透层油的洒布及其专用车辆作业参数的选择

靳 炜

（山西工程科技职业大学车辆工程系，山西 晋中 030619）

众所周知，沥青混凝土和水泥混凝土路面是构成高等级道路（我国将二级及以上等级的道路称为高等级道路）路面结构的主要成分。其中，由于沥青路面材料组成的特殊性，使其能够对路面上部车辆对路面的冲击荷载形成良好的吸收而呈现优异的行车及乘坐舒适性；面层材料中级配矿料的“刚”和作为黏结剂沥青的“柔”的良好结合使得沥青路面表现出良好的抗滑性能，其抗滑构造与生俱来且能够长期保持[1]；特别指出的是由于路用沥青的高分子有机物质的特性使其能够在加热至较高的温度后呈现松散状态，这就为沥青路面的再生利用创造了方便条件。在党的十九大中，习近平总书记在报告中多次提到要特别重视固体废材料的再生利用，这是整个社会节能环保、绿色发展和碳中和的重要举措。而沥青路面的再生利用是交通公路部门固废利用的主要任务之一。显然，沥青路面易于再生利用的特点亦是其在道路交通中大规模建设的重要原因之一。特别是自20世纪80年代中期以来，我国已逐步普遍推广和使用以SBS为主要改性剂制作的改性沥青作为沥青混合料的黏结剂，使沥青路面的路用特性，特别是承载能力、使用寿命和抵抗高低温环境的温度稳定性得到进一步提升[2]。有鉴于此，目前国内外的高等级道路，特别是高速公路96%以上的路面均采用沥青混凝土材料进行铺筑。

1 道路面层和下部水稳层必须良好结合以共同承载上部荷载

无论是沥青或水泥混凝土路面，其面层均是摊铺在水泥稳定基层（简称水稳层）上，而水稳层的主要作用就是承载面层上部向下部传递的车辆荷载（动载荷）及上部面层质量对下部基层形成的静荷载。以沥青混凝土路面为例，与其下部的水稳层相较，面层的厚度较小。特别是作为一种柔性材料，沥青混凝土面层属分散受力特性[3]。显然，若没有下部水稳层的强力支撑，沥青混凝土面层无法独自承担上部的动静荷载。所以，与其说面层是一种受力结构，不如说其主要承担的是抵抗车辆行驶的磨耗和对自然及人为侵蚀（如自然落雨、风沙和事故车辆抛洒等）的封闭作用。有鉴于此，面层和其下部的水稳层必须形成一个连接紧固的整体共同受力，才能较好地完成承载面层上部向下部传递的动静荷载和自然及人为对道路的日常侵蚀，满足道路的正常服务功能。

2 透层油洒布对水稳层和面层的良好结合至关重要

行车速度快和承载能力大是高等级道路，特别是高速公路的主要特点。如国内外高速公路的设计行车速度大多高于100 km/h，载重车辆的单轴荷载大多不低于10 t。而车辆对路面的冲击荷载与车辆的自重及行车速度的平方成正比，见式（1）。

式中：Fv为车辆对路面的冲击荷载；k为计算系数；mg为车辆的整车行驶自重；v为行车速度的瞬时值。

显然，在现代高等级道路的特定使用条件下，道路承载的行车荷载会达到相当大的数值。有些省份或地区（如我国东北、山西、新疆等盛产煤、铁等矿产及其转运地区）繁忙的交通流和常见的车辆重载及超载运输使得道路的使用条件更为恶劣，也对道路的使用条件提出了更高的要求。从道路的层面受力特性分析，道路的水泥稳定基层和其上部面层必须形成衔接可靠并压紧密实的整体是有效承载和抵御上部车辆冲击载荷的主要途径和基本条件。若处理欠佳就容易出现水稳层和面层的层间裂隙进而形成各自分别受力的现象。在这种情况下，由于沥青混凝土面层的柔性特征，其对上部荷载的承压（包括剪切）能力十分有限，这是目前很多高等级道路面层出现早期损坏的主要原因之一。

基于实体工程施工工艺及作业工序的分析，形成层间裂隙的原因是多方面的，但下述原因较为突出：

a）相较普通水泥混凝土材料，道路的水泥稳定基层由于含水量和水泥含量较少而被称为干硬性混凝土，但其铺设定型后仍须经过不少于3周（与水稳材料的厚度及周边环境温度等数据有关）的养生时间才能形成80%左右的初期强度，从而达到上部沥青混合料面层的摊铺条件。由于较长的养生周期，铺层表面因局部干燥容易形成一些自由（或半自由）状态的松散颗粒及粉末，若不清理这些物体会与上部沥青混凝土面层之间形成夹层和空隙，使得水稳基层与面层间的结合强度受到影响。

b）如上所述，水泥稳定基层是一种干硬性混凝土，其基本组成为水泥和级配矿料等无机材料组成的混合物，而水泥稳定基层的上部是沥青混凝土面层，作为黏结剂的沥青是较为典型的高分子有机物质。显然，这两种物质因性质的差异存在较明显的难容性难以形成良好的结合，加之沥青混凝土材料呈现松散的固体或半固体状态，也对上下面层的良好结合形成影响。

3 洒布透层油是促使路面层间良好结合的必要条件

为了有效提高路面层间的良好结合，在水泥稳定层表面和上部沥青混凝土面层之间洒布透层油是一种可行方式。由于透层油具有良好的流动性，能够较好地渗入水稳层中而与之结合，同时由于其具有的有机特性形成了与上部沥青混凝土面层之间的紧密衔接。自我国高等级道路规模建设以来，透层油的洒布工艺已逐步推广应用并取得了良好的效果。但必须指出，透层油的洒布作业必须遵从严格的作业工艺才能收到预期的效果，目前有些路面存在的局部早期损坏仍然是层间结合欠佳造成的，而透层油洒布的厚度和均匀性较差是其主因。

4 透层油洒布车作业工艺分析及主要技术参数的选取

透层油的洒布应采用专用沥青洒布车完成。为了确保作业效率和工程质量，下述技术要点必须特别注意：

a）作业之前应确认水泥稳定基层的抗压强度不低于设计指标的80%，同时其表面应保持干燥和干净。由于水稳层养生期较长并多采用洒水覆盖养生，透层油的洒布前其水稳表面杂质应以动力扫刷和压力吹除的方式进行强制清除，前者用于对表面黏结质量较大的杂质，后者用于对重量较轻的杂质（如植物茎叶、各种粉末和养生覆盖物残留等）的清理。同时，洒布工程应在水稳层养生期结束24 h后确保路面干燥的前提下进行。杂质的清除不仅能够改善透层油与水稳表面的吸附质量，而且能够有效减少表面杂质的吸收而提高透层油的利用效率。

b）目前在道路工程中采用的透层油基本为两种，即普通沥青和乳化沥青。

普通沥青在常温下呈固态或半固态，因此必须在热状态下使用。由于沥青的黏度与其温度的高低成反比[4]，所以其洒布温度不应低于135℃（如采用以SBS等为改性剂的改性沥青，此温度应提高8℃～10℃）。考虑到作业环境温度波动、作业距离和洒布时间较长等因素对沥青温度的影响，洒布车应具有保温和加热功能，以确保沥青在合适的温度下完成洒布作业。

乳化沥青在常温下呈液态，环境温度对其黏度的影响较小。但由于其中含有50%左右的水分，所以乳化沥青的储存和使用必须在冰点以上（建议环境温度在10℃以上为好）进行。另外，乳化沥青洒布后，必须待其内部水分蒸发（破乳）后才能铺设上部沥青混凝土面层。水分蒸发时间的长短与施工时环境温度的高低成反比（见表1）。

表1 水分蒸发时间与施工环境温度的关系

特别指出的是，透层油中水分的蒸发速度还与施工时的环境湿度息息相关。表1中所示的相关数据是基于笔者所在山西地区施工季节的空气湿度值为基础试验列表作为施工参考。当施工地区的海拔和湿度范围变化较大时应对表列数据进行必要的试验检测和修正。

c）如上所述，透层油洒布的厚度和均匀性是非常重要的，这就要求洒布车在整个作业过程中保持匀速洒布和连续作业。目前较为先进的洒布车配有车速检测跟踪与洒布油泵流量的匹配作业系统，以设定和完成沥青的均匀洒布。在使用没有配备该系统的车辆作业时，可以根据式（2）来对洒布车的作业速度进行估算和标定：

式中：S为作业速度，km/h；k为单位换算系数；Q为车载沥青泵流量，L/min；γ为沥青泵送系统容积效率，可取0.8～0.9；b为洒布宽度，m；wg为透层油的洒布密度，一般为0.7～1.2 L/m2（普通沥青取低值，乳化沥青取高值，作业时亦可根据实际需要适当调整）。

5 结语

透层油的洒布是高等级道路施工的重要工序，其施工质量的优劣直接关系到道路的实际承载能力是否达到设计要求，亦对道路的后期养护和管理产生重要影响。因此，采用合理的施工工艺并根据施工地区实际情况选择和优化各项施工技术参数（包括专用洒布车辆的使用）是高质量完成道路施工工程的必要条件之一。