高渗透乳化沥青施工技术方案优化研究

高渗透乳化沥青施工技术方案优化研究

宋传杰

合肥明巢高速公路有限公司 安徽省合肥市230000

摘要：为提高透层油在半刚性基层上的渗透深度，指导高渗透乳化沥青的实际工程应用，优化透层施工技术，本文结合明巢高速公路实体工程，研究了不同类型乳化沥青在不同洒布时机和洒布量下的渗透性能，依托实体工程施工，通过对比试验研究，结果发现：高渗透乳化沥青的渗透能力明显优于常用的PC-2乳化沥青，高渗透乳化沥青的推荐洒布时机为水稳碾压成型2h后紧跟的洒布，洒布量为1.2 L/m2，且能保证基层有足够的强度。研究成果可指导高渗透乳化沥青实际工程应用，提高基层与面层间的层间粘结。

关键词：半刚性基层，高渗透乳化沥青，渗透深度，透层，施工工艺

Abstract：In order to improve the penetration depth of the penetration oil on the semi-rigid base, guide the practical engineering application of high-permeability emulsified asphalt, and optimize the penetration construction technology, this paper,combined with the physical project of Mingchao Expressway, the permeability performance of different types of emulsified asphalt under different spraying timing and spraying amount was studied. The results showed that the permeability of the high-permeability emulsified asphalt was obviously better than that of the commonly used PC-2 emulsified asphalt. The recommended spraying time of the high-permeability emulsified asphalt is the spraying immediately after the water-stabilized rolling compaction for 2 hours, and the spraying amount is 1.2L/m2. The research results can guide the practical engineering application of high-permeability emulsified asphalt, and improve the interlayer bonding between the base layer and the surface layer.

Keywords: semi-rigid base, high penetration emulsified asphalt, penetration depth, permeable layer, construction technology.

0.引言

在当前我国高速公路建设中，大多数用半刚性基层沥青路面结构形式，半刚性基层与沥青面层间存在较大的强度模量差，层间连续性差，易形成结构薄弱层，在水平剪切作用下易造成滑动位移，进而导致多种早期道路病害的发生。为解决基层与面层的难解问题，《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40)[1]中规定，可采用PC-2乳化沥青或稀释沥青作为乳化沥青，提高层间粘结作用。半刚性基层致密性强，传统的PC-2乳化沥青渗透效果差，难以规范要求的5mm渗透要求，同时易结皮，未能与下承层形成有效粘结，在运输车辆和摊铺机车轮作用下会产生破坏、粘轮；煤油等材料昂贵，且作为稀释剂易挥发，产生毒气，对人体和环境造成危害，因此煤油稀释沥青在我国并没有得到实际应用[2]~[7]。

为解决乳化沥青渗透性差的问题，众多学者展开相关渗透性能研究。包龙生[8]研究了高渗透乳化沥青的性能特点，得出用高渗透乳化沥青作为半刚性基层的乳化沥青，其渗透深度能满足规范要求。吕文江[9]通过对比研究，得到高渗透乳化沥青乳化沥青HTC-08做级配碎石基层和沥青混凝土面层之间的粘结层，能收到良好的效果。胡振山[10]通过在水泥稳定碎石材料商喷洒高渗透乳化沥青，得到其防水性能与渗透能力均优于普通PC-2乳化沥青。过往研究充分证明了高渗透乳化沥青具有更强的渗透性，但忽略了乳化沥青洒布时机与洒布量对其渗透性的影响，未能提出高渗透乳化沥青透层的施工技术方案。因此，本文依托明光至巢湖高速公路合肥段建设工程（以下简称明巢高速），通过研究高渗透乳化沥青在不同洒布时机与洒布量条件下的渗透效果，确定推荐洒布时机和用量，同时与普通PC-2乳化沥青作对比，优化高渗透乳化沥青透层施工技术方案，研究成果可提高基层与面层间的层间粘结强度，便于指导高渗透乳化沥青实际工程应用。

1. 原材料性能检测

本文选用高渗透乳化沥青与普通PC-2乳化沥青作为研究对象，分别对其各项性能指标进行检测，检测结果如表1.1所示。

表1.1 透层用乳化沥青检测结果

从表1.1可知，两种乳化沥青在筛上剩余量、恩格拉粘度、蒸发残留物延度等性能指标存在较大差异，因此在透层施工设计中，为实现透层的良好渗透效果，高渗透乳化沥青施工技术方案不能沿用PC-2乳化沥青，需根据乳化沥青特性进行方案设计。

因此，本文从洒布时机、乳化沥青洒布量两个方面对两种乳化沥青进行渗透性能比较，确定高渗透乳化沥青透层施工技术方案。

2. 试验方案
   1. 施工准备

2.1.1 洒布设备

项目采用智能型沥青洒布车喷洒，车辆速度控制在5～7km/h左右，智能洒布车洒布精度应控 制≤1%。洒布前选择合适的喷嘴，确保喷洒的沥青成均匀雾状，沥青洒布车喷洒时应保持稳定的速度和喷洒量，同时应当调整喷油管的高度使同一地点接受2-3 个喷油嘴喷洒的沥青。喷洒的沥青应当均匀，不得有撒花漏空或成条状。

2.1.2 基层清洁

在乳化沥青洒布前，应保证基层表面潮湿无积水，对表面浮沉或杂物进行清扫，保证工作面洁净。透层的作用主要是防水和提高半刚性基层与面层黏结性能，基层清洁度不足会降低乳化沥青渗透效果和与基层的粘结效果。

2.1.3 乳化沥青洒布

工作面清理干净后，即可用智能喷洒车洒布乳化沥青，洒布前应在车内搅拌均匀。根据天气情况，温度低于5℃、雨天、雪天等天气不得施工，避免水分进入基层导致乳化沥青渗透深度不足。喷洒完成后，透层养生时间不少于24h，确保乳化沥青完全破乳。在乳化沥青未完全破乳期间应做好交通管制，禁止任何车辆及人员通过。

2.2不同洒布时机

铺筑基层后喷洒乳化沥青时机存在不确定性，在实际工程应用过程中，乳化沥青的喷洒时间并不统一，一部分工程在基层碾压成型后 24 h 立即喷洒乳化沥青，一部分工程在基层碾压成型完成后，采用土工布洒水养生7d 后才喷洒，也有一部分工程是在铺筑上一层的之前洒布乳化沥青。由于半刚性基层的养生过程是一个强度形成和增长的过程，基层强度形成后，水泥稳定碎石进一步密实，乳化沥青难以渗透。因此，透层施工时机的随意性和不确定性，造成了施工质量的参差不齐。本文设置不同的洒布时机，设10处试验段，每段100m，在水稳层碾压完成后的2h、12h、24h、48h、7d分别进行两种乳化沥青洒布，洒布量为1.0 L/m2，洒布时机为 12h、24h、48h、7d的试验段在透层洒布前需进行正常的土工布养生处理。在水泥稳定碎石基层养生第10天，钻取芯样，观测渗透深度。

2.3洒布量对乳化沥青渗透性的影响

《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40)中规定，PC-2乳化沥青洒布量为0.7~1.5L/m2，范围较宽泛，实际施工难以准确选择。高渗透乳化沥青材料性质与PC-2乳化沥青存在差异，洒布量需进一步明确。本文对两种乳化沥青设置不同的洒布量，洒布量分别为0.8 L/m2、1.0 L/m2、1.2 L/m2、1.4 L/m2，设8处试验段，每段100m，在水稳碾压完成的2h后进行洒布，在水泥稳定碎石基层养生养生第10天，钻取芯样，观测渗透深度。

2.4无侧限抗压强度

目前在实际工程应用中，水稳基层在碾压成型后，需用土工布进行覆盖，并洒水养生7d以上。在水稳养生初期用乳化沥青覆盖代替土工布洒水养生，对水稳基层强度形成的影响尚不明确。因此，本文对取出的芯样进行切割，制成无侧限抗压强度标准芯样，试样尺寸为直径150mm，高度150mm，进行抗压强度试验，并与常规土工布洒水养生10d的试件作对比。

3. 试验结果与分析

基层养生结束后，现场钻取直径15cm芯样，在芯样顶面圆周大致分成8等分，分别量测圆周上各等分点处透层油渗透的深度，取8个深度的算术平均值作为渗透深度，结果见表3.1和表3.2。

表3.1 不同洒布时机下两种乳化沥青渗透深度

表3.2 不同洒布量下两种乳化沥青渗透深度

3.1洒布时机对乳化沥青渗透深度的影响

如图3.1所示，两种乳化沥青在不同洒布时机下渗透深度的平均值有所差异，具体呈现以下特点：（1）在水稳基层碾压结束后，随着洒布时机的延后，两种沥青的渗透能力均呈下降趋势，洒布时机越早，乳化沥青的渗透深度越强，当水稳基层养生7d后，基层内部结构致密性增强，极大降低了乳化沥青的渗透性，与2h洒布达到的渗透深度相比，高渗透乳化沥青的渗透能力下降了69.1%，PC-2乳化沥青的渗透能力下降了79.7%，两种乳化沥青在7d后的渗透深度均未达到规范值（渗透深度≥5mm）。分析其原因，是由于在水稳基层成型初期，内部是你未发生水化反应，基层表面和结构内部的微小孔洞尚未被填充，乳化沥青可通过这些孔洞进行渗透，随着水泥稳定基层养生时间的增加，其强度逐渐形成，基层内部的结构也越来越致密，使得基层表面的毛细孔隙被堵塞，难以起到渗透作用。（2）高渗透乳化沥青渗透能力明显优于PC-2乳化沥青。在不同的洒布时机下，高渗透乳化沥青的渗透深度均大于PC-2乳化沥青，除洒布时机为7d外，在其他洒布时机下，高渗透乳化沥青的渗透深度均能达到规范要求值，而PC-2乳化沥青在水稳成型12h后，渗透深度已不满足规范要求，由此证明，高渗透乳化沥青具有更加优异的渗透能力，在水稳基层施工完成48h之内进行洒布，均有良好的渗透效果，在保障渗透深度的前提下，可优化基层与透层间的施工协调衔接性。

图3.1 不同洒布时机下两种乳化沥青渗透深度平均值比较

3.2洒布量对乳化沥青渗透深度的影响

如图3.2所示，在不同洒布量下，两种乳化沥青的渗透深度的平均值也呈现出差异性：（1）随着洒布量的升高，高渗透乳化沥青的渗透深度先呈升高趋势，当洒布量达到1.2 L/m2 时，渗透深度达到峰值，后续洒布量的升高对渗透效果的提升起抑制作用。（2）随着洒布量的升高，PC-2乳化沥青的渗透深度持续增加，但增加速度较为缓慢，当洒布量达到1.4 L/m2时，PC-2乳化沥青的渗透深度为6.5mm，远远低于高渗透乳化沥青渗透深度的峰值。结合现场情况，如图3.3，当洒布量为1.4 L/m2，两种乳化沥青表面开始出现较厚的油膜，表明在未完全渗透之前，基层表面的乳化沥青就开始破乳，附着在基层表面，未能继续下渗，对后续乳化沥青的渗透起阻碍作用，盲目增加乳化沥青洒布量并不能起到增强渗透效果的作用。因此，在透层油施工过程中，为保证乳化沥青的渗透性，节约施工的材料成本，高渗透乳化沥青的最佳洒布量为1.2 L/m2。

图3.2 不同洒布量下两种乳化沥青渗透深度平均值比较

图3.3 乳化沥青洒布情况对比

3.3乳化沥青洒布对水稳基层强度的影响

对不同洒布时机和洒布量下的水稳基层芯样进行切割，分别进行无侧限抗压强度试验，结果如图3.4和图3.5所示。

3.3.1不同洒布时机下乳化沥青对水稳基层强度的影响

从图3.4可知，经过土工布洒水养生10d后，水稳基层的强度可达到5.9Mpa。在所有洒布时机下，两种乳化沥青均能起到良好的养生作用，所有水稳试件的抗压强度平均值均在5.0Mpa以上，由此证明，在水稳基层碾压结束后，及时洒布乳化沥青，可有效密封基层内水分，使水泥进行水化反应，促进基层形成良好的强度，此方法可代替传统的土工布洒水养生方式，极大的减少施工过程中的人力物力成本。

图3.4 不同洒布时机下乳化沥青对水稳基层强度的影响

3.3.2不同洒布量下乳化沥青对水稳基层强度的影响

如图3.5所示，当乳化沥青的洒布量为0.8 L/m2，两种乳化沥青下的基层抗压强度均小于5.0Mpa，随着乳化沥青洒布量的提升，基层试件的抗压强度逐渐增大。在洒布量较少时，乳化沥青渗透深度较小，破乳后并不能完全封闭水稳基层的细小孔洞，导致水分散失，影响强度形成，由此可见，洒布量大的乳化沥青透层的密实封水效果好，可减少基层内部水分散失，因此，为保证水稳基层强度的形成，在施工乳化沥青透层时，洒布量应保持在1.0 L/m2以上。图中数据表明，在相同洒布量条件下，洒布高渗透乳化沥青的基层段落强度始终大于PC-2乳化沥青基层段落，可见高渗透乳化沥青不仅有更加优异的渗透性，其密实封水性也优于PC-2乳化沥青。

图3.5 不同洒布量下乳化沥青对水稳基层强度的影响

4. 结论

本文研究高渗透乳化沥青与PC-2乳化沥青的渗透特性，得出高渗透乳化沥青的推荐洒布时机与洒布量，优化了透层施工工艺，具体结论如下：

（1）高渗透乳化沥青的渗透能力明显优于PC-2乳化沥青，合理确定洒布时机和用量，便于施工灵活，减少材料用量，提高施工效率。

（2）高渗透乳化沥青的最佳洒布时机为2h，渗透效果最优，最晚可延迟至水稳基层碾压完成后48h洒布。

（3）高渗透乳化沥青最佳洒布量为1.2 L/m2，洒布量在1.0~1.4 L/m2范围内均能起到良好渗透效果。

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