半刚性基层沥青路面透层渗透性研究
Study on Permeability ofPermeable Layer in Semi-rigid Base Asphalt Pavement
摘要：本文针对半刚性基层沥青路面透层的机理及作用，选用煤油稀释沥青和乳化沥青作为透层材料，用室内试验的方法研究了透层的渗透性及剪切性能。结果表明，不同的透层材料组合和不同的透层油洒布量对其渗透性及剪切性能存在显著差异，并最终分别确定了煤油稀释沥青和乳化沥青的最佳洒布量，为公路设计和施工提供了一定的参考价值。
关键词：半刚性基层，沥青路面，透层，煤油稀释沥青，乳化沥青
引言
半刚性基层沥青路面是我国高等级公路普遍采用的路面结构类型，由于材料的物理、力学性能存在显著差异，基面层间的联结成为路面结构的薄弱环节，并逐步演化成路面早期病害出现的主要诱因, 使路面竣工后因基面层间处治质量问题而出现的推移、剪切破坏现象较为普遍[1-3]。工程当中常用的做法是在半刚性基层上洒透层油，但是规范中缺乏相应的透层控制指标，甚至有些施工人员把透层和封层混淆在一起，导致透层施工有很大随意性[4]。因此，基于这一研究现状，本文从透层的机理及自身作用出发，选择不同的透层材料和不同的洒布量进行室内试验，选择出最优的透层材料和最佳洒布量，为今后的工程施工提供参考依据。
1 透层的机理及作用
1.1 透层的机理
透层油施工完成之后，会有一部分渗透入半刚性基层，一部分残留在表面，透层油的渗入可以降低基层材料的模量，很好地发挥从有机结合料到无机结合料结构层之间良好的过渡耦合作用[5]。在渗透深度内，有机物质填充了半刚性基层的表面空隙，形成了特殊的结构层，称之为藕合层。耦合层由于有机物质的介入，使之与柔性路面的粘结效果很好，而耦合层本身也是半刚性基层的一部分，因此可以解决柔性路面与半刚性路面基层的粘结问题。
1.2 透层的作用
(1)提高路面结构的抗变形能力[6]
在荷载作用下的路面面层起到传递垂直荷载和抵抗水平剪力的作用，而路面基层和路基是主要来承受垂直荷载。因此，路面在连续性很好的情况下，厚度越大，抗变形效果越好。透层是在半刚性基层材料中加入了柔性材料，具有一定抗变形能力，相当于增加了柔性材料结构层的厚度，对提高路面抗变形能力起到了一定作用。
(2)提高结构体系的连续性
为满足承受荷载的要求，路面应在级配、结构上成为连续的整体。由于施工工艺的限制，路面结构不得不设计为多层组合体系。因此，不可避免地会出现层与层之间的结合面，由沥青路面的受力分析可以看出，这种结合面的结合质量对路面的影响很大。
(3)提高了路面的防水能力
透层材料渗入基层后，对基层表面起到填充作用，封闭基层材料的开口空隙，从而形成一个防水层，阻止路表水渗入路基，提高了基层抵御水破坏的能力，特别是结合下封层油膜的封闭作用，既可解决下封层的粘结，又为基层防水起到了良好的作用。
(4)在新铺筑的基层表面及时喷洒透层油，可以避免基层内部水分蒸发，从而达到基层养生的目的。另外，省去了洒水养生，节省了养护费用。
2 透层材料的选择
2.1 透层油的选择
我国《公路沥青路面施工技术规范》 (JTJF40一2004):根据基层类型选择渗透性好的液体沥青、乳化沥青、煤沥青作透层油。喷洒后通过钻孔或挖掘确认透层油渗入基层的深度，并能与基层连接成为一体。通过多年的透层施工经验和大量的室内试验研究认为作为高等级沥青路面基层透层的沥青材料应具备以下几项性能[7]:
①先是要具备良好的渗透能力(3～10mm)；无机结合料稳定集料基层:不小于3mm；
无结合料基层:5～10mm；
②残留沥青要有一定的抗老化能力和良好的温度稳定性和耐久性；
③能很快挥发干燥并且保证足够数量的沥青透入基层；
④不能使用易燃或有毒害性的沥青材料防止造成火灾和对人体及环境的危害。
2.2 乳化沥青
乳化沥青在高等级沥青路面中被广泛用作透层材料，由长期施工经验发现：乳化沥青的种类与基层类型的匹配性考虑不足，我国规范明确指出对于碱性石料或与水泥、石灰、粉煤灰共同使用时，宜采用阴离子乳化沥青，但是实际施工过程中未严格按照规范做；阳离子乳化沥青作为半刚性基层透层油的效果并不理想，由于半刚性基层本身致密且呈强碱性，阳离子乳化沥青破乳速度过快，致使阳离子乳化沥青很难透入，所以也就不能起到透层的作用；只有提高乳化沥青材料系统的均匀性和分散性才能提高乳化沥青的渗透能力，不能通过无限制增加乳化沥青系统的含水量来追求更好的渗透能力。
2.3 稀释沥青
稀释沥青是由汽油、煤油、柴油等稀释剂回配到石油沥青中得到的，根据稀释剂挥发速度的快慢，分为快凝、中凝、慢凝三种。我国规范推荐采用掺配柴油的慢凝液体石油沥青AL(S)-1、2，或掺配煤油得到的中凝液体石油沥青AL(M)-1、2作为透层油使用，规格和用量如表1所示。稀释沥青的掺配工艺主要是比例的选择，原则上是在能够渗透一定深度的基础上，稀释剂尽可能比例小。稀释的基质沥青的标号应与面层沥青混凝土中沥青标号一致，不宜采用高标号、低粘度的沥青。经验上，掺配25-35%的煤油和25-35%的轻柴油，可配成AL(M)-1型的稀释沥青，煤油的效果明显比柴油好。
表1 沥青路面透层材料的规格和用量
|
用途 |
液体沥青 |
乳化沥青 |
煤沥青 |
|||
|
规格 |
用量(L/m2) |
规格 |
用量(L/m2) |
规格 |
用量(L/m2) |
|
|
半刚性基层 |
AL(M)1或2 AL(S)1或2 |
0.6～1.5 |
PC-2 PA-2 |
0.7～1.5 |
T-1 T-2 |
0.7～1.0 |
3 透层材料的渗透性能试验
3.1试验方法
本文以水泥稳定碎石作为半刚性基层，基层采用φ10cm×h10cm圆柱形试件，在其表面洒布不同透层材料。过一段时间后，将试件对角十字切开，用观察的方法看表面现象和透层油渗透深度方面来研究透层材料的渗透性，用剪切试验的方法其评价粘结性。
3.2 试验材料及组成
（1）沥青采用100号道路石油沥青作为基质沥青，基本技术指标满足规范要求；稀释剂为煤油和水；透层沥青稀释配比，煤油稀释沥青煤油：沥青5:5，乳化沥青对100号采用油水比为40:60的乳化沥青，基本技术指标见表2。
表2 乳化沥青性质
|
项目 |
筛上剩余量% |
蒸发残留物含量% |
粘附性 |
残留物针入度 |
|
乳化沥青 |
0.03 |
57.8 |
＞2/3 |
121.1 |
（2）基层材料
水泥采用32.5级普通硅酸盐水泥，石灰采用一般的生石灰，粉煤灰为电厂湿排粉煤灰，碎石为石灰岩，基本技术标准均满足规范要求。
（3）基底试件
水泥用量为5%的水泥稳定碎石，无侧限抗压强度试模静压成型，压实度符合施工技术规范要求，脱模后在标准养护条件下保湿养生7天。
3.3 不同种透层材料的渗透性
（1）不同透层材料对水泥稳定碎石基层的渗透性
①使用5:5比例稀释100号沥青得到的煤油稀释沥青，洒布不同用量3d后的表面现象如图2所示。
图3 试件剖面图渗透情况图
观察试件a剖面图，沥青渗入深度达3.2cm左右，但是很明显颜色发黄有煤油成分，而图b乳化沥青只是在水稳基层表面形成一层薄薄的油膜，渗透较少。
4透层材料最佳洒布量的确定
4.1水泥稳定碎石基层上透层材料剪切试验结果及分析
对水泥稳定类基层上煤油稀释沥青和乳化沥青两种透层油的使用效果进行剪切试验，剪切结果如图4（a、b）所示。
从图4（a、b）两个方程分别可以确定出煤油稀释沥青透层最佳洒布量为0.85kg/m2，乳化沥青最佳洒布量为0.97 kg/m2。另外，煤油稀释透层剪切结果还表明，基面层间的剪切力较小，破坏均发生在基面层间；而乳化沥青透层剪切力比较大，且大多数破坏面出现在基层底部，少部分试件破坏面出现在基面层间，说明用乳化沥青作为透层材料基面层间具结合的比较牢固。仅由此可以看出，虽然乳化沥青的粘结作用要大于煤油稀释沥青，但从透层的作用及要求来看，是以渗透为主，粘结的效果还要靠粘层油，故对于水稳基层来说，煤油稀释沥青要好于乳化沥青。
5 结语
（1）透层的主要作用是透，煤油稀释沥青可以实现理想的渗透，乳化沥青作为透层材料效果不好，但用乳化沥青作为透层层间粘结性较好。
（2）透层效果的剪切试验发现，不同透层材料组合对基面层间抗剪强度有显著影响，对于水泥稳定碎石基层，煤油稀释沥青的最佳洒布量在0.85kg/m2左右，而乳化沥青的最佳洒布量在0.97 kg/m2。此数据会受试件成型状况、基层致密情况、透层油配制工艺等因素而有所变动。
参考文献
[1] 粟多品,杨斌,汪成夫,张文.半刚性基层透层乳化沥青渗透性能研究[J].公路交通技术,2007,(3).
[2] 梁锋,鞠文杰. MC-70型透层沥青的配制及施工技术探讨[J].公路与汽运,2011,4:123～125.
[3] 麻丽妹. 乳化沥青透层、粘层和封层在路面工程中的应用[J].道路工程,2009,12:58～59.
[4] 王克中.关于半刚性基层的透层油问题[J].公路交通科技,2000,5:23～26.
[5] 创霍根旺，乔朝增.高速公路沥青路面层间处理技术[J].公路，2002，2.
[6] 张艳华.半刚性基层沥青路面封层研究[D].长安大学硕士论文,2005.
[7] 黄明辉.高等级公路半刚性基层沥青路面的层间功能层研究[D].长安大学硕士论文,2008.