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级配碎石层上的透层油技术浅析
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级配碎石层上的透层油技术浅析
2022年06月10日    阅读量:29840    新闻来源:《道路工程》2020年第5期  |  投稿

摘 要

根据喀麦隆雅温得-杜阿拉高速公路项目施工经验并查看相关资料,简要说明了级配碎石层上透层的重要作用和煤油稀释沥青的制备与性能,并分析了煤油稀释沥青在实际运用中的优劣势。接着,通过研究大量的试验数据发现了影响煤油稀释沥青施工质量水平的关键因素。最后,本文列举了透层油现场施工过程中可能和已出现的质量问题,并对问题原因进行深入分析,总结了保证施工质量的改进措施沥青网sinoasphalt.com


关键词 级配碎石层 | 透层油 | 煤油稀释沥青 | 关键影响因素 | 质量控制


喀麦隆雅温得-杜阿拉高速公路项目(以下简称雅杜项目)是采用法国规范设计与施工,该项目使用级配碎石作为路面结构层的垫层,其位于红土粒料改善层之上,沥青混凝土底基层之下。因为中国高速公路多数使用半刚性基层沥青路面,透层油多数使用乳化沥青,关于透层油在级配碎石垫层上的应用研究很少,所以本文结合项目施工实际需求和法国规范要求,就级配碎石垫层上的透层油技术进行简单分析。


级配碎石层上透层的重要作用


级配碎石层


级配碎石层指是由各种不同大小粒级集料组成的混合料,其级配符合设计级配要求的机轧天然碎石层。级配碎石层的优势是既增强路面结构强度,又兼顾路面结构的排水功能。级配碎石层强度的形成主要来源于集料本身的强度和集料之间的嵌挤作用,属于无结合料层。


透层的重要作用


(1)保持结构层之间的整体性和连续性


当没有洒布透层油时,当进行沥青混合料底基层摊铺时,运料车会碾压级配碎石垫层表面,破坏级配碎石垫层表面的整体性,被碾压松散的碎石颗粒和细砂将影响级配碎石垫层与底基层的粘结;并且在旱季时,施工现场会出现大量扬尘。只有当透层油渗透进入级配碎石垫层厚度不小于0.5cm,板结成为厚度不小于0.5cm的透层时,透层才会起到固定级配碎石垫层层表面活动颗粒的作用,同时减少受降雨冲刷造成的细集料大量流失,并避免扬尘。


(2)增加垫层与底基层间的粘结力


透层油渗入基层后,具有粘附性,可以提高级配碎石垫层和沥青底基层的结合力,使两个结构层形成一个整体,防止路面出现推移、拥包等早期路面损坏。


(3)提高路面结构的防水性


因为沥青是一种不溶于水且不透气的材料,利用沥青的这个特性,可以起到封闭基层的作用,所以质量合格的透层是良好的防水层。另外,因透层油的粘度较低,流动性和渗透性强,它可以充分包裹和渗透进入集料的表面,起到封闭集料的开口孔隙的作用。


(4)保护底基层的路用性能


透层油洒布在级配碎石垫层表面后,透层油被集料吸收,集料会处于相对饱和状态,不会再吸收沥青混凝土底基层的沥青,破坏底基层的路用性能。


煤油稀释沥青的概述

煤油稀释沥青简述


煤油稀释沥青是液体石油沥青的一种,其制备过程是向已加热的沥青中按一定比例添加煤油进行稀释。雅杜项目采用沥青标号为90号的沥青,其原产地为阿联酋,该沥青性能的指标符合中国规范的要求(90号沥青性能的技术指标见表1),并使用喀麦隆当地自产的优质煤油。

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煤油稀释沥青的性能


雅杜项目通过试验段的试验数据决定使用透层油的配比为沥青∶煤油=65∶35。该配比下的煤油稀释沥青性能的技术指标见表2。由于雅杜项目采用法国施工标准,雅杜试验室首先满足法国规范的要求,然后将某些技术指标与中国规范对照,我们确定了该配比下的煤油稀释沥青属于AL(R)-2快凝液体石油沥青。


煤油稀释沥青的优劣势


(1)煤油稀释沥青的优势


1)渗透性强


在最佳条件下洒布和渗透,煤油稀释沥青渗透进入级配碎石垫层的深度可以到达20mm以上,并形成厚度不小于10mm的透层。


2)制备工艺简单,产品性能稳定


与制备乳化沥青相比,制备煤油稀释沥青只需要标准的沥青洒布车、优质合适的沥青和煤油,并借助已有的沥青拌合站设备,就能快速地得到大量标准性能的产品。而乳化沥青的质量优劣取决于生产设备的性能、生产工艺的水平和操作人员的技术能力。由此可见,煤油稀释沥青更适合于偏远贫穷的非洲地区。


(2)煤油稀释沥青的劣势


1)层间结合效果的稳定性差


通过大量钻芯试验发现,一部分芯样底部与级配碎石粘结良好,如图1所示;另一部分芯样底部无级配碎石与之粘结或者粘结的颗粒较少,如图2所示。该结果说明在采用煤油稀释沥青作为透层油时,层间结合效果不稳定,受到多种外界因素影响。


2)环境污染较大


因为煤油具有强挥发性,所以煤油稀释沥青一经洒布,大量的煤油会对环境造成污染,同时煤油稀释沥青的成本较高。


3)残留煤油的未知影响


尽管雅杜项目严格按照施工规范-透层油渗透时间不少于48小时,但是通过大量的钻芯取样试验发现,刚刚结束钻芯试验的芯样表面仍附着少量的煤油,遗留的孔洞中同样残留少量煤油。这表明48小时的透层油渗透时间也不能使煤油完全挥发殆尽。残留在沥青底基层与级配碎石垫层之间的少量煤油对于层间结合及其强度或许会产生不利的影响。

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影响煤油稀释沥青施工质量水平的因素


煤油稀释沥青施工质量水平的高低取决于煤油稀释沥青的渗透深度和级配碎石垫层表面的粘结性能。本文为了研究影响煤油稀释沥青施工质量水平的因素,根据施工经验,我们选取了煤油稀释沥青的标准粘度、洒布量、洒布温度,级配碎石垫层的表面清洁程度与粗糙度、浅表含水率这5个因素。


煤油稀释沥青的标准粘度


在施工透层油试验段时,雅杜项目采用了3种透层油配比验证,相关的试验数据见表3。表3表明,随着添加沥青比例的增大,煤油稀释沥青的标准粘度增大。

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图3和图4分别是透层油施工48小时后,级配碎石垫层表面的局部照片,它们所使用的透层油配比分别是65∶35和58∶42。

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对比两张照片,我们发现前者表面的颜色比后者略黑。通过理论分析可知,当完成洒布后,由于煤油的强挥发性,煤油稀释沥青会逐渐透入级配碎石垫层内,在这个过程中,如果煤油稀释沥青的标准粘度越大,它会越黏稠,流动性越差,从而导致渗透效果不好,级配碎石垫层表面残留的沥青相对更多,级配碎石表面颜色相对更深,垫层表面的粘结性能相对更好。反之,渗透效果好,表面残留的沥青相对更少,级配碎石表面颜色相对更浅,垫层表面的粘结性能相对更差。


通过演绎推理和日常施工结果的记录,我们可以得出煤油稀释沥青的标准粘度与渗透深度呈现负相关关系,与级配碎石垫层表面的粘结性能呈现正相关关系。


煤油稀释沥青的洒布量


根据CCTP要求,煤油稀释沥青的洒布量为1.1~1.3kg/m³,但在实际施工过程中,也出现过洒布量为低于1.0kg/m³和高于1.4kg/m³的情况。通过平时的观察总结出如下现象:

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由表4可知,在满足透层油施工其它要求的情况下,洒布量最好控制在1.2kg/㎡和1.3kg/㎡之间。洒布量低于1.1kg/㎡时,垫层表面残留的沥青少,导致粘性不足,影响垫层与底基层的粘结;当洒布量高于1.4kg/㎡时,垫层表面有一层薄薄的油膜,表面发黑发亮,运料车走过会将油膜卷走,裸露出浅色的垫层,如图5所示,这表明煤油稀释沥青的渗透深度不够,没有使垫层表面板结,局部影响层间结合效果。

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煤油稀释沥青的洒布温度


JTGF40-2004《公路沥青路面施工技术规范》中并没有明确规定煤油稀释沥青的洒布温度,该规范指出为了提高透层油的渗透效果和粘结力的前提下选择合适的洒布温度。


根据雅杜项目施工经验,本文总结了洒布温度的相关要求,见表5。在当地雨季,施工现场的地表温度只有20℃~30℃之间,空气湿度大,级配碎石的浅表含水率高,这对于煤油稀释沥青的渗透效果十分不利,此时洒布温度如采用雨季洒布温度,加快级配碎石浅表水分的蒸发,有利于煤油稀释沥青的渗透。

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级配碎石的表面清洁程度和粗糙程度


(1)级配碎石表面必须保持清洁,不能有浮土和灰尘。因为浮土和灰尘会阻断煤油稀释沥青的渗透,严重影响透层油质量。


(2)当表面呈现“镜面”时,表面的空隙太少,煤油稀释沥青与级配碎石表面的界面张过力,所以会造成煤油稀释沥青在表面流淌;当表面呈现“粗面”时,表面的空隙多,煤油稀释沥青不会聚集流淌,随着煤油的挥发,沥青会进入级配碎石表面。


级配碎石的浅表含水率


通过选取雨季和旱季施工透层油的试验数据,采用控制变量法研究级配碎石浅表含水率对渗透深度的影响。

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综上所述,级配碎石的浅表含水率与渗透深度为负的线性关系,在含水率为1.5%~3%之间洒布透层油,其渗透效果较好,可以达到约7~23mm。


小结

根据以上所有试验数据分析,得出如下结论:


(1)煤油稀释沥青的标准粘度随着透层油配比中沥青比例的增大而增大;煤油稀释沥青的标准粘度与渗透深度呈现负相关关系,与级配碎石垫层表面的粘结性能呈现正相关关系;


(2)在满足透层油施工其它要求的情况下,洒布量最好控制在1.2kg/㎡和1.3kg/㎡之间;


(3)在旱季,透层油洒布温度为90℃~110℃;在雨季,透层油洒布温度为110℃~120℃;


(4)级配碎石表面必须保持清洁,不能有浮土和灰尘;级配碎石表面不能有“镜面”;


(5)级配碎石的浅表含水率与渗透深度为负的线性关系,在含水率为1.5%~3%之间洒布透层油,其渗透效果较好。


透层油施工质量问题原因分析及相关措施


级配碎石基层表面有黑色油膜


(1)当煤油稀释沥青洒布量过多时,级配碎石表面会产生流淌现象,并在表面形成油膜,影响层间结合效果,路面出现推移、拥包等早期路面损坏。此时应将油膜应及时清理,并在空白处涂抹少量常温的透层油,并立即降低洒布量,控制在合适的范围。


(2)当级配碎石表面出现“镜面”时,级配碎石表面会出现同样的质量问题。此时应在洒布煤油稀释沥青前,使用清扫车和人工配合清扫表面的粉尘,露出骨料0.5~1.0cm,但注意不能破坏其整体性。如果必要时需洒少量水方便清扫,待表面至少有1.0cm厚干燥后才能及时洒布透层油。


级配碎石基层表面出现黑白相间的现象


透层油洒布量不均匀、不足,会出现发黄、花白、黑白相间的现象,致使部分表面渗透深度不能保证。在有遗漏的表面,采取人工补洒的方式,并调试沥青洒布车的参数,确保下次洒布正常。


洒布条件及维护措施


(1)气温低于10℃或大风,即将降雨时不能洒布透层油;


(2)级配碎石表面含水率高于3%以上不宜喷洒透层油;


(3)洒布透层油后,透层油的渗透时间应不少于24小时。渗透期间,为了保持透层油表面清洁,严禁行人和车辆通行,并防止粉尘污染油面。


结语


煤油稀释沥青的施工质量水平对沥青路面结构层的性能和使用寿命起着至关重要的作用。而影响其质量水平的因素十分复杂,从原材料的性能到制备过程,从洒布的环境条件到级配碎石垫层的条件,从天气因素到人为操作因素,每一个环节都必须严格遵守施工规定,只有这样才能保证后期的钻芯试验和室内直剪试验中,得到足够强度的级配碎石透层和粘结良好的级配碎石层和沥青混凝土底基层试件。

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标签:综合论文技术中心沥青混凝土
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