【透层】高黏结透层油施工质量控制研究

文章来源：微信公众号《沥青路面》

摘要：为了保证半刚性基层与沥青面层的有效结合，开发了高粘结层油。

关键词：沥青路面；高黏结透层油；乳化沥青；施工工艺；质量控制技术

我国《公路沥青路面施工技术规范》关于透层的要求是沥青路面各类基层都必须喷洒透层油，渗透深度为不小于5mm，沥青混凝土层必须在透层油完全渗透入基层后方可铺筑。作为沥青路面结构中不可缺少的一部分，透层的施工应该得到施工单位的重视。Kucharek等在不同的含水量和压实条件下，用不同矿物的改性砂渗透试验来评价透层油的渗透深度和渗透时间，认为即时渗透和过一段时间的渗透效果都非常好。各国对透层油洒布时间的规定基本上也是一致的。英国规范规定，对于水泥稳定类基层，透层油应在基层碾压成型1h后尽快进行。包龙生等研究了高渗透乳化沥青在半刚性基层上的渗透性能，确定了其最佳洒布时间和洒布量；吴霞开发了一种高渗透型乳化沥青透层油，对其路用性能和施工工艺进行了研究；西安公路研究所张斌等通过室内对比试验，结合神府高速公路工程实际，总结了HTC-08型透层油在水泥稳定碎石基层上的施工工艺，认为基层成型1d内洒布效果最好。于丹系统研究了半刚性基层界面分级处理标准和透层油施工工艺标准，确定了基于道路工况分级的透层油质量控制标准。无论是生产和施工时的工艺流程和质量控制，还是生产和洒布透层油的机械设备，都必须严格控制，使透层真正意义上发挥作用。

为了提高乳化沥青的使用质量，本文在开发的高黏结改性乳化沥青的基础上结合室内生产经验，制定一套适用于高黏结透层油的生产工艺，并结合实际工程试验段的铺筑，制订了高黏结透层油的施工工艺和质量控制技术要求。

高黏结透层油的研制

用于水泥稳定碎石基层的透层油要同时满足良好的渗透性与黏结性，以保证基面层间的有效结合，为此，需要开发一种具有良好黏结性能的透层油。

本文通过室内渗透试验，首先开发出了具有良好渗透性能的乳化沥青，在此基础上，通过添加增黏剂，研制出高黏结性乳化沥青透层油，使之具有良好的渗透性和黏结性。通过与普通乳化沥青和煤油稀释沥青的渗透试验、层间剪切试验和抗冲刷试验对比，表明所研制的高黏结性乳化沥青透层油具有良好的层间结合性能，能够有效地实现透层油的作用。

高黏结透层油生产工艺研究

结合室内生产经验，采用先改性后乳化的方式，制定一套适用于工厂使用的生产工艺，为现场施工提供相应的依据。

生产工艺

改性沥青生产工艺

将基质沥青储存罐的温度设定为160℃，开动改性机器，机器运转正常后，开启沥青储存罐的阀门，将沥青按计量泵入改性机器，然后向机器中添加改性剂(尽量使改性剂能够均匀分散于沥青中)，改性30~45min(改性期间控制沥青的温度小于180℃，以防止沥青老化，影响改性沥青的使用性能)。

乳化沥青生产工艺

(1)按配比方案进行相关材料的准备。

(2)配置乳化沥青皂液：将乳化剂和稳定剂按配比与水混合，搅拌均匀，使乳化剂和各种添加剂充分溶解。皂液温度控制在60℃~80℃之间，同时调节PH值(酸碱度)，使皂液PH值大于12。配置出的皂液接近透明状。

(3)配置沥青－溶剂溶液：将改性沥青加热到140℃~160℃，按生产配比向其中加入溶剂，充分搅拌均匀。

(4)生产过程：皂液入口阀门打开，开动胶体磨，待机器运转正常后，再将沥青按计量泵入，检测出口乳化沥青含量。

生产注意事项

结合实际工程中出现的问题，总结生产透层油时应注意的事项。

江苏省310国道改扩建工程采用一级公路双向四车道的建设标准，设计行车速度为80km/h，道路宽26m，沥青混凝土路面的基层为水泥稳定碎石，基层和面层间分别洒布本文开发的高渗透乳化沥青与高黏结改性乳化沥青(高渗透乳化沥青主要是用于对比)，并按室内生产和工厂生产分别在水泥稳定碎石基层上洒布。洒布完24h后观察渗透现象。

通过现场观察，高渗透乳化沥青渗透深度为2mm，在表面出现严重油亮现象，渗透效果很不理想；高黏结改性乳化沥青的渗透深度为10mm，整个断面都有黑色沥青，说明渗透均匀性良好。

为了准确检验高渗透乳化沥青和高黏结改性乳化沥青在试验路段洒布后的渗透效果，将室内生产的高渗透乳化沥青和高黏结改性乳化沥青，在基层碾压成型后24h洒布。

通过现场观察，室内生产的高渗透乳化沥青和高黏结改性乳化沥青渗透深度达到10mm，表明具有良好的渗透性能。对于上述出现的问题，经调查发现，洒布车的沥青罐内在装入高渗透乳化沥青之前，有残留的改性沥青；生产之前，生产乳化沥青的储油罐内也有残留的基质沥青。由于这两方面的原因，增大了乳化沥青中沥青的剂量，所以导致高渗透乳化沥青的渗透效果差。

通过试验段的铺筑，结合透层油生产及洒布的实际情况，总结对于透层油生产的要求：

(1)原材料的添加应有计量装置，确保所添加的剂量准确；(2)基质沥青、改性沥青及水的温度应控制在指定的范围内；(3)建议生产时在出料口设置降温装置，控制改性乳化沥青出口温度为50℃~60℃；(4)运输车辆在运输前应清空，避免有其他沥青残留；(5)乳化沥青洒布最好采用智能化沥青洒布车，以保证洒布均匀。

高黏结透层油施工工艺研究

高黏结透层油的施工工序

生产透层油。

在基层铺筑的同时，准备生产透层油的材料，检查透层油生产设备是否正常，防止某一环节出现问题，影响施工进程。严格按照经室内试验验证的生产工艺生产乳化沥青，尤其控制水和基质沥青的温度，乳化剂水溶液的PH值。

洒布高黏结透层油。

在确保基层表面稍干但尚未硬化，在天气温度为20℃左右时，基层碾压成型24h后便可洒布透层油。洒布前先封闭交通，对基层表面的杂物进行清扫。

透层油生产完成直接通过管道输入洒布车，确保洒布车的喷洒管道疏通。洒布前检查基层表面是否有离析、松散等现象，并予以清除。洒布过程中保证洒布均匀性，通过洒布车一次洒布的宽度和道路横向宽度计算出洒布方案，保证洒布处不被第二次洒布透层油，并且两次洒布之间无漏洒。

高黏结透层油在洒布时温度应控制在40℃以上。同时，洒布温度不宜过高，避免因高温导致破乳速度过快而影响其渗透效果。

透层油的洒布量通过层间剪切试验和拉拔试验确定，并在试验段面层施工后钻芯取样，进行层间剪切和拉拔试验，与室内试验进行对比验证。

面层铺筑时间。

根据透层油用乳化沥青的破乳时间，封闭交通，选择最佳面层铺筑时间。

高黏结透层油施工质量控制技术

基层级配控制

基层的级配控制与透层油的路用性能紧密相关。在试验路段的水稳基层摊铺时，施工单位为了追求压实度和表面平整度，采用了较细的悬浮密实结构。在基层摊铺完成后，很多地方出现了细料较多的“镜面”现象，此时洒布透层油，没有明显的渗透效果。通过对基层取样进行筛分发现，小于4.75mm集料的比例过大，细集料含量高。这不仅使得水稳基层容易在后期出现缩裂，也直接影响了透层油的渗透效果。为此按照设计文件要求，重新调整了级配使之形成骨架密实结构。表２为试验段调整前和调整后的级配比较。

级配调整前和调整后摊铺的水泥稳定碎石基层。

在调整前的级配设计下摊铺基层，洒布透层油后没有明显的渗透效果，透层油不能渗透入基层；相反，调整后的级配满足规范和工程要求，渗透效果较好。

最佳洒布量的确定

根据室内层间剪切和拉拔试验，确定高黏结透层油的最佳使用剂量。

选择5个不同的洒布量进行试验，分别为0.7L/m2、1.1L/m2、1.5L/m2、1.8L/m2、2.1L/m2。

高黏结乳化沥青的剪切断面为基层表面，并且能够渗透。在面层底面黏有基层材料，基层试件也能够均匀渗透。

剪切试验数据和拉拔试验数据得知，高黏结改性乳化沥青在洒布量为1.5L/m2时，试件的剪切强度和拉拔强度都达到最大值，即1.5L/m2为高黏结透层油的最佳洒布量。

将层间剪切试验后的基层试件通过劈裂试验打开，观察不同洒布量下的渗透效果，并测量渗透深度。

可以看出，5个不同洒布量下的平均渗透深度分别为0.5cm、0.8cm、1.2cm、1.3cm、1.2cm。高黏结透层油在洒布量大于1.5L/m2时，渗透深度不再有明显的变化，也表明在1.5L/m2时达到渗透完全，进而表明在1.5L/m2时具有最佳的渗透效果。

在现场施工时，按照室内试验确定的最佳洒布量进行洒布。此外，按照洒布量1.1L/m2和1.8L/m2分别洒布试验路段，待沥青路面铺筑后7d，钻芯取样，进行层间剪切试验和拉拔试验，得出试验段的最佳洒布量，即为高黏结透层油的施工最佳洒布量。

洒布时机的确定

在与室内水泥稳定碎石基层试件相同养生条件下，分3个不同洒布时机洒布透层油：基层试件成型后当场洒布；成型后养生至表面稍干但尚未硬化时洒布；成型后养生至7d洒布。图6为3个不同时机洒布后水泥稳定碎石试件的表面和渗透效果。

通过不同洒布时机的渗透试验得出，当场洒布的渗透深度为0~1cm，渗透均匀性比较差，试件中的水分尚未被水泥吸收并填充微孔隙，阻碍了乳化沥青的下渗，所以其虽有一定的渗透效果，但比较差。

表面稍干洒布的渗透深度为1~1.8m，渗透均匀性较好，此时试件中的水泥结晶尚未形成，但水分已经被水泥和石料吸收，此时最有利于乳化沥青的渗透。

7d后洒布的渗透深度基本为0cm，并且试件表面的沥青产生油亮现象，说明乳化沥青破乳后已经无法渗透入已形成水泥晶体结构的内部。由此确定了透层油的最佳洒布时机为基层表面稍干但尚未硬化时。

结合室内试验结果，试验路段铺筑时，高黏结改性乳化沥青分为310国道K250+890~K251+180和K251+180~K251+460两段进行，其中K250+890~K251+180为基层碾压终了后20h洒布，K251+180~K251+460为基层碾压终了后8h洒布。

明显可以看出，8h洒布的渗透效果比20h后洒布差。经测量得出8h后洒布的渗透深度为5mm，20h后洒布的渗透深度为10mm，表明不同洒布时机对渗透深度有重要影响，所以在气温为20℃左右时，高黏结改性乳化沥青的洒布时机至少应在基层碾压终了后20h。

施工环境温度的确定

洒布时的环境温度太低，一方面乳化沥青流动性差、不利于渗透；另一方面乳化沥青的水分蒸发缓慢、蒸发后沥青的低温黏结性能降低，故不宜进行透层施工。本文在0℃、10℃、20℃的环境温度下洒布高黏结改性乳化沥青并观察渗透现象。

通过对比可以发现，按照表面稍干但尚未硬化的洒布时机洒布透层，在0℃环境温度下，试件断面渗透的地方少，均匀性差，渗透深度为0.5cm，说明温度太低不利于乳化沥青的破乳，进而影响乳化沥青的渗透效果；在10℃和20℃的中高温环境下，试件断面的渗透地方多，均匀性好，而且渗透深度为1~2cm。

由此确定：洒布时机按照水泥稳定碎石试件表面稍干但尚未硬化的时机进行，洒布温度按照不低于10℃的环境温度进行。在试验路段洒布透层油时，测试当地气温，如若低于10℃，即不适于洒布透层油。

高黏结透层油的成本分析

经济合理性是一项工程新技术大面积推广应用的前提，所以对开发的高黏结透层油材料进行了成本分析。

除了基质沥青和水，高黏结透层油的添加剂有主乳化剂、辅乳化剂、无机稳定剂、有机稳定剂、渗透剂、溶剂、改性剂；普通乳化沥青的组成材料为主乳化剂、基质沥青和水；煤油稀释沥青的组成材料为煤油和基质沥青。除了材料，还需计算生产每种透层油的能耗。根据化工市场各材料的价格，计算总成本。

可知，高黏结透层油的价格为4105.5元/t，普通乳化沥青的价格为2675.5元/t，煤油稀释沥青的价格为6730元/t，高黏结透层油在成本上明显优于煤油稀释沥青，比煤油稀释沥青节约2624.5元/t；高黏结透层油虽然价格高于普通乳化沥青，但普通乳化沥青的渗透性能和层间结合性能都不如高黏结透层油。由此可知，高黏结透层油经济合理，具有很好的推广应用前景。

结语

结合试验路段洒布高黏结透层油，对工厂生产高黏结透层油的生产和施工工艺进行系统研究，并对生产和施工过程中的质量控制技术进行分析，具体结论如下。

(1)根据室内高黏结透层油的生产工艺和经验，制定了适用于高黏结透层油的工厂生产工艺。在生产过程中应保证所添加的原材料剂量准确；基质沥青、改性沥青及水的温度应严格控制在指定的范围内；建议生产时在出料口设置降温装置，控制改性乳化沥青出口温度为50℃~60℃；运输车辆在运输前应清空，避免有其他沥青残留。

(2)结合室内试验研究以及试验路段的效果验证，制定了高黏结透层油的施工工艺以及质量控制的关键要素：最佳洒布量为1.5L/m2；气温为20℃左右时，最佳洒布时机为基层碾压终了后20h以上；洒布时的环境温度应在10℃以上。另外，级配设计不合理的水稳基层会影响高黏结透层油的渗透效果，所以首先应确保水稳基层级配设计的合理。

(3)高黏结透层油具有良好的路用性能，成本合理，能够大面积推广应用。