王偉明，吳曠懷

(1.廣東建設職業(yè)技術學院土木工程系，廣東廣州 510440;2.廣州大學土木工程學院，廣東廣州 510006)

0 引言

半柔性路面材料在各種重載路面不斷得到推廣和應用，然而半柔性路面的基體瀝青混合料采用熱拌瀝青作為膠結料，施工時瀝青和骨料需加熱到較高溫度，不僅耗費大量能源，還造成不少污染，危害施工人員的身體健康，而且長時間的高溫加熱也會導致瀝青老化，從而影響其黏結性能。

如將基體的熱拌料改為冷拌料，則可以改善半柔性路面材料的上述狀況，但目前的冷拌料強度較低，若作為基體，采用大空隙結構可能無法形成有效的骨架結構，且強度形成時間長，養(yǎng)生時間長會影響后續(xù)施工。

基于此，本文以自主研發(fā)的含水量少、固含量高、性能優(yōu)良的SBR復合改性乳化瀝青為基體膠結料，克服冷拌料強度低、養(yǎng)生時間長的不足，以流動性好、強度高的砂漿材料灌入大空隙的基體乳化瀝青混合料中，形成新型的復合路面材料。冷拌半柔性路面材料的基體材料使用乳化瀝青混合料，因此在施工中避免耗費能源，廢氣排放較少，而且常溫施工能避免瀝青因高溫而發(fā)生的老化現(xiàn)象［1-4］。

本文基于相關研究成果，結合汕頭市金鳳路段的路面改造工程，介紹冷拌半柔性路面材料的組成設計以及乳化瀝青混合料的施工、專用砂漿澆注、恢復表面構造等施工工藝。

1 改造工程概況

汕頭市金鳳路全長5.34 km，設計為雙向八車道，單幅機動車道寬14.5 m。因該路段為市交通要道，來往車輛中以重載車輛為主，導致瀝青路面面層產生嚴重的推移和車轍破壞，需要對其進行大修改造。

原路面結構如圖1所示。對該路段進行鉆芯取樣，同時對所取樣本進行抽提試驗，結果發(fā)現(xiàn)，該路面的面層材料瀝青含量為6.4%，油石比為6.8%，明顯偏高;而且粉料、細料通過率偏大，粗料偏少，瀝青混合料材料形成明顯的密實懸浮結構，導致材料的高溫穩(wěn)定性不足，易于流動變形而發(fā)生車轍破壞。因此，在改造方案中選擇抗車轍能力較強的冷拌半柔性路面材料作為上面層結構。

圖1 原瀝青路面結構

路段調查結果顯示，該路段基層完好，具有相當?shù)某休d力，故試驗路段僅翻修瀝青面層。改造方案為:銑刨原瀝青面層，表面層采用冷拌半柔性路面材料CsemiFlex-13，下面層采用以SBS改性瀝青作為膠結料的GAC-25。改造后的路面結構如圖2所示。

2 冷拌半柔性路面材料的設計

2.1 原材料性能

2.1.1 SBR 復合改性乳化瀝青

采用自主研發(fā)的SBR復合改性乳化瀝青，按現(xiàn)行瀝青試驗規(guī)程進行檢測，結果見表1。由表1可知，該乳化瀝青固含量高、高低溫性能優(yōu)良，各項指標均滿足施工規(guī)范要求。瀝青固含量高，在破乳后可形成較厚的瀝青膜，有效提高乳化瀝青的黏結力，另外由于水含量的減少，基體可較快形成強度，從而減少灌漿等待時間［5-7］。

圖2 改造后路面結構

表1 SBR復合改性乳化瀝青性能

2.1.2 水泥砂漿

基體乳化瀝青混合料的空隙率較大，強度并不高，因此混合料的強度基本依靠砂漿強度。另外從施工角度而言，砂漿的流動性好才能保證其充分灌入;同時水泥砂漿還應有較好的干縮特性，能和基體瀝青混合料產成黏結。本文參考日本相關規(guī)范的要求，同時結合國內實際情況，提出冷拌半柔性路面材料灌注砂漿的性能要求，見表2。本文所設計的冷拌半柔性材料采用國內某公司生產的灌注專用砂漿，其流動性好、收縮率低、早期強度高，能滿足灌漿需要，在保證流動度的前提下仍有較高的強度。

表2 灌注砂漿性能要求及實測值

砂漿流動度測試方法為測定1 L砂漿通過標準漏斗的時間。由表2數(shù)據(jù)可知，砂漿流動度和強度均能滿足預期，可用于本次工程實踐。

2.2 基體瀝青混合料的配合比設計

基體瀝青混合料的設計空隙率通常以25%為最優(yōu)，要求有大量的連通空隙，因此本工程的設計空隙率也采用25%［8-10］。通過CAVF法設計級配，保證骨架連通空隙結構的形成。同時，按經(jīng)驗確定5種瀝青用量，乳化瀝青用量和用水量根據(jù)裹附試驗測定的OTLC值(最佳液體用量)調整后確定，最終由修正馬歇爾試驗確定最佳瀝青用量。

按上述方法設計后，CsemiFlex-13的油石比為3.4%，乳化瀝青用量為4.9%，設計空隙率為25%，礦粉用量為3%，基體瀝青混合料合成級配見表3。

表3 礦料合成級配

2.3 冷拌半柔性材料配合比驗證

將前面所述的砂漿灌入基體乳化瀝青混合料中，制作相關試件，經(jīng)養(yǎng)生7 d后，按試驗規(guī)程規(guī)定對CsemiFlex-13進行馬歇爾試驗、車轍試驗、小梁彎曲試驗(－10℃)、凍融劈裂試驗，試驗結果見表4。

由表4可知，經(jīng)7 d養(yǎng)生的CsemiFlex-13各項路用性能指標優(yōu)良，高溫穩(wěn)定性好、強度較高、低溫彎曲性能較好、水穩(wěn)定性好，完全符合施工技術規(guī)范要求［11-14］。其中，動穩(wěn)定度為+∞是因為車轍試驗開始20 min后，試件的變形不再變化，這也說明該材料高溫下抵抗變形能力強，適合作為重載路面的面層結構。

表4 CsemiFlex-13配合比驗證試驗結果

3 路段施工

本工程中冷拌半柔性路面的施工主要包括基體乳化瀝青混合料面層的鋪筑和專用砂漿的澆注2個階段。主要施工流程為:噴灑黏層油、鋪筑基體乳化瀝青混合料、基體養(yǎng)生、灌注專用砂漿、路面養(yǎng)生、開放交通。

3.1 噴灑黏層油

在基體乳化瀝青混合料鋪筑前，對SBS改性瀝青下面層進行檢測和評定，將面層清掃干凈后在瀝青面層頂面噴灑黏層油，在加強面層黏結的同時防止專用砂漿滲透到下面層，黏層油用量為0.3 L·m－2。

3.2 基體乳化瀝青混合料的鋪筑

3.2.1 拌合

基體瀝青混合料采用廠拌，集料與乳化瀝青拌合前應用水濕潤，由于粗集料多、細料較少，因此集料含水總量為3%左右即可。含水量過高，將延長后續(xù)的基體養(yǎng)生時間。乳液與集料的拌合時間也不宜過長，本工程采用機械拌合，拌合25 s即可保證乳液與集料的拌合均勻。

3.2.2 運輸和攤鋪

運輸和攤鋪工藝與普通乳化瀝青混合料的要求一致，應在乳化瀝青破乳前完成。

3.2.3 碾壓

有研究表明，在乳化瀝青開始破乳后，使用高頻的振動壓路機碾壓乳化瀝青混合料效果較好，可邊碾壓邊將水振出。因此在攤鋪完成后，使用6 t輕型壓路機初壓1～2遍，復壓在乳化瀝青破乳開始后進行，為防止表面堵塞而影響專用砂漿的澆注，采用不大于12 t的鋼筒式振動壓路機碾壓2～3遍，晾曬一段時間后，進行整平碾壓，以消除輪跡。本工程的壓實組合為靜壓1遍、振動碾壓2～3遍、再靜壓1～2遍，其他要求根據(jù)《公路瀝青路面施工技術規(guī)范》(JTG F40—2004)執(zhí)行。

3.3 基體養(yǎng)生

基體乳化瀝青混合料的養(yǎng)生在常溫下進行，待乳化瀝青混合料內部的水分蒸發(fā)完成，養(yǎng)生即可結束。基體為大空隙瀝青混合料，水分蒸發(fā)較為容易，另外乳化瀝青的固含量較高，因此養(yǎng)生時間較短，具體視當時氣溫而定。在基體養(yǎng)生完成后方可進行專用砂漿的澆注。

3.4 專用砂漿的拌制與澆注

3.4.1 拌制

半柔性路面要求砂漿的強度高、流動性好。本工程采用國內某公司生產的灌注專用砂漿。在施工前，將水和干粉砂漿按1∶4摻兌，同時現(xiàn)場測試流動度，符合表2的要求(10～14 s·L－1)后方可澆注。

3.4.2 澆注

為保證砂漿的澆注質量，待路表溫度降到30℃左右時進行澆注(在夏季高溫時，應在下午4點左右澆注)。澆注砂漿時，用軟管與現(xiàn)場的水泥砂漿攪拌機連接，同時設置加壓泵，水泥砂漿在泵的壓力及自身重力作用下滲入基體瀝青路面中，同時使用橡膠耙往返拖刮，保證灌漿的通暢，當灌漿區(qū)域不再有氣泡上泛，即可認為灌漿完成，如圖3所示。遇到路面坡度較小的路段，可由高往低處澆注砂漿，如坡度較陡則應由低向高澆注，以保證砂漿澆入的均勻和密實。

3.4.3 恢復表面構造

在砂漿灌注完成后，必須將殘留在基體瀝青路面的多余砂漿清除干凈，以便露出基體瀝青混合料凹凸的表面，保證冷拌半柔性路面擁有和瀝青路面相同的構造深度。目前常用的處理措施是:待砂漿初凝完成后噴灑緩凝劑，在路面漿體終凝之前用高壓水槍將表面多余的漿體清洗干凈。

圖3 灌注專用水泥砂漿

本工程采用自行設計的大風力路面構造恢復設備清除表面多余的砂漿，具體做法為:待灌漿完畢時，依靠大風力路面構造恢復設備將多余的漿液吹入專門的回收箱中，同時安排人工使用橡膠刮板將剩余漿液刮入回收箱。

為說明本工程恢復表面構造的效果及效率，各選取50 m路段作為對比段和試驗段，試驗段為大風力路面構造恢復設備法，而對比段則采用噴灑緩凝劑再使用高壓水槍沖洗的方法。施工時分別記錄2種方法的耗時量，結果見表5。

表5 路面表觀處理施工用時對比

從表5可知，采用大風力路面構造恢復設備法的試驗段耗時僅為30 min，比噴灑緩凝劑的方法要節(jié)省70 min，而且不需要灑水車、消防車或高壓水槍等輔助工程設備，效率較高。在2段路面上選取若干點測試其構造深度，結果見表6。

表6 各測試點構造深度對比mm

由表6可知，試驗段的構造深度均值為0.78 mm，而對比段的僅為0.67 mm，說明采用本工程的除漿方法，可以很好地恢復表面構造，保證冷拌半柔性路面的抗滑性能，施工后的路面效果如圖4所示。另外，從表6中數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，對比段的構造深度變異系數(shù)要大于試驗段，這主要是因為路拱坡度和縱坡等因素使緩凝劑分布不均勻所致。因此，本工程的所采用的大風力路面構造恢復設備法工藝簡單、效率高、除漿效果好。

3.5 養(yǎng)生

砂漿澆注完成后，需要進行一段時間的養(yǎng)生。溫度高于30℃時采用塑料薄膜養(yǎng)生;溫度在30℃以下時，可采取露天養(yǎng)生。由于水泥漿具有早強性，所以養(yǎng)生時間較短，超過12 h即可通行一般車輛，超過24 h可通行重載車輛。

圖4 施工完成后路面效果

4 路段檢測

路段竣工通車后，委托第三方檢測公司對該路段的幾個車道進行鉆芯取樣，對彎沉值、抗滑性能、平整度以及滲水系數(shù)等進行檢測，結果見表7。

表7 路面檢測結果

由表7可知，彎沉代表值較大，說明冷拌半柔性路面材料的強度高，擺值和構造深度值大說明路面抗滑性能好，滲水系數(shù)小表明路面密實不透水;另外，鉆芯試樣的平均填充率達到97%左右，說明砂漿填充的有效性。截至2016年12月，該路段通車已2年多，在承擔重載交通流的情況下仍完好無損，未見路面病害的發(fā)生，后期養(yǎng)護成本較低。

5 結語

(1)本工程是冷拌半柔性路面材料的一次成功應用，表明本文所提出的基于CAVF法并結合裹附試驗和修正馬歇爾試驗的材料組成設計方法適用于冷拌半柔性路面材料，所采取的基體碾壓、灌漿、恢復路面構造等施工工藝和措施是行之有效的，可保證施工效果，相關措施可為該技術的推廣應用提供參考，特別是在恢復路面構造時所采用的自制大風力路面構造恢復設備法較普遍的噴灑緩凝劑后進行高壓水槍沖洗的方法效率更高，而且效果更好。

(2)冷拌半柔性路面材料路用性能好、路面強度高、抗滑性能好、高低溫穩(wěn)定性和抗水損害能力強，且在施工中采用冷鋪冷拌工藝，減少能源消耗和有毒有害氣體的排放，節(jié)能環(huán)保且性能優(yōu)良，應用前景廣闊，適用于交通繁忙的重載交通路段。

(3)雖然冷拌半柔性路面材料的路用性能較好，后期維護成本低，但在實際施工中依然面臨成本較普通改性瀝青路面高的問題，為保證該種新材料的推廣，后續(xù)應在乳化劑、灌注砂漿材料組成和施工工藝等方面加以改良，最大程度地降低工程成本。參考文獻:

［1］ 王素勤，林繡賢，樓海洋.新型路面的復合材料［J］.華東公路，1989(2):76-81.

［2］ 李江，封晨輝，陳忠達.水泥-乳化瀝青混合料的研究［J］.石油瀝青，2005，19(6):12-16

［3］ 王偉明.冷拌半柔性路面材料試驗研究［D］.廣州:廣州大學，2013.

［4］ 張 濤.冷拌冷鋪瀝青混合料的研究［D］.重慶:重慶大學，2007.

［5］ 凌宏杰，改性乳化瀝青作為再生劑的瀝青路面冷再生技術研究［D］.廣州:廣州大學，2008

［6］ 徐世法，羅曉輝，孫中閣.SBS改性乳化瀝青溫拌混合料路用性能評價研究［J］.北京建筑工程學院學報，2008，24(2):25-29.

［7］ 王偉明，吳曠懷，王鳳華，等.新型SBR復合改性乳化瀝青研制與性能研究［J］.中外公路，2014(5):235-240.

［8］ 李麗慧，樊 凱.冷拌冷鋪瀝青混合料超薄磨耗層配合比設計［J］.蘭州理工大學學報，2016，42(4):139-142.

［9］ 李麗慧.冷拌冷鋪超薄磨耗層配合比試驗研究［J］.石油瀝青，2015，29(6):20-23.

［10］ 程 磊.半柔性路面用混合料性能及其設計方法研究［D］.西安:長安大學，2002.

［11］ 趙志超.新型冷拌冷鋪乳化瀝青混合料研究［D］.北京:北京建筑大學，2015.

［12］ 王大寶，楊偉新，郭紅霞，等.長壽命路面超薄磨耗層冷拌冷鋪瀝青性能試驗研究［J］.河南科學，2010，28(8):975-978.

［13］ 張雪冬，郭銀濤.廠拌半柔性冷再生技術在黑大線的應用研究［J］.公路交通科技:應用技術版，2012(6):134-136，139.

［14］ 趙志鮮.半柔性廠拌冷再生混合料試驗研究［J］.山西建筑，2013，39(35):136-138.