半柔性路面的施工工艺及其应用的探讨

徐晓峰

(长沙市公路桥梁建设有限责任公司)

1 半柔性路面施工工艺分析

半柔性路面采用的是灌入式施工,主要包括母体沥青混合料面层的铺筑和水泥砂浆的灌注两个阶段。由于半柔性路面的设计要求和设计方法与一般沥青路面相比有所区别,其中涉及到水泥砂浆的灌注这一工序,因此半柔性路面的施工方法也和一般沥青路面的施工方法有所区别。根据半柔性路面材料的特点,以及国外实施半柔性路面施工的经验,得出高性能半柔性路面的主要施工步骤如图 1所示。

图1 半柔性路面施工步骤示意图

(1)母体沥青混合料的铺筑。

①混合料的拌制。应严格掌握沥青和集料的加热温度以及沥青混合料的出厂温度。注意检查混合料的均匀性,及时分析异常现象。

②运输。母体沥青混合料采用自卸汽车运输到摊铺地点。采用数字显示插入式热电偶温度计检测母体沥青混合料的出厂温度和运到现场温度,运料汽车应有蓬布覆盖设施,以便保温、防雨或避免污染环境。

③摊铺。现场铺筑包括基层准备、放样、摊铺、整平、碾压等工序,与普通沥青混合料一样。铺设面层的基层应平整、坚实、洁净、干澡,标高和横坡合乎要求。杜绝因摊铺速度变化、摊铺操作不均匀或集料级配不正常所引起的不平整。

④压实成型。半柔性路面是在母体沥青混合料中灌入水泥砂浆而形成的路面结构,因此在母体沥青混合料的铺设中要严格控制骨架空隙率,选择合适的压实机械和碾压次数。

(2)水泥砂浆的制作。

考虑到工程规模,用到的施工机械设备必须与施工规模相配套,以大规模施工水泥胶浆拌和为例,该套施工方法及工艺适用于大规模(5000m2以上)半柔性路面的施工。水泥浆的制作采用场拌的方式,在拌和场用拌和楼拌和,用水泥混凝土运输罐车运送至灌浆施工现场。水泥砂浆在拌和站进行拌和,拌和过程中要严格控制水泥胶浆的配合比,并根据生产出来的水泥胶浆的流动度适量调整水灰比。使用水泥混凝土运输车把水泥胶浆运送至现场,在运送过程中要保持罐体的转动,以避免胶浆在途中沉淀。

(3)水泥砂浆的灌注。

在母体沥青混合料空隙中使水泥砂浆填充的机理是,沥青混合料空隙内的空气与水泥砂浆置换。促进与空气的置换的机理是“压入”、“吸引”、“振动”等。其中直接使母体沥青混合料振动的方法具有促进水泥砂浆流动化的特点,根据试验结果得出高频率的平板振动装置效果最好,决定以此为填充机理。首先钻芯取样,测定已铺半柔性路面母体沥青混合料的空隙率。以此作为控制填充水泥砂浆用量与技术指标设计的参数,控制水泥砂浆的流动度,以保证水泥砂浆的渗入。渗透用水泥砂浆的使用数量,根据渗透深度、母体开级配沥青混合料的空隙率以及砂浆损失率等因素计算确定。砂浆损失率一般为 10%左右。

(4)表观处理。

渗透完毕后,用路耙将残余在表面的水泥砂浆清除干净,以暴露出母体沥青混凝土表面的凹凸不平为宜,防止水泥浆一旦残留在铺装面上,降低路面的抗滑性能,造成收缩裂缝。由于在沥青混合料母体中灌入水泥浆体,可能在一定程度上影响路面外观,如果铺筑路段对外观有较高的要求时,可在水泥浆体灌注完毕,待初凝后将表面清理干净。

(5)养生。

对渗透浆料要进行一定时间的养生。当施工气温在30℃以下时,不需要特殊的养生方式;而在 30℃以上时,有必要使用塑料薄膜进行养生。养生时间视浆料的性质而不同,通常 2～3d后便可开放交通,如在砂浆中使用早强水泥或掺加早强剂,则可望在数小时后开放交通。待浆料硬化后即可开放交通。在灌入水泥砂浆前开放交通,由于灰尘飞散,泥土等造成污染,会引起骨料的剥落,所以注入前不要开放交通。

2 半柔性路面质量控制标准

2.1 母体沥青混合料指标

(1)按照拌和工艺要求进行母体混合料的拌和,严格控制母体沥青混合料的质量,当混合料的规格(尤其是油石比)不满足设计要求时,及时作废料处理,严禁用于路面摊铺;

(2)摊铺和碾压严格按照工艺要求进行,避免出现压实度超过 95%～100%的范围,做好收光处理工艺,母体路面平整度要满足《公路沥青路面施工技术规范》要求;

(3)母体沥青混合料同步马歇尔试验,要求稳定度大于3kN。

2.2 砂浆及灌注施工质量控制指标

(1)按照胶浆拌和工艺制作胶浆,严格控制配比及原材料规格,尤其是用砂的规格;(2)为保证水泥砂浆的工作性,要求流动度 10～14s。(3)水泥砂浆的 7d强度指标要求:抗压强度 10～25MPa,抗折强度≥2MPa。

(4)胶浆灌入要求空隙填充率达到 90%以上,填充率指标在路面灌浆完成养护 3d后钻取芯样测定。

2.3 半柔性路面材料指标

(1)路面养护 3d后钻取芯样,把芯样切割至马歇尔试件要求高度,检测稳度要求大于15kN;

(2)路面养护 7d后检测弯沉,要求满足设计;

(3)平整度、构造深度等指标,满足要求。

3 实例分析

3.1 工程简介

X公路和 Y公路为二级公路,该路段平均日交通量9800次/日,流量大,超载、重载车所占比例高达 70%,最大超限吨位高达 280t。车辆行驶到该段时,车速较慢,使该段沥青路面面层产生严重推移和车辙破坏,而水泥稳定碎石除少量出现开裂和松散破坏外大部分比较完好。鉴于此提出采用半柔性路面加铺。设计说明:X公路路面结构使用7cm的半柔性混合料替代了原路面结构的7cm的粗粒式沥青混凝土;Y公路路面结构使用 7cm的半柔性混合料替代了原路面结构的(3cm+4cm)沥青混凝土。

3.2 确定生产配合比

(1)试验路材料的选择。

①SFAC-20母体沥青混合料配合比设计用碎石由施工单位提供,采用和顺县自产石灰岩 10～20m、5～10mm、石屑,填料为矿粉;

②沥青采用沿北油厂山东 70#道路石油沥青;

③水泥为和顺县水泥厂生产的P.O42.5普通硅酸盐水泥,参照《公路工程水泥及水泥混凝土试验规程》(JTGE30-2005)有关方法进行检验;

④粉煤灰为左权火电厂生产的二级粉煤灰,各项指标符合要求;

⑤水为当地饮用水。

(2)水泥砂浆配合比。

在室内试验研究基础上,确定水泥砂浆的配合比并进行试验研究,其结果如表 1所示。

表 1 水泥砂浆配合比及测试结果

由表 1,水泥砂浆的抗压和抗折强度都符合研究的有关要求,故用此配合比进行试验路铺筑。

(3)母体沥青混合料设计。

①目标配合比的确定。

从拌和站料堆中取料,进行筛分。依据设计配合比,计算出目标配合比。目标配合比的计算结果见图 1。

图 1 矿料合成级配曲线图

②生产配合比的确定。

依据目标配合比,给拌和楼上料。然后从热料仓中取料,分别进行筛分,把筛分结果输入计算表格,依据设计配合比,得出生产配合比。

③最佳油石比的确定。

用热料仓中取出的料,按照生产配合比,用小型沥青混合料拌和机充分拌和均匀,拌和温度为 145～165℃,用马歇尔电动击实仪成型试件。

3.3 试验路面施工

根据半柔性路面材料的特点,以及上述半柔性路面施工工艺要求进行试验路段的铺筑。

(1)母体沥青混合料的铺筑。

①混合料的生产。

混合料在沥青拌和厂内采用拌和机械拌制,拌和设备采用连续滚筒式拌和机,其拌制过程与其他沥青混合料基本一致。拌和时需要严格控制沥青用量和拌和温度。根据已铺设的试验路来看,对于大孔隙的半柔性混合料来所说,沥青用量的少量增加,就会沉积到面层底部,阻碍水泥胶浆的灌入,严重影响施工质量。拌和温度的确定,既需保证沥青对矿料能良好裹覆,又应尽量减少因加热引起沥青性质的变化。

取拌和楼生产的混合料,成型马歇尔试件,用马歇尔电动击实仪成型试件,击实温度为 140～150℃;每组制备 4个试件。试验结果见表 2。

表 2 母体沥青混合料取样级配分析结果

②沥青混合料的运输、摊铺和压实。

母体沥青混合料采用自卸汽车运输到摊铺地点。现场铺筑包括基层准备、放样、摊铺、整平、碾压等工序,与普通沥青混合料一样。铺设面层的基层应平整、坚实、洁净、干澡,标高和横坡符合要求。

铺设母体沥青混合料的施工工艺与普通沥青混合料一样,采用热拌热铺并碾压成型。摊铺混合料时应均匀,无离析现象。

(2)水泥砂浆的制作和灌入。

首先钻芯取样,测定已铺半柔性路面母体沥青混合料的连通空隙率。以此做为控制填充水泥砂浆用量与技术指标设计的参数,控制水泥砂浆的流动度,以保证水泥砂浆的渗入。渗透用水泥砂浆的使用数量,根据渗透深度、母体沥青混合料的空隙率以及砂浆损失率等因素计算确定。砂浆损失率一般为 10%左右。

(3)表观处理。

由于在沥青混合料母体中灌入水泥浆体,会在一定程度上影响路面外观,如果铺筑路段对外观有较高的要求时,可在水泥浆体灌注完毕,待初凝后将表面清理干净,将缓凝剂喷洒在路表面上,最后在内部水泥浆体终凝以前将表面的水泥浆冲洗干净,这样即可以保证下层水泥浆体的强度,又能保证路表面色泽的均匀性和理想的表面结构。

(4)养生及开放交通。

对渗透浆料要进行一定时间的养生。当施工气温在30℃以下时,不需要特殊的养生方式;而在 30℃以上时,有必要使用塑料薄膜进行养生。

4 结 语

(1)严格控制母体沥青混合料的空隙率,在拌和母体沥青混合料前须将所有料斗清空,以保证母体沥青混合料级配符合要求,从而达到设计空隙率要求。

(2)拌和时需要严格控制沥青用量和拌和温度。根据已铺设的试验路来看,沥青用量的少量增加,就会沉积到面层底部,阻碍水泥砂浆的灌入,严重影响施工质量。

(3)现场钻芯结果表明实际的灌浆厚度与设计路面厚度保持一致。但有的地方(边缘处)水泥砂浆的灌入程度并不十分理想,这主要是由灌浆时灌浆量不足造成的,这可以通过提高施工精度和施工队伍素质等方法进行解决。

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