市政道路瀝青路面CAPE 封層預(yù)防性養(yǎng)護(hù)技術(shù)研究

孫 洵，王唯丞

（1.中國(guó)市政工程西南設(shè)計(jì)研究總院有限公司，四川 成都 610081；2.同濟(jì)大學(xué)建筑設(shè)計(jì)研究院（集團(tuán)）有限公司，上海市 200092）

0 引言

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，汽車使用量越來(lái)越大，且居民選擇自駕出行方式的比例也大幅增加，對(duì)市政道路路面的損壞增加。目前瀝青路面的養(yǎng)護(hù)技術(shù)有表面處治、瀝青碎石、稀漿封層路面等[1]，但是這些方法都是在路面損壞后的維修措施。CAPE 封層作為一種預(yù)防性養(yǎng)護(hù)措施，可以在路面損壞前進(jìn)行預(yù)防性的養(yǎng)護(hù)，不僅能夠提高路面的美觀性，而且具有一定的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和社會(huì)效應(yīng)。

國(guó)外CAPE 封層的相關(guān)研究很多，如美國(guó)以碎石作為承重層施工時(shí)，要求年平均日交通量較小，一般小于2000 輛/d；澳大利亞主要在熱拌瀝青混合料等路段使用CAPE 封層[2]?？傮w來(lái)看，CAPE 封層的使用壽命較長(zhǎng)。根據(jù)國(guó)外統(tǒng)計(jì)，平均壽命約為9 a[3]，而且其抗滑性和耐久性都較好，缺點(diǎn)是前期資金的投入較高。

我國(guó)對(duì)CAPE 封層的應(yīng)用較少，但近幾年由于其良好的路用性能和較長(zhǎng)的使用壽命，使用的范圍越來(lái)越廣，一般用于新建工程、低等級(jí)道路的面層或?yàn)r青混凝土路面的養(yǎng)護(hù)中。為了使CAPE 封層能夠更廣泛地應(yīng)用到我國(guó)瀝青路面的養(yǎng)護(hù)中，結(jié)合我國(guó)市政道路存在的問(wèn)題，本文從CAPE 封層的特點(diǎn)、材料要求和相關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)等方面進(jìn)行分析，為市政道路瀝青路面的養(yǎng)護(hù)維修等相關(guān)工作提供設(shè)計(jì)依據(jù)，對(duì)提高路面的美觀性、路用性能和使用壽命都具有重要價(jià)值。

1 CAPE 封層特點(diǎn)

CAPE 封層主要是碎石封層系統(tǒng)與稀漿封層系統(tǒng)的結(jié)合，是一種復(fù)合式路面（見(jiàn)圖1）。該結(jié)構(gòu)在養(yǎng)護(hù)工程或新建工程、低等級(jí)公路面層中應(yīng)用較多。CAPE封層的經(jīng)濟(jì)性和技術(shù)性能都相對(duì)較好，在眾多路面養(yǎng)護(hù)、路面維修等技術(shù)中是一種很好的選擇。當(dāng)施工技術(shù)比較良好時(shí)，CAPE 封層路面密實(shí)、外觀平整，且具有良好的抗滑、抗車轍、抗反射裂縫、防水等性能[4]。在實(shí)際應(yīng)用中，CAPE 封層更適用于路基穩(wěn)定性較好、路面尚未出現(xiàn)嚴(yán)重病害的路面養(yǎng)護(hù)。

圖1 CAP E 封層典型結(jié)構(gòu)

相對(duì)于其他養(yǎng)護(hù)技術(shù)，設(shè)計(jì)合理、施工良好的CAPE 封層具有以下幾項(xiàng)優(yōu)點(diǎn)：

（1）適應(yīng)路基的少量沉降；

（2）路面防水性能較好；

（3）道路美觀，符合當(dāng)前“白改黑”的趨勢(shì)；

（4）路面平整度好，因此行車舒適性更好；

（5）路面揚(yáng)塵少，干凈環(huán)保；

（6）養(yǎng)護(hù)造價(jià)較低，經(jīng)濟(jì)性好；

（7）壽命周期長(zhǎng)，約為瀝青表處的2 倍；

（8）機(jī)械化施工速度較快；

（9）節(jié)省地材、用水等資源，節(jié)約能源；

（10）路面外觀效果好，利于提高道路整體形象。

綜合上述CAPE 封層的特點(diǎn)分析，無(wú)論是從外觀、經(jīng)濟(jì)還是實(shí)際性能出發(fā)，其性價(jià)比都較高、路用性能效果很好，尤其在市政道路養(yǎng)護(hù)中，其施工速度快，對(duì)城市交通影響時(shí)間較短。因此，在市政道路養(yǎng)護(hù)中的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值更高。

2 CAPE 封層材料要求

原材料的特性和技術(shù)指標(biāo)等相關(guān)要求對(duì)瀝青路面的路用性能起著非常重要的作用，本文主要從礦料、膠結(jié)料、填料和添加劑4 個(gè)方面進(jìn)行分析。

2.1 礦料

混合料應(yīng)粗糙、堅(jiān)硬、耐磨，并符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范的要求。粗集料的選擇很重要，一般選用堿性石料，如石灰?guī)r、安山巖、輝綠巖等，玄武巖更適用于重交通路段。對(duì)于熱拌瀝青混合料，由于國(guó)外曾使用消石灰對(duì)酸性石料進(jìn)行處理，同樣滿足路用要求；因?yàn)榭箘兟鋭┠軌蛘{(diào)整乳化瀝青的酸堿度，改變其pH,使集料與瀝青能更好地結(jié)合。

綜上所述，無(wú)論是粗集料還是細(xì)集料，堿性石料的使用效果會(huì)更好。若使用酸性石料，需使用相應(yīng)添加劑，并結(jié)合相關(guān)試驗(yàn)確定其使用性能。

2.2 膠結(jié)料

普通道路石油瀝青是目前比較常用的CAPE 封層的膠結(jié)料。其性能和效果較好，主要用于該結(jié)構(gòu)的下部碎石封層，除了普通道路石油瀝青外，也可采用乳化瀝青、改性瀝青、熱瀝青等膠結(jié)料改善其部分技術(shù)指標(biāo)，但改性瀝青只用于碎石封層。

在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，現(xiàn)場(chǎng)加工的改性瀝青需設(shè)置采樣口檢測(cè)其相關(guān)指標(biāo)；當(dāng)需要進(jìn)行存儲(chǔ)時(shí)，應(yīng)當(dāng)配備攪拌設(shè)備。為了避免改性瀝青出現(xiàn)凝聚、離析等不良現(xiàn)象，在使用前及使用中同樣需隨時(shí)隨地對(duì)其進(jìn)行檢測(cè)。除了現(xiàn)場(chǎng)加工，也可直接采購(gòu)成品瀝青。

對(duì)于該結(jié)構(gòu)上部的稀漿封層，瀝青的選擇比下部結(jié)構(gòu)要少，可采用乳化瀝青、改性乳化瀝青等材料，在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，其與礦料的黏附性、成型時(shí)間、可拌和時(shí)間等技術(shù)指標(biāo)均需滿足實(shí)際使用要求?？紤]到乳化瀝青的相關(guān)技術(shù)不是很成熟，在采用SBR 膠乳品種時(shí)，要以實(shí)際試驗(yàn)結(jié)果為準(zhǔn)。

2.3 填料

填料的選擇以水泥為主，也可采用消石灰、礦粉等。填料應(yīng)當(dāng)疏松干燥、無(wú)結(jié)團(tuán)。水泥和消石灰主要用來(lái)調(diào)節(jié)拌和時(shí)間，礦粉主要用來(lái)改善礦料的級(jí)配。同時(shí)，填料還具有提高混合料穩(wěn)定性和強(qiáng)度的功能。

2.4 添加劑

添加劑主要用來(lái)調(diào)節(jié)混合料的拌和時(shí)間，同時(shí)調(diào)節(jié)混合料的技術(shù)性能等相關(guān)指標(biāo)，進(jìn)而決定開(kāi)放交通的時(shí)間，尤其在養(yǎng)護(hù)維修時(shí)，由于市政道路車輛出行比例大，其維修養(yǎng)護(hù)的時(shí)間對(duì)市政交通的影響非常大。目前，添加劑主要有有機(jī)類和無(wú)機(jī)鹽類等類型。在使用添加劑時(shí)，其不能對(duì)混合料產(chǎn)生不好的作用效果，且添加劑的用量也是CAPE 封層設(shè)計(jì)中一項(xiàng)非常重要的參數(shù)。

3 CAPE 封層設(shè)計(jì)方法

在CAPE 封層中，碎石封層和稀漿封層都有其各自的作用機(jī)理，其設(shè)計(jì)參數(shù)需結(jié)合相關(guān)試驗(yàn)確定。稀漿封層的作用機(jī)理是滲透到下部結(jié)構(gòu)層中，對(duì)其進(jìn)行有效的填充。碎石封層主要用來(lái)抵抗荷載和磨耗，增加路面的抗剪切性能。圖2 為CAPE 封層組合示意圖。

圖2 CAP E 封層組合示意圖

CAPE 封層在設(shè)計(jì)前應(yīng)當(dāng)充分了解下承層的狀況，并結(jié)合實(shí)際需求確定CAPE 封層的技術(shù)參數(shù)和組合類型。根據(jù)項(xiàng)目特點(diǎn)選擇合適的原材料，通過(guò)配合比設(shè)計(jì)滿足相關(guān)的技術(shù)要求。稀漿封層的類型、最大公稱粒徑、成型厚度和干礦料攤鋪量是影響CAPE封層性能的主要指標(biāo)，相關(guān)參數(shù)取值見(jiàn)表1。

表1 稀漿封層分類

國(guó)外CAPE 封層的應(yīng)用技術(shù)非常廣泛。南非作為該種結(jié)構(gòu)的起始地，CAPE 封層的形式主要有兩種：第一種是碎石封層（13 mm）與Ⅰ型（Ⅱ型）稀漿封層的結(jié)合；第二種是碎石封層（19 mm）與Ⅰ型和Ⅱ型（Ⅱ型和Ⅱ型）雙層稀漿封層的結(jié)合。第一種主要用于交通量較小的市政道路，第二種主要用于交通量較大的市政道路。美國(guó)CAPE 封層中的碎石封層主要有9.5 mm、13 mm 和19 mm 三種，稀漿封層也有Ⅰ型和Ⅱ型兩種類型。澳大利亞CAPE 封層下部碎石封層主要為20 mm 的碎石，稀漿封層一般采用Ⅱ型。通過(guò)借鑒國(guó)外相關(guān)應(yīng)用成果，結(jié)合我國(guó)市政道路實(shí)際情況，建議CAPE 封層的組合類型見(jiàn)表2，在實(shí)際養(yǎng)護(hù)設(shè)計(jì)中可進(jìn)行參考。

表2 CAP E 封層的組合類型

針對(duì)不同市政道路狀況，應(yīng)當(dāng)設(shè)計(jì)不同的CAPE封層組合類型，選擇合適的原材料與合理的配合比。CAPE 封層瀝青路面作為市政道路建設(shè)中的一種新型路面，具有經(jīng)濟(jì)性好、建設(shè)速度快、行車舒適等優(yōu)點(diǎn)。而且作為預(yù)防性養(yǎng)護(hù)的一種手段，已經(jīng)贏得了許多市政道路管理部門的關(guān)注。

4 結(jié)語(yǔ)

本文對(duì)瀝青路面預(yù)防性養(yǎng)護(hù)表面封層中的CAPE 封層的特點(diǎn)進(jìn)行了分析，敘述了CAPE 封層的膠結(jié)料、集料、填料和添加劑等材料的技術(shù)要求，并給出了CAPE 封層的建議組合類型，可為CAPE 封層的設(shè)計(jì)提供參考，進(jìn)而提高市政道路瀝青路面的使用耐久性、維護(hù)方便性和行車舒適性。