寒冷地区层间处治材料研究国内外概况

王 胜,王开生

(1.黑龙江省呼兰养路总段;2.黑龙江省交通科学研究所)

1 透 层

透层是适用于无机结合料基层表面的有机结合料渗透层,它在改善和提高无机结合料基层表面水密性的同时,并在一定程度上起到与有机结合料面层过渡结合的作用,因此也可以视为一个耦合层,并达到以下作用:(1)裹覆以及固结基层表面的松散颗粒;(2)增加基层表面强度;(3)对基层表面防水处理,阻塞基层中的毛细空隙;(4)在基层与面层之间,提供一个有粘结力的表面。

国外规范中一般明确规定了透层的工艺所要应用的基层种类是非稳定粒料基层。由于考虑施工的实际效果,欧美国家规范中对施工工艺的规定较为细致。即使是对于稀释沥青这类渗透性较好的材料,透层施工也仅限于非稳定类基层。对于乳化沥青透层施工,也往往规定了对于不同级配、不同空隙率的非稳定粒料基层,应使用不同破乳速度、不同沥青含量、不同粘度的乳化沥青。对于含细料较多、压实后表面密实的基层,国外规范一般都规定应采取基层表面重新翻松后洒布乳化沥青,翻拌后重新压实的工艺保证乳化沥青在基层表面材料中的良好分布。

国内规范中透层应用的范围包括了所有非稳定类基层和各类稳定类半刚性基层。从我国多年的施工实践中可以得出以下结论:即使是渗透性很好的材料如煤沥青和煤油稀释沥青,在表面硬化、材料致密的半刚性基层上的渗透能力是有限的,特别是含有大量粉料的二灰类材料。乳化沥青对于半刚性基层的渗透能力要看基层的级配和空隙率,由于级配和空隙率不同,渗透能力不同。苏凯等人针对半刚性基层沥青混凝土路面出现的基面层滑移病害,进行了层间粘结剂的研究,并利用路面材料剪切试验仪进行了层间滑移室内模拟试验,推荐了利用 SBR复合粘结剂进行层间处理等防止基面层滑移的技术措施。近年来,在中美洲国家和泰国等东南亚国家,当地公路界发展一种能在含细料较多、压实后表面密实的基层上,不通过翻拌直接渗透的乳化沥青,用来替代稀释沥青。国内目前也有几家公司在做此项研究,并已取得了初步成果。

2 封 层

封层的主要目的在于封水,要达到这样的目的,要求其与所粘结的层次有较好的粘结外,还必须有一定的厚度。根据不同的情况和功能需要,封层可以做成不同的形式,在沥青路面的层间粘结中主要是指应用于基层与面层的下封层。

在西方国家的路面结构中,半刚性基层使用有限,与国内半刚性基层类似的工艺是在路面基层或底基层材料中使用贫水泥混凝土、水泥稳定粒料或水泥稳定土,英国有类似的应用。这些材料在临时交通放行前,国外规范一般规定应使用乳化沥青表处进行封闭养生 。目前国内外对下封层的作用可综合如下:(1)沥青封层可以提供一层沥青防水膜,用来封闭基层表面阻止外界水分的入侵和水分从基层表面蒸发。有数据表明乳化沥青封层能促进水泥稳定类材料的强度增长。(2)施工机械和车辆在稳定类基层上行驶以及临时交通发生有时是不可避免的,应设立下封层保护基层。(3)沥青封层可以为稳定类基层与未来铺筑的沥青面层之间提供粘结。(4)具有一定厚度的沥青封层在经过临时交通的磨损后仍能保证较高的完好率,可对基层形成一个永久的防水层。另外,针对在半刚性基层或水泥混凝土路面上加铺沥青混凝土面层后在温度变化和荷载作用下容易产生反射裂缝,进而导致面层开裂剥落、表面水下渗损坏路面的情况,相应的下封层还应具有吸收、缓解应力和减少、延缓反射裂缝产生的功能,这类特殊应用的下封层被称为应力吸收层或应力吸收膜。

根据下封层的功能要求,其使用材料应满足下面的条件:与基层表面良好粘结、防止脱皮;具有一定的柔韧性,在温度应力与荷载应力的作用下不至于产生裂缝;能形成均匀薄膜,确保封层的防水和粘结效果;具有良好的贮运性,施工便利。我国《公路沥青路面施工技术规范》(JTJ032-94)关于封层方面的介绍很简单,目前国内各高速公路的业主和施工单位根据本地的情况采用适用于本地特点的下封层。采用的沥青结合料种类主要包括普通乳化沥青、改性乳化沥青、热沥青及改性热沥青等,另外由于应力吸收层的功能需要,其使用的材料还包括土工布、玻璃纤维格栅等强度材料。施工技术主要包括碎石封层、稀浆封层、沥青砂封层、应力吸收层等,其中应用较普遍的是碎石封层和稀浆封层。

3 粘 层

粘层是为加强路面结构中沥青层与沥青层之间、沥青层与水泥混凝土路面之间的粘结而洒布的沥青材料薄层。粘层的作用是使上下沥青层、新铺沥青层与原沥青路面或水泥混凝土路面及沥青结合料与构造物完全粘结成一个整体。

研究发现我国大多数沥青面层之间的破坏主要是层间粘结层没有做好所导致的。目前,这个问题国内外公路工程设计及科研人员已经做了大量工作,但仍然不足。不少路面设计文件中,往往没有粘层油的设置,有些虽然设计上提出了粘层油,但相关材料要求、施工技术要求不配套,导致实际的使用性能远远达不到设计要求。

由于粘层施工时热沥青雾化不如乳化沥青,我国粘层多采用乳化沥青。国内有些专家认为沥青面层间,特别是沥青面层与结构物间的粘层用一般的乳化沥青或热沥青不合适,这样的粘结层起不到粘结作用,甚至施工不正确会产生富油滑动层,反而起反作用。目前国内有施工单位采用聚合物改性乳化沥青作粘结层。比如使用SBR改性乳化沥青作为粘层油在工程中应用,改性前后材料的粘结性、抗变形性和抗剪切能力都得到加强。使用 SBS、环氧树脂改性的沥青粘层材料与普通石油沥青材料进行对比,材料剪切强度和粘结性都大幅提高。

基于以上技术现状,黑龙江省交通科学研究所针对我国寒冷地区气候特点,研发出乳化稀释沥青作为寒区半刚性基层沥青路面透层材料,稀释沥青透层与同步碎石封层构成的层间结构组合。项目成果对改善寒区半刚基层水稳定性与冰冻稳定性、有效缓解寒区半刚性基层沥青路面反射裂缝的发生具有重要意义,有利于促进寒区半刚基层沥青路面技术的应用与发展。