稀浆封层技术培训讲义

稀浆封层技术培训讲义辽宁省交通厅公路管理局

2007年12月内容提纲♦概述♦材料选择♦结构类型♦配合比设计♦施工工艺♦工程质量检查验收、概述•基本概念以乳化沥青为结合料，级配良好的矿料、填料、水和添加剂等按一定比例拌和而成的稀浆混合料，并及时均匀地摊铺在路面上，成型后形成的沥青混合料薄层。•优点1、稀浆封层后的路面具有良好的抗滑和防水性能2、稀浆封层后的路面与原路面结合良好3、稀浆封层施工减少了环境污染4、稀浆封层可恢复路面外观形象5、稀浆封层降低了工程造价6、稀浆封层延长了路面使用寿命•应用范围1、沥青路面预防性养护2、高速公路稀浆封层技术（微表处）3、新建沥青碎石路面的上封层4、半刚性基层上进行罩面5、水泥混凝土路面的养护6、高速公路下封层•国内外发展应用情况♦稀浆封层用于路面工程始于20世纪20年代末期的德国。♦稀浆封层作为一种经济、快速、高效的路面表处方法，在西方发达国家早已被广泛采用。60年代后在欧、美得到迅速推广。80年代后又出现改性沥青稀浆封层，并在世界范围内迅速推广。在美国，改性沥青稀浆封层的应用范围占全国黑色路面的60%。80年代后期，稀浆封层技术传到我国，各地开始乳化沥青及稀浆封层技术的研究。“八五”期间得到迅速发展并取得了一系列成果。随着国内外乳化沥青技术及设备的不断更新换代，“九五”期间，我国开始改性乳化沥青稀浆封层的研究工作。近几年来，这项技术也越来越受到重视，在公路维修、养护实践中，得到了普遍的认同，它对于新、旧路面的老化、裂缝、光滑、松散、坑槽等病害，能够起到预防和维修的作用，使路面的防水、抗滑、平整、耐磨性能迅速提高，还可以用于砂石路的防尘处理，桥面铺装等方面。二、 材料选择•乳化剂根据用乳化剂所制备的乳液与矿料拌和时破乳速度的快慢,乳化剂可分为慢裂、中裂、快裂。在稀浆封层施工中，为保证混合料能够有充分拌合时间，且不迅速破乳，便于施工通常选用慢裂型乳化剂。在稀浆封层技术出现的初期，全部采用慢裂的乳化剂和乳化沥青，在美国划归为SS(SlowSet)和CSS(CationicSlowSet)。由于这种乳化沥青稀浆封层需要4〜5h的固化时间，影响了稀浆封层的使用和推广，故而开始在快速成型方面下功夫，形成QS(QuickSet)和CQS(CationicQuickSet)稀浆圭寸层系统，我国习惯上称之为“慢裂快凝”。“慢裂快凝”技术实际就是要求在稀浆封层施工过程中，有一定慢裂时间，而施工后又要使封层快速成型。这种施工技术首先要求有合格的乳化沥青，同时施工工艺也是十分重要的。应该说，该技术是乳化剂、乳化沥青、骨料、添加剂、施工机械等各种因素综合作用的结果，但合格的乳化剂是主要条件。•改性剂目前常用于沥青改性的聚合物有:CR(氯丁胶)、SBR(丁苯胶)、SBS、EVA、SIS等。目前常用于乳化沥青改性的聚合物是SBR胶乳，它是橡胶类改性剂，掺入SBR胶乳后沥青延度显著增加，软化点也相应提高，粘附性明显增强，显著提高混合料的粘结力、耐久性和粘韧性，通常根据对路面使用性能的要求确定适宜的使用剂量。改性剂是改性乳化沥青的最重要组成部分，是改性乳化沥青区别于普通乳化沥青的最主要特点之一。改性剂固胶含量一般仅占到乳化沥青中沥青重量的3%〜6%，但它却在很大程度上决定了乳化沥青的路用性能的优劣。因此，改性剂的选择十分重要。我国制作改性乳化沥青时，绝大多数是采用SBR胶乳，也有少数单位尝试采用SBS改性沥青制作改性乳化沥青，日本某公司生产的SBS胶乳也在我国得到了初步应用。我国现有的SBR产品都是阴离子的SBR胶乳，pH值一般在7〜9之间，总固体物含量很低，一般在30%〜45%之间。国内很多单位在进行乳化沥青改性时，采用的就是国内厂家生产的这种阴离子的非乳化沥青改性专用的SBR胶乳。随着稀浆封层技术在我国的广泛应用，特别是近几年微表处技术在高速公路上的推广应用，迫切需要符合使用要求的质优价廉的国产SBR胶乳，但是由于目前乳化沥青改性技术在我国还刚刚起步，SBR胶乳的需求量过小，致使胶乳生产单位不愿意投入过多的精力进行研制开发，在客观上造成了目前国产SBR胶乳产品的改性效果不够理想的现状。在此，建议国内的胶乳生产厂家着眼未来，加大乳化沥青改性专用SBR胶乳的研发力度，抢占这一巨大的潜在市场。•乳化沥青稀浆封层乳化沥青通常应用阳离子BC-3型，生产中应采用胶体磨制备，并对基质沥青、乳化剂的剂量、温度等参数进行设定并制定产品的检验标准和规范，按照生产工艺、操作规范进行生产，并制定产品的检验标准和规范，按照生产工艺、操作规程进行生产，保证乳化沥青的高质量产出。防止乳化沥青成品提前破乳，应先储存在密封罐内，待使用时通过密封罐车运至施工现场，存储期乳化沥青不得降低使用效果，存储时间不宜超过两周。成品的乳化沥青出厂时必须有详细的质量检验报告，且各项性能指标均符合技术要求，且没有破乳离析现象，方可运至施工现场使用。改性乳化沥青是在乳化沥青中掺入聚合物胶乳进行改性，以提高乳化沥青的弹性、粘附性、减小感温性，提高沥青品质和使用性能，以满足大交通量或重交通量的路面技术要求，它应用于中高等级道路的改性稀浆封层的施工。•集料粗集料阳离子乳化沥青稀浆封层中所用的粗集料在路面中起着骨架作用，一般应采用符合《公路工程石料技术标准》中三级以上的石料，具有足够的强度与耐磨性，同时石料应是表面干净、粗糙、无风化、无杂质，稀浆封层施工中通常选用洁净的玄武岩或石灰岩，在高速公路及重交通量路段的微表处施工中，为提高石料的抗磨耗性能，应选用玄武岩材质，保证封层的防滑和抗磨耗性能。细集料应选用棱角较多，石质表面粗糙的轧制石屑，使稀浆封层混合料具有良好的粘聚力和嵌挤力，提高稀浆封层混合料的抗滑性和抗磨耗性能。•填料为提高乳化沥青稀浆封层的稳定性，混合料中要加入一定数量的填料。通常采用水泥作为填料，可提高封层路面的早期强度，同时改善施工和易性。•水可用饮用水，绝不能使用受到周围工业污染或环境污染，含有可溶性盐等有害物质的废水，否则极大影响稀浆封层的施工生产和路用效果。•添加剂乳化沥青稀浆封层混合料中的添加剂视需要而定。添加剂可调节沥青混合料的破乳时间，使用后不应影响封层的整体强度和使用寿命。三、 结构类型•类型一般按封层的厚度不同分为细封层(I型)、中封层(II型)、粗封层(III型)、加粗封层(W型)。按材料不同进行分类，可分为乳化沥青稀浆封层、改性乳化沥青稀浆封层及微表处。•适用范围I型适用于高等级公路路面下封层及轻型交通量道路的表面封层，碎石基层的透层和保护层,对于基层稳定的路面,可用做磨耗层；11型适用于中型交通量，路面平整度较好，路面贫油及轻微网裂路面，中封层不但可以粘合裂缝，还可以通过粗骨料形成骨架结构修补面层的松散、开裂和老化，改善中等交通量道路和重交通道路的耐磨，抗滑性能。此结构还可以用于沥青路面或水泥混凝土路面的磨耗层或稳定类基层的封层；III型适用于高速公路预防性封层及重交通量普通道路的路面上，也可在半刚性基层和旧有街道上做双层铺设，即先做一层粗封层后，再加铺细封层；W型适用于在轻交通量的半刚性基层的乡道上封层及低等级公路路面，在交通量大的干线公路及高速公路上做表处层代替中修罩面；改性乳化沥青稀浆封层具有很强的粘附性与胀缩能力，能很好的起到防止水损害、延缓反向裂缝、延长使用寿命的作用。当强调路面防滑性，需铺筑粗糙度大的路面时，必须使用改性乳化沥青；微表处在常规的稀浆混合料配方中加入特殊的高分子聚合物和添加剂，制成聚合物改性沥青稀浆混合料，集料级配根据使用的不同要求专门设计，达到摊铺厚度较大(5-15mm),固化时间加快，粘附性更强的封层。•原路面的技术要求达到设计要求的刚度和强度；保证符合设计要求的整体稳定性；表面平整，无严重病害。原路面病害的处理：对裂缝、龟裂及网裂、沉陷、坑槽、车辙、油包、光面、贫油等病害进行处理。四、 配合比设计•乳化沥青及稀浆封层试验1、混合料施工性能指标混合料可拌和时间试验试验在拌和锅内放入一定量的矿料（通常为100g）、填料并拌匀，再将水、添加剂等倒入锅中拌匀，然后倒入一定量的改性乳化沥青搅拌并记时。在改性乳化沥青倒入后的最初5〜10s内用力快速拌和，然后用拌和匙沿杯壁顺时针均匀拌和，一般每分钟60〜70转，注意观察混合料的拌和状态。当稀浆混合料变稠，手感到有力时，表明混合料开始有破乳的迹象，记录此刻的时间，称为可拌和时间。继续拌和，当混合料完全抱团，无法拌和时，记录此刻的时间，称为不可施工时间。重新调整混合料的配方，重复进行上述试验步骤，并记录试验时的气温和湿度。施工过程中，微表处混合料从开始拌和到摊铺到路面上一般需要30s〜50s时间，但是为了确保混合料的正常施工，ISSA中要求微表处稀浆混合料在25°C温度下的可拌和时间不得小于120s，并要求在可能遇到的最高施工温度下进行检验。初凝时间试验初凝时间试验是取刚拌匀的微表处混合料立即摊在油毛毡上铺平并开始计时。把试件放在室温下，隔3min，用一张滤纸或餐巾纸轻轻地压混合料表面，如果在纸上没有见到褐色的斑点，就认为稀浆已经初凝。如果有褐色斑点出现就再隔3min重复测试。如15min后仍未初凝，就每隔10min测试，直至达到初凝为止。记录初凝时间和试验时的气温和湿度。初凝时间试验中滤纸表面不再看到褐色斑点，表明沥青微粒已经与水相分离并粘结到了石料表面，只有经过了这一过程，混合料才可能进一步固化成型，才能形成初期强度。同时，待试样完全成型后的观测，可以定性得判断混合料的性能。因此，初凝时间是一项十分重要的指标。微表处混合料的粘结力是一项十分重要的指标，它反映了混合料的成型速度和开放交通时间。在相同的时间内，混合料的粘结力数值越大，说明混合料的成型速度越快，早期强度越高。国际稀浆封层协会将粘结力1.2N.m定义为混合料的凝固时间，将2.0N.m定义为开放交通时间。混合料的粘结力试验粘结力试验称取200g集料放入拌锅拌匀，然后加入适量的水拌匀，再加入定量的改性乳化沥青拌和均匀，时间不超过1min。将环型试模放在油毛毡上,将达到要求配比的稀浆混合料拌匀后立即倒入试模并刮平，将脱模后的试样在25±6°C的环境中养生并记时。30min后，将试件置于粘结力试验仪的气动橡胶压头下面，当仪器压力表达到200kPa时，保持此压力，将测扭距板手测力表归零并套住气缸杆上端，在0.7〜1.0s内平稳、坚定、水平地扭转90〜120°并读取扭距仪读数。升起橡胶压头，并擦干净底部待下次测试。60min时，重复上述步骤。2、混合料路用性能指标湿轮磨耗试验（WTAT）湿轮磨耗试验（WTAT）按照拌和试验和粘结力试验确定的混合料各组分的比例（集料为4.75mm筛过筛后的部分），制作成厚度6.4mm、内径280mm的湿轮磨耗试样，烘干至恒重并冷却至室温后称重G1，然后将试样放在25C±3C的水中养生1h或6天后取出，在湿轮磨耗试验仪上磨5min,然后将试样取出、冲洗、烘干后称重G2。试样磨耗前后的质量差与磨耗面积的比值称为磨耗值。湿轮磨耗试验的目的有：用于控制混合料的最小沥青用量。混合料中沥青用量越少，试样的WTAT值就越大，当超过了规定的最大WTAT值时的沥青用量就是容许的最小沥青用量。用于评价混合料中各组分的配伍性。混合料各组分之间存在复杂的化学反应，如果配伍性不好，即便各组分材料质量优良，也无法得到高性能的混合料。此时混合料的湿轮磨耗值往往无法满足要求，仅仅靠增大沥青用量也无法起到降低湿轮磨耗值的作用。评价混合料的抗水损害能力。国际稀浆封层协会对微表处混合料提出了浸水1h湿轮磨耗不大于540g/m2和浸水6d湿轮磨耗不大于806g/m2的要求，其中浸水6d湿轮磨耗指标反映了混合料的抗水损害能力。负荷车轮粘附砂试验（LWT）负荷车轮粘附砂试验（LWT）。负荷车轮试验是按照确定的混合料配方制作1.27cmX5.1cmX38cm的试样，脱模并烘干至恒重，冷却至室温后在负荷车轮试验仪上碾压1000次后称重G1，然后在砂框中撒砂（80C）后再碾压100次后称重G2。计算单位面积的粘附砂量（G2-G1）/Ao负荷车轮粘附砂试验的目的：是为了确定混合料的最大沥青用量。沥青用量越大，试样粘附的砂量也就越多，当粘附砂量达到要求的最大值时的沥青用量就是混合料的容许最大沥青用量。轮辙变形试验轮辙变形试验轮辙变形试验是采用负荷轮试验仪，在57kg负重的情况下碾压试样1000次，量测轮辙深度、试样的侧向位移和比重，用来评价混合料抵抗车辙的能力。我国试验规程中没有轮辙变形试验方法，但已有的负荷车轮粘附砂试验仪器可以满足本试验的需要。该试验是国际稀浆封层协会专门为微表处混合料提出的，要求碾压后试样的横向变形率不超过5%，比重不大于2.1。•混合料配合比设计原材料的选择（改性）乳化沥青配方的选择：<1>根据气候条件、应用场合、使用要求、材料供应等情况选择基质沥青品牌与标号、乳化剂种类以及改性剂的种类与剂量；<2>根据所选乳化剂的使用说明，在通常用♦量范围内选定2〜4个乳化剂用量，分别制作改性乳化沥青小样，用于混合料设计。矿料的选择应遵循以下原则：<1>为了提供经久耐磨的抗滑表面，微表处所用集料特别是粗骨料部分尽量选用硬质石料，严格按技术要求的指标执行；<2>砂当量指标是微表处矿料质量的的最重要指标之一，应尽量选择砂当量高的集料；<3>在当地缺少成功经验的情况下，矿料级配宜接近级配范围中值。其中4.75mm通过率显著影响稀浆圭寸层的表观效果和抗滑性能，0.075mm筛孔通过率显著影响稀浆混合料的成浆状态和沥青与石料的裹附，是最重要的参数。配方初试选取级配合格的矿料并测定其含水量；称取若干份一定质量的级配矿料（一般为干矿料重100g）,选择其中一个乳化沥青配方，按照已有经验，在通常的油石比范围内，以0.5%的沥青用量间隔变化改性乳化沥青用量，不断调整添加剂种类与用量、用水量后，进行拌和试验。11型级配的油石比一般在6.0%〜7.5%之间,11型级配的油石比一般在7.0%〜8.5%之间。如果尝试了多种添加剂种类与剂量以及用水量后，混合料的可拌和时间仍不能满足要求的，可选择另外的（改性）乳化沥青配方或者调整矿料组成后重新进行试验；仍然无法满足要求的，应重新选择原材料后再作设计；对可拌和时间满足要求的试样，待成型后观察试样油石比大小和沥青与石料的裹附情况。当发现初试的油石比均偏大或偏小时，可在规定的沥青用量范围内重新选择油石比初试范围后重新进行拌和试验。选择可拌和时间满足要求、油石比适宜的混合料配方进行粘结力试验。按照上述步骤对待测的其它改性乳化沥青配方或混合料配方进行试验。通过对不同混合料配方的可拌和时间、拌和状态、成型效果、油石比大小、粘结力指标等的综合对比，确定出1〜4个最佳的混合料配方，进行下一步试验。最佳沥青含量的确定按照上述确定的最佳的混合料配比制作湿轮磨耗试样和负荷车轮试样；进行湿轮磨耗试验和负荷轮载试验，磨耗量、粘附砂量应符合要求；微表处混合料用于车辙填充时，应进行轮辙变形试验，轮辙变形量应符合要求；如果试样的粘附砂量指标不能满足要求，说明设计的油石比过大，可适当降低沥青用量后重新进行上述试验；如果试样湿轮磨耗指标不能满足要求，说明设计的油石比过小，可适当增大沥青用量后重新进行上述试验；如果油石比接近上限时仍然不能满足湿轮磨耗指标要求，说明混合料的配伍性不足，应重新设计混合料配方。♦微表处混合料油石比的确定应充分考虑微表处的应用场合、气候条件、交通量等因素，并借鉴当地的成功经验，进行合理选择：路面情况。如果原路面有泛油，特别是对于采用以前高标号沥青的，微表处材料层可以采用较小的油石比；如果原路面贫油，或者原路面沥青老化较严重时，可以考虑采用稍大的油石比；原路面表面层空隙率大或渗水严重的，宜采用稍大的油石比。交通量的大小。交通量大，微表处应采用较小的油石比；交通量较小的，微表处可以采用相对较大的油石比。油石比一般不宜超过7.5%。国外无论是微表处混合料的设计还是工程应用，油石比一般都很高，但如此高的油石比在我国是不可能采用的。目前国内已经完成的微表处工程中，除极少数的油石比达到了8.0%以外，绝大多数都油石比在5.6%〜7.5%之间，即便是这样，有的地方仍然感觉用油量偏大。五、 施工工艺•施工准备原路面的技术要求与适用范围微表处在国外被定义为一种预防性的养护方法，即在路基路面结构强度充足，而仅仅是出现了表面功能衰减、轻微车辙和不平整时，为了恢复路面服务功能而采取的一种养护方法。美国ISSA中认为单层微表处时原路面车辙不能大于12.7mm，建议对原路面存在的裂缝事先进行封缝处理，德国规范中要求超过10mm的不平整路面应先行平整，可见国外对使用微表处时原路面的要求是很高的。（1） 原路面的结构强度稀浆封层作为厚度仅为10mm左右的薄层结构，要求原路面有充足的结构强度，否则在行车作用下，稀浆封层会因为过大的挠曲形变而很快出现开裂，甚至与原路面剥离。原路面强度不能满足要求时，应首先进行补强处理。稀浆封层更不能用于道路的补强。（2） 原路面的车辙沥青路面的车辙可以分为结构性车辙和流动性车辙两类。沥青路面因结构强度不足形成的结构性车辙，必须如前所述进行必要的补强处理后方可进行稀浆封层。但对于流动性车辙，稀浆封层还是具有很好的修复效果。（3）原路面的裂缝♦稀浆封层厚度一般仅有10mm左右，原路面未经处理的裂缝会在温差作用下反复张缩而产生反复张拉应力，再加上车辆荷载在裂缝处引起的差动位移，会很快引起上覆的稀浆封层产生疲劳开裂，导致反射裂缝的出现，影响稀浆封层的美观和封水效果。（4）原路面的宏观构造深度稀浆封层的一个重要作用就是恢复路表的宏观构造深度和抗滑性能，因此，一般来说对原路面的抗滑性能是没有特殊要求的。但是当沥青表面层采用石灰石等不耐磨的石料，在行车作用下原路面的宏观构造已经完全丧失，成了“水磨石”，这时如果进行单层处理，往往摊铺出的表观效果不理想，摊铺厚度没有保证，这是由于原路面太滑，导致“不挂料”的情况出现。因此，对于这一类的路面，应采用两层摊铺，第一层摊铺厚度可以很薄，起到增加原路面挂料能力的作用，等成型后再摊铺第二层，这样就可以得到好的表观效果。（5）原路面的拥包、平整度、泛油一般来说，微表处对凹陷型的路面病害（车辙、脱皮、局部的浅坑槽等）都有好的修复效果，但对于隆起型的病害（如拥包、平整度），则没有明显作用。对原路面的平整度也只能起到微调作用，因此，微表处前原路面的拥包、较严重的不平整应事先处理。如果原路面存在泛油，微表处时可以适当调低沥青用量。•施工前的其它准备工作（1） 路面的清扫为了保证微表处层与原路面的良好粘结，要求远路面清洁，原路面上的松散材料、泥巴、杂草、油污和其它杂物都会影响微表处与原路面的粘结，造成脱皮。路面的清洁方法有很多种，国内常用的是用扫帚清扫，国外也有用水清洁或用鼓风机吹的方法，用水清洗时应待裂缝干燥后再进行微表处。应采用适当方法将路面上的检查井、阀门箱、跌水式进水口及其它公用设施遮住，免受微表处材料的污染。不允许有集料颗粒留在路面上。（2） 放样划线为了保证微表处沿路线方向摊铺，有时候需要根据路幅宽度、摊铺槽宽度在保证摊铺次数为整数的条件下沿摊铺方向划出控制线。不过目前国内的大多数施工企业一般不做放样划线，而是直接以车道线、路缘石等为参照，摊铺方向可以保证。（3）交通管制施工过程的交通管制十分重要，一方面是为了保证施工人员和机具安全，另一方面也可以防止车辆驶入未成型的微表处层，影响路表美观。•施工现场拌和在摊铺前,采用封层车进行现场拌和,通过封层车的计量设备,由机械手现场操作,保证乳化沥青、水、矿料、填料等能按照一定的比例混合，通过拌和箱进行拌和。操作手必须控制好施工稠度，保证混合料拌和均匀与施工的和易性。♦现场摊铺1、匀速行驶，行驶速度大约在20米/分钟左右2、司机与操作手要默契配合，行驶线形要顺直、匀称3、调平工适时调整手柄，保证摊铺厚度的均匀4、每一车摊铺结束后，要及时清理摊铺槽，并对剩余混合料集中处理♦接缝处理♦纵接缝1、 采用对接法，摊铺槽角全部压在另一幅的边上，与第一幅既无重叠又无空隙，并控制好稠度2、 出现重叠时，清除及刮平重叠部分3、产