近年來,中國新建高速公路的路面面層大規模采用瀝青混凝土,基層則主要由承載性能優越的半剛性材料修筑,其中水泥穩定碎石基層的應用最為普遍,幾乎成為瀝青路面的典型結構形式。

新建瀝青路面破壞的主要形式之一是水損害,其發生往往是從基層頂面和瀝青路面的下面層開始。從瀝青面層孔隙和裂縫滲入的雨水常滯留于基層頂面,無法排除的水在車輛荷載反復作用下將產生動水壓力,造成基層表面沖刷、唧漿,隨后雨水逐漸滲入到整個基層體,導致其強度、剛度迅速下降,位于車輪經常作用處的基層易發生整體破損??梢?,設法加強水穩碎石基層與瀝青面層的整體性成了消除或減輕瀝青路面水損害的重要技術手段和措施。

已有研究表明:水穩碎石基層與瀝青面層間粘結的好壞與透層油及施工質量密切相關。透層的施工質量通常用滲透深度加以檢驗,《公路瀝青路面施工技術規范》明確規定半剛性基層上透層施工的滲透深度不宜小于5mm。研究得出用高滲透乳化瀝青作半剛性基層的透層油,其滲透深度能滿足規范要求。而以往的瀝青路面設計和施工多采用煤油稀釋瀝青做透層油,如何保證新建瀝青路面水穩碎石基層上透層的滲透深度滿足規范要求且經濟環保,成了進行大面積攤鋪路面前項目部必須研究解決的技術問題。為此,該篇文章針對湖南婁新高速公路路面修建的實際工況,分別從透層油的類型、水泥穩定碎石基層的級配以及透層灑布時間3個方面開展試驗,研究提高水穩碎石基層上灑布透層油滲透深度的技術措施與施工方法。

灑布不同透層油試驗

婁新高速公路修建時,原設計的瀝青路面透層施工是采用煤油稀釋瀝青作透層油,并規定采用1.0L/m2的灑布量在完成水泥穩定碎石基層施工的7d后灑布。按《公路路基路面現場測試規程》要求,在灑布煤油稀釋瀝青48h后,現場鉆取直徑和高度分別為10、15Cm的芯樣,用鋼尺測量芯樣頂面圓周隨機分成的8等分點的透層油施工滲透深度,按規定去掉3個最小值,取其余5個深度的算術平均值作為滲透深度。

可知:采用煤油稀釋瀝青灑布透層其滲透深度平均值為5.16mm,剛好滿足規范要求,但其滲透深度波動范圍較大、單點不合格率偏高、整體施工質量欠佳,且煤油稀釋瀝青透層油施工時,煤油只起到稀釋瀝青的作用,而透層灑布完后它會逐漸蒸發,這不但對大氣環境造成嚴重污染,而且大量用煤油作瀝青稀釋劑也不節能。從節能環保和保證工程質量考慮,決定嘗試用普通乳化瀝青及高滲透乳化瀝青代替煤油稀釋瀝青,并在室內分別開展透層油灑布試驗。首先,通過試驗對兩種乳化瀝青的各項性能指標進行檢測,可知兩者均滿足規范要求。

結合婁新高速基層實際施工配合比試拌水泥穩定碎石混合料,按《公路工程無機結合料穩定材料試驗規程》成型壓實度為98%的水泥穩定碎石基層圓柱形試件26個,分為2組,每組13個,并將成型的試件放入養生室養生7d后,分別在每組試件表面開展普通乳化瀝青、50%殘留物高滲透乳化瀝青透層油的灑布試驗,灑布量均為1.0L/m2;然后開展滲透深度測量。

可知:①采用普通乳化瀝青透層油灑布的滲透深度平均值僅為3.69mm,且單點合格率偏低,不滿足規范要求;②采用高滲透乳化瀝青透層油灑布其滲透深度平均值為5.38mm,滿足規范要求且單點合格率也高。高滲透乳化瀝青對環境污染程度不僅較煤油稀釋瀝青小,而且其成本相對也較低。綜合考慮決定采用高滲透乳化瀝青作透層油。

不同級配水穩碎石基層室內試驗

施工現場調研表明:婁新高速路面基層采用5%的水泥穩定碎石??芍号浜媳群铣杉壟洌林?,4.75、0.075mm篩孔碎石通過率均在中值以上,級配偏細,透層油難以滲透。

在滿足設計強度和現場壓實要求下,調整碎石級配中4.75mm和0.075mm篩孔通過率的2種合成級配B與C。分別按級配B、C試拌水泥穩定碎石混合料,按相同方法及壓實度成型級配B、C型的水穩碎石基層圓柱形試件各10個。養護7d后采用高滲透乳化瀝青進行灑布試驗,灑布量為1.0L/m2。2d后對施工滲透深度進行檢測。

可知:相比于合成級配B型水穩碎石混合料基層,合成級配C型能使透層油滲透更均勻且滿足設計要求。因合成級配C型減少了細集料含量,增加了4.75~9.5mm碎石含量,使基層表面均勻,無細集料集中,從而使透層油滲透更均勻。

不同透層灑布時間試驗?

因半剛性基層隨養生齡期增加其強度隨之增大,且對透層施工滲透深度影響也逐漸加大,故根據基層的不同,采用不同養生齡期的基層進行高滲透乳化瀝青透層油灑布試驗。

選定在一天施工的基層樁號K35+140~K35+940左幅800m,將其分成4段,每一段200m,按相同施工工藝分3、7、14、28d共4個不同時間間隔進行透層施工,灑布量均為1.0L/m2。

可知:隨基層養生齡期增大,高滲透乳化瀝青透層油灑布的滲透深度會隨之降低;在基層施工7d內灑布透層油均滿足要求,控制在3d內完成其滲透效果更好。

改進后的透層施工效果

按碎石合成級配C進行500m基層施工。施工后3d進行高滲透乳化瀝青灑布試驗,灑布量均按1.0L/m2控制。2d后檢測高滲透乳化瀝青實際滲透深度。

可知:在良好級配水穩碎石基層上及時灑布高滲透乳化瀝青透層油的平均滲透深度達到9.14mm,且單點合格率均達到100%。

結論

(1)相比于煤油稀釋瀝青,高滲透PC-2型乳化瀝青具有造價低、節能環保等優點,更適合作為透層施工用的透層油。

(2)透層油灑布最好控制在基層施工后3d內,進一步驗證規范所提基層碾壓后應立即噴灑透層油。

(3)在級配良好水穩碎石基層施工后3d內灑布高滲透PC-2型乳化瀝青能更大程度地提高透層施工的滲透深度。