水泥穩定層表面透層油的灑布及工程質量控制要點

鄒 剛

（新疆維吾爾自治區昌吉公路管理局，新疆 昌吉 831100）

目前，國內外高等級道路的面層結構形式絕大多數由瀝青混凝土和水泥混凝土材料構成，其中瀝青路面 （亦稱為柔性路面或黑色路面）以瀝青作為黏結劑，與級配礦料 （包括石粉和其他添加劑）在一定溫度下經機械拌合形成瀝青混合料，經攤鋪和壓實最終形成符合路用特性的瀝青混凝土路面。由于這種路面結構的固有特性，使得其抗滑構造容易形成且能長期保持[1]，同時行車振動較小，具有良好的舒適感。另外，由于瀝青的熱融性 （其運動黏度的大小與其溫度的高低成反比）使得瀝青路面出現局部損壞后易于修復，同樣其材料也更加易于再生利用[2]。鑒于此，瀝青路面在國內外道路工程中得到了廣泛的應用。

為了達到設計行車荷載，高等級瀝青混凝土道路的面層必須鋪筑在水泥穩定基礎 （簡稱水穩層）之上。

1 水泥穩定層表面透層油灑布問題的提出

在瀝青混凝土道路的鉛垂面上，自下而上分別為地基、水泥穩定層和面層。地基一般為經過整平并壓實后的土基層，承載上部道路自重及行車荷載。由于基層一般為自然土基碾壓而成，其受力穩定性能要求較低，若在地下水平面較高的地區 （或局部位置），則應修建排水結構以防地下水或落雨水毀；水泥穩定層與上部面層的原材料都是由人工拌合而成，以載重汽車將面層原材料運至路上攤鋪成型并經壓實形成必要的強度。水穩層是整個道路的穩定承壓結構層；最上部是道路的面層 （高等級道路的面層又分為下面層、中面層和上面層），它是整個道路的磨耗和封閉層，以承擔上部行車及自然光候的直接作用[3]。顯然，水穩層和面層是整個道路最重要的組成部分，它們的施工質量關系到整個道路的總體質量，其建筑成本約占整個道路總成本的70%～85% （以平原地區為參考）。

雖然水穩層和面層是兩個不同的物理構造物，它們的作用也不盡相同，但它們必須共同承載上部道路的各種荷載 （包括自身重力和道路上部以車輛為主的各種人為荷載），這些荷載中以車輛對道路的沖擊荷載Q 為最大，其數值為車輛的自重w、行車速度v 的二次方及換算系數k 的乘積，即

顯然，由于高等級道路的行車速度相當高，如高速公路通常不低于100 km/h，軸載往往超過10 t，故車輛對路面的沖擊荷載是一個相當大的數值。某些地區 （如我國新疆、山西、內蒙等省區的礦產轉運地區）經常出現重載和超載運輸使得這種沖擊荷載更為突出。鑒于此，道路的水穩層和面層必須形成一個密實的整體才能有效抵御車輛的沖擊載荷。但這兩種路層如果處置欠佳很容易出現層間裂隙而形成各自分別受力的現象，究其原因，主要由以下兩種十分常見的情況造成。

1）水穩層是水泥混凝土的一種，雖然屬于含水量較小的干硬型材料，但在自然環境中，水穩層的鋪設需要較長的養生時間 （一般不少于3 周）才能形成初期強度，然后才能在其上部攤鋪瀝青混合料面層。在這段養生期內，暴露的水穩層表面會因局部干燥而形成一些松散顆粒及粉末，這些自由物體與鋪設于水穩上部的面層之間形成了夾層和孔隙，從而影響了水穩和面層的結合強度。

2）水穩層養生結束后表面干燥，且為較典型的無機材料混合物，而鋪設在其上部的瀝青混凝土面層中的瀝青是從石油煉制過程中提取輕質油分后的高分子有機物質，這兩種不同物體本身存在不良和易性而難以形成良好的結合，故很容易出現嚴重的 “兩張皮”現象。

綜上所述，在鋪設瀝青混凝土面層之前應采取必要的工藝措施以消除水穩層和面層之間的層間滑移隱患，從而保證道路達到設計荷載指標。

2 水泥穩定基層表面灑布透層油的作用機理

長期以來，國內外道路工程部門都在探討如何消除水穩層和面層之間的層間滑移問題，其中在兩個層間灑布透層油以形成一個連接層的方法得到了設計和工程部門的認可。透層油材料一般包括普通瀝青和乳化瀝青兩種，其基本作用原理表征如下。

一般石油瀝青在常溫下呈固態或半固態，但將其加溫至160 ℃ （工作溫度）左右時，可呈現良好的低黏液態，將其灑布在表面較為粗糙的水穩層表面時，瀝青會呈現良好的向下滲透并與層面黏結的現象，從而形成一個與水穩層相嵌良好的新表層，即瀝青透層 （簡稱透層）。這個透層因瀝青材料固有的和易性，能夠在上部面層和下部水穩層之間形成良好的銜接作用，從而保證上下兩層間的良好結合而有效消除面層之間的層間滑移現象。

與普通瀝青相較，乳化瀝青含有50%左右的水分[4]，在乳化劑的作用下，在常溫下呈液態，因此作為透層油使用時無需加熱即可在常溫下用于工程灑布。

3 透層油灑布作業技術要點分析

20 世紀中后期以來，透層油施工工藝在高等級道路施工中得到了廣泛的應用，大量的工程應用證明了其作業的有效性，但要達到預定技術指標必須注意下述技術要點。

1）采用普通瀝青為透層油時，因瀝青黏度的大小與其溫度的高低成反比，所以灑布溫度不應低于140±5 ℃ （改性瀝青不低于 140±5 ℃）。鑒于作業距離和施工時間往往較長，所以瀝青灑布車的油箱及其泵送和管路系統必須具有保溫和加熱功能。

2）采用乳化瀝青時應特別注意下述要點。一是雖然乳化瀝青在常溫下呈液態且黏度較小，作業時無需加熱，但為了保證使用效果，建議在10 ℃以上的環境溫度中使用較為適宜。另外要特別注意乳化瀝青容易破乳而使其乳化失效，所以最好隨用隨做而不宜長久儲存。二是由于乳化瀝青含有50%左右的水分，而水分是不允許在透層中存在的，否則會影響瀝青混凝土材料的路用性能，因此必須待水分充分蒸發且透層形成一定強度后才能鋪設上部的道路面層。水分的蒸發需要在一定的時間內才能完成，而其蒸發時間 （即破乳時間）的長短與施工時環境溫度的高低有一定關系，見圖1。另外，水分的蒸發速率還與空氣的濕度有關。圖1 的表征是基于筆者所在的新疆大部地區在道路施工季節 （6—10 月），且空氣濕度范圍在40%～65%時取平均值作為基礎以實際試驗觀測統計得到的數據，可作為工程施工時的參考。當空氣濕度范圍變化較大時應對相關數據進行必要的修正。

圖1 乳化瀝青透層油中水分的蒸發（破乳）時間與環境溫度的關系

透層油應采用車載油箱泵送壓力灑布完成而不宜采取人工灑布或機械牽引油罐重力滴落灑布。無論是普通瀝青還是乳化瀝青，采用壓力灑布能夠使油液充分充填水穩表面的縱橫微小溝孔而與水穩表面形成較為穩固的黏結。作業時的系統泵送壓力（系統壓力）以不低于0.8 MPa 為宜。

透層油在水穩表面的分布必須均勻和連續，這就要求灑布車必須勻速連續作業并覆蓋整個作業寬度。瀝青泵的泵出流量與作業速度、灑布寬度及灑布密度之間的關系公式為

式中：M 為瀝青泵流量，L/min；k 為系統容積效率，可取0.8～0.9；v 為作業速度，km/h；b 為灑布寬度，m；wg為透層油灑布密度，根據實際需要選取0.8～1.2 L/m2；式中的16.7 為單位換算系數。

式 （2）可用于灑布普通瀝青時的流量計算。鑒于乳化瀝青含有50%左右的水分，在使用其作為透層油計算瀝青泵的流量時，應將灑布密度wg提高到 1.6～2.4 L/m2。

為切實保證透層油的灑布質量，水穩層表面保持干凈和干燥是十分重要的。經過養生期后，水穩層表面常出現某些松散雜質，而養生期內經常噴灑水霧以保證水穩層的養生質量使得水穩表面的含水量較高，因此，在透層油灑布前應提前停止水霧的噴灑，使水穩表面的水分充分蒸發而保持干燥。另外應采用清掃和吹掃方式清除水穩表面的所有松散物料，以保持其表面的清潔。這不僅能夠有效提升透層油與水穩層的黏結效果，而且能夠明顯提高透層油的利用效率。

綜上所述，作為高等級道路施工的重要工序，透層油灑布對于保證道路的施工質量起著非常重要的作用，而采用合理的灑布工藝及作業設備，并根據工程特點不斷優化各項技術參數進行作業，是高質量完成透層油灑布的技術保證。