新型開普封層在農村公路路面養護中的應用研究

嚴林妹

（上海市崇明區公路管理所，上海市 202150）

0 引言

隨著上海及其周邊地區大規模的公路建設規模開始減緩，道路養護已經成為道路行業工作者今后研究的重要方向。近日，交通運輸部印發了新修訂的《農村公路建設管理辦法》已于2018年6月1日施行，且在實施過程中，交通脫貧攻堅先行引領作用日益凸顯，今年我國實現新改建農村公路28.5萬km。農村公路在建設過程中往往要求不及常規市政道路和公路，其紅線范圍較窄，標高可調整范圍小，路面材料類型多樣，出現的坑槽，裂縫比較深、大面積裂縫、脫皮現象十分常見，對標高影響較小、靈活且耐久的鋪裝技術是適合農村公路預養護的亟需。

基于上海崇明區農村公路養護項目，對新型開普封層的鋪裝效果進行了配合比、結構層開發和應用研究。考慮到單純使用碎石封層集料容易脫落，噪音大，外表不夠美觀等，在其上面再加一層微表處，既確保碎石封層的集料不脫落，又獲得了比較平滑的表面，降低了噪音[1-5]。

1 新型開普封層的結構形式

開普封層首先在南非的開普敦（Cape Town）使用，因此稱為開普封層（Cape seal）。原始的方案是上下雙層設計，下層為碎石封層或稀漿封層，上層為微表處。總厚度為2 cm左右。該項研究是根據上海的氣候特點、地貌特征和交通荷載需求，考慮到農村公路標高和開放交通的時限，對開普封層進行了改良處理。采用橡膠瀝青纖維碎石封層和低噪音微表處的組合（結構厚度1.5～2.0 cm），這種組合可以充分發揮兩種結構的優勢。該結構下層采用碎石封層結構（厚度0.6～1.0 cm），起防水粘接作用；中層采用微表處(厚度0.4～0.6 cm)，作為銜接，滲入至碎石封層的孔隙中，起到承上啟下和找平的作用，滲入之后厚度降至0.5 cm左右；上層的微表處即與交通荷載直接接觸的一層（厚度約為0.5～0.8 cm），既具有良好的抗滑性能又有良好的平整度。總體結構圖如圖1所示。與常規開普封層呈現出明顯的結構性質上的不同，且在行駛噪聲上有較大的改善，因此稱為新型開普封層。

圖1 新型開普封層結構圖

2 試驗材料與組成設計

2.1 材料

2.1.1 改性乳化瀝青

新型開普封層采用改性乳化瀝青，改性劑采用SBR膠乳。選用上海龍孚道路養護工程有限公司生產的SBR改性乳化瀝青，采用了廣域型LYE-B530慢裂快凝型乳化劑，此乳化劑具有較高的集料種類耐受性。由LYE-B530乳化的改性乳化瀝青，其技術指標如表1所列。

表1 微表處用改性乳化瀝青技術指標一覽表

2.1.2 橡膠瀝青

采用濕法攪拌工藝，基質瀝青選取了使用較為廣泛的東海70號，外摻21.5%質量分數的20～40目橡膠粉進行改性，加熱瀝青至180～185℃溫度區間，低速攪拌1.5 h，制備而成橡膠瀝青的基本指標如表2所列。

表2 橡膠瀝青基本指標一覽表

2.1.3 集料和礦粉

試驗用集料來自浙江產玄武巖，此次選用的級配為經過低噪音級配設計處理，將其篩分成0～3 mm、3～5 mm和5～10 mm三檔備用，其中礦粉不參與低噪音微表處級配設計，而是作為外添加物使用，集料的篩分結果如表3所列。

在碎石封層中，集料的顆粒是鑲嵌在瀝青中的，它只有70%左右的高度與瀝青接觸，因此在碎石封層技術中對原材料有著嚴格的要求。理想的集料顆粒形狀應是立方體或四棱形的，扁平細長性的顆粒應盡量避免（不超過8%）。一般采用單粒徑的清潔集料，尺寸范圍在6～16 mm之間。不潔凈的集料中含有的粉塵、泥土會阻礙瀝青與集料顆粒表面的粘附。

表3 集料分檔篩分結果一覽表

2.1.4 水泥

該項微表處路用性能試驗部分將礦粉和水泥作為添加物使用，水泥使用425普通硅酸鹽水泥。

2.1.5 纖維

碎石封層和微表處中的纖維均采用路用聚酯纖維，此纖維是一種常用在SMA瀝青瑪蹄脂碎石路面中的材料，具有裹附細料和瀝青的形成瑪蹄脂的作用，增強混合料中加筋效果和提高混合料疲勞性能的效果。其指標見表4所列。

表4 集料分檔篩分結果一覽表

2.2 微表處dB60級配設計

集料級配對微表處路用性能有著重要的影響，也是影響行車噪聲的另一個關鍵。適當降低粗集料的使用，加入優質種類的中粒徑集料（3～5 mm）、加強集料間嵌擠效應、降低鋪設厚度與集料最大粒徑之差、采用間斷級配以增加粗集料的比例，是dB60級配的設計原則。但是，從級配角度降低噪音的處理對路用性能存在影響，油石比隨著粗集料的增加而減少，這將導致耐久性的降低。增加油石比有助于提高微表處的耐久度，但會造成對微表處表觀結構造成泛油、粘輪等不利影響。表5所列為dB60專用低噪聲微表處級配。

2.3 試驗方法

該項研發的新型開普封層中微表處是結構成型的關鍵，中上兩層是選用了微表處的形式，根據《公路瀝青路面施工技術規范》（JTG F40—2004）[6]中對微表處的指標要求，按照《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程》（JTG E20—2011）[7]中指定試驗進行。分為施工性能試驗和路用性能試驗，其中施工性能試驗主要包括：拌和試驗、破乳時間試驗、黏聚力試驗；路用性能試驗包括：濕輪磨耗試驗、負荷輪粘砂試驗進行配合比設計。由于中上兩層微表處功能不同，新的配合比提出了新的試驗項目以確定兩層微表處的性質，如表6所列。

表5 dB60低噪音級配表

表6 dB60低噪音微表處配合比控制項目一覽表

3 施工與檢測

3.1 施工過程

3.1.1 原路面情況

選擇晴熱干燥的天氣施工，開工前對路表進行調查和處理，統計路表車轍、裂縫、麻面、坑槽等情況（見圖2），并記錄在每個樁號中以做處理和完工后運營期間的對比。

圖2 原路面損壞情況之實景

3.1.2 路表處理

將原路面進行清掃，在原路段出現了較大裂縫的部分，采用裂縫貼進行粘接處理，以進一步減緩反射裂縫的產生（見圖3）。

圖3 裂縫貼處理原路表較大裂縫之實景

3.1.3 橡膠瀝青纖維碎石封層

（1）橡膠瀝青灑布量和碎石撒布量：應嚴格執行封層設計所確定的瀝青灑布量和碎石撒布量。在瀝青灑布車的前進方向上放置油氈，瀝青灑布車和碎石撒布車通過后取走。分別稱量油氈的質量，將得到瀝青的灑布量、碎石的撒布量和設計值進行比較。（2）碎石與瀝青的粘附性。碎石與瀝青的粘附性是封層質量的主要評價指標之一，可以通過測量拉拔力的大小來評定。在施工中，一定要注意分別控制好瀝青與碎石的溫度，溫度低，則粘附力下降。（3）碎石與瀝青的裹附率。除了瀝青的灑布量、碎石的撤布量對瀝青與碎石的裹附率有影響外，灑布的均勻性、施工溫度及碾壓的及時性也會對裹附率產生直接的影響。在施工中，應注意觀察裹附率的變化情況，及時調整和控制作業參數，保證達到或接近設計裹附率。裹附率過大，容易造成粘輪現象嚴重；裹附率偏小，則粘附力下降。圖4為纖維碎石封層攤鋪之實景。

圖4 纖維碎石封層攤鋪之實景

3.1.4 微表處封層

（1）混合料油石比檢測。合適的油石比是微表處混合料路用性能的重要保證。如果油石比過大，會造成路面泛油，影響路面的抗滑性能和美觀；如果油石比過小，微表處層與原路面的膠結、集料與瀝青的膠結都會受到不利影響。因此，應保證攤鋪出的微表處混合料的油石比與設計油石比相符。（2）施工和易性。混合料稠度檢測攤鋪過程中微表處混合料的和易性是保證攤鋪質量的關鍵指標，必須進行檢測。（3）集料級配檢驗。要求級配在規定范圍，檢驗頻率為一天施工段檢測一個點。（4）混合料路用性能指標的檢驗。施工使用的材料很有可能與設計時的材料相差很大，設計指標難以反映實際施工的混合料性能，因此，施工過程需進行混合料的濕輪磨耗、負荷輪等指標檢驗。（5）上層微表處施工需要等到下層微表處完全干透之后進行。圖5為微表處攤鋪之實景。

圖5 微表處攤鋪之實景

3.1.5 開放交通

上層微表處施工完成后，待到初步強度成型后即可開放交通。即完工后約1～2 h。圖6為開放交通之后的實景。

圖6 開放交通之后的新型開普封層之實景

該施工路段原路面為素混凝土路面，經過新型開普封層的施工后，完成了“白加黑”的改造。另外值得一提的是，新型開普封層不僅可以用于如該項工程的水泥混凝土路面，也適用于原路面為瀝青面層的道路。

3.2 路面性能檢測

依據《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程》（JTG E20—2011）和施工技術規范，對該路段的施工前后的同一個點位的構造深度、滲水系數和平整度進行了檢測，一共選取了5個檢測點。檢測結果如表5所列。

表5 施工前后路況檢測結果一覽表

從檢測結果可以看到，由于路面老化破損，且為混凝土路面，施工前的5個檢測點的三項指標均不能滿足規范要求，經過新型開普封層施工后的路面服務性能得到很大程度的恢復，均遠超過規范要求。

4 結論

以上海農村公路實體工程建設為依托，針對新型開普封層進行配合比和結構層開發研究，完成了施工和路面性能檢測，主要結論如下：

（1）新型開普封層選取三層結構形式，下層為厚度0.8～1.0 cm的橡膠瀝青纖維碎石封層，厚度0.5～0.8 cm厚的低噪音微表處，上層為厚度約為0.8c m的低噪音纖維微表處。

（2）提出了各種材料的性質和配比設計方法，以及專屬中上層微表處混合料的配合比控制項目。

（3）經過新型開普封層施工后的農村公路在平整度、構造深度和滲水系數這三項路面服務性能都得到很大程度的恢復。