水泥穩(wěn)定層表面透層油的灑布及工程質(zhì)量控制要點(diǎn)

鄒 剛

（新疆維吾爾自治區(qū)昌吉公路管理局，新疆 昌吉 831100）

目前，國(guó)內(nèi)外高等級(jí)道路的面層結(jié)構(gòu)形式絕大多數(shù)由瀝青混凝土和水泥混凝土材料構(gòu)成，其中瀝青路面 （亦稱為柔性路面或黑色路面）以瀝青作為黏結(jié)劑，與級(jí)配礦料 （包括石粉和其他添加劑）在一定溫度下經(jīng)機(jī)械拌合形成瀝青混合料，經(jīng)攤鋪和壓實(shí)最終形成符合路用特性的瀝青混凝土路面。由于這種路面結(jié)構(gòu)的固有特性，使得其抗滑構(gòu)造容易形成且能長(zhǎng)期保持[1]，同時(shí)行車振動(dòng)較小，具有良好的舒適感。另外，由于瀝青的熱融性 （其運(yùn)動(dòng)黏度的大小與其溫度的高低成反比）使得瀝青路面出現(xiàn)局部損壞后易于修復(fù)，同樣其材料也更加易于再生利用[2]。鑒于此，瀝青路面在國(guó)內(nèi)外道路工程中得到了廣泛的應(yīng)用。

為了達(dá)到設(shè)計(jì)行車荷載，高等級(jí)瀝青混凝土道路的面層必須鋪筑在水泥穩(wěn)定基礎(chǔ) （簡(jiǎn)稱水穩(wěn)層）之上。

1 水泥穩(wěn)定層表面透層油灑布問題的提出

在瀝青混凝土道路的鉛垂面上，自下而上分別為地基、水泥穩(wěn)定層和面層。地基一般為經(jīng)過整平并壓實(shí)后的土基層，承載上部道路自重及行車荷載。由于基層一般為自然土基碾壓而成，其受力穩(wěn)定性能要求較低，若在地下水平面較高的地區(qū) （或局部位置），則應(yīng)修建排水結(jié)構(gòu)以防地下水或落雨水毀；水泥穩(wěn)定層與上部面層的原材料都是由人工拌合而成，以載重汽車將面層原材料運(yùn)至路上攤鋪成型并經(jīng)壓實(shí)形成必要的強(qiáng)度。水穩(wěn)層是整個(gè)道路的穩(wěn)定承壓結(jié)構(gòu)層；最上部是道路的面層 （高等級(jí)道路的面層又分為下面層、中面層和上面層），它是整個(gè)道路的磨耗和封閉層，以承擔(dān)上部行車及自然光候的直接作用[3]。顯然，水穩(wěn)層和面層是整個(gè)道路最重要的組成部分，它們的施工質(zhì)量關(guān)系到整個(gè)道路的總體質(zhì)量，其建筑成本約占整個(gè)道路總成本的70%～85% （以平原地區(qū)為參考）。

雖然水穩(wěn)層和面層是兩個(gè)不同的物理構(gòu)造物，它們的作用也不盡相同，但它們必須共同承載上部道路的各種荷載 （包括自身重力和道路上部以車輛為主的各種人為荷載），這些荷載中以車輛對(duì)道路的沖擊荷載Q 為最大，其數(shù)值為車輛的自重w、行車速度v 的二次方及換算系數(shù)k 的乘積，即

顯然，由于高等級(jí)道路的行車速度相當(dāng)高，如高速公路通常不低于100 km/h，軸載往往超過10 t，故車輛對(duì)路面的沖擊荷載是一個(gè)相當(dāng)大的數(shù)值。某些地區(qū) （如我國(guó)新疆、山西、內(nèi)蒙等省區(qū)的礦產(chǎn)轉(zhuǎn)運(yùn)地區(qū)）經(jīng)常出現(xiàn)重載和超載運(yùn)輸使得這種沖擊荷載更為突出。鑒于此，道路的水穩(wěn)層和面層必須形成一個(gè)密實(shí)的整體才能有效抵御車輛的沖擊載荷。但這兩種路層如果處置欠佳很容易出現(xiàn)層間裂隙而形成各自分別受力的現(xiàn)象，究其原因，主要由以下兩種十分常見的情況造成。

1）水穩(wěn)層是水泥混凝土的一種，雖然屬于含水量較小的干硬型材料，但在自然環(huán)境中，水穩(wěn)層的鋪設(shè)需要較長(zhǎng)的養(yǎng)生時(shí)間 （一般不少于3 周）才能形成初期強(qiáng)度，然后才能在其上部攤鋪瀝青混合料面層。在這段養(yǎng)生期內(nèi)，暴露的水穩(wěn)層表面會(huì)因局部干燥而形成一些松散顆粒及粉末，這些自由物體與鋪設(shè)于水穩(wěn)上部的面層之間形成了夾層和孔隙，從而影響了水穩(wěn)和面層的結(jié)合強(qiáng)度。

2）水穩(wěn)層養(yǎng)生結(jié)束后表面干燥，且為較典型的無機(jī)材料混合物，而鋪設(shè)在其上部的瀝青混凝土面層中的瀝青是從石油煉制過程中提取輕質(zhì)油分后的高分子有機(jī)物質(zhì)，這兩種不同物體本身存在不良和易性而難以形成良好的結(jié)合，故很容易出現(xiàn)嚴(yán)重的 “兩張皮”現(xiàn)象。

綜上所述，在鋪設(shè)瀝青混凝土面層之前應(yīng)采取必要的工藝措施以消除水穩(wěn)層和面層之間的層間滑移隱患，從而保證道路達(dá)到設(shè)計(jì)荷載指標(biāo)。

2 水泥穩(wěn)定基層表面灑布透層油的作用機(jī)理

長(zhǎng)期以來，國(guó)內(nèi)外道路工程部門都在探討如何消除水穩(wěn)層和面層之間的層間滑移問題，其中在兩個(gè)層間灑布透層油以形成一個(gè)連接層的方法得到了設(shè)計(jì)和工程部門的認(rèn)可。透層油材料一般包括普通瀝青和乳化瀝青兩種，其基本作用原理表征如下。

一般石油瀝青在常溫下呈固態(tài)或半固態(tài)，但將其加溫至160 ℃ （工作溫度）左右時(shí)，可呈現(xiàn)良好的低黏液態(tài)，將其灑布在表面較為粗糙的水穩(wěn)層表面時(shí)，瀝青會(huì)呈現(xiàn)良好的向下滲透并與層面黏結(jié)的現(xiàn)象，從而形成一個(gè)與水穩(wěn)層相嵌良好的新表層，即瀝青透層 （簡(jiǎn)稱透層）。這個(gè)透層因?yàn)r青材料固有的和易性，能夠在上部面層和下部水穩(wěn)層之間形成良好的銜接作用，從而保證上下兩層間的良好結(jié)合而有效消除面層之間的層間滑移現(xiàn)象。

與普通瀝青相較，乳化瀝青含有50%左右的水分[4]，在乳化劑的作用下，在常溫下呈液態(tài)，因此作為透層油使用時(shí)無需加熱即可在常溫下用于工程灑布。

3 透層油灑布作業(yè)技術(shù)要點(diǎn)分析

20 世紀(jì)中后期以來，透層油施工工藝在高等級(jí)道路施工中得到了廣泛的應(yīng)用，大量的工程應(yīng)用證明了其作業(yè)的有效性，但要達(dá)到預(yù)定技術(shù)指標(biāo)必須注意下述技術(shù)要點(diǎn)。

1）采用普通瀝青為透層油時(shí)，因?yàn)r青黏度的大小與其溫度的高低成反比，所以灑布溫度不應(yīng)低于140±5 ℃ （改性瀝青不低于 140±5 ℃）。鑒于作業(yè)距離和施工時(shí)間往往較長(zhǎng)，所以瀝青灑布車的油箱及其泵送和管路系統(tǒng)必須具有保溫和加熱功能。

2）采用乳化瀝青時(shí)應(yīng)特別注意下述要點(diǎn)。一是雖然乳化瀝青在常溫下呈液態(tài)且黏度較小，作業(yè)時(shí)無需加熱，但為了保證使用效果，建議在10 ℃以上的環(huán)境溫度中使用較為適宜。另外要特別注意乳化瀝青容易破乳而使其乳化失效，所以最好隨用隨做而不宜長(zhǎng)久儲(chǔ)存。二是由于乳化瀝青含有50%左右的水分，而水分是不允許在透層中存在的，否則會(huì)影響瀝青混凝土材料的路用性能，因此必須待水分充分蒸發(fā)且透層形成一定強(qiáng)度后才能鋪設(shè)上部的道路面層。水分的蒸發(fā)需要在一定的時(shí)間內(nèi)才能完成，而其蒸發(fā)時(shí)間 （即破乳時(shí)間）的長(zhǎng)短與施工時(shí)環(huán)境溫度的高低有一定關(guān)系，見圖1。另外，水分的蒸發(fā)速率還與空氣的濕度有關(guān)。圖1 的表征是基于筆者所在的新疆大部地區(qū)在道路施工季節(jié) （6—10 月），且空氣濕度范圍在40%～65%時(shí)取平均值作為基礎(chǔ)以實(shí)際試驗(yàn)觀測(cè)統(tǒng)計(jì)得到的數(shù)據(jù)，可作為工程施工時(shí)的參考。當(dāng)空氣濕度范圍變化較大時(shí)應(yīng)對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行必要的修正。

圖1 乳化瀝青透層油中水分的蒸發(fā)（破乳）時(shí)間與環(huán)境溫度的關(guān)系

透層油應(yīng)采用車載油箱泵送壓力灑布完成而不宜采取人工灑布或機(jī)械牽引油罐重力滴落灑布。無論是普通瀝青還是乳化瀝青，采用壓力灑布能夠使油液充分充填水穩(wěn)表面的縱橫微小溝孔而與水穩(wěn)表面形成較為穩(wěn)固的黏結(jié)。作業(yè)時(shí)的系統(tǒng)泵送壓力（系統(tǒng)壓力）以不低于0.8 MPa 為宜。

透層油在水穩(wěn)表面的分布必須均勻和連續(xù)，這就要求灑布車必須勻速連續(xù)作業(yè)并覆蓋整個(gè)作業(yè)寬度。瀝青泵的泵出流量與作業(yè)速度、灑布寬度及灑布密度之間的關(guān)系公式為

式中：M 為瀝青泵流量，L/min；k 為系統(tǒng)容積效率，可取0.8～0.9；v 為作業(yè)速度，km/h；b 為灑布寬度，m；wg為透層油灑布密度，根據(jù)實(shí)際需要選取0.8～1.2 L/m2；式中的16.7 為單位換算系數(shù)。

式 （2）可用于灑布普通瀝青時(shí)的流量計(jì)算。鑒于乳化瀝青含有50%左右的水分，在使用其作為透層油計(jì)算瀝青泵的流量時(shí)，應(yīng)將灑布密度wg提高到 1.6～2.4 L/m2。

為切實(shí)保證透層油的灑布質(zhì)量，水穩(wěn)層表面保持干凈和干燥是十分重要的。經(jīng)過養(yǎng)生期后，水穩(wěn)層表面常出現(xiàn)某些松散雜質(zhì)，而養(yǎng)生期內(nèi)經(jīng)常噴灑水霧以保證水穩(wěn)層的養(yǎng)生質(zhì)量使得水穩(wěn)表面的含水量較高，因此，在透層油灑布前應(yīng)提前停止水霧的噴灑，使水穩(wěn)表面的水分充分蒸發(fā)而保持干燥。另外應(yīng)采用清掃和吹掃方式清除水穩(wěn)表面的所有松散物料，以保持其表面的清潔。這不僅能夠有效提升透層油與水穩(wěn)層的黏結(jié)效果，而且能夠明顯提高透層油的利用效率。

綜上所述，作為高等級(jí)道路施工的重要工序，透層油灑布對(duì)于保證道路的施工質(zhì)量起著非常重要的作用，而采用合理的灑布工藝及作業(yè)設(shè)備，并根據(jù)工程特點(diǎn)不斷優(yōu)化各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)進(jìn)行作業(yè)，是高質(zhì)量完成透層油灑布的技術(shù)保證。