稀漿封層和同步碎石作為道路下封層工藝的對比研究

1、稀漿封層和同步碎石作為道路下封層工藝的對比研究206管理施工城市道橋與防洪2011年6月第6期稀漿封層和同步碎石作為道路下封層工藝的對比研究朱嶸(上海市寶山區(qū)建設(shè)和交通委員會,上海201900)摘要:黑色瀝青路面是我國路面重要的結(jié)構(gòu)形式,被廣泛應(yīng)用于各等級公路路面結(jié)構(gòu)層.該結(jié)構(gòu)層通常由瀝青混凝土混合料面層(包括上中下層),無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定粒料半剛性基層或水泥穩(wěn)定碎石剛性及半剛性基層以及墊層組成.為了提高路面的承載力,耐久性和抗水毀能力,對于瀝青混凝土路面各層間的處理也越來越受到重視.這種多層次結(jié)構(gòu)在設(shè)計與施工時,其層問結(jié)合尤其是面層與基層的結(jié)合十分重要.該文通過對國內(nèi)目前常用的幾種的材料有關(guān)性能

2、及下封層工藝的對比研究,以進(jìn)一步有效提高道路使用壽命,防止道路病害的產(chǎn)生.關(guān)鍵詞:道路瀝青路面;下封層;性能比較;質(zhì)量控制中圖分類號:U416.217文獻(xiàn)標(biāo)識碼:B文章編號:10097716(2011)060206030前言我國已建各等級公路的建設(shè)經(jīng)驗(yàn)證明,半剛性基層一些早期損壞f唧漿,沉陷,路面裂紋和推移等1,或多或少地與半剛性基層本身的缺陷存在一定的關(guān)系.可見,減少水對水泥穩(wěn)定基層的損害及提高瀝青混凝土層與水泥穩(wěn)定基層的結(jié)合力,對于提高半剛性基層瀝青混凝土路面的使用性能和壽命有著重要意義.筆者認(rèn)為,無論是采用開級配還是密級配瀝青混凝土面層,在半剛性或剛性基層上面加做下封層,對增強(qiáng)路面結(jié)構(gòu)層

3、的強(qiáng)度,穩(wěn)定性與防水能力將起到事半功倍的作用.因此,如何選擇合適的下封層材料,并進(jìn)行嚴(yán)格的施工工藝控制,保證其質(zhì)量達(dá)到相關(guān)技術(shù)要求,從而使其在公路建成后發(fā)揮良好的功能,是公路建設(shè)中所必需面對的問題.本文對國內(nèi)目前常用的幾種下封層材料的有關(guān)性能進(jìn)行簡單的對比分析.1下封層作用機(jī)理1.1層間粘結(jié)瀝青面層與半剛性,剛性基層在結(jié)構(gòu),組成材料,施工工藝與時間等方面存在明顯的差異,導(dǎo)致面層與基層之間客觀上形成了一個滑動面.而下封層的增設(shè),可以使面層與基層有效地連成一體.1.2傳遞荷載瀝青面層與半剛性,剛性基層在路面結(jié)構(gòu)體系中分別起著不同的作用.瀝青面層主要起著防滑,防水,防噪聲,抗剪切滑移與裂縫和向基層傳

4、遞荷載的作用.而要達(dá)到傳遞荷載的目的,必須使收稿日期:201lO5一l3作者簡介:朱嶸(1976一),男,上海人,博士,工程師,公路管理署副署長,從事工程建設(shè)管理工作.面層與基層之間有著較強(qiáng)的連續(xù)性,這種連續(xù)性可通過下封層作用得以實(shí)現(xiàn).1.3提高強(qiáng)度瀝青面層與半剛性,剛性基層的回彈模量不同,其組合在一起受荷載作用時各層應(yīng)力擴(kuò)散方式不同,形變也不同,在車輛的豎向荷載和橫向沖擊力作用下,面層將產(chǎn)生相對于基層的位移趨勢.如果面層本身的內(nèi)部摩阻力和粘結(jié)力,以及面層底部彎拉應(yīng)力抵抗不了這種應(yīng)力時,面層將出現(xiàn)推擁,轍槽甚至松散,剝落等病害,必須有一個力來阻止這種層間的移動.增高下封層后,層問就產(chǎn)生阻止移動

5、的摩阻力與粘結(jié)力,承擔(dān)著剛?cè)嶂g的粘結(jié),過渡任務(wù),使面層與基層,墊層和土基一起抵抗荷載作用,從而達(dá)到提高路面整體強(qiáng)度的目的.1.4防水抗?jié)B公路瀝青路面多層次結(jié)構(gòu)中,至少有一層必須是I型密級配瀝青混凝土混合料,其目的是為了增強(qiáng)面層密實(shí)度,防止地表水對路面及路面基層的侵蝕,破壞.但僅僅如此還不夠,因?yàn)槌O(shè)計因素外,瀝青混凝土的施工還受瀝青質(zhì)量,石料性質(zhì),石料規(guī)格與配比,油石比,拌和與攤鋪設(shè)備,以及碾壓溫度,碾壓時間等多種因素的影響.本來密實(shí)性應(yīng)該很好,透水率幾乎為零的面層,往往會由于某一環(huán)節(jié)的不到位而使透水率偏大,從而影響瀝青路面的防滲能力.影響瀝青路面本身,基層及至土基的穩(wěn)定性.因此,公路瀝青路

6、面施工技術(shù)規(guī)范(,ITGF402004)明確規(guī)定,位于多雨地區(qū)且瀝青面層空隙較大,滲水嚴(yán)重時,應(yīng)在瀝青面層下鋪筑下封層.2下封層的分類隨著公路建設(shè)經(jīng)驗(yàn)的不斷積累和人們認(rèn)識的2011年6月第6期城市道橋與防洪管理施工207不斷提高,國內(nèi)不少道路建設(shè)項(xiàng)目都已把下封層單獨(dú)作為一項(xiàng)結(jié)構(gòu)層設(shè)計在結(jié)構(gòu)中,越來越重視該層的應(yīng)用.目前國內(nèi)常用的下封層結(jié)構(gòu)層大致可分為兩大類(不包括透層油在內(nèi),鑒于未單獨(dú)做為結(jié)構(gòu)層看待):同步碎石封層(含橡膠瀝青同步碎石封層,SBS改性瀝青同步碎石封層,普通熱瀝青同步碎石封層,乳化瀝青同步碎石封層,加纖同步碎石處置層等),稀漿封層(改性瀝青稀漿封層,普通乳化瀝青稀漿封層,纖維改性

7、瀝青稀漿封層).2.1稀漿封層乳化瀝青稀漿封層技術(shù)是以級配的砂石材料為集料,選用滿足某種技術(shù)要求的乳化瀝青材料作為結(jié)合料,加入適量的水,填料和必要的外加劑,在專用的稀漿封層機(jī)具內(nèi),按設(shè)計比例配制成具有一定技術(shù)性能且達(dá)到某種功能要求的稀漿混合料.這種稀漿混合料的稠度較稀,形態(tài)似漿狀,鋪筑厚度一般在10mm左右,主要起防水或改善恢復(fù)路面功能的作用,故稱乳化瀝青稀漿封層,簡稱稀漿封層.稀漿封層包括普通稀漿封層和改性稀漿封層兩大類.其中的纖維改性稀漿封層技術(shù)就是使用專用的設(shè)備,在以前的普通改性稀漿封層中加入纖維,相當(dāng)于在稀漿混合料中"加筋",使鋪筑的稀漿封層使用性能大大提高.纖維改

8、性稀漿封層中的纖維可以吸附部分瀝青,從而增大瀝青用量,提高瀝青飽和度,并且使粘結(jié)在礦料上結(jié)構(gòu)瀝青膜變厚,降低了水對瀝青膠漿的侵蝕作用,增強(qiáng)了瀝青膠漿抵抗自然環(huán)境破壞的能力,并且纖維能夠握裹集料,以瀝青為粘結(jié)物質(zhì),起到"加筋"效果,更能改善稀漿封層的整體結(jié)構(gòu).2.2同步碎石封層同步碎石封層,就是用專用設(shè)備即同步碎石封層車及黏結(jié)材料f橡膠瀝青,SBS改性瀝青,改性乳化瀝青等)同步鋪撒在路面上,通過自然行車碾壓或輪胎壓路機(jī)碾壓形成單層瀝青碎石磨耗層,作為各種等級公路下封防水層使用.同步碎石封層將黏結(jié)劑的噴灑與集料撒布兩道工序集中在一臺車上同時完成,可以使碎石顆粒立即與剛噴灑的黏結(jié)

9、劑相接觸.此時,由于熱瀝青或乳化瀝青流動性較好,能隨時更深地埋入黏結(jié)劑內(nèi).同步碎石封層技術(shù)縮短了黏結(jié)劑噴灑與集料撒布之間的間隔,增加了集料顆粒與黏結(jié)劑的裹覆面積,更易保證兩者之間穩(wěn)定的比例關(guān)系,提高了作業(yè)效率,減少了設(shè)備配置,降低了施工成本.纖維封層技術(shù)是指采用纖維封層核心設(shè)備同時灑(撒)布瀝青粘結(jié)料和纖維,然后在上面撒布碎石經(jīng)碾壓后形成新的磨耗層或者應(yīng)力吸收中間層的一種新型道路建設(shè)施工和養(yǎng)護(hù)技術(shù).其中的纖維封層是目前同步碎石封層中的最新技術(shù).纖維封層施工中,經(jīng)過專門工藝破碎切割的纖維在上下兩層均勻?yàn)⒉嫉臑r青結(jié)合料中呈亂向均勻分布,相互搭接,與瀝青混合料形成網(wǎng)絡(luò)纏繞結(jié)構(gòu),有效地提高了封層的抗拉

10、,抗剪,抗壓和抗沖擊強(qiáng)度等綜合力學(xué)性能.類似在新建道路基層和面層之間或原有路面基礎(chǔ)上加鋪了一層具有高彈性和高強(qiáng)度的防護(hù)網(wǎng)墊.3性能對比瀝青路面基層一般分為柔性基層和半剛性基層兩類,目前我國公路路面結(jié)構(gòu)主要采用以二灰材料和水泥穩(wěn)定材料為主的半剛性基層瀝青路面.半剛性基層瀝青路面因其整體強(qiáng)度,抗永久變形能力均較強(qiáng),能適應(yīng)重交通;半剛性基層材料分布較廣,價格不高,便于就地取材,施工技術(shù)要求不高,整體造價相對來說較低.然而,半剛性材料有其缺陷性,它對溫度和濕度變化比較敏感,在其強(qiáng)度形成過程中,以及運(yùn)營期間會產(chǎn)生干縮裂縫和溫度收縮裂縫.在路面交通荷載重復(fù)作用下,半剛性基層的這種干縮裂縫和溫縮裂縫會擴(kuò)展到

11、瀝青路面面層形成反射裂縫.目前絕大部分以半剛性基層瀝青路面為結(jié)構(gòu)的公路都存在裂縫,包括橫縫和縱縫.路面裂縫不僅影響美觀,降低平整度,而且會削弱路面的整體平整度.在雨雪天氣下,雨水會從裂縫滲人到路面結(jié)構(gòu),而這些水分極難從路面結(jié)構(gòu)層中排出,在車輛荷載的反復(fù)作用下,基層中的細(xì)料和結(jié)合料容易被沖刷,滲入到半剛性基層表面后將造成粒料松散,使得裂縫進(jìn)一步擴(kuò)大,基層含水量增大,強(qiáng)度降低,最終將導(dǎo)致局部地段整個路面結(jié)構(gòu)的破壞.所以下封層施工質(zhì)量的好壞就尤為關(guān)鍵,如何選擇合適的下封層材料,值得重視.水穩(wěn)或三渣基礎(chǔ)施工后,稀漿封層同樣能夠發(fā)揮一定的作用,但稀漿封層鋪筑后需要有一段時間的養(yǎng)護(hù)才可行駛車輛.天氣暖和時

12、,2h即可;天氣寒冷時,則需要612h以上.另外有個最大的缺陷是,稀漿封層固化后為剛性,最怕震動壓路機(jī)的碾壓造成碾碎.上下層之間成了夾心餅干,對質(zhì)量造成影響,所以施工過程中的質(zhì)量控制尤為重要.另外,如果下陷的路面已經(jīng)開裂,車輛駛過以后有移動現(xiàn)象,那么稀漿封層的作用就完全沒有了.而同步碎石最大的優(yōu)點(diǎn)是施工后即可進(jìn)行下道工序的施工,固化后仍然有一定的韌性,即使上,下層在一定限度內(nèi)變形時仍保持很好的整208管理施工城市道橋與防洪2011年6月第6期體部分,其性能指標(biāo)均不受外界影響.同步碎石擁有較強(qiáng)的高溫穩(wěn)定性,低溫抗裂性,以及抗老化,抗疲勞,抗水損壞的特性.因此把同步碎石設(shè)計應(yīng)用于道路方案中,可以充

13、分體現(xiàn)以下特性與優(yōu)點(diǎn).3.1抗反射裂縫在水穩(wěn)或三渣上鋪裝同步碎石應(yīng)力吸收層是目前較為公認(rèn)的抗反射裂縫最有效的解決方案.因?yàn)楦男詾r青利用較強(qiáng)的粘性,可有效解決加鋪層與原路面的粘接問題,同時高用量(在1.82.2kg/m,橡膠瀝青用量甚至在3.0kg/m左右)的瀝青與單一粒徑的碎石強(qiáng)力粘結(jié),形成約0.81.0em厚彈性良好的防裂層,原路面的各種裂縫將難以穿透該改性瀝青應(yīng)力吸收層向上傳播.3.2抗水損壞改性瀝青應(yīng)力吸收層,也是一個良好的防水層.首先,該層改性瀝青用量較大,在原路面上形成約3mm厚的瀝青膜,可以防止雨水的向下滲透,對下面層起到保護(hù)作用.其次,在上面攤鋪瀝青混合料面層時,改性瀝青應(yīng)力吸收

14、層頂部的改性瀝青會二次熔化,經(jīng)路面壓實(shí)后會充分填充面層混合料底部的縫隙,可解決防止水滲透問題,從而排除層問存水的可能.3.3抗低溫脆裂由于改性瀝青本身的可塑性和延展性,使得改性瀝青低溫延度增大,改性瀝青路面抗低溫脆裂能力大大增強(qiáng);另外纖維封層的纖維絲成網(wǎng)狀分布結(jié)構(gòu),為一整體,隔絕了裂縫的產(chǎn)生.3.4抗高溫車轍改性瀝青本身擁有較強(qiáng)的高溫穩(wěn)定性和粘性,所以用于路面結(jié)構(gòu)中的改性瀝青膠結(jié)料具有高粘性與不易流動性.另外碎石外層所裹附的改性瀝青膠結(jié)料中含有大顆粒的橡膠粉或改性劑,可產(chǎn)生較大的磨阻力,也使碎石不易滑動,可減少車轍形成,同時保證結(jié)構(gòu)能力.兩類材料從單價上進(jìn)行比較:稀漿封層體現(xiàn)了較大的優(yōu)勢,每平

15、米1.0em厚的稀漿封層單價大概是14l5元,改性或加纖的稀封價格則達(dá)到20元/m2以上;同步碎石的單價約在20元/m以上,其中纖維封層的單價則達(dá)到了30元/m以E4施工過程中的質(zhì)量控制在施工前完成整個路段的清掃工作,如果用水沖洗路面,須待所有的路面完全干燥以后才能進(jìn)行施工,確保路面無塵土,垃圾等雜物;在施工路段內(nèi)設(shè)置交通施工提示標(biāo)志;確定瀝青,骨料,配套設(shè)備等都已準(zhǔn)備就緒;確定各種施工設(shè)備的狀態(tài),設(shè)定等都正確,并在現(xiàn)場進(jìn)行瀝青,纖維及碎石灑(撒)布量及稀漿封層各料的現(xiàn)場試驗(yàn),確定合適用量.對稀漿封層設(shè)備,噴灑瀝青機(jī)械,碾壓機(jī)械及其他操作工具應(yīng)先檢修完畢,配備完全.在路面或空氣溫度達(dá)到10并且

16、持續(xù)下降時,不允許進(jìn)行施工,但是在路面或空氣溫度到達(dá)7并且持續(xù)上升時,可允許施工.盡量避免雨季施工作業(yè).嚴(yán)格把握住材料關(guān).材料選擇非常重要,直接關(guān)系到工程質(zhì)量的優(yōu)劣,故應(yīng)嚴(yán)格要求組織好施工隊(duì)伍,明確人員分工,對施工人員應(yīng)先進(jìn)行培訓(xùn),并就設(shè)計和施工要求,施工工期,質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn),安全操作等規(guī)程向施工人員詳細(xì)交底.5結(jié)語(1)多層式瀝青混凝土混合料路面與半剛性,剛性基層相結(jié)合的路面形式,決定了下封層施工在這個結(jié)構(gòu)體系中的地位非常重要.(2)從提高道路等級來看,公路瀝青路面下封層施工的方案多種多樣,但從密實(shí)性能,粘結(jié)能力,防水特性,強(qiáng)度指標(biāo),施工條件,造價比選等諸角度綜合考慮,對于重載交通不是很大,車流量不是很高的道路建議使用稀漿封層;而對于道路要求較高的道路工程,則建議使用同步碎石工藝,同時在稀漿封層和同步碎石的使用上再次進(jìn)行細(xì)化選擇.(3)在施工過