寒冷地區層間處治材料研究國內外概況

王 勝,王開生

(1.黑龍江省呼蘭養路總段;2.黑龍江省交通科學研究所)

1 透 層

透層是適用于無機結合料基層表面的有機結合料滲透層,它在改善和提高無機結合料基層表面水密性的同時,并在一定程度上起到與有機結合料面層過渡結合的作用,因此也可以視為一個耦合層,并達到以下作用:(1)裹覆以及固結基層表面的松散顆粒;(2)增加基層表面強度;(3)對基層表面防水處理,阻塞基層中的毛細空隙;(4)在基層與面層之間,提供一個有粘結力的表面。

國外規范中一般明確規定了透層的工藝所要應用的基層種類是非穩定粒料基層。由于考慮施工的實際效果,歐美國家規范中對施工工藝的規定較為細致。即使是對于稀釋瀝青這類滲透性較好的材料,透層施工也僅限于非穩定類基層。對于乳化瀝青透層施工,也往往規定了對于不同級配、不同空隙率的非穩定粒料基層,應使用不同破乳速度、不同瀝青含量、不同粘度的乳化瀝青。對于含細料較多、壓實后表面密實的基層,國外規范一般都規定應采取基層表面重新翻松后灑布乳化瀝青,翻拌后重新壓實的工藝保證乳化瀝青在基層表面材料中的良好分布。

國內規范中透層應用的范圍包括了所有非穩定類基層和各類穩定類半剛性基層。從我國多年的施工實踐中可以得出以下結論:即使是滲透性很好的材料如煤瀝青和煤油稀釋瀝青,在表面硬化、材料致密的半剛性基層上的滲透能力是有限的,特別是含有大量粉料的二灰類材料。乳化瀝青對于半剛性基層的滲透能力要看基層的級配和空隙率,由于級配和空隙率不同,滲透能力不同。蘇凱等人針對半剛性基層瀝青混凝土路面出現的基面層滑移病害,進行了層間粘結劑的研究,并利用路面材料剪切試驗儀進行了層間滑移室內模擬試驗,推薦了利用 SBR復合粘結劑進行層間處理等防止基面層滑移的技術措施。近年來,在中美洲國家和泰國等東南亞國家,當地公路界發展一種能在含細料較多、壓實后表面密實的基層上,不通過翻拌直接滲透的乳化瀝青,用來替代稀釋瀝青。國內目前也有幾家公司在做此項研究,并已取得了初步成果。

2 封 層

封層的主要目的在于封水,要達到這樣的目的,要求其與所粘結的層次有較好的粘結外,還必須有一定的厚度。根據不同的情況和功能需要,封層可以做成不同的形式,在瀝青路面的層間粘結中主要是指應用于基層與面層的下封層。

在西方國家的路面結構中,半剛性基層使用有限,與國內半剛性基層類似的工藝是在路面基層或底基層材料中使用貧水泥混凝土、水泥穩定粒料或水泥穩定土,英國有類似的應用。這些材料在臨時交通放行前,國外規范一般規定應使用乳化瀝青表處進行封閉養生 。目前國內外對下封層的作用可綜合如下:(1)瀝青封層可以提供一層瀝青防水膜,用來封閉基層表面阻止外界水分的入侵和水分從基層表面蒸發。有數據表明乳化瀝青封層能促進水泥穩定類材料的強度增長。(2)施工機械和車輛在穩定類基層上行駛以及臨時交通發生有時是不可避免的,應設立下封層保護基層。(3)瀝青封層可以為穩定類基層與未來鋪筑的瀝青面層之間提供粘結。(4)具有一定厚度的瀝青封層在經過臨時交通的磨損后仍能保證較高的完好率,可對基層形成一個永久的防水層。另外,針對在半剛性基層或水泥混凝土路面上加鋪瀝青混凝土面層后在溫度變化和荷載作用下容易產生反射裂縫,進而導致面層開裂剝落、表面水下滲損壞路面的情況,相應的下封層還應具有吸收、緩解應力和減少、延緩反射裂縫產生的功能,這類特殊應用的下封層被稱為應力吸收層或應力吸收膜。

根據下封層的功能要求,其使用材料應滿足下面的條件:與基層表面良好粘結、防止脫皮;具有一定的柔韌性,在溫度應力與荷載應力的作用下不至于產生裂縫;能形成均勻薄膜,確保封層的防水和粘結效果;具有良好的貯運性,施工便利。我國《公路瀝青路面施工技術規范》(JTJ032-94)關于封層方面的介紹很簡單,目前國內各高速公路的業主和施工單位根據本地的情況采用適用于本地特點的下封層。采用的瀝青結合料種類主要包括普通乳化瀝青、改性乳化瀝青、熱瀝青及改性熱瀝青等,另外由于應力吸收層的功能需要,其使用的材料還包括土工布、玻璃纖維格柵等強度材料。施工技術主要包括碎石封層、稀漿封層、瀝青砂封層、應力吸收層等,其中應用較普遍的是碎石封層和稀漿封層。

3 粘 層

粘層是為加強路面結構中瀝青層與瀝青層之間、瀝青層與水泥混凝土路面之間的粘結而灑布的瀝青材料薄層。粘層的作用是使上下瀝青層、新鋪瀝青層與原瀝青路面或水泥混凝土路面及瀝青結合料與構造物完全粘結成一個整體。

研究發現我國大多數瀝青面層之間的破壞主要是層間粘結層沒有做好所導致的。目前,這個問題國內外公路工程設計及科研人員已經做了大量工作,但仍然不足。不少路面設計文件中,往往沒有粘層油的設置,有些雖然設計上提出了粘層油,但相關材料要求、施工技術要求不配套,導致實際的使用性能遠遠達不到設計要求。

由于粘層施工時熱瀝青霧化不如乳化瀝青,我國粘層多采用乳化瀝青。國內有些專家認為瀝青面層間,特別是瀝青面層與結構物間的粘層用一般的乳化瀝青或熱瀝青不合適,這樣的粘結層起不到粘結作用,甚至施工不正確會產生富油滑動層,反而起反作用。目前國內有施工單位采用聚合物改性乳化瀝青作粘結層。比如使用SBR改性乳化瀝青作為粘層油在工程中應用,改性前后材料的粘結性、抗變形性和抗剪切能力都得到加強。使用 SBS、環氧樹脂改性的瀝青粘層材料與普通石油瀝青材料進行對比,材料剪切強度和粘結性都大幅提高。

基于以上技術現狀,黑龍江省交通科學研究所針對我國寒冷地區氣候特點,研發出乳化稀釋瀝青作為寒區半剛性基層瀝青路面透層材料,稀釋瀝青透層與同步碎石封層構成的層間結構組合。項目成果對改善寒區半剛基層水穩定性與冰凍穩定性、有效緩解寒區半剛性基層瀝青路面反射裂縫的發生具有重要意義,有利于促進寒區半剛基層瀝青路面技術的應用與發展。