浅谈碎石封层技术发展历程及其应用
浅谈碎石封层技术发展历程及其应用
王超
南阳通途公路勘察设计有限公司 河南 南阳 473000
摘要：碎石封层技术具有良好的防水、防滑、耐磨及施工工艺简单、工期短等特点。它能够快速改善道路行驶性能,修复抗滑性能、平整度等,在预防性养护中得到广泛使用。本文主要从碎石封层技术发展历程、碎石封层的结构及材料、碎石封层的施工等方面介绍了碎石封层的工程应用。
关键词：同步封层碎石；公路养护；沥青路面
所谓碎石封层就是采用层铺法施工，在旧路面强度指标符合要求的情况下，只需要对原路面进行清扫和简单处理，直接洒布沥青和撒铺碎石经碾压后形成的沥青薄处理层。它的功能是：1）密封防水和保护路面。2）修复磨损路面，减少发生裂缝、骨料损失、松散的可能性。3）提供安全的行驶环境，提高摩擦系数等。4）预防性养护，避免过早地进行大修，节约养护成本。在技术性能上碎石封层较稀浆封层、微表处、沥青混合料薄层罩面等有着更大的适用性。由于在原路面表层形成的沥青薄膜有着良好的防渗水作用和应力吸收功能，在裂缝较多的路面上采用碎石封层技术可以获得较采用其它封层或罩面技术更好的使用效果和耐久性。在经济性的比较上，碎石封层也有着较大的优势，单层式的碎石封层其造价约为8-12元/平方米，仅是其它封层或罩面处理方式的1/3-1/2。
1.碎石封层技术发展历程
1.1碎石封层的发展历史
1840年，在巴黎香舍里榭大街上首先修筑了焦油路面，该种路面以碎石为骨架，用煤焦油作为粘结剂修筑而成。此种路面结构是非严格意义上的表处结构的开始。1903年出现了“乳液”，它被定义为用氨类制剂乳化并皂化的重油，用其修筑的路面，称为“油路”。20世纪20年代初期，产生了阴离子乳液，并作为粘结剂用于道路的铺筑中，真正意义上的乳化沥青碎石封层应该从此开始。1953年阳离子乳液出现，并逐渐取代了阴离子乳液，工程实践证明：阳离子乳化沥青发挥了阴离子乳化沥青的优点，同时又弥补了它的缺点，增强了骨料表面的粘附力，提高了路面的早期强度。以上的乳化沥青碎石封层技术开始主要应用于低等级道路的施工和养护，而随着科技的进步和新设备、新材料、新工艺的不断应用，发展到如今，碎石封层技术已经成为了一项技术含量较高的精细技术，应用范围也越来越广。
1.2碎石封层技术的发展
施工机械由原先的人工、半人工到今天全自动的沥青洒布和碎石撒铺设备乃至同步碎石封层机。从粘结材料来看，分别有以下几种：阴离子乳化沥青、阳离子乳化沥青、改性乳化沥青、普通基质沥青、改性沥青。该项技术的应用范围也从仅用于低等级道路，发展到用于高等级道路的路面维修和养护。从仅对面层进行养护处理，发展到用于路面大修和新建道路工程中的下封层。
2.碎石封层的结构及材料
2.1路况调查
在选择碎石封层结构前，首先应作几方面的调查。1）基础资料：原路面的技术等级、结构类型和修建史；2）几何数据：道路的断面尺寸、平纵线形等；3）交通状况：交通量的大小、车型比例等；4）基层条件：路面基层的类型，基层状况的好坏等；5）质量状况：路面整体强度、病害情况等；6）环境条件：道路所处环境状况，如气温、降雨、地下水位等；7）养护条件：养护队伍、日常养护和养护资金投入情况等；8）经济效益：该条道路的直接效益和社会效益等。
2.2碎石封层结构类型
碎石封层的结构类型分为单层、双层和三层式。从工程实践看，常用的结构类型有单层、双层式和组合式。单层式是最通用的类型，几乎被用于各种交通条件。在重交通条件下，或不同的下承层，可考虑采用双层式沥青碎石封层，它改善了原有路面的防水性能，作用于其上的荷载可更好的分布。除了以上两种结构形式以外，一些省份还尝试采用了许多组合式结构形式如：碎石封层+稀浆封层、碎石封层+微表处、碎石封层+沥青混合料罩面等，这些组合式结构即发挥了沥青碎石封层技术的优势又保证了行车的舒适性，可应用于高等级公路的养护。
2.3碎石封层集料标准
碎石的质量可以决定碎石封层最终质量的好坏。在选择集料时，骨料尺寸要单一，必须强调：对石料的清洁度和棱角性等要严格要求，否则将面临工程失败的危险。1）粒径的确定（标准）。在我国，用于碎石封层常用的石料一般为：S9（10～20）、S10（10～15）、S12（5～10）、S14（3-5）。2）棱角性的确定（标准）。我国规范中对集料棱角性规定“针片状颗粒含量对高速公路不大于15％”，这是我国目前最高要求。3）清洁度的确定（标准）。在清洁度方面我国规定也相对宽松，只对小于0.07mm颗粒含量不大于1％。通过清洁度指标的严格规定，控制了细集料的含量，目的有二：一方面为了形成表处封层的骨架嵌挤结构；另一方面为了控制粘土的存在，因为即使有很小比例的粘土存在也是非常有害的，粘土吸水后发生膨胀，能使集料－结合料骨架断裂。4）碎石封层粘结剂标准。在碎石封层中所用粘结剂满足当前相应的规范要求即可，我国乳化沥青浓度一般为55～60％。应用高浓度的乳化沥青，可以提高其储存稳定度，施工中也比较容易控制撒布量，不至于出现乳液的流淌。研究证明，沥青碎石封层乳液浓度在69％时为最佳。粘结剂的选用要根据道路的路面结构、质量状况、交通量大小等实际情况而定。一般来说：对于交通量较小或路面质量状况较好的路段，可采用单层式乳化沥青碎石封层；对于中等交通量或路面质量状况一般的路段可采用单层式改性乳化沥青或普通基质沥青碎石封层；对于大交通量的路段宜采用单层改性沥青或双层式碎石封层结构；对于新建路面下封层宜采用透层加乳化沥青或普通基质沥青碎石封层。乳化沥青宜采用阳离子乳化沥青，普通基质沥青宜采用重交沥青。
3.碎石封层的施工
沥青碎石封层施工的必需设备有路面清扫车、粘结剂洒布车和石料撒铺车、胶轮压路机16～20T。对于不同的结构类型的沥青碎石封层，其施工顺序是不一样的，详见图1所示。
图1 施工顺序和使用状态图
1）施工天气。气温在20度以上、风力小于3级、三天以内无雨。以保证沥青与石料的充分结合，当气温在30度以上，阳光明媚的天气下施工，效果最好。因此要尽量避免在雨季和晚秋季节施工。2）原路面病害处理。碎石封层施工以前，要对原路面上的病害进行处理，如坑槽、沉陷、裂缝、拥抱和松散等。3）施工前路面清扫。为保证碎石封层与下承层的粘结，必须强制清扫。清扫工作必须早做以防影响正常的施工；同时又要尽可能的与后续工序衔接好，以防撒布结合料前的再次污染。4）测量放样。用仪器定出中线和边线桩，挂上醒目标线，便于沥青洒布车和碎石撒铺车作业。5）交通管制。由于碎石封层经常为半幅通车半幅施工，必须要有专人负责指挥交通。施工现场设置安全交通设施。还要有专人对洒布区域进行巡查，防止有车辆和行人进入。6）喷洒结合料和撒铺石料。按照设计的结构形式，依照顺序依次施工。当采用分步洒布设备时，要注意沥青洒布长度与石料撒铺车能力相匹配，避免沥青洒布后等待较长时间才撒铺石料。当使用乳化沥青时，石料撒铺必须在破乳前完成。要注意保证沥青的温度及沥青、石料撒铺均匀，接缝顺适。另外，在施工中尽量避免擅自减少或提高石料的用量，否则会影响嵌挤的形成，从而影响结构的稳定性。7）压实。一般采用轮胎压路机，轮胎压路机能适应道路的不平整性而且不易压碎石料。胶轮为16～20吨，吨位越大，压实效果越好。要进行足够的碾压以保证压实，一般不少于3～4遍，碾压速度前两遍不宜超过2km/h，其后可适当增加，但最大行驶速度不超过8km/h。8）检查。主要检查横向和纵向撒布的均匀性和材料用量是否达到了设计要求等。9）开放交通。除乳化沥青碎石封层应待破乳、水分蒸发并基本成型后方可通车外，基质普通沥青或改性沥青碎石在碾压结实后即可开放交通，并通过开放交通补充压实，成型稳定。10）初期养护。在通车初期应设专人指挥交通或设置诱导标志牌控制行车，限制行车速度不超过20 km/h，并使路面全部宽度均匀压实。当发现有局部泛油时，应在泛油处补撒与最后一层石料规格相同的嵌缝料并扫匀，过多的集料应扫出路外或回收。
4.结论
采取正确的公路养护技术,既可延长公路的使用寿命,也能降低公路养护成本。预防性养护是目前道路养护提出的新方向,能够在道路全寿命周期获得费用最优,而碎石封层能够修复道路表面病害，改善道路的抗滑性能和防水性能，起到延长道路使用寿命的作用。所以说碎石封层技术是公路预防性养护和修复性养护较好的一种手段, 应加以推广应用。
参考文献
[1]高榕,赵乐.浅谈同步碎石封层技术在道路养护中的应用[J].科技信息,2014(4)4.
[2]孙见林,刘晓.同步碎石封层技术在道路养护中的应用[J].工程机械与维.2007(1).