瀝青路面改性乳化瀝青同步碎石封層應用技術(shù)探討

嚴世祥，彭東波，李坤志

(云南省公路科學技術(shù)研究院)

1 引 言

對瀝青路面采取一定的養(yǎng)護措施，是為了使已破損的路面經(jīng)過維護達到行車所必需的服務水平，同時提高路面的使用壽命。

改性乳化瀝青同步碎石封層是一種行之有效的瀝青路面預防性養(yǎng)護技術(shù)，是將符合一定要求的改性乳化瀝青和碎石灑(撒)布在舊路面上，通過膠輪壓路機及時碾壓和通車自然碾壓形成的一種瀝青碎石磨耗層。其最主要的目的是修復微小的路面病害，防止水侵入基層，防止裂縫等病害的蔓延，延長路面的使用壽命。項目將依托云南德宏州國道G320 及省道S320 線的兩條試驗路，對瀝青路面采用改性乳化瀝青同步碎石封層進行預防性養(yǎng)護的應用技術(shù)進行詳細的探討。

2 改性乳化瀝青的生產(chǎn)

改性乳化瀝青的質(zhì)量直接影響著同步碎石封層的成敗。首先通過室內(nèi)小型膠體磨生產(chǎn)改性乳化瀝青，確定了改性乳化瀝青的配比及配制工藝:乳化劑摻量0.4%，皂液pH 值1.6～2.0，70#A 級基質(zhì)瀝青溫度130～140 ℃，膠體磨剪切時間控制在1～3 min 以內(nèi)，外摻SBR 膠乳3%，攪拌冷卻并密封儲存。此工藝生產(chǎn)的改性乳化瀝青具有良好的儲存穩(wěn)定性及性能指標，見表1。

表1 70#A 瀝青配制的改性乳化瀝青性能指標

為保證同步碎石封層的質(zhì)量，試驗路采用的是高固含量高粘度乳化瀝青，因此25℃瀝青標準粘度高于《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范JTG F40－2004》中BCR 的指標要求。

在實際生產(chǎn)中，乳化瀝青應采用大型膠體磨進行工廠化生產(chǎn)，生產(chǎn)過程嚴格按照室內(nèi)小樣試驗成果進行。生產(chǎn)過程中通過調(diào)節(jié)皂液泵和瀝青泵的轉(zhuǎn)速來改變皂液和瀝青的添加量，從而改變生產(chǎn)出的乳化瀝青的固含量。一般要求先根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗固定皂液泵轉(zhuǎn)速至某一固定值，再通過多次調(diào)節(jié)瀝青泵的轉(zhuǎn)速，來使乳化瀝青的固含量盡量靠近設計值65%。調(diào)試過程中，乳化瀝青固含量與瀝青泵轉(zhuǎn)速的關(guān)系見表2。

表2 乳化瀝青固含量與瀝青泵轉(zhuǎn)速的關(guān)系

由表2 可知，當皂液泵轉(zhuǎn)速為400 r/min，瀝青泵轉(zhuǎn)速為420 r/min 時，生產(chǎn)的乳化瀝青固含量為65.9%，該結(jié)果已十分接近設計固含量，說明瀝青泵轉(zhuǎn)速恰當。

通過工廠化生產(chǎn)調(diào)試，確定了以下幾個生產(chǎn)參數(shù):基質(zhì)瀝青加熱溫度約為140 ℃，皂液溫度約在55～60 ℃，皂液ph值取1.9，皂液泵轉(zhuǎn)速400 r/min，瀝青泵轉(zhuǎn)速為420 r/min。采用上述生產(chǎn)工藝生產(chǎn)乳化瀝青，其性能指標見表3。

表3 工廠化生產(chǎn)的乳化瀝青性能指標

從表3 可以看出，工廠化生產(chǎn)的乳化瀝青性能指標符合要求。

由于改性乳化瀝青在儲存過程中必須進行頻繁的攪動，防止儲存過程中乳化瀝青與膠乳分離，因此采用內(nèi)摻法生產(chǎn)膠乳改性乳化瀝青必將給儲存工作帶來不便。建議的乳化瀝青改性的方法為施工前現(xiàn)場外摻膠乳。為了保證膠乳能均勻的分散到乳化瀝青中，外摻膠乳后應至少等待乳化瀝青同步碎石灑布車油罐自動循環(huán)20 min，才可開始施工。對現(xiàn)場改性的乳化瀝青取樣進行室內(nèi)試驗，并對比了室內(nèi)改性乳化瀝青的試驗結(jié)果，見表4。

表4 現(xiàn)場外摻改性乳化瀝青和室內(nèi)改性乳化瀝青性能指標

從表4 中可以看出，現(xiàn)場外摻法配制的改性乳化瀝青性能良好，結(jié)合規(guī)范要求和試驗路氣候、交通量特點，現(xiàn)場外摻法配制的改性乳化瀝青性能是完全能夠滿足要求的。另外，為了加快乳化瀝青破乳，提早開放交通，同步碎石試驗路施工時，改性乳化瀝青的施工溫度宜為40～50 ℃。

3 同步碎石封層配合比設計

改性乳化瀝青同步碎石封層的配合比設計主要是確定乳化瀝青及碎石的撒布量。目前，國內(nèi)外主要有三種配合比設計方法:室內(nèi)試驗確定法、經(jīng)驗法和理論計算法。

采用室內(nèi)試驗法初步確定了同步碎石封層的乳化瀝青及碎石撒布量。乳化瀝青采用65%固含量的SBR 膠乳改性乳化瀝青，碎石為4.75～9.5 mm 的單一粒徑碎石。這是一種十分直觀、簡便的碎石封層設計方法，將碎石均勻、緊密地撒滿某平底容器，根據(jù)碎石質(zhì)量和撒布面積計算石料撒布量，然后向該平底容器內(nèi)倒入自來水直至剛好完全淹沒石料，倒入水量的2/3 與平底容器底面積的比值即為乳化瀝青的撒布量。

根據(jù)上述方法，圓盤面積:0.085 5 m2;均勻、緊密排列的單層碎石撒布量:0.715 kg;填充2/3 碎石體積需水量:0.157 kg;計算得出:100%碎石撒布量8.36 kg/m2，乳化瀝青撒布量為:1.8 kg/m2。按此配比，室內(nèi)制作同步碎石封層試件。發(fā)現(xiàn)破乳形成強度以后，瀝青基本裹附集料2/3 的體積，將試件翻過來敲擊底部，沒有石料脫落，戴手套掃刷試件表面，也沒有集料脫落，證明粘結(jié)強度較好。

由于現(xiàn)場鋪筑的同步碎石封層要經(jīng)過膠輪碾壓，同時開放交通后行車碾壓會導致部分瀝青上浮，為避免產(chǎn)生泛油現(xiàn)象，室內(nèi)確定的乳化瀝青及碎石撒布量尚須經(jīng)過試驗路的檢驗才能最后確定。

4 試驗路舊路面病害處治

經(jīng)調(diào)查，試驗路舊路面的主要病害為路面裂縫、路面沉陷和坑槽。路面病害采用的處治方法:對于大于2 mm 的裂縫先進行擴縫，再用瀝青砂漿灌縫;對于路面沉陷、網(wǎng)裂和坑槽采用銑刨路基路面，再重新鋪筑水泥穩(wěn)定碎石基層和瀝青混凝土面層或瀝青貫入式路面。

5 改性乳化瀝青同步碎石封層施工工藝

乳化瀝青同步碎石封層鋪筑前應做好各項準備工作，原路面應潔凈無浮塵，保證碎石封層的正常施工。若舊瀝青混凝土路面有其他污染或雜物應進行沖洗或清掃，當用水沖洗時，應等水分蒸發(fā)表面完全干燥后才可進行碎石封層的施工。對路緣石等兩旁結(jié)構(gòu)物或設施采取覆蓋措施，以防乳化瀝青噴灑飛濺污染結(jié)構(gòu)物。

在全面鋪筑碎石封層路面前，應先選擇試鋪路段，用于調(diào)整施工參數(shù)，使施工效果達到最佳。試鋪時主要考察乳化瀝青及碎石灑布量是否恰當，應避免乳化瀝青流淌，如果乳化瀝青灑布量過低或者過高，應及時調(diào)整同步碎石封層車車速;同步碎石應均勻全面覆蓋在乳化瀝青表面，碎石撒布率宜為90%以上，對于局部撒布量不足的地方，應立刻進行人工補足。

現(xiàn)場技術(shù)員應及時提醒同步碎石封層車司機，調(diào)整行車速度，控制乳化瀝青和碎石灑布量。同步碎石封層鋪灑結(jié)束后，輪胎壓路機應等待乳化瀝青開始破乳(乳化瀝青顏色開始變黑)才可開始碾壓。碾壓結(jié)束，乳化瀝青完全破乳后方可開放交通。

通過試鋪，得出的主要施工參數(shù)有:乳化瀝青同步碎石封層車車速6.6 km/h;壓路機碾壓遍數(shù)2～3 次;乳化瀝青灑布量約為1.6～1.8 kg/m2;碎石灑布量約為8 kg/m2。

在試鋪過程中，試驗人員采用預鋪油毛氈的方式對同步碎石封層車的橫向撒布均勻性進行了取樣分析，結(jié)果見表5。

表5 同步碎石封層車乳化瀝青及碎石橫向撒布均勻性檢測結(jié)果

從表5 可以得出，乳化瀝青和碎石的橫向撒布有一定的不均勻性，乳化瀝青表現(xiàn)為“中間多，兩邊少”;碎石撒布規(guī)律為“右邊多，左邊少”。后經(jīng)對同步碎石封層車撒布參數(shù)進行了適當調(diào)整，基本做到了均勻準確的撒布乳化瀝青及碎石。

6 改性乳化瀝青同步碎石封層的應用效果分析

對比分析了試驗路分別采用的瀝青貫入式處治路面、瀝青混凝土處治路面及改性乳化瀝青同步碎石封層養(yǎng)護路面在構(gòu)造深度、摩擦系數(shù)及滲水系數(shù)等方面對舊路面的改善效果，具體情況見圖1、圖2 及表6。

圖1 不同處治方式路面的構(gòu)造深度檢測結(jié)果

圖2 不同處治方式路面的摩擦系數(shù)檢測結(jié)果

表6 不同處治方式路面的滲水系數(shù)檢測結(jié)果 ml/min

從圖1、圖2、表6 可以看出，采用改性乳化瀝青同步碎石封層養(yǎng)護后，路面的構(gòu)造深度及抗滑能力改善明顯，效果比采用瀝青貫入式處治及普通瀝青混凝土處治更好，且同步碎石封層有更好的封水效果，可以有效防止路面水沿舊路裂縫下滲，從而有效延長了路面的使用壽命。

7 改性乳化瀝青同步碎石封層預防性養(yǎng)護的社會經(jīng)濟效益分析

根據(jù)試驗路的統(tǒng)計，改性乳化瀝青同步碎石封層材料費用:乳化瀝青5.66 元/kg;丁苯膠乳31 元/kg;碎石集料0.05 元/kg;同步碎石封層材料用量:改性乳化瀝青1.8 kg/m2，碎石8.36 kg/m2。

同步碎石封層材料單價:5.66 ×1.8 +1.8 ×31 ×3/100 +8.36×0.05=12.28 元/m2。

另:合計機械臺班及人工費用后改性乳化瀝青同步碎石封層單價為16.8 元/m2。

表7 各種預防性養(yǎng)護類型單價比較

從表7 可以看出，采用改性乳化瀝青同步碎石封層，可比1 cm 微表處節(jié)約成本32.7%。同時，由于同步碎石封層瀝青膜較厚，抗反射裂縫的能力及自愈合能力比微表處更強，用作預防性養(yǎng)護效果比微表處更好。而且改性乳化瀝青同步碎石封層施工養(yǎng)護時間比微表處更短，可以更快速的開放交通，對于不能封閉交通施工的國道及省道養(yǎng)護而言，具有更佳的社會效益。與2 cm 瀝青混凝土薄層罩面相比，改性乳化瀝青同步碎石封層可節(jié)約成本70.2%。而且瀝青混凝土薄層罩面在生產(chǎn)過程中將消耗更多的能源，產(chǎn)生更多的廢氣及粉塵排放量，造成環(huán)境污染。

因此，采用改性乳化瀝青同步碎石封層做預防性養(yǎng)護，具有巨大的經(jīng)濟效益及社會環(huán)境效益。

8 結(jié)束語

瀝青路面采用改性乳化瀝青同步碎石封層進行預防性養(yǎng)護，能有效的恢復路面的使用性能，延長路面的使用壽命;同時，比微表處及瀝青混凝土薄層罩面等養(yǎng)護方式成本更低，且具有施工簡單、開放交通更快等優(yōu)勢。因此，該技術(shù)具有極大的推廣應用價值。

［1］張宗輝.同步碎石封層技術(shù)［J］.乳化瀝青簡訊，2004，(3).

［2］鄭云青.同步碎石封層在瀝青路面養(yǎng)護中的應用［J］.山西建筑，2009，(6).

［3］孫成東.改性乳化瀝青的研究及應用［J］.遼寧交通科技，2005.