半柔性路面的施工工藝及其應(yīng)用的探討

徐曉峰

(長沙市公路橋梁建設(shè)有限責(zé)任公司)

1 半柔性路面施工工藝分析

半柔性路面采用的是灌入式施工,主要包括母體瀝青混合料面層的鋪筑和水泥砂漿的灌注兩個階段。由于半柔性路面的設(shè)計要求和設(shè)計方法與一般瀝青路面相比有所區(qū)別,其中涉及到水泥砂漿的灌注這一工序,因此半柔性路面的施工方法也和一般瀝青路面的施工方法有所區(qū)別。根據(jù)半柔性路面材料的特點(diǎn),以及國外實(shí)施半柔性路面施工的經(jīng)驗,得出高性能半柔性路面的主要施工步驟如圖 1所示。

圖1 半柔性路面施工步驟示意圖

(1)母體瀝青混合料的鋪筑。

①混合料的拌制。應(yīng)嚴(yán)格掌握瀝青和集料的加熱溫度以及瀝青混合料的出廠溫度。注意檢查混合料的均勻性,及時分析異常現(xiàn)象。

②運(yùn)輸。母體瀝青混合料采用自卸汽車運(yùn)輸?shù)綌備伒攸c(diǎn)。采用數(shù)字顯示插入式熱電偶溫度計檢測母體瀝青混合料的出廠溫度和運(yùn)到現(xiàn)場溫度,運(yùn)料汽車應(yīng)有蓬布覆蓋設(shè)施,以便保溫、防雨或避免污染環(huán)境。

③攤鋪。現(xiàn)場鋪筑包括基層準(zhǔn)備、放樣、攤鋪、整平、碾壓等工序,與普通瀝青混合料一樣。鋪設(shè)面層的基層應(yīng)平整、堅實(shí)、潔凈、干澡,標(biāo)高和橫坡合乎要求。杜絕因攤鋪速度變化、攤鋪操作不均勻或集料級配不正常所引起的不平整。

④壓實(shí)成型。半柔性路面是在母體瀝青混合料中灌入水泥砂漿而形成的路面結(jié)構(gòu),因此在母體瀝青混合料的鋪設(shè)中要嚴(yán)格控制骨架空隙率,選擇合適的壓實(shí)機(jī)械和碾壓次數(shù)。

(2)水泥砂漿的制作。

考慮到工程規(guī)模,用到的施工機(jī)械設(shè)備必須與施工規(guī)模相配套,以大規(guī)模施工水泥膠漿拌和為例,該套施工方法及工藝適用于大規(guī)模(5000m2以上)半柔性路面的施工。水泥漿的制作采用場拌的方式,在拌和場用拌和樓拌和,用水泥混凝土運(yùn)輸罐車運(yùn)送至灌漿施工現(xiàn)場。水泥砂漿在拌和站進(jìn)行拌和,拌和過程中要嚴(yán)格控制水泥膠漿的配合比,并根據(jù)生產(chǎn)出來的水泥膠漿的流動度適量調(diào)整水灰比。使用水泥混凝土運(yùn)輸車把水泥膠漿運(yùn)送至現(xiàn)場,在運(yùn)送過程中要保持罐體的轉(zhuǎn)動,以避免膠漿在途中沉淀。

(3)水泥砂漿的灌注。

在母體瀝青混合料空隙中使水泥砂漿填充的機(jī)理是,瀝青混合料空隙內(nèi)的空氣與水泥砂漿置換。促進(jìn)與空氣的置換的機(jī)理是“壓入”、“吸引”、“振動”等。其中直接使母體瀝青混合料振動的方法具有促進(jìn)水泥砂漿流動化的特點(diǎn),根據(jù)試驗結(jié)果得出高頻率的平板振動裝置效果最好,決定以此為填充機(jī)理。首先鉆芯取樣,測定已鋪半柔性路面母體瀝青混合料的空隙率。以此作為控制填充水泥砂漿用量與技術(shù)指標(biāo)設(shè)計的參數(shù),控制水泥砂漿的流動度,以保證水泥砂漿的滲入。滲透用水泥砂漿的使用數(shù)量,根據(jù)滲透深度、母體開級配瀝青混合料的空隙率以及砂漿損失率等因素計算確定。砂漿損失率一般為 10%左右。

(4)表觀處理。

滲透完畢后,用路耙將殘余在表面的水泥砂漿清除干凈,以暴露出母體瀝青混凝土表面的凹凸不平為宜,防止水泥漿一旦殘留在鋪裝面上,降低路面的抗滑性能,造成收縮裂縫。由于在瀝青混合料母體中灌入水泥漿體,可能在一定程度上影響路面外觀,如果鋪筑路段對外觀有較高的要求時,可在水泥漿體灌注完畢,待初凝后將表面清理干凈。

(5)養(yǎng)生。

對滲透漿料要進(jìn)行一定時間的養(yǎng)生。當(dāng)施工氣溫在30℃以下時,不需要特殊的養(yǎng)生方式;而在 30℃以上時,有必要使用塑料薄膜進(jìn)行養(yǎng)生。養(yǎng)生時間視漿料的性質(zhì)而不同,通常 2～3d后便可開放交通,如在砂漿中使用早強(qiáng)水泥或摻加早強(qiáng)劑,則可望在數(shù)小時后開放交通。待漿料硬化后即可開放交通。在灌入水泥砂漿前開放交通,由于灰塵飛散,泥土等造成污染,會引起骨料的剝落,所以注入前不要開放交通。

2 半柔性路面質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)

2.1 母體瀝青混合料指標(biāo)

(1)按照拌和工藝要求進(jìn)行母體混合料的拌和,嚴(yán)格控制母體瀝青混合料的質(zhì)量,當(dāng)混合料的規(guī)格(尤其是油石比)不滿足設(shè)計要求時,及時作廢料處理,嚴(yán)禁用于路面攤鋪;

(2)攤鋪和碾壓嚴(yán)格按照工藝要求進(jìn)行,避免出現(xiàn)壓實(shí)度超過 95%～100%的范圍,做好收光處理工藝,母體路面平整度要滿足《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》要求;

(3)母體瀝青混合料同步馬歇爾試驗,要求穩(wěn)定度大于3kN。

2.2 砂漿及灌注施工質(zhì)量控制指標(biāo)

(1)按照膠漿拌和工藝制作膠漿,嚴(yán)格控制配比及原材料規(guī)格,尤其是用砂的規(guī)格;(2)為保證水泥砂漿的工作性,要求流動度 10～14s。(3)水泥砂漿的 7d強(qiáng)度指標(biāo)要求:抗壓強(qiáng)度 10～25MPa,抗折強(qiáng)度≥2MPa。

(4)膠漿灌入要求空隙填充率達(dá)到 90%以上,填充率指標(biāo)在路面灌漿完成養(yǎng)護(hù) 3d后鉆取芯樣測定。

2.3 半柔性路面材料指標(biāo)

(1)路面養(yǎng)護(hù) 3d后鉆取芯樣,把芯樣切割至馬歇爾試件要求高度,檢測穩(wěn)度要求大于15kN;

(2)路面養(yǎng)護(hù) 7d后檢測彎沉,要求滿足設(shè)計;

(3)平整度、構(gòu)造深度等指標(biāo),滿足要求。

3 實(shí)例分析

3.1 工程簡介

X公路和 Y公路為二級公路,該路段平均日交通量9800次/日,流量大,超載、重載車所占比例高達(dá) 70%,最大超限噸位高達(dá) 280t。車輛行駛到該段時,車速較慢,使該段瀝青路面面層產(chǎn)生嚴(yán)重推移和車轍破壞,而水泥穩(wěn)定碎石除少量出現(xiàn)開裂和松散破壞外大部分比較完好。鑒于此提出采用半柔性路面加鋪。設(shè)計說明:X公路路面結(jié)構(gòu)使用7cm的半柔性混合料替代了原路面結(jié)構(gòu)的7cm的粗粒式瀝青混凝土;Y公路路面結(jié)構(gòu)使用 7cm的半柔性混合料替代了原路面結(jié)構(gòu)的(3cm+4cm)瀝青混凝土。

3.2 確定生產(chǎn)配合比

(1)試驗路材料的選擇。

①SFAC-20母體瀝青混合料配合比設(shè)計用碎石由施工單位提供,采用和順縣自產(chǎn)石灰?guī)r 10～20m、5～10mm、石屑,填料為礦粉;

②瀝青采用沿北油廠山東 70#道路石油瀝青;

③水泥為和順縣水泥廠生產(chǎn)的P.O42.5普通硅酸鹽水泥,參照《公路工程水泥及水泥混凝土試驗規(guī)程》(JTGE30-2005)有關(guān)方法進(jìn)行檢驗;

④粉煤灰為左權(quán)火電廠生產(chǎn)的二級粉煤灰,各項指標(biāo)符合要求;

⑤水為當(dāng)?shù)仫嬘盟?/p>

(2)水泥砂漿配合比。

在室內(nèi)試驗研究基礎(chǔ)上,確定水泥砂漿的配合比并進(jìn)行試驗研究,其結(jié)果如表 1所示。

表 1 水泥砂漿配合比及測試結(jié)果

由表 1,水泥砂漿的抗壓和抗折強(qiáng)度都符合研究的有關(guān)要求,故用此配合比進(jìn)行試驗路鋪筑。

(3)母體瀝青混合料設(shè)計。

①目標(biāo)配合比的確定。

從拌和站料堆中取料,進(jìn)行篩分。依據(jù)設(shè)計配合比,計算出目標(biāo)配合比。目標(biāo)配合比的計算結(jié)果見圖 1。

圖 1 礦料合成級配曲線圖

②生產(chǎn)配合比的確定。

依據(jù)目標(biāo)配合比,給拌和樓上料。然后從熱料倉中取料,分別進(jìn)行篩分,把篩分結(jié)果輸入計算表格,依據(jù)設(shè)計配合比,得出生產(chǎn)配合比。

③最佳油石比的確定。

用熱料倉中取出的料,按照生產(chǎn)配合比,用小型瀝青混合料拌和機(jī)充分拌和均勻,拌和溫度為 145～165℃,用馬歇爾電動擊實(shí)儀成型試件。

3.3 試驗路面施工

根據(jù)半柔性路面材料的特點(diǎn),以及上述半柔性路面施工工藝要求進(jìn)行試驗路段的鋪筑。

(1)母體瀝青混合料的鋪筑。

①混合料的生產(chǎn)。

混合料在瀝青拌和廠內(nèi)采用拌和機(jī)械拌制,拌和設(shè)備采用連續(xù)滾筒式拌和機(jī),其拌制過程與其他瀝青混合料基本一致。拌和時需要嚴(yán)格控制瀝青用量和拌和溫度。根據(jù)已鋪設(shè)的試驗路來看,對于大孔隙的半柔性混合料來所說,瀝青用量的少量增加,就會沉積到面層底部,阻礙水泥膠漿的灌入,嚴(yán)重影響施工質(zhì)量。拌和溫度的確定,既需保證瀝青對礦料能良好裹覆,又應(yīng)盡量減少因加熱引起瀝青性質(zhì)的變化。

取拌和樓生產(chǎn)的混合料,成型馬歇爾試件,用馬歇爾電動擊實(shí)儀成型試件,擊實(shí)溫度為 140～150℃;每組制備 4個試件。試驗結(jié)果見表 2。

表 2 母體瀝青混合料取樣級配分析結(jié)果

②瀝青混合料的運(yùn)輸、攤鋪和壓實(shí)。

母體瀝青混合料采用自卸汽車運(yùn)輸?shù)綌備伒攸c(diǎn)。現(xiàn)場鋪筑包括基層準(zhǔn)備、放樣、攤鋪、整平、碾壓等工序,與普通瀝青混合料一樣。鋪設(shè)面層的基層應(yīng)平整、堅實(shí)、潔凈、干澡,標(biāo)高和橫坡符合要求。

鋪設(shè)母體瀝青混合料的施工工藝與普通瀝青混合料一樣,采用熱拌熱鋪并碾壓成型。攤鋪混合料時應(yīng)均勻,無離析現(xiàn)象。

(2)水泥砂漿的制作和灌入。

首先鉆芯取樣,測定已鋪半柔性路面母體瀝青混合料的連通空隙率。以此做為控制填充水泥砂漿用量與技術(shù)指標(biāo)設(shè)計的參數(shù),控制水泥砂漿的流動度,以保證水泥砂漿的滲入。滲透用水泥砂漿的使用數(shù)量,根據(jù)滲透深度、母體瀝青混合料的空隙率以及砂漿損失率等因素計算確定。砂漿損失率一般為 10%左右。

(3)表觀處理。

由于在瀝青混合料母體中灌入水泥漿體,會在一定程度上影響路面外觀,如果鋪筑路段對外觀有較高的要求時,可在水泥漿體灌注完畢,待初凝后將表面清理干凈,將緩凝劑噴灑在路表面上,最后在內(nèi)部水泥漿體終凝以前將表面的水泥漿沖洗干凈,這樣即可以保證下層水泥漿體的強(qiáng)度,又能保證路表面色澤的均勻性和理想的表面結(jié)構(gòu)。

(4)養(yǎng)生及開放交通。

對滲透漿料要進(jìn)行一定時間的養(yǎng)生。當(dāng)施工氣溫在30℃以下時,不需要特殊的養(yǎng)生方式;而在 30℃以上時,有必要使用塑料薄膜進(jìn)行養(yǎng)生。

4 結(jié) 語

(1)嚴(yán)格控制母體瀝青混合料的空隙率,在拌和母體瀝青混合料前須將所有料斗清空,以保證母體瀝青混合料級配符合要求,從而達(dá)到設(shè)計空隙率要求。

(2)拌和時需要嚴(yán)格控制瀝青用量和拌和溫度。根據(jù)已鋪設(shè)的試驗路來看,瀝青用量的少量增加,就會沉積到面層底部,阻礙水泥砂漿的灌入,嚴(yán)重影響施工質(zhì)量。

(3)現(xiàn)場鉆芯結(jié)果表明實(shí)際的灌漿厚度與設(shè)計路面厚度保持一致。但有的地方(邊緣處)水泥砂漿的灌入程度并不十分理想,這主要是由灌漿時灌漿量不足造成的,這可以通過提高施工精度和施工隊伍素質(zhì)等方法進(jìn)行解決。

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