层的抗渗性能，而每一种乳化沥青洒布量都有一个最佳值。

将不同种类的乳化沥青达到最小渗水系数时的不同参数汇总。

可知：当EV=10时，渗水速度下降速度最快，从而使渗水系数最早达到最小值1.06×10-4　cm/s，而此时乳化沥青洒布量仅为理论值的1.2倍(0.682kg/m2)，为最小洒布量。要使低粘度乳化沥青达到较好的抗渗性，所需洒布量比高粘度乳化沥青用量有明显的增加。因此，相比使用其他种类的乳化沥青，可节约成本16.7%～37.4%。按照市面上乳化沥青5　000元/t的价格计算，试验路段仅乳化沥青一项就减少工程造价5000元左右，说明这种乳化沥青洒布方案具有良好的抗渗性和经济性，应用前景较好。

渗水系数与乳化沥青粘度的关系

初始渗水系数随粘度增加呈下降趋势，但最小渗水系数没有明显规律。

在EV=10时，渗水系数达到1.06×10－4cm/s为最低，而EV=14和EV=18同为70%固含量的，但渗水系数反而比EV=10时高了许多。使用EV=4和EV=7的乳化沥青时结果相似，所以粘度增加对抗渗能力的提高贡献不大；而EV=3和EV=4时粘度相差不大但实际EV=4时试件的抗渗性能有了明显的提升：渗水系数初始值下降了12.7%，说明乳化沥青固含量对渗水性能贡献比粘度贡献值要大。

这是由于乳化沥青的固含量与粘度是伴随而生的，如果两者差异过大会影响乳化沥青储存的稳定性。由于受乳化沥青生产设备的制约，在乳化沥青固含量一定的情况下粘度过高，会使乳化沥青稳定性差，破乳时间提前，不利于施工和储存，造成乳化沥青与机制砂之间的粘结不牢固，空隙率大。同时说明每种乳化沥青的固含量有唯一与之匹配的最佳粘度。

渗水系数与乳化沥青固含量的关系

以固含量为分类准则，乳化沥青渗水曲线在成3个相对独立的分布形态，相同乳化沥青固含量的渗水系数曲线拥有相似的抗渗性能。随着乳化沥青固含量的增加，初始渗水系数及最小渗水系数也越来越小并且当固含量为70%时渗水系数有最小值即抗渗效果最好。

当乳化沥青固含量≤65%时，渗水系数偏大，在雨季过后，更容易受到雨水侵蚀，从而造成路面耐久性和路用性等性能下降；同时乳化沥青固含量过低，会使乳化沥青粘度变小、易流淌给施工带来难度。不建议使用低固含量低粘度乳化沥青。

乳化沥青砂封层空隙率的测定

空隙率是反映砂封层渗水及透水性能的主要指标，关于沥青混合料空隙率的测量目前比较成熟。而高粘乳化沥青砂封层空隙率的测量未见报导。为了验证砂封层是不是也有类似的规律，该文借鉴t0705-2011表干法、沥青浸渍法来研究砂封层的空隙率。

该文选取综合抗渗效果最好的EV=10、固含量为70%的乳化沥青和4.75mm单级配机制砂来制作试件，其洒布量分别按照0.682、6.7kg/m2均匀摊铺在聚四氟乙烯薄膜上。

试件的制备

聚四氟乙烯因其良好的耐热性(熔点327℃)、耐穿刺性、并且不与材料反应的惰性而被选用。受限于试验条件并经过大量室内试验确定聚四氟乙烯薄膜尺寸选取100mm×100mm×0.2mm。为防止碾压时材料损失，用1cm宽的海绵胶带粘贴在聚四氟乙烯薄膜四周做成一个围挡。为了模拟原路面的构造深度，将带有围挡的聚四氟乙烯薄膜放在车辙板中央，均匀洒布乳化沥青和机制砂后覆盖胶皮碾压(模拟胶轮碾压机的揉搓作用)，养生6h后进行复压待碾压完成后将封层小心取下，试件即制作完毕。

空隙率的测量

砂封层空隙率的测量参考t0705-2011表干法测量实际密度，并对沥青浸渍法进行改进测量最大理论密度。

把试件四周的围挡剪下，参考表干法测定沥青混合料密度试验，先后测出试件空中质量ma=75.0g，水中质量mw=41.2g，表干质量mf=75.6g，经计算得毛体积相对密度γf=2.180　2。

参考文献采用沥青浸渍法测定砂封层的最大理论密度。第一步分别测得1#不锈钢杯(含钢勺)、2#不锈钢杯空气中质量和水中重量；第二步分别测得带有无气泡基质沥青的1#不锈钢杯(含钢勺和试件)、2#不锈钢杯空气中质量和水中重量。经过计算得到试件的最大理论相对密度γt＝2.271　0。

经过计算得到试件的空隙率4%，满足抗渗性能要求。由于空隙率较小时阻碍了水分的连通使得渗水系数也相应减小，说明两者呈正相关性。因此建议在施工过程中尽量提高压实度来控制空隙率，最终达到抗渗要求。

试验路的路况跟踪检测及评价

针对沈阳市苏家屯区丹霍线k248+800～k250+200路段网裂、横向裂缝等病害，对其进行预防性养护。2014年8月5日在丹霍线k248～k250路段铺筑了试验路。

施工工艺采用同步砂封层施工技术。封层车匀速运动以保证封层线形匀称、顺直，行车速度为3.6～4.2km/h。洒布后采用26t的胶轮碾压机以不超过30km/h的速度碾压8遍以上。在随后2h内限速30km/h通车，在3～4h后将未粘结的机制砂清扫出去，即可正常通车。

在施工结束后进行了路况跟踪调查，并对渗水系数进行了测量。首先在试验路段随机进行选择测量点，并依据规范进行测量，取3次结果的平均值作为最终结果。

由规范可知：在路面成型后立即在沥青层表面进行渗水试验，来看养护后高粘乳化沥青砂封层渗水系数值比养护前要小得多，说明高粘乳化沥青砂封层的抗渗性能非常理想。K250+120断面处选点为轮迹带处，在轮迹带处受汽车移动荷载影响较大，同时路面和橡胶轮胎的过度摩擦也使得在一定程度上产生磨损脱粒现象，因而渗水系数相对较大。室外渗水试验测得的渗水系数比室内要大一些但仍然都在较小的范围内，说明室内试验数据可靠、稳定，能够为以后的施工过程提供理论依据。通过对比养护前后效果可知：这种高粘乳化沥青砂封层不仅有效解决了路面裂缝，而且路面抗渗性能表现也非常优秀。

结论

应用mcleod理论法确定了乳化沥青理论洒布量及4.75mm单级配机制砂洒布量，以此为基础通过室内外渗水试验研究了乳化沥青砂封层渗水特性，研究结果可以为乳化沥青砂封层的设计及施工提供借鉴和指导作用。通过对试验结果的分析得到以下结论：

(1)增加乳化沥青洒布量可以明显提高乳化沥青砂封层的抗渗性能，而每一种乳化沥青洒布量都有一个最佳值。此外，通过室内试验确定了乳化沥青最佳洒布方案，即选用EV=10乳化沥青，洒布量为0.682kg/m2。

(2)建议最佳乳化沥青洒布量控制在0.8kg/m2左右。若EV≥10可适当减少乳化沥青洒布量，在施工时可根据现场情况适当调整洒布量。

(3)当乳化沥青固含量偏低时，更易发生水损破坏，从而造成路面耐久性和路用性等性能下降；同时乳化沥青固含量过低给施工带来难度。不建议使用低固含量低粘度乳化沥青。

(4)乳化沥青固含量对渗水性能贡献比粘度贡献值要大。由于乳化沥青的固含量与粘度是伴随而生的，如果两者差异过大会影响乳化沥青储存的稳定性，因此每种乳化沥青的固含量有唯一与之匹配的最佳粘度，只有两者匹配良好才能达到最佳抗渗效果。

(5)高粘乳化沥青砂封层的空隙率与渗水系数有良好的正相关性，建议在施工的过程中通过增加压实度来控制空隙率以便达到抗渗要求。

(6)采用最佳洒布方案指导试验路施工后取得了良好的抗渗效果并且产生了较高的经济效益，说明该研究成果应用前景较好。