水泥稳定层表面透层油的洒布及工程质量控制要点

邹 刚

（新疆维吾尔自治区昌吉公路管理局，新疆 昌吉 831100）

目前，国内外高等级道路的面层结构形式绝大多数由沥青混凝土和水泥混凝土材料构成，其中沥青路面 （亦称为柔性路面或黑色路面）以沥青作为黏结剂，与级配矿料 （包括石粉和其他添加剂）在一定温度下经机械拌合形成沥青混合料，经摊铺和压实最终形成符合路用特性的沥青混凝土路面。由于这种路面结构的固有特性，使得其抗滑构造容易形成且能长期保持[1]，同时行车振动较小，具有良好的舒适感。另外，由于沥青的热融性 （其运动黏度的大小与其温度的高低成反比）使得沥青路面出现局部损坏后易于修复，同样其材料也更加易于再生利用[2]。鉴于此，沥青路面在国内外道路工程中得到了广泛的应用。

为了达到设计行车荷载，高等级沥青混凝土道路的面层必须铺筑在水泥稳定基础 （简称水稳层）之上。

1 水泥稳定层表面透层油洒布问题的提出

在沥青混凝土道路的铅垂面上，自下而上分别为地基、水泥稳定层和面层。地基一般为经过整平并压实后的土基层，承载上部道路自重及行车荷载。由于基层一般为自然土基碾压而成，其受力稳定性能要求较低，若在地下水平面较高的地区 （或局部位置），则应修建排水结构以防地下水或落雨水毁；水泥稳定层与上部面层的原材料都是由人工拌合而成，以载重汽车将面层原材料运至路上摊铺成型并经压实形成必要的强度。水稳层是整个道路的稳定承压结构层；最上部是道路的面层 （高等级道路的面层又分为下面层、中面层和上面层），它是整个道路的磨耗和封闭层，以承担上部行车及自然光候的直接作用[3]。显然，水稳层和面层是整个道路最重要的组成部分，它们的施工质量关系到整个道路的总体质量，其建筑成本约占整个道路总成本的70%～85% （以平原地区为参考）。

虽然水稳层和面层是两个不同的物理构造物，它们的作用也不尽相同，但它们必须共同承载上部道路的各种荷载 （包括自身重力和道路上部以车辆为主的各种人为荷载），这些荷载中以车辆对道路的冲击荷载Q 为最大，其数值为车辆的自重w、行车速度v 的二次方及换算系数k 的乘积，即

显然，由于高等级道路的行车速度相当高，如高速公路通常不低于100 km/h，轴载往往超过10 t，故车辆对路面的冲击荷载是一个相当大的数值。某些地区 （如我国新疆、山西、内蒙等省区的矿产转运地区）经常出现重载和超载运输使得这种冲击荷载更为突出。鉴于此，道路的水稳层和面层必须形成一个密实的整体才能有效抵御车辆的冲击载荷。但这两种路层如果处置欠佳很容易出现层间裂隙而形成各自分别受力的现象，究其原因，主要由以下两种十分常见的情况造成。

1）水稳层是水泥混凝土的一种，虽然属于含水量较小的干硬型材料，但在自然环境中，水稳层的铺设需要较长的养生时间 （一般不少于3 周）才能形成初期强度，然后才能在其上部摊铺沥青混合料面层。在这段养生期内，暴露的水稳层表面会因局部干燥而形成一些松散颗粒及粉末，这些自由物体与铺设于水稳上部的面层之间形成了夹层和孔隙，从而影响了水稳和面层的结合强度。

2）水稳层养生结束后表面干燥，且为较典型的无机材料混合物，而铺设在其上部的沥青混凝土面层中的沥青是从石油炼制过程中提取轻质油分后的高分子有机物质，这两种不同物体本身存在不良和易性而难以形成良好的结合，故很容易出现严重的 “两张皮”现象。

综上所述，在铺设沥青混凝土面层之前应采取必要的工艺措施以消除水稳层和面层之间的层间滑移隐患，从而保证道路达到设计荷载指标。

2 水泥稳定基层表面洒布透层油的作用机理

长期以来，国内外道路工程部门都在探讨如何消除水稳层和面层之间的层间滑移问题，其中在两个层间洒布透层油以形成一个连接层的方法得到了设计和工程部门的认可。透层油材料一般包括普通沥青和乳化沥青两种，其基本作用原理表征如下。

一般石油沥青在常温下呈固态或半固态，但将其加温至160 ℃ （工作温度）左右时，可呈现良好的低黏液态，将其洒布在表面较为粗糙的水稳层表面时，沥青会呈现良好的向下渗透并与层面黏结的现象，从而形成一个与水稳层相嵌良好的新表层，即沥青透层 （简称透层）。这个透层因沥青材料固有的和易性，能够在上部面层和下部水稳层之间形成良好的衔接作用，从而保证上下两层间的良好结合而有效消除面层之间的层间滑移现象。

与普通沥青相较，乳化沥青含有50%左右的水分[4]，在乳化剂的作用下，在常温下呈液态，因此作为透层油使用时无需加热即可在常温下用于工程洒布。

3 透层油洒布作业技术要点分析

20 世纪中后期以来，透层油施工工艺在高等级道路施工中得到了广泛的应用，大量的工程应用证明了其作业的有效性，但要达到预定技术指标必须注意下述技术要点。

1）采用普通沥青为透层油时，因沥青黏度的大小与其温度的高低成反比，所以洒布温度不应低于140±5 ℃ （改性沥青不低于 140±5 ℃）。鉴于作业距离和施工时间往往较长，所以沥青洒布车的油箱及其泵送和管路系统必须具有保温和加热功能。

2）采用乳化沥青时应特别注意下述要点。一是虽然乳化沥青在常温下呈液态且黏度较小，作业时无需加热，但为了保证使用效果，建议在10 ℃以上的环境温度中使用较为适宜。另外要特别注意乳化沥青容易破乳而使其乳化失效，所以最好随用随做而不宜长久储存。二是由于乳化沥青含有50%左右的水分，而水分是不允许在透层中存在的，否则会影响沥青混凝土材料的路用性能，因此必须待水分充分蒸发且透层形成一定强度后才能铺设上部的道路面层。水分的蒸发需要在一定的时间内才能完成，而其蒸发时间 （即破乳时间）的长短与施工时环境温度的高低有一定关系，见图1。另外，水分的蒸发速率还与空气的湿度有关。图1 的表征是基于笔者所在的新疆大部地区在道路施工季节 （6—10 月），且空气湿度范围在40%～65%时取平均值作为基础以实际试验观测统计得到的数据，可作为工程施工时的参考。当空气湿度范围变化较大时应对相关数据进行必要的修正。

图1 乳化沥青透层油中水分的蒸发（破乳）时间与环境温度的关系

透层油应采用车载油箱泵送压力洒布完成而不宜采取人工洒布或机械牵引油罐重力滴落洒布。无论是普通沥青还是乳化沥青，采用压力洒布能够使油液充分充填水稳表面的纵横微小沟孔而与水稳表面形成较为稳固的黏结。作业时的系统泵送压力（系统压力）以不低于0.8 MPa 为宜。

透层油在水稳表面的分布必须均匀和连续，这就要求洒布车必须匀速连续作业并覆盖整个作业宽度。沥青泵的泵出流量与作业速度、洒布宽度及洒布密度之间的关系公式为

式中：M 为沥青泵流量，L/min；k 为系统容积效率，可取0.8～0.9；v 为作业速度，km/h；b 为洒布宽度，m；wg为透层油洒布密度，根据实际需要选取0.8～1.2 L/m2；式中的16.7 为单位换算系数。

式 （2）可用于洒布普通沥青时的流量计算。鉴于乳化沥青含有50%左右的水分，在使用其作为透层油计算沥青泵的流量时，应将洒布密度wg提高到 1.6～2.4 L/m2。

为切实保证透层油的洒布质量，水稳层表面保持干净和干燥是十分重要的。经过养生期后，水稳层表面常出现某些松散杂质，而养生期内经常喷洒水雾以保证水稳层的养生质量使得水稳表面的含水量较高，因此，在透层油洒布前应提前停止水雾的喷洒，使水稳表面的水分充分蒸发而保持干燥。另外应采用清扫和吹扫方式清除水稳表面的所有松散物料，以保持其表面的清洁。这不仅能够有效提升透层油与水稳层的黏结效果，而且能够明显提高透层油的利用效率。

综上所述，作为高等级道路施工的重要工序，透层油洒布对于保证道路的施工质量起着非常重要的作用，而采用合理的洒布工艺及作业设备，并根据工程特点不断优化各项技术参数进行作业，是高质量完成透层油洒布的技术保证。