开普封层施工技术控制研究

2021-04-02韩保勤

西部交通科技 2021年4期

韩保勤

(中电建冀交高速公路投资发展有限公司，河北石家庄 050000)

0 引言

开普封层(Cape SEAL)一词起源于南非的开普省，其第一次被正式使用要追溯到1957年和1969年。开普封层的释义为在一层碎石封层完成后进行的微表处或稀浆封层。在微表处或稀浆封层之前，要首先施加一层碎石封层，这样能够使其更快地凝固。在美国，微表处和碎石封层的使用历史要追溯到20世纪30、40年代。稀浆封层曾经在19世纪50年代的加利福尼亚州北部偶尔被用于覆盖碎石封层，其目的主要在于解决碎石脱落、噪声大及路面不美观等问题。这在当时并没有被人们意识到属于新型的路面系统结构，直到1973年“capseal”这个词才正式被美国所使用。

1 开普封层优点

仅仅通过使用微表处或碎石封层来解决路面上的坑槽、深裂缝、大面积网裂、剥落等问题是不可能的。虽然碎石封层能够在一定程度上延缓路面沥青老化速度，提高路面抗滑性能，改善路面防水性能，但是当其使用在高速公路路面面层时会出现骨料脱落、路面噪音大等问题，也因为这样，碎石封层不被允许用作高速公路的面层结构[1]。开普封层是AR碎石封层+微表处的组合结构，即在洒布微表处前，首先洒布一层碎石封层，这样不仅解决了骨料脱落、路面噪音大等问题，而且对路面外观及美观也起到了很大的改善作用。除此以外，开普封层的经济性也非常不错，其价格处于碎石封层、微表处和热沥青摊铺之间，并且摊铺层还兼具防水性好、抗滑性好、使用寿命长及外观美观等优点[2]。另外，橡胶沥青、改性沥青、改性乳化沥青等均能够作为碎石封层的粘合层，它们在很大程度上缓解了微表处开裂的问题，并且还兼具密封水的效果，尤其是橡胶沥青用做粘合层可以抑制碎石封层反射裂缝的产生。

2 开普封层施工技术控制

开普封层第一层：碎石封层(橡胶沥青碎石封层)；第二层：微表处。

2.1 橡胶沥青碎石封层

碎石封层的原材料控制是有非常严格的要求的，因为骨料在碎石封层中需要嵌入沥青并且与沥青的接触率要控制在70%左右，这就对骨料颗粒形状有一定的要求，比较理想的颗粒形状为四棱形或者立方体，尽量控制细长扁平颗粒的含量≤8%。在粒度和级配方面也有一定的要求，一般碎石封层的粒径范围为6～16 mm的单粒径集料，并且对骨料清洁度和有害物质的含量也有相应的要求，因为灰尘和泥浆都会影响沥青和骨料颗粒表面直接的粘附力，因此骨料清洁度也非常重要[3]。

2.2 橡胶沥青碎石封层施工质量控制

橡胶沥青碎石封层施工前应先使用滚筒刷清洗机对路面进行清洁处理，如果存在路面污染严重的情况，需用清水进行冲洗。清洁干净的路面应至少等待24 h后方可进行橡胶沥青的喷涂作业，并且喷涂前要保证路面已经完全干燥。碎石封层的施工应选择在干燥温暖的季节进行，施工时原路面表面温度应≥13 ℃，施工的环境温度应≥16 ℃或≤43 ℃。雨天不应进行橡胶沥青碎石封层的施工，因为雨水冲刷会对碎石封层结构造成损坏。

2.3 橡胶沥青碎石封层施工工序

在原始路面上喷涂一层橡胶沥青粘合剂，校定喷涂量和指定温度。根据石屑的标定量，使用沥青摊铺机喷涂均匀的石屑层。采用胶轮压路机立即碾压，碾压滚动两次，用滚刷清扫机清洁。

(1)橡胶沥青的洒布

具有特殊计算机速度控制的橡胶沥青洒布机可确保每单位面积的喷洒量恒定，无论其洒布速度快或慢。对橡胶沥青洒布机的喷嘴高度和喷嘴角度进行调整，可以实现扇形喷涂范围和重叠范围的正确无误。调整完成后，通过测试喷涂试验或校正设备实现验证程序。橡胶沥青的喷涂温度一般控制在195 ℃左右，喷涂量一般控制在2.5～3.0 L/m2。

(2)石屑洒布

石屑洒布前需先将石屑进行预加热或者预先包裹处理，预先包裹处理应采用0.7%～1.0%的乳化沥青，石屑在道路铺设时应保持在160 ℃以上的温度。采用自行式碎石洒布机实现石屑的摊铺，为确保石屑摊铺量的恒定和料帘的均匀，洒布机的速度由计算机进行严格控制。

(3)碎石洒布

为确保洒布质量，碎石洒布车应与橡胶沥青摊铺机保持≥20～30 m的距离。碎石嵌入粘合剂中的量要满足50%～70%的嵌入率，碎石表面需覆盖足够量的粘合剂，覆盖面积一般为碎石表面积的85%，但也不能过大，粘合剂覆盖面积过大会影响碎石的粘合与嵌入位置的正确。为了降低上述对微表处骨料嵌合质量的影响，可以将开普封层路面结构碎石封层中碎石的用量适当减少。

(4)碾压

完成碎石洒布后90 s内进行路面碾压，碾压不得少于两次，以足够压实骨料为碾压标准。胶轮压路机应该在距离碎石洒布机60 m的范围内，以大约6 km/h的缓慢速度进行碾压，工作时一般采用2～3个或更多的胶轮压路机进行同时碾压操作。

(5)清扫

超过10%的碎石骨料需要采用滚刷清扫机进行清扫处理，为了避免没有固定牢固的碎石被带走，带钢丝的滚刷被禁止使用。采用真空吸尘器或其他方法进行清洁并对多余的骨料进行回收。

2.4 橡胶沥青碎石封层的优点

橡胶沥青碎石封层具有固化速度快、集料保留性好、抗老化、抗裂性能优异等优点，施工可在高温、低温、昼夜进行。应用在SAM、SAMI和多层系统时，具有良好的经济性。单独使用时，可延长5～10年的路面使用寿命。

2.5 微表处

碎石封层施工完成后经交通车辆碾压至少超过一周，并且碎石封层表面完全稳定后，方可洒布微表处。首先应对碎石封层表面的多余骨料颗粒、灰尘、碎屑进行清除后，方可进行微表处的洒布。微表处技术发展到今天已经变成集材料、工艺、设备构成于一体的一门综合性技术[4]。微表处系统的成功应用不仅需要有高质量的原材料保证、科学的混合料设计方案及性能评估方法，还需要有先进的实验技术手段、性能优良的稀浆封层设备、严格的施工管理过程、高标准的质量目标的控制以及施工经验丰富的操作人员。

(1)优质的原材料

优质的原材料包括骨料、乳化沥青、粉末和水，其中骨料要求清洁、坚硬，还应该耐腐蚀，不含污垢、有机物、有害的化学物质和其他杂质等。除此以外，骨料需要100%破碎，且具有良好的棱角，细长、扁平颗粒含量不得超过规定要求的最高含量。乳化沥青要求采用优质重交通沥青，渗透率低、慢裂速凝、低渗透率；粉末要求干燥、松散、无结块、无黏土杂质；水要求清洁饮用水，无杂质。

(2)混合料的设计与特性评估

混合料设计的主要内容有确定集料级配、评价混合料应用性能等，关键是解决沥青最佳使用量的问题。实验评价混合料的应用特性，包括拌和时间的评价，初始凝固时间和早期固化时间的评估，骨料与乳化沥青的相容性评价，稀浆混合料的长期性能评估等。

(3)施工质量控制

道路清扫，清理稳定碎石封层表面；预湿路面；稀浆封层机校准；交通控制。

(4)稀浆封层机油石比的控制

将实验室设计数据和骨料、乳化沥青、水泥等各种校准参数输入稀浆封层机的计算机中，由计算机通过分析输入的数据进行各种材料输送比例的控制。

(5)摊铺作业

现场摊铺作业时需要对摊铺的速度和摊铺的路面厚度进行调整，对稀浆混合料的混合量进行控制。摊铺后的路面要求平整均匀，现场需要控制混合料的稠度和破乳时间。路面的边缘和接缝处应做重点处理，取出剩余的混合物，清洁人行道，清洗并清洁搅拌机、摊铺箱和刮平器，然后重新校正，注意现场的垂直接缝，并注意水平和垂直接缝及边缘的处理。