透層油的灑布及其專用車輛作業(yè)參數(shù)的選擇

靳 煒

（山西工程科技職業(yè)大學車輛工程系，山西 晉中 030619）

眾所周知，瀝青混凝土和水泥混凝土路面是構(gòu)成高等級道路（我國將二級及以上等級的道路稱為高等級道路）路面結(jié)構(gòu)的主要成分。其中，由于瀝青路面材料組成的特殊性，使其能夠?qū)β访嫔喜寇囕v對路面的沖擊荷載形成良好的吸收而呈現(xiàn)優(yōu)異的行車及乘坐舒適性；面層材料中級配礦料的“剛”和作為黏結(jié)劑瀝青的“柔”的良好結(jié)合使得瀝青路面表現(xiàn)出良好的抗滑性能，其抗滑構(gòu)造與生俱來且能夠長期保持[1]；特別指出的是由于路用瀝青的高分子有機物質(zhì)的特性使其能夠在加熱至較高的溫度后呈現(xiàn)松散狀態(tài)，這就為瀝青路面的再生利用創(chuàng)造了方便條件。在黨的十九大中，習近平總書記在報告中多次提到要特別重視固體廢材料的再生利用，這是整個社會節(jié)能環(huán)保、綠色發(fā)展和碳中和的重要舉措。而瀝青路面的再生利用是交通公路部門固廢利用的主要任務之一。顯然，瀝青路面易于再生利用的特點亦是其在道路交通中大規(guī)模建設(shè)的重要原因之一。特別是自20世紀80年代中期以來，我國已逐步普遍推廣和使用以SBS為主要改性劑制作的改性瀝青作為瀝青混合料的黏結(jié)劑，使瀝青路面的路用特性，特別是承載能力、使用壽命和抵抗高低溫環(huán)境的溫度穩(wěn)定性得到進一步提升[2]。有鑒于此，目前國內(nèi)外的高等級道路，特別是高速公路96%以上的路面均采用瀝青混凝土材料進行鋪筑。

1 道路面層和下部水穩(wěn)層必須良好結(jié)合以共同承載上部荷載

無論是瀝青或水泥混凝土路面，其面層均是攤鋪在水泥穩(wěn)定基層（簡稱水穩(wěn)層）上，而水穩(wěn)層的主要作用就是承載面層上部向下部傳遞的車輛荷載（動載荷）及上部面層質(zhì)量對下部基層形成的靜荷載。以瀝青混凝土路面為例，與其下部的水穩(wěn)層相較，面層的厚度較小。特別是作為一種柔性材料，瀝青混凝土面層屬分散受力特性[3]。顯然，若沒有下部水穩(wěn)層的強力支撐，瀝青混凝土面層無法獨自承擔上部的動靜荷載。所以，與其說面層是一種受力結(jié)構(gòu)，不如說其主要承擔的是抵抗車輛行駛的磨耗和對自然及人為侵蝕（如自然落雨、風沙和事故車輛拋灑等）的封閉作用。有鑒于此，面層和其下部的水穩(wěn)層必須形成一個連接緊固的整體共同受力，才能較好地完成承載面層上部向下部傳遞的動靜荷載和自然及人為對道路的日常侵蝕，滿足道路的正常服務功能。

2 透層油灑布對水穩(wěn)層和面層的良好結(jié)合至關(guān)重要

行車速度快和承載能力大是高等級道路，特別是高速公路的主要特點。如國內(nèi)外高速公路的設(shè)計行車速度大多高于100 km/h，載重車輛的單軸荷載大多不低于10 t。而車輛對路面的沖擊荷載與車輛的自重及行車速度的平方成正比，見式（1）。

式中：Fv為車輛對路面的沖擊荷載；k為計算系數(shù)；mg為車輛的整車行駛自重；v為行車速度的瞬時值。

顯然，在現(xiàn)代高等級道路的特定使用條件下，道路承載的行車荷載會達到相當大的數(shù)值。有些省份或地區(qū)（如我國東北、山西、新疆等盛產(chǎn)煤、鐵等礦產(chǎn)及其轉(zhuǎn)運地區(qū)）繁忙的交通流和常見的車輛重載及超載運輸使得道路的使用條件更為惡劣，也對道路的使用條件提出了更高的要求。從道路的層面受力特性分析，道路的水泥穩(wěn)定基層和其上部面層必須形成銜接可靠并壓緊密實的整體是有效承載和抵御上部車輛沖擊載荷的主要途徑和基本條件。若處理欠佳就容易出現(xiàn)水穩(wěn)層和面層的層間裂隙進而形成各自分別受力的現(xiàn)象。在這種情況下，由于瀝青混凝土面層的柔性特征，其對上部荷載的承壓（包括剪切）能力十分有限，這是目前很多高等級道路面層出現(xiàn)早期損壞的主要原因之一。

基于實體工程施工工藝及作業(yè)工序的分析，形成層間裂隙的原因是多方面的，但下述原因較為突出：

a）相較普通水泥混凝土材料，道路的水泥穩(wěn)定基層由于含水量和水泥含量較少而被稱為干硬性混凝土，但其鋪設(shè)定型后仍須經(jīng)過不少于3周（與水穩(wěn)材料的厚度及周邊環(huán)境溫度等數(shù)據(jù)有關(guān)）的養(yǎng)生時間才能形成80%左右的初期強度，從而達到上部瀝青混合料面層的攤鋪條件。由于較長的養(yǎng)生周期，鋪層表面因局部干燥容易形成一些自由（或半自由）狀態(tài)的松散顆粒及粉末，若不清理這些物體會與上部瀝青混凝土面層之間形成夾層和空隙，使得水穩(wěn)基層與面層間的結(jié)合強度受到影響。

b）如上所述，水泥穩(wěn)定基層是一種干硬性混凝土，其基本組成為水泥和級配礦料等無機材料組成的混合物，而水泥穩(wěn)定基層的上部是瀝青混凝土面層，作為黏結(jié)劑的瀝青是較為典型的高分子有機物質(zhì)。顯然，這兩種物質(zhì)因性質(zhì)的差異存在較明顯的難容性難以形成良好的結(jié)合，加之瀝青混凝土材料呈現(xiàn)松散的固體或半固體狀態(tài)，也對上下面層的良好結(jié)合形成影響。

3 灑布透層油是促使路面層間良好結(jié)合的必要條件

為了有效提高路面層間的良好結(jié)合，在水泥穩(wěn)定層表面和上部瀝青混凝土面層之間灑布透層油是一種可行方式。由于透層油具有良好的流動性，能夠較好地滲入水穩(wěn)層中而與之結(jié)合，同時由于其具有的有機特性形成了與上部瀝青混凝土面層之間的緊密銜接。自我國高等級道路規(guī)模建設(shè)以來，透層油的灑布工藝已逐步推廣應用并取得了良好的效果。但必須指出，透層油的灑布作業(yè)必須遵從嚴格的作業(yè)工藝才能收到預期的效果，目前有些路面存在的局部早期損壞仍然是層間結(jié)合欠佳造成的，而透層油灑布的厚度和均勻性較差是其主因。

4 透層油灑布車作業(yè)工藝分析及主要技術(shù)參數(shù)的選取

透層油的灑布應采用專用瀝青灑布車完成。為了確保作業(yè)效率和工程質(zhì)量，下述技術(shù)要點必須特別注意：

a）作業(yè)之前應確認水泥穩(wěn)定基層的抗壓強度不低于設(shè)計指標的80%，同時其表面應保持干燥和干凈。由于水穩(wěn)層養(yǎng)生期較長并多采用灑水覆蓋養(yǎng)生，透層油的灑布前其水穩(wěn)表面雜質(zhì)應以動力掃刷和壓力吹除的方式進行強制清除，前者用于對表面黏結(jié)質(zhì)量較大的雜質(zhì)，后者用于對重量較輕的雜質(zhì)（如植物莖葉、各種粉末和養(yǎng)生覆蓋物殘留等）的清理。同時，灑布工程應在水穩(wěn)層養(yǎng)生期結(jié)束24 h后確保路面干燥的前提下進行。雜質(zhì)的清除不僅能夠改善透層油與水穩(wěn)表面的吸附質(zhì)量，而且能夠有效減少表面雜質(zhì)的吸收而提高透層油的利用效率。

b）目前在道路工程中采用的透層油基本為兩種，即普通瀝青和乳化瀝青。

普通瀝青在常溫下呈固態(tài)或半固態(tài)，因此必須在熱狀態(tài)下使用。由于瀝青的黏度與其溫度的高低成反比[4]，所以其灑布溫度不應低于135℃（如采用以SBS等為改性劑的改性瀝青，此溫度應提高8℃～10℃）?？紤]到作業(yè)環(huán)境溫度波動、作業(yè)距離和灑布時間較長等因素對瀝青溫度的影響，灑布車應具有保溫和加熱功能，以確保瀝青在合適的溫度下完成灑布作業(yè)。

乳化瀝青在常溫下呈液態(tài)，環(huán)境溫度對其黏度的影響較小。但由于其中含有50%左右的水分，所以乳化瀝青的儲存和使用必須在冰點以上（建議環(huán)境溫度在10℃以上為好）進行。另外，乳化瀝青灑布后，必須待其內(nèi)部水分蒸發(fā)（破乳）后才能鋪設(shè)上部瀝青混凝土面層。水分蒸發(fā)時間的長短與施工時環(huán)境溫度的高低成反比（見表1）。

表1 水分蒸發(fā)時間與施工環(huán)境溫度的關(guān)系

特別指出的是，透層油中水分的蒸發(fā)速度還與施工時的環(huán)境濕度息息相關(guān)。表1中所示的相關(guān)數(shù)據(jù)是基于筆者所在山西地區(qū)施工季節(jié)的空氣濕度值為基礎(chǔ)試驗列表作為施工參考。當施工地區(qū)的海拔和濕度范圍變化較大時應對表列數(shù)據(jù)進行必要的試驗檢測和修正。

c）如上所述，透層油灑布的厚度和均勻性是非常重要的，這就要求灑布車在整個作業(yè)過程中保持勻速灑布和連續(xù)作業(yè)。目前較為先進的灑布車配有車速檢測跟蹤與灑布油泵流量的匹配作業(yè)系統(tǒng)，以設(shè)定和完成瀝青的均勻灑布。在使用沒有配備該系統(tǒng)的車輛作業(yè)時，可以根據(jù)式（2）來對灑布車的作業(yè)速度進行估算和標定：

式中：S為作業(yè)速度，km/h；k為單位換算系數(shù)；Q為車載瀝青泵流量，L/min；γ為瀝青泵送系統(tǒng)容積效率，可取0.8～0.9；b為灑布寬度，m；wg為透層油的灑布密度，一般為0.7～1.2 L/m2（普通瀝青取低值，乳化瀝青取高值，作業(yè)時亦可根據(jù)實際需要適當調(diào)整）。

5 結(jié)語

透層油的灑布是高等級道路施工的重要工序，其施工質(zhì)量的優(yōu)劣直接關(guān)系到道路的實際承載能力是否達到設(shè)計要求，亦對道路的后期養(yǎng)護和管理產(chǎn)生重要影響。因此，采用合理的施工工藝并根據(jù)施工地區(qū)實際情況選擇和優(yōu)化各項施工技術(shù)參數(shù)（包括專用灑布車輛的使用）是高質(zhì)量完成道路施工工程的必要條件之一。