乳化沥青碎石下封层应用研究

乳化沥青碎石下封层应用研究半刚性基层具有强度和刚度高、水稳定性好及抗冲刷能力强的优点。它板体性强，承载能力和抗变形能力高;抗冻性好，能有效治理季节性冰冻地区的翻浆;可以就地取材，降低工程造价。因此在我国公路建设中得到大量的应用，半刚性基层沥青混凝土路面已是我国已建及在建公路路面结构的主要结构形式。但这种基层也存在开裂普遍及与上部沥青结构层的粘结力差等缺陷。我国已建公路的建设使用经验证明，半刚性基层发生的唧浆、沉陷、松散和坑槽等一些早期损坏或多或少地与半刚性基层本身的缺陷存在一定的关系。可见，减少水对水泥稳定基层的损害及提高沥青混凝土层与水泥稳定基层的结合力，对提高半刚性基层沥青混凝土路面的使用性能和寿命有着重要意义。下封层透层、下封层作为半刚性基层与沥青混凝土层间重要且不占用结构厚度的层次，它们的存在可减少水的渗入及水对水泥稳定基层的冲刷，在一定程度上可改善基层的抗水冲刷能力，对提高水泥稳定基层与沥青混凝土层的粘结力，有着非常重要的作用。但在工程施工中，由于各种原因透层洒布时间混乱、洒布工艺控制不严，造成透层施工质量不高，不能起到防渗、联接的作用。在《公路沥青路面施工技术规范》(JTGF40－2004)和《公路沥青路面设计规范》(JTGD50－2006)中，都对下封层的设置提出了明确要求，它对加强路面层间结合，防止渗水，提高路面使用性能和耐久性具有十分重要的意义。下封层作用下封层设置主要有三个作用:一是增强半刚性与沥青面层之间的黏结，使路面各结构层成为整体受力的层状体系;二是防止路面水进入半刚性基层，对半刚性基层顶面造成冲刷;三是封闭和弥合半刚性基层表面收缩裂缝，抑制和延缓半刚性基层顶面裂缝的反射与发展。下封层种类《公路沥青路面设计规范》(JTGD50－2006)规定下封层可用单层沥青表面处治或砂粒式、细粒式密级配沥青混合料、稀浆封层等。在工程中常用的有碎石封层和稀浆封层，而碎石封层根据粘结料又可分为普通沥青、改性沥青和乳化沥青碎石封层。如何选择合适的透层、下封层，并进行严格的施工质量控制，保证其质量并使之达到相关技术要求，使其在公路建成后发挥良好的功能，是公路建设中所必需面对和认真考虑的问题。我们通过对上述碎石封层和稀浆封层下封层的铺筑、检测和观察，其各有优缺点，见表1。乳化沥青碎石下封层的特点及优点特点乳化沥青碎石下封层因其技术性能好，可起透层油的作用，施工工艺简单，可以提高路面整体使用寿命，防止路表水渗透到基层顶面破坏路面结构，增强面层与基层的联结性。其使用的高黏度快裂乳化沥青具有强嵌入性和渗透性，能够顺利渗入基层表面微裂缝而有效弥合裂缝，作为裂缝反射的应力吸收层，可以抑制半刚性基层顶面裂缝的反射与发展，填充基层表面的开口空隙，在基层顶面形成防水层;强粘结力和流动性，使得撒布的碎石和半刚性基层紧密粘结成一个整体而形成联接层和行车结构层，透入基层表面空隙，增强了基层和沥青层间的粘结，可以增强面层和基层之间的结合，避免产生层间滑移，提高路面结构的整体性，同时还可作为基层的磨耗层，向基层提供临时性防护，防止降雨和临时行车的破坏。优点通过对室内试验和工程应用效果的大量调查发现，碎石封层使用乳化沥青与热沥青相比较，在耐久性、成型时间、施工条件、作业效率、路用性能，外观效果等方面有以下优点:(1)耐久性好:施工过程中加热温度低，加热次数少，沥青的热老化损失小;(2)成型时间短:使用快裂型乳化沥青能够做到落地成型，即时限速开放交通。(3)施工条件要求低:路面和碎石潮湿不影响施工，对碎石的水分含量、灰分含量要求较低。对施工环境温度适应性更强，便于运输，更能适应高海拔地区施工和流动作业。(4)施工效率高:热沥青需要加温储存罐，加热罐容量、升温速度都直接影响施工效率和成本，用乳化沥青施工在现场不用加温，温度易控制，效率比热沥青高出30%以上。(5)外观好:沥青的流动行好、易于分散，不会形成罩面石料条痕状。易于纵横接缝修补，消除搭接形成的鼓凸和油斑，冷施工后期修补灵活方便。材料选择同步碎石封层所用原材料主要包括粘结料和碎石两类，其选择需要考虑公路等级、路面类型、交通流量、气候和材料供应能力等各种因素。原材料的选择是实现同步碎石封层优良性能的关键和重要保证，它在很大程度上决定了同步碎石封层设计质量的好坏，因而原材料的选择和检测工作十分重要。乳化沥青乳化沥青技术要求用于半刚性基层下封层的乳化沥青应满足以下要求:(1)足够的粘度:以保证在满足单位面积洒布量的情况下能形成均匀的油膜，在洒布石料之前不会流淌。(2)一定的渗透性:能够顺利渗入基层表面微裂缝，填充基层表面的开口空隙。(3)足够的粘附性能:应保证半刚性基层和沥青面层间良好有效的粘结，增强层间结合，避免产生层间滑移，提高路面结构的整体性。(4)优异的工作性:乳化沥青在储存、泵送及洒布特性良好，不离析结皮。(5)良好的配伍性:与石料配伍性要好。(6)其它:为提高乳化沥青的高、低温性能和粘附性，可加入改性剂。乳化沥青的制作(1)基质沥青:用于生产乳化沥青基质沥青应该根据当地的气候条件、环境温度来选择恰当的沥青标号，并考虑配伍性，选用适宜的生产商。(2)乳化剂:应根据矿料种类、天气，选用适宜的阳离子型乳化剂，与阴离子乳化沥青相比，阳离子乳化沥青具有保存时间长、破乳时间与凝结时间适中、能适用于各种天气、与石料粘附性好、成型快、对沥青性能影响小等特点，应用范围广，使用量大，应用效果比较理想。(3)改性剂:宜采用专为改性乳化沥青而设计的SBR胶乳，其要能提供高粘弹性，机械稳定性高、储存稳定性好，有效增进高低温，它可明显提高粘附性、抗开裂性、低温延度和高温稳定性。碎石石料是碎石封层的重要组成部分之一，它主要承受车辆的荷载作用，并为行车提供抗滑作用，因而应选用材质优良的石料。用于碎石封层的碎石必须洁净、干燥、无风化、无杂质，并具有足够的强度和耐磨耗性。要有良好的颗粒形状，尽量使用立方体的骨料，避免针片结构。采用单一级配，粒径宜选用5～10mm或3～5mm，碾压成型厚度分别为10mm、5mm。即采用S12、S14规格，要求筛除9.5、4.75筛孔以上颗粒及4.75、2.36筛孔以下粉料。施工控制要点清洁路面对己处理完毕的下承层进行彻底清扫，排除松散材料、尘土、油污和其它异物，防止喷洒的乳化沥青被粉尘包裹而形成隔离层。施工宽度确定根据原路面的宽度及施工设备性能，合理确定碎石封层的施工幅数及每幅施工宽度。同时，选定标尺，确定参照物使司机能够按照参照物行走，这样既能保持封层的线形，又可以保证在下一幅施工时前后两幅的顺利接缝。确定幅宽时，应尽量减少施工幅数，以减少纵接缝的数量。乳化沥青洒布及碎石撒布应采用同步碎石封层车进行作业，同步碎石封层车要保持以4－5km/h匀速行驶，走线顺直。要保证乳化沥青喷洒均匀，形成等厚度的沥青薄膜，乳化沥青洒布量控制在1.8－2.2kg/m2之间。碎石撒布应均匀一致，以在沥青薄膜表面单摆一层为宜，局部采用人工辅助撒布，总体做到沥青漏洒，碎石覆盖不重叠。沥青洒布长度与集料撒布能力要匹配，避免乳化沥青洒布后等待较长时间才撒布集料。碾压撒布集料后，首先使用胶轮压路机快速碾压一遍，保证石料与沥青尽可能粘附，与封层车之间的距离不超过15m。再用胶轮压路机复压3遍，碾压轮迹每幅重叠30cm左右，碾压效果以沥青和石料充分粘结，表面没有过多浮动碎石为宜。碾压速度开始不宜超过2km/h，以后适当增加。轮胎压路机的重量应以没有碎故事被压碎的情况下，达到最适宜的材料嵌入深度为标准。养护待乳化沥青完全破乳后清扫路路面上的多余碎石，成型后即可开放交通，通车2h之内应设专人控制行车，车速应限制在20km/h以下。通车2天后要及时把封层完的路段上未粘结的石料清扫干净，以防止其与粘结好的石料经常摩擦，破坏路面的摩擦力。注意事项(1)在正式施工前要通过铺筑应小于100m的实验路来确定沥青洒布量、碎石撒布量、乳化沥青温度、同步碎石车的行驶速度等控制参数，要保证乳化沥青和碎石的撒布率必须匹配。(2)洒布过程中，为保证雾状喷洒而形成均匀、等厚度、不流淌的沥青膜，要严格控制乳化沥青的粘度，要保证蒸发残留物含量不小于65%。同时要保持改性乳化沥青温度为75℃左右，应防止因温度过低而导致黏度过高而造成喷嘴堵塞。(3)应严格控制碎石覆盖率，覆盖率控制在60～80%之间，既要保护沥青膜不受摊铺机和施工车辆的损坏，又要保证碎石有足够的空隙，以使摊铺的高温混合料能很好地压入碎石空隙中，不会出现混合料中的大碎石架空现象而形成良好的嵌挤效果。同时高温混合料使沥青层熔化，熔化的沥青向上裹覆白碎石，使下封层与沥青混合料完全融为一体。(4)尽量减少纵横接缝，接缝要对接合理、平整。在每一个洒布起、终点要设置横向施工接缝，可以通过在接缝处铺设油毡而杜绝出现重复洒油和撒料现象，以免造成横缝处出现不平整或油包，并避免污染施工区外的路面。沥青洒布要保证行车直顺，在施工下一幅时，封层左侧石料的撒布应与上一幅右侧的石料对齐，保证纵缝对接良好接缝沥青重叠部分不得超过10cm，避免泛油。(5)封层作业过程中要保证足够数量的轮胎压路机，以便在乳化沥青破乳前能及时完成碾压定位工作。(6)大风、雨天或雨后路面潮湿时不得进行施工。结语下封层的质量好坏直接影响着路面的整体使用寿命，而乳化沥青碎石封层具有防水效果好、渗透性和粘结性强、技术简单、成本低等下封层所要求的优良的路用性能，它可有效地弥补半刚性基层的不足和缺点，减少收缩开裂和反射裂缝、防止路表水下渗、增强层间粘结合。还具有施工方便、快捷，开放交通迅速、节约能源、保护环境的优点，在公路养护罩面工程用作下封层还可很好地封闭旧路面裂缝、增强新旧面层的联结、提高路面的使用寿命。因此，乳化沥青碎石封层无论是在公路建设中还是在公路养护都具有十分广阔的应用前景，它良好的路面性能和经济性具有很好的推广价值。