瀝青路面半剛性基層透層油的灑布及主要技術參數選擇

劉 衛

(山西省公路局晉中分局，山西 晉中 030600)

采用半剛性基層的瀝青路面具有良好的抵抗永久性變形的能力，而且能夠容易地與上部瀝青路面材料形成抗壓抗剪的結構強度，因此已成為國內外高等級道路設計和施工的主要結構形式。但半剛性基層和其上部的瀝青路面畢竟是由不同材料組成的，而且必須采用分層鋪裝的工序先后完成，因此其層間的良好結合直接涉及道路整體結構的強度和使用穩定性。近年來，有些高等級道路(包括高速公路)因為基層和面層的結合部失穩過早地出現路面早期病害，結果造成道路因抗壓強度下降影響道路整體服務效能的實例較多。有鑒于此，研究瀝青路面半剛性基層及其透層的施工工藝和技術優化是十分重要的。

1 道路基層和面層結合部失穩的形成機理

1.1 材料不同的影響

眾所周知，半剛性基層的主要材料組成是級配礦料、水泥、石粉和其他添加劑經充分拌和(通常采用臥式強制拌和)而成，這些材料基本呈現無機材料的特性，而半剛性基層上部與之銜接的瀝青路面的粘結劑為路用瀝青[1]，瀝青是石油煉制過程中的最終產品，呈現較為典型的有機材料的基本特征。顯然，不同材料必然會影響相鄰層間的良好結合。

1.2 溫度不同的影響

高等級道路的施工工藝目前均為在已攤鋪完成且呈常溫狀態的半剛性基層上部布設瀝青混凝土材料以完成整個路面結構的工程施工，而瀝青混凝土材料在攤鋪和壓實成型的整個工藝過程中必須保持較高的溫度(如緊隨攤鋪機以完成壓實工序的壓路機對瀝青路面的初壓溫度通常要求不低于130 ℃～140 ℃，而進入攤鋪機的瀝青混凝土材料，特別是SBS改性瀝青混凝土材料的溫度會更高)，這是保證路面壓實密實度達到道路施工規范要求(≥97%)的必要條件之一。而半剛性基層和其上部瀝青路面的較大溫差(≥110 ℃)卻極易造成層間的分離；另外，在上部瀝青混凝土鋪裝之前，下部半剛性基層已鋪設完成呈現穩定狀態，但上部瀝青混凝土在鋪設和壓實的整個作業過程中的高溫會持續較長的時間，這主要是因為組成瀝青混合料的各種物料，無論是各種粒徑的級配礦料，還是路用瀝青和其他添加劑，都呈現熱容量較大、絕熱性能極佳的特性，使得瀝青混合料加熱升溫不易、降低溫度也難。因此，瀝青路面從鋪設到壓實結束，其較高的溫度會保持較長的時間。圖1是筆者在山西晉中某高等級道路瀝青路面施工現場測得的路面混合料攤鋪后的降溫速率(初始溫度132 ℃，環境溫度31 ℃～34 ℃)。

顯然，攤鋪后的瀝青路面在溫度31 ℃～34 ℃的環境中，需要1.8 h左右才能自132 ℃降至30 ℃左右的環境溫度。在這個降溫過程中，由于顯而易見的原因，已鋪設完畢的路面會因熱脹冷縮而與下部已呈現穩定狀態的半剛性基層出現相對移動而易于出現上下層間的失穩。

2 半剛性基層透層的施工要點和必要性

有鑒于上述分析，必須采取有效措施控制半剛性基層和上部瀝青混凝土面層的失穩，從而保證瀝青路面的整體強度。長期以來，在半剛性基層表面灑布透層油已成為道路設計和工程施工單位的共識。這主要是基于透層油(主要是高溫瀝青、常溫乳化瀝青等)灑布能夠收到如下主要效果：

1)透層油具有良好的滲透性，對于穩定半剛性基層與瀝青面層的結合部意義重大。

2)由于透層油承上啟下的銜接作用，明顯提高了半剛性基層與上層瀝青混凝土材料的結合強度。

3)無論是高溫瀝青(以SBS為代表的改性瀝青表現更佳)，還是常溫乳化瀝青，都是良好的防水材料，灑布在半剛性基層表面會形成良好的防水層，能夠有效避免基層內部水分的蒸發散失。同時，這個防水層能夠對上部自然落水和人為造成的水分進行一定程度的屏蔽，特別是當瀝青路面因各種原因出現損壞而失去或部分失去封閉作用時，能夠對半剛性基層起到一定的防止水毀的作用。

4)穩定半剛性基層表面。如本文前述，半剛性基層的主要材料是級配礦料、水泥、石粉和其他添加劑經拌和而成，由于其無機物質的固有特性，在較長時間(因環境溫度和濕度不同差異較大，一般為一周左右)的養生期內，往往會在表面產生一些松散物料，如果清除不凈，會在瀝青面層和基層間形成不穩定的夾層，影響道路的整體強度。如果灑布透層油，將使這些松散物料與基層穩定在一起，起到穩定半剛性基層表面的作用。

透層油的灑布能夠使得這些效果是非常明顯的。另外，在透層油灑布前，應對半剛性基層表面的雜質進行必要的清理，可以采用人工清掃、掃路車清掃等方式，但前者作業效率較低，相當長距離的道路工程難以及時高效率完成；后者效率較高，但對于粒徑小于30目的粉塵顆粒清掃效果不佳，而且作業成本較高。山西省交通系統在21世紀初研發完成的半剛性基層表面雜質高效清掃機采用內燃機+液壓系統驅動，以液壓動力刷滾(尼龍+鋼絲)強力刷掃、多級風力吹除和牽引行走作業原理，能夠高質量快速完成半剛性基層表面雜質的高效清掃，在忻(州)臺(五臺)等高速公路建設工程中得到了成功的應用，收到了良好效果。

3 半剛性基層透層的灑布時機及灑布參數選擇

目前，在半剛性基層表面灑布透層油的油品選擇較多，但大多數以高溫瀝青和常溫乳化瀝青為多選。這些材料能夠顯現良好的滲透性，實體工程檢測證明能夠滲透至半剛性基層下部4 mm～6 mm。由于石油瀝青在常溫下呈現固態或半固態，因此必須加熱至一定溫度才能灑布，而不同的加熱溫度對其在半剛性基層中的滲透深度影響較大。圖2是在實體工程中檢測的瀝青加熱溫度與滲透深度的關系曲線(環境溫度25 ℃～28 ℃)。

顯然，要達到較為理想的滲透深度，普通石油瀝青(乳化瀝青為常溫)必須保證加熱至不低于150 ℃，且不應高于165 ℃。因為，普通石油瀝青的閃點為220 ℃左右，溫度太高不僅容易老化，而且有失火燃燒的危險。有鑒于此，應杜絕明火加熱[2]，建議采用電遠紅外、微波或導熱油作為加熱方式。從加熱成本和技術成熟角度考慮，目前以電—導熱油加熱為首選。

半剛性基層鋪設后約需一周左右的養生期才能基本達到設計強度，一般認為在基層在碾壓成型后即可噴灑透層油[3]，因為隨著半剛性基層表面強度的逐步提高，表面的致密性會逐步增強，透層油的滲透會變的較為困難。同時，若基層表面不能及時封閉，則在高溫干燥的施工現場(道路施工大多選擇高溫干燥季節完成)容易使得半剛性基層失水過速而造成基層強度不足，從而對道路的整體性能造成不利影響。因此，除非遇到特殊的天氣原因，半剛性基層應在攤鋪完成后的24 h～36 h內灑布透層油。

透層油的灑布數量Q應以下式進行量化：

Q=1 000qθBVη-1。

其中，Q為單位時間的灑布量，L/h；q為單位面積的布灑量，可取0.5 L/m2～0.8 L/m2；θ為灑布材料修正系數，普通瀝青取1，乳化瀝青取1.8～2.0；V為灑布車的作業速度，km/h；B為灑布車的作業(撒布)寬度，m；η為灑布車泵送系統的容積效率，可根據布灑系統的水密程度取0.85～0.95。

4 結語

半剛性基層是高等級道路的主要承重層，其施工質量的優劣直接影響到整個道路的技術性能的服務質量，而透層油的灑布關系到基層與上部面層的良好結合及道路的整體穩定性而具有非常重要的意義。隨著我國道路等級的不斷提升，對透層油灑布質量的技術要求也會相應提高。