沥青碎石封层在高速公路建设和养护中的推广应用研究

沥青封层是沥青路面结构内一种常用的结构 层，一般用于基层顶面或上面层顶面，也有用于中面层顶面的。按功能特点可分为上封层和下封层。目前我国高速公路建设中上封层应用比较少，应用较多的主要是下封层，在我国早期沥青路面建设中单层沥青表面处治是作为下封层的主要类型，目前国内应用的下封层的种类较多，主要有沥青单层表处、乳化沥青稀浆封层、乳化沥青石屑封层等。近几年来，随着同步沥青碎石封层车大量引入国内，同步沥青碎石封层车的国产化进程加速，同步沥青碎石封层得到了越来越广泛的应用，特别是改性沥青同步碎石封层、橡胶沥青同步碎石封层鉴于其采用高粘度、高沥青用量，使其不但具有 良好的防水效果，而且有较好的防裂效果，对防止和延缓半刚性基层反射裂缝的产生和发展有一定的效果。 　　1、同步沥青碎石封层技术特点、优缺点分析 　　同步沥青碎石封层是利用专门的施工设备同步碎石封层机 ，将高温沥青（喷洒时热改性沥青的温度应达到 170C以上）与洁净干燥的均匀石料几乎 同时（1 s内）喷洒在路面上，保证沥青与石料在最短的时间内完成结合，并在外荷载的作用不断形成强度，骨料摊铺停止时，沥青结合料的摊铺自动停止，不存在等待骨料的沥青结合层。结合时，喷洒温度为 170℃的聚合物改性沥青，结合时温度也可保证在 165℃以上，沥青结合料的流动性仍很好，由于流体沥青的表面张力，使热沥青沿石料表面向上爬升高度约为石料高度的2／3，并在石料表面形成一个半月面，使石料被沥青裹覆的面积达到 70％，保证了沥青与石料有足够的结合强度。同时 ，沥青的毛吸引力可以产生一个凹面，流动性很好的沥青进入骨料表面的微观纹理中，该凹面与骨料间好似镶嵌珠宝，因此不会有骨料流失。然后通过 自然行车碾压或轮胎压路机碾压形成单层沥青碎石层。主 要作为路面表处封层使用，也可用于低等级公路的 面层施工。同步碎石封层技术缩短了粘结剂喷洒与 集料撒布之间的间隔，增加了集料颗粒与粘结剂的 裹覆面积，更易保证它们之间稳定的比例关系，提高了作业效率，降低了施工成本。 同步沥青碎石封层技术主要有以下几个优点： 　　1）同步碎石封层是低能量沥青结合料顺利渗入基层表面微裂缝的技术，起着很好的封缝作用。 　　2）同步碎石封层实质是靠一定厚度沥青膜（1～2 mm）粘结的超薄沥青碎石表面处治层，其整体力学特征是柔性的，能增加路面抗裂性能、治愈路面 龟网裂、减少路面反射裂缝、提高路面防渗水性能 ，用于道路养护可延长路面使用寿命 10 a以上，若使用聚合物改性沥青、橡胶沥青等高粘度粘结料效果 更佳。 　　3）作为新建半刚性基层沥青路面的封水层，不但有优秀的封水效果，而且对半刚性基层的反射裂缝有显著的延缓作用。 　　4）同步碎石封层可以大大提高原路面的摩擦系数，即增加路面防滑性能，并能使路面平整度得到一定程度的恢复。 　　5）通过采用局部多层摊铺不同粒径石料的施工方法 ，同步碎石封层能有效治愈深达 10 em以上的车辙、沉陷等病害，这一点是一般养护方法无法比拟的。 　　6）同步碎石封层可以作为低等级公路的过渡型路面，以缓解公路建设资金严重不足的矛盾。 　　7）同步碎石封层工序简单、施工速度快，可即时限速开放交通。 　　8）无论用于道路养护还是作为过渡型路面，同步碎石封层的性能价格比明显优于其他表处方法，从而大大降低道路的维修养护成本。 　　作为新建高速公路沥青封层使用，其不足之处有 ： 　　1）用于新建高速公路沥青封层的同步沥青碎石封层，由于其用油量大，在显著提高该层的防裂能力的同时，相对于稀浆封层、沥青单层表处、乳化沥青石屑封层等，也显著提高了其工程造价。 　　2）用于新建高速公路沥青封层的同步沥青碎石封层，对材料和工艺控制相当严格，施工完成后不能立即通车 ，加大了施工组织的难度。 　　2、同步沥青碎石封层在湖南省新建高速公路的推广应用 　　目前湖南省主要在高速公路建设中采用了同步碎石下封层的技术，取得了良好的效果，提高了该省高速公路沥青路 面的使用品质和使用寿命。湖南省从2005年开始在常张高速公路水泥稳定碎石基层顶面修筑了同步碎石下封层试验路，2007年分别在邵怀高速公路沥青路面路段和怀新高速公路全线采用了同步碎石下封层，大大提高封水效果和防反射裂缝的功能 ，通过这些路段的实施，总结了较多的施工关键技术和施工质量控制指标和方法。 1 材料要求 　　1）沥青粘结料：对适用沥青没有特别严格的要求。可以使用不同的沥青结合料，如软化纯沥青、 聚合物改性沥青、乳化沥青、聚合物改性乳化沥青、 稀释沥青等，湖南省邵怀高速公路同步碎石封层是采用 SBS改性沥青，怀新高速公路部分路段采用了普通石油沥青 ，部分路段采用 SBS改性沥青。SBS改性沥青同步碎石封层的沥青用量为 1.8～2.4 kg／ m ，普通石油沥青同步碎石封层的沥青用量为 1.3 ～1.8 kg／m .结合料的技术指标要求应符合《公路沥青路面施工技术规范》的要求。 　　2）集料 ：集料采用粒径为 13.2～19 mm的单粒径石灰岩碎石，它应具有 良好的颗粒形状，且洁净、干燥、无风化、无杂质。其用量为满铺面积的60％，约 10 kg／m . 2 工艺要求 　　1）在浇洒改性沥青同步碎石封层前，应对已喷洒透层的基层顶面进行检查，有破损地方应进行修补；若有其他污染或杂物应进行冲洗或清扫，当用水冲洗时，应等水分蒸发表面完全干燥后才可进行改性沥青同步碎石封层的施工。 　　2）在施工现场，采用轮式装载机向同步碎石封层车的骨料斗装载 13.2～19 mm单粒径石灰石碎石，在沥青高温罐车泵吸高温改性沥青（175℃左右）到同步碎石封层车沥青储罐内，为防止高温沥 青罐车的输油管阀滴漏沥青，应采用铁质容器接受滴漏沥青；将装好料的同步碎石封层车开至施工起 点。操作手调整好各个系统的工作参数，然后指挥驾驶员沿预先设置的控制线起步，行驶速度应控制在5～8 km／h左右；打开各料门控制开关，使沥青喷 出，同时撒布均匀碎石。改性沥青（或普通石油沥青）洒布量的参数一旦设定，同步碎石封层车的控制系统就会根据车速自动调节沥青流量，使洒布量控制在设定值，误差控制在 -4-5％以内。碎石撒布量应根据现场试验检测，通过控制车速确定。 　　3）碾压：在沥青和碎石同步洒布后，可进行碾压，当采用轻型轮胎压路机稳压一、二遍，控制碾压速度为 5～8 km／h，使单粒径碎石嵌入改性沥青之中且牢固。没必要进行过多的碾压。 　　4）养护：同步碎石封层铺筑后，应封闭交通 ，且应尽可能早进行下面层的施工，下面层的运料车在封层上行驶，车速不得高于20 km／h. 3 施工注意事项 　　1）为保证雾状喷洒而形成均匀、等厚度的沥青 膜，必须保证改性沥青同步碎石封层洒布温度在170 oC以上 . 　　2）施工气温不得低于 15℃，大风、浓雾或雨天不得施工。 　　3）同步碎石封层车应以适宜的速度匀速行驶 ， 在此前提下石料和沥青两者的撒布率必须匹配；并通过调喷嘴高度使得沥青膜厚度适宜和均匀。 　　4）沥青和碎石洒布后，应立即进行人工修补或补撒，修补的重点是起点、终点、纵向接缝、过厚、过薄或不平处。 　　5）派专人手拿竹扫帚紧跟同步碎石封层车后边，及时把弹出摊铺宽度（沥青洒布宽度）外的碎石扫到摊铺宽度内，或加工挡板防止碎石弹出摊铺宽度。并将有重叠的个别碎石扫除。 　　6）当同步碎石封层车上任何一种料用完时，应立即关闭所有材料输送的控制开关。查对材料剩余量 ，校核拌和准确性。 4 现场施工控制和检测 　　目前规范没有相关封层的检测指标和检测方法 ，根据设计意图，以及改性沥青同步碎石封层的防水防裂的功能特点 ，拟定以下的检测指标、标准和频率 ： 　　1）改性沥青 ，每批或每 100 t分别按照规范根据《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTJ 052—2000）检测其技术指标。每次取样试验的分析结果 ，应及时提交监理工程师审查。对现场制作的改性沥青 ，取样后应立即灌制试样进行试验，不得在冷却后重新加热或用室内改性沥青制作机械加工后再做试验，同时，基质沥青每批或每 100 t按照《公路沥青路面施工技术规范》所列检验项 目，根据《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTJ 052-2000）检测其技术指标。每次取样试验的分析结果，应及时提交监理工程师审查。 　　2）每批集料进场，均应按《公路沥青路面施工技术规范》所示技术指标进行取样检验。每次取样的分析结果，应及时提交监理工程师审查。 　　3）SBS改性沥青同步碎石封层的改性沥青洒布应均匀，无漏洒和油层过厚现象。且必须对两旁结构物或设施采取覆盖措施，以防污染。 　　4）SBS改性沥青同步碎石封层的单粒径碎石撒布应均匀，不重不漏。
　3、同步沥青碎石封层技术在公路养护管理中的应用
　　我国的高速公路一般只做上面层，而不做磨耗层和上封层 ，这是经济上的一种浪费，近年来各种石屑封层、微表处、超薄磨耗层层出不穷。在我国沥青路面预防性养护中也开始大量使用上封层技术，主要有 ：裂缝填封 、雾层封层、石屑封层、冷薄层罩面（包括稀浆封层 、微表封层和覆盖封层）、热薄层罩面（包括开级配 、密级配和间断级配）。同步沥青碎石封层作为沥青路面的上封层技术可大大节省工程造价。同时 ，同步沥青碎石封层技术，从 20世纪 80 年代开始在法国被 大规模采用，20世纪90年代传播到整个欧洲各国及美国，还在俄罗斯、印度、非洲、澳洲等数十个国家和地区中得到推广。据统计，在欧洲有95％以上的公路均采用这项技术进行养护。目前同步沥青碎石封层技术在我国许多高速公路都采用作为预防性养护方法，在我省京珠高速也修筑了部分试验段，其技术要求如下。 1 集料要求 　　必须有足够的硬度抵抗交通磨损，在相对重载车较多，车流量较大的情况下，骨料的硬度尤其重要；级配一般采用近于单一级配，几乎不含粉料；形状上尽量采用立方体的骨料，避免针片结构，以保证骨料在沥青中达到合适的嵌入深度。 2 沥青 　　可采用符合规范要求的普通石油沥青、改性沥青、橡胶沥青、乳化沥青、改性乳化沥青等，且符合《公路沥青路面施工技术规范》的要求。 3 材料用量 　　石料撒布量 ，应用同步沥青碎石封层进行路面养护时，石料抵抗车轮磨耗，石料之间应该是肩并肩紧密构成一个平面，达到石料覆盖率 100％，其撒布量可参照表3. 4 沥青用量 　　应采用合适的沥青用量，如果洒布量过多，导致行车碾压过程中，沥青粘结料从石料空隙中溢出，从而导致路面泛油，摩擦系数降低；如果过少，不能将骨料固定住 ，会出现跑子等现象。 5 施工工艺及控制 　　同步沥青碎石封层养护工艺为：原有路面的处理一施工材料的准备一现场施工一胶轮压路机碾压一开放交通一路面清扫一剩余骨料回收。 　　4、结 语 　　改性沥青同步碎石封层不但具有良好的防水效果，提高防水层的高温抗剪强度，改善了防水层的低温抗裂性与延缓反射裂缝的能力，对保护基层免受冲刷破坏和沥青面层早期损坏具有非常现实的重要意义。改性沥青同步碎石封层将高温改性沥青与洁净干燥的均匀石料几乎同时喷洒在路面上，保证了沥青与石料在最短 的时间内完成结合，保证了沥青与石料有足够的结合强度。同时，同步碎石封层技术简单、迅速，提高工作效率；可以节省材料、设备成 本，降低工程造价，性价比高，由于同步碎石封层设备的高精确度，使劳动强度大大降低。因此，采用同步碎石封层技术和改性沥青相结合，能大大提高沥青路面的施工质量和防水密水、抗裂性能，有十分重要的推广意义。 　　目前湖南省应用的主要是同步碎石下封层技术 ， 同步碎石封层技术用于上封层以及沥青路面预防性养护也十分广泛，能迅速地提高沥青路面的使用品质，而且比铣刨加铺等处理更经济，是一种良好的养护方法，值得进一步的研究和实践。 　　同时由于同步碎石封层技术在我国应用不久 ，许多施工工艺还没有完全掌握，施工经验缺乏，在同步碎石封层设备的研究远落后于国外，还有许多理论上和应用上的问题没有掌握，只有通过更深入的 研究、积累经验、不断改进，才能使同步碎石封层得到更广泛的应用。