開普封層技術在公路預防性養護中的應用

魏永東

【摘 要】依托省道308線預防性養護工程系統開展開普封層應用研究，通過對開普封層的結構層進行優化設計，開展配合比設計、施工工藝、質量控制應用研究，重點解決干線公路路面出現的裂縫、路面摩擦系數降低、表面老化、防水性能差等問題，提出一種基于現有養護新材料適合于普通干線公路預防性養護的方案，具有良好的經濟效益和社會效益。

【關鍵詞】開普封層；預防性養護；應用

開普封層是碎石封層系統與稀漿封層系統的結合，在大骨料碎石封層的基礎上加鋪乳化瀝青稀漿封層（微表處），多用于中、低等級公路面層或公路預防性養護工程，它是一種有效的路面養護、路面修復技術，是替代道路罩面比較經濟的方案。我局在省道S308線公路預防性養護維修工程中采用了該技術，針對該路線路面出現的裂縫、路面摩擦系數降低、表面老化、防水性能差等問題提出了處治應用方案。該項目完工后，路面使用效果良好。

1 開普封層結構特點和作用機理

開普封層是碎石封層、稀漿封層的復合結構形式，能有效延緩路面的反射裂縫，有著良好的變形性能，同時復合的結合層能有效防止滲水。采用碎石封層為主受力結構的開普封層能適應像S308線這種重載交通要求的道路。微表處采用改性乳化瀝青與高強耐磨的石料，可防止石料脫落，增加抗滑耐磨耗效果，延長道路使用壽命，同時還可提供一個平整抗滑的表面，美化路面表觀。總結以往的施工經驗，在進行開普封層時首先根據裂縫的嚴重程度來選擇瀝青，裂縫還正在延伸時，建議用橡膠瀝青；對于穩定的裂縫建議選用改性瀝青；裂縫<3mm而且穩定時，建議選用改性乳化瀝青；當裂縫還在延伸時，建議選用橡膠瀝青來做碎石封層。

2 S308線公路狀況調查分析

為完成開普封層路面結構的優化設計，確定配合比，首先對S308線路面狀況進行了全面調查，該路段經過13年的運營，瀝青路面老化嚴重，在行車荷載及地下水、動水沖刷等因素影響下，路面不同程度均出現了各種病害，病害以嚴重龜裂、塊裂、沉陷、擁包為主，并且有大量縱橫裂縫、松散、坑槽，路面平整度較差，抗滑、防滲能力明顯降低，影響行車舒適性。

根據路況調查結果，在省道S308線K293+200～K297+200段預防性養護中開普封層采用了兩種結構形式：一是，改性乳化瀝青碎石封層+微表處；二是，橡膠瀝青碎石封層+微表處。

3 開普封層原材料的質量控制和技術要求

原材料的選擇是實現開普封層優良性能的關鍵和重要保證。一般礦料按批抽查級配、砂當量；乳化瀝青每一罐車主要抽檢蒸發殘留物的含量，蒸發殘留物性質以及粘度。當原材料發生變化時應重新進行全面檢查，確認材料配合比符合要求方可施工。

3.1 改性瀝青

3.2 改性乳化瀝青

生產改性乳化瀝青的乳化劑應選用慢裂快凝型乳化劑。改性乳化瀝青應符合表2規定：

3.3 碎石

礦料應采用碎石、軋制碎石、石屑、砂等。礦料的質量應符合《公路瀝青路面施工技術規范》（JTG F40-2004）的有關規定。同步碎石使用的礦料最好進行預處理，盡量使用立方體或近立方體的集料，必須有足夠的粘附性，單一級配，幾乎不含粉料；本項目采用同步碎石的粒徑為6～8mm。微表處礦料的砂當量不少于65%，推薦微表處的礦料級配滿足表3的要求。

3.4 填料

微表處施工要求必須添加填料。填料可以是水泥、熟石灰、粉煤灰，均不得含泥土雜質，應干燥、疏松，沒有聚團和結塊。礦粉可改善礦料級配，水泥、消石灰可調整稀漿混合料的可拌和時間、成漿狀態和成型速度等。根據需要可選擇纖維、廢橡膠粉作為填料，但要滿足微表處施工的各項要求。

3.5 添加劑

添加劑可調節稀漿混合料拌和時間、破乳速度、開放交通時間等性能，并可改善路用性能。無機鹽類添加劑一般可延長陽離子乳化瀝青混合料的拌和時間。當使用添加劑時，宜采用水溶性液體材料，添加劑不得影響瀝青性質。

4 開普封層配合比設計

4.1 一般要求

同步碎石封層瀝青與石料的粘合度大于95%，骨料覆蓋率60～80%。微表處應采用快凝快開放交通型（QS/QT型）。其混合料要求有一定的拌和時間，同時可拌和時間又不易太長（一般<4分鐘），其混合料性能滿足《微表處和稀漿封層技術指南》（JTG/T F40-02-2005）中的規定。微表處的不同封層固化后成型厚度和材料用量按表4選用。

4.2 同步碎石封層配合比設計

4.2.1 礦料粒徑選擇應按下列步驟和要求進行

根據選擇的碎石封層的類型，確定礦料的粒徑大小。選擇符合規定質量的礦料。對礦料進行篩分試驗。

4.2.2 確定瀝青撒布量

選擇符合表1要求的改性瀝青。做粒徑合格的礦料與瀝青的粘結性試驗，以達到瀝青與石料的粘合度大于95%的瀝青用量確定為瀝青的撒布量。

4.3 微表處配合比設計

4.3.1 礦料配合比設計應按下列步驟和要求進行

根據選擇的微表處類型，確定礦料的級配曲線。選擇符合規定質量要求的各種礦料。對各種礦料分別進行篩分試驗。測定各種礦料的相對密度。根據各種礦料顆粒組成，確定符合級配曲線要求的各種礦料的配合比例。

4.3.2 確定微表處混合料的加水量、填料和助劑用量

選用級配合格的礦料并測定其含水量。通過拌和試驗確定滿足微表處的拌和時間的情況下改性乳化瀝青、填料、水和添加劑的用量。微表處可拌和時間一般>45s。

4.3.3 具有滿足要求的可拌和時間的混合料的初凝時間和開放交通時間的測定：當粘結力達到120N·cm的時間確定為混合料的初凝時間；當粘結力達到200N·cm的時間確定為混合料的開放交通時間。

4.3.4 最佳瀝青含量的確定應按下列步驟和要求進行

選取滿足可拌和時間要求的混合料，取不同瀝青含量進行拌和。按CJJ65～95濕輪磨耗和粘附砂量試驗，確定濕輪磨耗和粘砂量與瀝青用量的關系曲線，從而確定瀝青用量范圍，采用圖解法確定最佳瀝青用量。

5 開普封層施工及技術要求

5.1 一般規定

開普封層施工過程中碎石封層和微表處施工可分為兩個獨立工序進行，微表處施工前需要保證碎石封層已基本成型。碎石封層材料和稀漿混合料應通過配合比設計，符合有關開普封層要求后方可施工。開普封層對氣候的要求，在路面或空氣溫度達到10℃，并且持續下降時，不允許進行開普封層施工。在路面或空氣溫度到7℃并且持續上升時，允許進行開普封層施工。

5.2 路面的技術要求

開普封層不能做補強層應用，開普封層要求原路面應符合強度、剛度和整體穩定性的要求，并要求表面平整、密實、清潔。

5.3 施工準備

在進行開普封層施工前，必須徹底清除路上所有影響施工質量的雜物（泥土、雜草等）。施工前應準備各種質量符合要求的原材料（石料、改性瀝青、改性乳化瀝青等）。各種設備均應齊備，并保持良好的工作狀態，同步碎石機和改性稀漿封層機應根據設計要求進行復標工作。應設計好一次攤鋪的寬度，縱向接縫盡可能設置在車道標線上，并盡可能減少縱向接縫。

5.4 施工

5.4.1 同步碎石施工

同步碎石按照標定參數進行施工，要求石料單一粒徑并且均勻，并且石料覆蓋率達到60%～80%。在養生期間，嚴禁車輛駛入，保證施工路面的清潔，嚴格管制交通。

5.4.2 微表處施工

封層機啟動前，攤鋪箱中必須有一定的混合料，并且稠度適當、分布均勻，封層機才能勻速前進。操作手可進行添加劑、水量的調節，控制漿狀，嚴禁調整油石比。微表處不允許由超大集料所引起的拖痕。在橫向接縫處不允許出現接縫不平、局部漏鋪和過厚現象。在攤鋪箱不能到達的地方必須采用人工施工，使封層達到均勻、平整。固化成型前禁止一切車輛駛入，行人不得踏入，嚴格管制交通。封層可采用膠輪壓路機壓實，以不粘輪胎進行輾壓為準。

6 質量控制措施

6.1 施工前必須提供相應的配合比設計，各種材料的試驗報告必須齊全，并符合要求方可使用。施工中應對開普封層的混合料進行抽樣檢測，并符合表5、表6規定。

6.2 開普封層外觀質量應符合下列要求

表面平整、密實、無松散、無輪跡，縱、橫縫銜接平順，外觀色澤均勻一致。與其它構造物銜接平順，無污染。攤鋪范圍以外無流出的稀漿混合料。表面粗糙，無光滑現象。微表處表面應滿足同等級路面的要求。具體檢測指標符合表7要求。

7 路面成型路用性能評價

開普封層施工完成后，我們及時組織檢測人員對其路用性能進行了檢測，檢測結果如下：

7.1 構造深度

表面構造深度設計值為0.8～1.4（mm），經檢測表面構造深度均值分別為1.16mm、1.02mm、1.14mm，檢測結果符合設計要求。

7.2 路面抗滑性能

擺式摩擦系數設計值為≥55（BPN），經檢測擺式摩擦系數設計值分別為59.1、59、59.8，檢測結果符合設計要求。

7.3 滲水系數

滲水系數設計值為≤50（ml/min），經檢測滲水系數為19ml/min、24ml/min、11ml/min，檢測結果符合設計要求。

通過對S308線實施開普封層路段一年多的路用性能觀測，路面整體性能得到了明顯的提高，未發現反射裂縫，路面抗滑性能、表觀效果、行車舒適性、安全性等方面明顯優于其他單一結構封層路面。

8 路用經濟及社會效益分析

開普封層的成本較傳統的瀝青貫入式或瀝青表處略高，然而開普封層非常耐磨，碎石封層中的大骨料具有優良的抗滑性和承載性能，微表處具有良好的平整度和耐久性，使得車輛營運費和后期養護費用大為降低。開普封層的使用壽命較瀝青貫入式和瀝青表處要高得多（平均高出3～8年左右），從長遠經濟效果進行分析，開普封層是具有絕對優勢的。開普封層采用了連續級配石料和柔性瀝青膠結料，因此其路用性能、表觀效果、行車舒適性、安全性等方面與一般40mm的密級配瀝青混凝土路面相比毫不遜色。

開普封層與在半剛性基層上直接鋪裝40mm瀝青混凝土路面的使用壽命相當，造價卻只有其1/3～2/3，考慮到以后的（下轉第329頁）（上接第306頁）修補養護費用，開普封層的性價比更為突出。

開普封層道路在后期改造升級時，原路面可直接作為防水粘結層和應力吸收層使用，在道路有后期改造升級的需要時，采用本設計方案更顯優越。

9 結束語

開普封層可抑制裂縫，能提供比貫入式和表處更為平整的路面，且耐久度和使用壽命明顯高于前者，對于裂縫比較嚴重的路面采用下承層為橡膠瀝青碎石封層的開普封層可以很好地抑制裂縫的反射；裂縫較輕微的路面采用下承層為改性乳化瀝青碎石封層的開普封層可以顯著的提高路用性能和使用壽命，比起單純的碎石封層，開普封層避免了集料的流失，又降低了噪音。既可以用于高等級公路也可用于普通公路。開普封層這種路面處治方法是比較經濟的，從一開始就具有較少的投資成本，經濟適用的路面方案為交通發展提供有力的支持，從而產生巨大的社會經濟效益，在公路養護應用中有較好的前景。

【參考文獻】

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[責任編輯：劉展]