沥青路面改性乳化沥青同步碎石封层应用技术探讨

2014-08-05严世祥彭东波李坤志

黑龙江交通科技 2014年9期

严世祥，彭东波，李坤志

(云南省公路科学技术研究院)

1 引言

对沥青路面采取一定的养护措施，是为了使已破损的路面经过维护达到行车所必需的服务水平，同时提高路面的使用寿命。

改性乳化沥青同步碎石封层是一种行之有效的沥青路面预防性养护技术，是将符合一定要求的改性乳化沥青和碎石洒(撒)布在旧路面上，通过胶轮压路机及时碾压和通车自然碾压形成的一种沥青碎石磨耗层。其最主要的目的是修复微小的路面病害，防止水侵入基层，防止裂缝等病害的蔓延，延长路面的使用寿命。项目将依托云南德宏州国道G320 及省道S320 线的两条试验路，对沥青路面采用改性乳化沥青同步碎石封层进行预防性养护的应用技术进行详细的探讨。

2 改性乳化沥青的生产

改性乳化沥青的质量直接影响着同步碎石封层的成败。首先通过室内小型胶体磨生产改性乳化沥青，确定了改性乳化沥青的配比及配制工艺:乳化剂掺量0.4%，皂液pH 值1.6～2.0，70#A 级基质沥青温度130～140 ℃，胶体磨剪切时间控制在1～3 min 以内，外掺SBR 胶乳3%，搅拌冷却并密封储存。此工艺生产的改性乳化沥青具有良好的储存稳定性及性能指标，见表1。

表1 70#A 沥青配制的改性乳化沥青性能指标

为保证同步碎石封层的质量，试验路采用的是高固含量高粘度乳化沥青，因此25℃沥青标准粘度高于《公路沥青路面施工技术规范JTG F40－2004》中BCR 的指标要求。

在实际生产中，乳化沥青应采用大型胶体磨进行工厂化生产，生产过程严格按照室内小样试验成果进行。生产过程中通过调节皂液泵和沥青泵的转速来改变皂液和沥青的添加量，从而改变生产出的乳化沥青的固含量。一般要求先根据生产经验固定皂液泵转速至某一固定值，再通过多次调节沥青泵的转速，来使乳化沥青的固含量尽量靠近设计值65%。调试过程中，乳化沥青固含量与沥青泵转速的关系见表2。

表2 乳化沥青固含量与沥青泵转速的关系

由表2 可知，当皂液泵转速为400 r/min，沥青泵转速为420 r/min 时，生产的乳化沥青固含量为65.9%，该结果已十分接近设计固含量，说明沥青泵转速恰当。

通过工厂化生产调试，确定了以下几个生产参数:基质沥青加热温度约为140 ℃，皂液温度约在55～60 ℃，皂液ph值取1.9，皂液泵转速400 r/min，沥青泵转速为420 r/min。采用上述生产工艺生产乳化沥青，其性能指标见表3。

表3 工厂化生产的乳化沥青性能指标

从表3 可以看出，工厂化生产的乳化沥青性能指标符合要求。

由于改性乳化沥青在储存过程中必须进行频繁的搅动，防止储存过程中乳化沥青与胶乳分离，因此采用内掺法生产胶乳改性乳化沥青必将给储存工作带来不便。建议的乳化沥青改性的方法为施工前现场外掺胶乳。为了保证胶乳能均匀的分散到乳化沥青中，外掺胶乳后应至少等待乳化沥青同步碎石洒布车油罐自动循环20 min，才可开始施工。对现场改性的乳化沥青取样进行室内试验，并对比了室内改性乳化沥青的试验结果，见表4。

表4 现场外掺改性乳化沥青和室内改性乳化沥青性能指标

从表4 中可以看出，现场外掺法配制的改性乳化沥青性能良好，结合规范要求和试验路气候、交通量特点，现场外掺法配制的改性乳化沥青性能是完全能够满足要求的。另外，为了加快乳化沥青破乳，提早开放交通，同步碎石试验路施工时，改性乳化沥青的施工温度宜为40～50 ℃。

3 同步碎石封层配合比设计

改性乳化沥青同步碎石封层的配合比设计主要是确定乳化沥青及碎石的撒布量。目前，国内外主要有三种配合比设计方法:室内试验确定法、经验法和理论计算法。

采用室内试验法初步确定了同步碎石封层的乳化沥青及碎石撒布量。乳化沥青采用65%固含量的SBR 胶乳改性乳化沥青，碎石为4.75～9.5 mm 的单一粒径碎石。这是一种十分直观、简便的碎石封层设计方法，将碎石均匀、紧密地撒满某平底容器，根据碎石质量和撒布面积计算石料撒布量，然后向该平底容器内倒入自来水直至刚好完全淹没石料，倒入水量的2/3 与平底容器底面积的比值即为乳化沥青的撒布量。

根据上述方法，圆盘面积:0.085 5 m2;均匀、紧密排列的单层碎石撒布量:0.715 kg;填充2/3 碎石体积需水量:0.157 kg;计算得出:100%碎石撒布量8.36 kg/m2，乳化沥青撒布量为:1.8 kg/m2。按此配比，室内制作同步碎石封层试件。发现破乳形成强度以后，沥青基本裹附集料2/3 的体积，将试件翻过来敲击底部，没有石料脱落，戴手套扫刷试件表面，也没有集料脱落，证明粘结强度较好。

由于现场铺筑的同步碎石封层要经过胶轮碾压，同时开放交通后行车碾压会导致部分沥青上浮，为避免产生泛油现象，室内确定的乳化沥青及碎石撒布量尚须经过试验路的检验才能最后确定。

4 试验路旧路面病害处治

经调查，试验路旧路面的主要病害为路面裂缝、路面沉陷和坑槽。路面病害采用的处治方法:对于大于2 mm 的裂缝先进行扩缝，再用沥青砂浆灌缝;对于路面沉陷、网裂和坑槽采用铣刨路基路面，再重新铺筑水泥稳定碎石基层和沥青混凝土面层或沥青贯入式路面。

5 改性乳化沥青同步碎石封层施工工艺

乳化沥青同步碎石封层铺筑前应做好各项准备工作，原路面应洁净无浮尘，保证碎石封层的正常施工。若旧沥青混凝土路面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碎石封层的施工。对路缘石等两旁结构物或设施采取覆盖措施，以防乳化沥青喷洒飞溅污染结构物。

在全面铺筑碎石封层路面前，应先选择试铺路段，用于调整施工参数，使施工效果达到最佳。试铺时主要考察乳化沥青及碎石洒布量是否恰当，应避免乳化沥青流淌，如果乳化沥青洒布量过低或者过高，应及时调整同步碎石封层车车速;同步碎石应均匀全面覆盖在乳化沥青表面，碎石撒布率宜为90%以上，对于局部撒布量不足的地方，应立刻进行人工补足。

现场技术员应及时提醒同步碎石封层车司机，调整行车速度，控制乳化沥青和碎石洒布量。同步碎石封层铺洒结束后，轮胎压路机应等待乳化沥青开始破乳(乳化沥青颜色开始变黑)才可开始碾压。碾压结束，乳化沥青完全破乳后方可开放交通。

通过试铺，得出的主要施工参数有:乳化沥青同步碎石封层车车速6.6 km/h;压路机碾压遍数2～3 次;乳化沥青洒布量约为1.6～1.8 kg/m2;碎石洒布量约为8 kg/m2。

在试铺过程中，试验人员采用预铺油毛毡的方式对同步碎石封层车的横向撒布均匀性进行了取样分析，结果见表5。

表5 同步碎石封层车乳化沥青及碎石横向撒布均匀性检测结果

从表5 可以得出，乳化沥青和碎石的横向撒布有一定的不均匀性，乳化沥青表现为“中间多，两边少”;碎石撒布规律为“右边多，左边少”。后经对同步碎石封层车撒布参数进行了适当调整，基本做到了均匀准确的撒布乳化沥青及碎石。

6 改性乳化沥青同步碎石封层的应用效果分析

对比分析了试验路分别采用的沥青贯入式处治路面、沥青混凝土处治路面及改性乳化沥青同步碎石封层养护路面在构造深度、摩擦系数及渗水系数等方面对旧路面的改善效果，具体情况见图1、图2 及表6。

图1 不同处治方式路面的构造深度检测结果

图2 不同处治方式路面的摩擦系数检测结果

表6 不同处治方式路面的渗水系数检测结果 ml/min

从图1、图2、表6 可以看出，采用改性乳化沥青同步碎石封层养护后，路面的构造深度及抗滑能力改善明显，效果比采用沥青贯入式处治及普通沥青混凝土处治更好，且同步碎石封层有更好的封水效果，可以有效防止路面水沿旧路裂缝下渗，从而有效延长了路面的使用寿命。

7 改性乳化沥青同步碎石封层预防性养护的社会经济效益分析

根据试验路的统计，改性乳化沥青同步碎石封层材料费用:乳化沥青5.66 元/kg;丁苯胶乳31 元/kg;碎石集料0.05 元/kg;同步碎石封层材料用量:改性乳化沥青1.8 kg/m2，碎石8.36 kg/m2。

同步碎石封层材料单价:5.66 ×1.8 +1.8 ×31 ×3/100 +8.36×0.05=12.28 元/m2。

另:合计机械台班及人工费用后改性乳化沥青同步碎石封层单价为16.8 元/m2。

表7 各种预防性养护类型单价比较

从表7 可以看出，采用改性乳化沥青同步碎石封层，可比1 cm 微表处节约成本32.7%。同时，由于同步碎石封层沥青膜较厚，抗反射裂缝的能力及自愈合能力比微表处更强，用作预防性养护效果比微表处更好。而且改性乳化沥青同步碎石封层施工养护时间比微表处更短，可以更快速的开放交通，对于不能封闭交通施工的国道及省道养护而言，具有更佳的社会效益。与2 cm 沥青混凝土薄层罩面相比，改性乳化沥青同步碎石封层可节约成本70.2%。而且沥青混凝土薄层罩面在生产过程中将消耗更多的能源，产生更多的废气及粉尘排放量，造成环境污染。

因此，采用改性乳化沥青同步碎石封层做预防性养护，具有巨大的经济效益及社会环境效益。