灌浆复合沥青路面在城市道路中的应用

吴建兵

(无锡市市政建设咨询监理有限公司,无锡 214072)

灌浆复合沥青路面是在普通沥青混凝土(混合料空隙率为20%～28%)中灌入水泥类胶凝材料形成的复合沥青路面。灌浆复合沥青路面通过开级配沥青混合料中碎石骨料之间的相互嵌挤作用和灌入的浆体材料的水硬性能共同形成混合料强度,既有沥青混合料的柔性特征,也有水泥胶凝材料的刚性能力,具有优越的抗变形能力及抗油污染能力。灌浆复合沥青路面最早出现在20 世纪50 年代的法国[1],当时的生产方法是在水泥浆料中掺入树脂类乳液,产出的成品结构性能偏刚性。20 世纪60 年代开始,日本引进并研制出同类型的路面,但掺入的添加剂是橡胶类乳液,成品结构性能偏柔性;日本的RP(rut proof)路面就是一种防车辙的半刚性路面结构设计。

近几十年来,随着我国社会经济的高速发展,城市化进程不断加快,城市道路交通的发展也日新月异,沥青路面的应用十分普遍,但同时,位于城市道路交叉口范围的沥青面层车辙问题也日益突出,主要原因就是沥青混凝土面层作为柔性结构存在高温稳定性差的缺陷,尤其在南方夏季的高温环境下,路面温度可以达到70～80 ℃,城市公交车等大型客货车辆在交叉口停止标线位置的反复制动和启动会导致沥青面层产生车辙并不断加重,最终造成路面损坏,影响行车安全。近年来,相关研究人员采取了调整沥青混合料级配、选用优质改性沥青以及在沥青混合料中掺加抗车辙剂等措施,对延缓车辙出现的时间、降低车辙出现的频率、减轻车辙的严重程度等有一定作用,但效果有限。因此,本工程设计单位首次在道路交叉口范围(80 m 内)采用灌浆复合沥青路面结构(GRAC-20),尝试针对性地解决车辙问题。同时,考虑到灌浆路面表面胶浆影响美观,采用下面层8 cm GRAC-20 基体沥青灌浆复合路面+上面层4 cm SMA 路面的结构设计方案。

1 灌浆复合沥青路面的应用

依据江苏东交工程设计顾问有限公司编制的《灌入式复合路面施工指南》等材料进行基体沥青混合料配合比、集料级配设计及检测材料性能、确定空隙率、确定沥青用量、验证混合料性能等[2]。

1.1 基体沥青混凝土的室内目标配合比

GRAC-20 基体沥青设计级配如表1 所示,GRAC-20 配合比设计如表2 所示。按照设计配合比制作了10 个试件,分别编号为1#～10#,用于后续试验。相关试验技术要求依据《灌浆复合沥青路面施工技术规范》(DB 32/T 3494—2019)。GRAC-20 动稳定度试验结果如表3 所示,GRAC-20 浸水马歇尔试验结果如表4 所示,GRAC-20 冻融劈裂试验结果如表5 所示。

表1 GRAC-20 基体沥青设计级配

表2 GRAC-20 配合比设计

表3 GRAC-20 动稳定度试验结果

表4 GRAC-20 浸水马歇尔试验结果

由表1～表5 可知,设计的GRAC-20 灌浆复合路面的各项性能指标满足要求,可以进行生产配合比调试。

表5 GRAC-20 冻融劈裂试验结果

1.2 调试基体沥青混凝土的生产配合比

现场对拌和楼的4 个热料仓及矿粉进行密度计筛分试验,依据结果进行生产级配调试。基体沥青生产配合比调试结果如表6 所示。分别用油石比为2.9%、3.2%、3.5%的3 组基体沥青进行马歇尔试验,以确定生产中的最佳油石比,通过测定各组试件的稳定度、流值和空隙率等指标,计算相应的理论最大相对密度。基体沥青混合料的马歇尔稳定度等试验结果如表7 所示。依据设计要求并结合实际情况,该工程采用最佳油石比3.2%。由于基体沥青混合料空隙率大,因此需要对基体沥青混合料进行谢伦堡沥青析漏试验和肯塔堡飞散试验来验证沥青用量是否合适,谢伦堡沥青析漏试验结果如表8 所示,肯塔堡飞散试验结果如表9所示。

表6 基体沥青生产配合比调试结果

表7 基体沥青混合料的马歇尔稳定度等试验结果

表8 谢伦堡沥青析漏试验结果 (%)

表9 肯塔堡飞散试验结果 (%)

按照确定的生产配合比出料后,灌浆复合路面的浸水马歇尔试验结果如表10 所示。

表10 灌浆复合路面的浸水马歇尔试验结果

1.3 灌入浆体

灌入浆体由水泥、砂、填料、添加剂和水组成,该项目采用获得专利的灌浆料成型产品,含有树脂类添加剂,并配备专用的机械拌和车辆,现场加水拌和使用。

至此该项目的灌浆复合路面基体沥青混凝土的生产设计完成,各项试验检测指标均能满足要求,可以进入现场施工阶段。

2 灌浆复合沥青路面的施工质量管控

灌浆复合沥青路面的基体沥青混合料的生产、运输、摊铺等质量控制要求与沥青混凝土路面施工管控内容基本一致,在此基础上增加了后续灌浆的工序。GRAC-20 灌浆复合路面基体沥青混合料施工工序如图1 所示。

图1 GRAC-20 灌浆复合路面基体沥青混合料施工工序

2.1 基体沥青混合料的生产和运输

基体沥青混合料采用间歇式拌和机拌和,基体沥青混合料加工温度控制如表11 所示。在混合料拌和过程中,应严格控制基体沥青混合料中改性沥青的用量;如改性沥青用量过大,油料会在空隙率较大的混合料底部堆积,导致后续浆体的灌入深度减小。

表11 基体沥青混合料加工温度控制(℃)

混合料运输的车厢侧面板及底面板可涂薄层隔离剂,严禁使用柴油类材料涂刷。运输过程中采用厚毡布覆盖保温,卸料摊铺前严格执行测温检查,车中混合料温度低于165 ℃时不得卸料。

2.2 现场摊铺及碾压

摊铺基体沥青前须将水泥稳定碎石基层表面清扫干净,检查道路平石铺筑基础和接缝的水泥灌浆是否密实,确认道路边收水井及各类道路范围内检查井周边缝隙的封堵情况,防止后续基体沥青灌入时浆液从这些部位渗漏。

基体沥青混合料施工温度控制如表12 所示。

表12 基体沥青混合料施工温度控制 (℃)

灌浆复合沥青路面的基体沥青特点是空隙率大、结构表面孔隙开放,因此碾压混合料采用的机械、碾压方式、碾压遍数等有一定的特殊性要求,如不使用胶轮压路机,也不采用振动压实方式。基体沥青混合料碾压速度及遍数如表13 所示。

表13 基体沥青混合料碾压速度及遍数 (km·h-1)

基体沥青混合料摊铺采用横向施工留缝的方式,老路接茬采用切缝机锯齐,接缝面应垂直、干净;后续施工前用热沥青涂抹,横向碾压到位,以保证有效连接。

基体沥青面层施工成型后,将交通完全封闭,防止砂石、杂物等附着在表面导致孔隙堵塞,影响后续的灌浆施工效果。同时,水泥胶凝材料的灌注施工必须等基体沥青路面温度降至50 ℃以下方可进行,否则过高的温度会使灌入的材料水化反应加快,迅速形成强度,导致浆体无法自由流动、灌满空隙,达不到灌浆饱满的效果。

3 灌入浆料的制备及施工

灌浆前应钻芯检测基体沥青的空隙率是否符合设计及施工的参数要求;同时应再次检查基体沥青周边的封边情况,用封条连续紧贴施工作业面并固定,封边高出沥青基面并用堵漏剂密封,防止灌入浆体沿缝隙流出。

灌浆过程中要严格控制时间,如时间过长会导致浆体变稠,降低水泥胶凝材料在混合料空隙中的渗透速度。灌注时,浆体泵送管头应紧贴路面,使浆体依靠重力自行表面漫灌,尽量避免喷头朝上喷洒导致浆体飞溅,污染路面侧平石、收水井等附属设施;灌注时采取多次重复浆体灌注的方法,确保路面基体沥青灌注不漏不缺,充满空隙;遇到道路纵坡较大时,应从低处往高处进行灌浆,确保浆体灌注的饱满度。

灌注过程中,当浆液浸漫在基体沥青表面时,应停留几分钟,若浆体不再下渗且沥青表面无气泡冒出,表明灌浆到位。如出现浆液灌入不畅、局部表面空隙堵塞,可以采用平板夯等小型振动设备进行表面振捣,辅助灌浆。灌注时,应密切观察施工接缝断面、侧平石间隙和收水井间隙等处是否存在跑浆情况,如有则需及时进行封堵,并在施工完成后将凝固的漏浆及时清理干净。整个灌入过程要迅速,保证一次灌入到位,避免浆体材料开始硬化后进行二次补灌。

开级配的基体沥青混合料空隙被浆体灌填密实后,应将表面多余的浮浆及时清理干净,清理过程中采用推浆机在基体沥青表面缓慢推平;清理后使得沥青表面有凹凸不平即可,保证后续SMA 上面层施工黏结紧密。推平应在浆体流动性较好时(灌浆完成后15 min 之内)进行。推平完成后,应对封闭完工的施工区域进行养护,如存在浆液污染的情况,应及时清理。

灌浆作业完成后,应及时检查作业范围内的灌浆效果,如发现没有灌满的部位,要及时进行补灌。灌浆效果符合要求后可以拆除边界处的封边条,做到“工完场清”,并继续保持交通封闭进行养护。在夏季,当环境气温高于30 ℃时,需要用塑料薄膜覆盖养生。路面养生3 d 后,可以进行后续的沥青面层摊铺施工。如后续上面层施工时间间隔过长,下面层应撒布黏层油,确保上下面层黏结牢固。

4 施工质量的检查和验收

灌浆复合路面施工养护期满后,应对灌入深度取芯检测,确认浆体已经全部灌入底部,基体沥青空隙全部被填满。现场芯样检查中,灌入不到位的样本判定为不合格,检测合格率应≥80%,否则应对该路段面层进行处理[3]。

本项目浆体材料在灌入过程中依据设计指标及《灌浆复合沥青路面施工技术规范》(DB 32/T 3494—2019)取样检测,浆体检测报告如表14 所示。

表14 浆体检测报告

灌浆复合沥青路面其他验收要求应按照《灌浆复合沥青路面施工技术规范》(DB 32/T 3494—2019)和《城镇道路工程施工与质量验收规范》(CJJ 1—2008)执行。

5 结语

(1) 相关研究表明[4],上下面层均采用灌入式复合改性沥青混合料的道路面层结构强度性能最优,但灌入浆体不可避免地会残留在表面层,对外观有一定的影响;同时,此种面层的表面空隙密实,会导致抗滑性能有所下降;加之表层暴露在外,温度剧烈变化时刚性材料和柔性材料复合后的涨缩系数不同,结构表面易产生微裂缝,雨水侵蚀和车辆荷载反复作用也会使结构发生损坏。因此,本工程采用下面层灌浆复合路面、上面层同样具有抗车辙性能的SMA 这一方案,合理地解决了上述问题。

(2) 灌浆复合沥青路面相比普通沥青路面、SBS 改性沥青路面有更好的抗变形能力,使用寿命更长。但由于其低温抗裂性能及抗疲劳性能虽符合规范指标要求,却仍有所降低,因此在后续使用过程中应进行跟踪观察,研究其在不同荷载条件、气候条件下的使用效果,不断总结完善灌浆复合沥青路面结构的使用范围和条件。

(3) 灌浆复合沥青路面能够较好地解决目前城市道路交叉口养护作业普遍存在的车辙问题,同时也可以在钢结构桥梁面层铺装中应用,为解决原有沥青铺装面容易发生的推移、开裂等技术难题提供了一个新的解决方案,应用前景十分广阔。本文验证了采用下面层沥青混合料灌浆复合路面、上面层SMA 路面的设计施工方案,既能满足城市道路控制路面车辙病害的功能性需要,也能解决上面层灌浆导致的外观不佳等问题,为城市道路的施工改造工程提供了可靠的借鉴。