CN111764222A - 一种大空隙薄层罩面的施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于道路工程领域，具体涉及一种大空隙薄层罩面的施工方法，本发明所述的方法依次包括如下步骤：大空隙薄层罩面和防水黏结层原料的准备、拌料、预热、摊铺和碾压；拌料完成后至摊铺的过程中物料的温度维持在140～195℃。本发明是大空隙薄混合料的有效施工工艺，罩面施工完成后主要技术指标和耐久性与密级配薄层罩面相当，同时具有显著的排水、抗滑和降噪功能，对该结构的推广应用具有重要意义。
Description
技术领域
本发明属于道路工程领域，具体涉及一种大空隙薄层罩面的施工方法。
背景技术
大空隙薄层罩面(Porous ultrathin Wearing Course)，简称PUC罩面，混合料由细粒式粗集料嵌挤形成骨架结构，空隙率一般为14％～25％，厚度为0.8cm～2.5cm。与密级配路面和排水沥青路面相比，大空隙薄层罩面具备两个显著特点，其一是保持与排水路面相近的设计空隙率，但厚度较之排水沥青路面更薄；其二是具有与普通密实性超薄罩面相同的设计厚度，但空隙率更大。
大空隙薄层罩面表面纹理深度大，车辆高速行驶时轮胎与表面纹理之间形成嵌锁效应，显著提高了高速抗滑性能。而且大空隙薄层罩面具有多孔结构，空隙率可达14％以上，雨天具有一定的排水功能，一定程度上减少了水膜的形成，提高了雨天抗滑性能。大空隙薄层罩面的多孔结构使其具有优异的吸声性能和减振性能，相比密级配磨耗层可以进一步降低路面噪声。
大空隙超薄罩面可作为排水沥青路面或密级配路面的预防性养护工艺进行应用。其作为一种罩面结构形式加铺在原有面层之上，一方面起到修复病害、补强原路面结构的作用，另一方面提供了良好的排水、抗滑、降噪等功能。如果能够在高速公路预防性养护中加铺一种具有相同特性的功能层，在节省工程造价的前提下，同样具有保护原沥青路面结构层的作用。在后期养护时，只需对该层位进行铣刨重铺，从而有效减小后期养护成本，这也是实现长寿命沥青路面理念的一种形式。因此，大空隙薄层罩面在公路预防性养护工程领域具有良好的推广应用前景。
但是，大空隙超薄罩面空隙率大、厚度较薄而导致的温度散失较快、压实功相对较小，与路面的黏结性差，因此在施工的过程中存在很大的难度。
发明内容
针对现有技术在大空隙超薄罩面施工过程中存在的各种问题，本发明提供一种大空隙超薄罩面的施工方法，依次包括如下步骤：大空隙薄层罩面和防水黏结层原料的准备、拌料、摊铺和碾压；拌料完成后至摊铺的过程中物料温度维持在140～195℃。
本发明所述的方法通过提高防水黏结层原料的温度，可有效增强大空隙薄层路面与下承层的黏结强度，降低薄层剥离的风险。
所述大空隙薄层罩面和防水黏结层原料的准备包括：
准备所述大空隙薄层罩面的原料，包括粗集料、细集料、填料、改性沥青、高黏度改性沥青添加剂、聚酯纤维和玄武岩纤维；通过使用高黏度添加剂，可增强大空隙薄层路面抵抗脱粒、飞散的性能，提升高温稳定性，通过使用聚酯纤维和玄武岩纤维，可进一步提高沥青胶浆对骨料握裹性，提升对飞散和裂缝病害的抵抗性。
优选的，以质量计，所述高黏度改性沥青添加剂的添加量占所述改性沥青的8.5～9.0％，所述聚酯纤维的添加质量占粗集料、细集料、填料、聚酯纤维和玄武岩纤维制备成的混合料的总质量的0.5～1‰，所述玄武岩纤维的添加质量占所述混合料总质量的1～3‰；
所述防水黏结层为沥青碎石封层或乳化沥青，所述沥青碎石封层的原料包括改性沥青和预裹覆碎石，所述预裹覆碎石的粒径为3～5mm或5～10mm；制备所述乳化沥青层的原料包括改性乳化沥青。
优选的，所述防水黏结层为沥青碎石封层，所述大空隙薄层罩面和防水黏结层原料的准备完成后铺设所述防水黏结层；
优选的，铺设的具体操作为：清扫路面，采用沥青碎石同步洒布车进行防水黏结层洒布；所述改性沥青的洒布量控制在1.5～2.2kg/m2，预裹覆沥青碎石覆盖率不小于60％。
优选的，所述拌料的具体操作为：
在集料搅拌器中，将所述聚酯纤维、玄武岩纤维、粗集料、细集料和填料同时投放，干拌时间不少于15s，得混合料；
在沥青搅拌器中，将所述高黏度改性沥青添加剂与所述改性沥青同时投放；
控制集料搅拌器中物料的温度为185～200℃，沥青搅拌器中物料的温度为160～175℃，最后将沥青搅拌器和集料搅拌器中的物料混合，混合料出厂温度170℃～185℃，若超过195℃则废弃。通过控制温度区间，保证大空隙沥青混合料具有良好的出厂，能够较好地满足现场施工和易性的需求。超过195℃时，易造成混合料在运输过程中的老化，影响混合料性能，因此予以废弃。
优选的，所述拌料完成后将高温物料运输到工地进行摊铺，运输到工地后温度不低于160℃，混合料从拌料完成到摊铺完成时间不得超过6h。
优选的，当施工环境中的温度低于15℃时，在摊铺前还包括对待施工路面预加热的操作。针对大空隙薄层罩面散热快的问题，本发明提出了采用路面加热装备的预热操作，可保证大空隙薄层罩面与下承层黏结界面间的有效温度，保证黏结效果。
进一步优选的，将待施工路面加热至50～60℃。可提升大空隙薄层罩面与下承层的黏结效果，同时提高低温条件下大空隙沥青混合料摊铺、碾压的质量。
优选的，在摊铺或铺设防水黏结层前，对旧路面车辙大于1cm或有拥包、龟裂、唧浆病害的位置提前进行挖补处理，对旧路面渗水不良位置提前进行防水处理。
优选的，所述大空隙薄层罩面摊铺的具体操作为：将熨平板预热至120℃以上，摊铺温度不低于140℃；
优选的，当所述防水黏结层为乳化沥青时，采用黏层同步摊铺机与所述大空隙薄层罩面一起摊铺，所述改性乳化沥青喷洒量为0.5～1.0kg/m2。
优选的，碾压的具体操作为钢轮压路机在混合料摊铺后紧跟碾压，压实温度为130℃～165℃，静压3～6遍；表面温度为80～90℃时，采用胶轮压路机压实1～2遍；终压采用钢轮压路机静压1～2遍进行收面。
优选的，还包括成型后检测的步骤：
成型后检测：根据大空隙薄层罩面的特点和路面使用性能，结合我国沥青混凝土路面的国家验收标准进行检测，同时路面的渗水系数不低于3600mL/min；
铺设完成后开放交通：施工后可在路面冷却到50℃以下即开放交通，在环境温度25℃条件下，30～60min后开放交通，至此，大空隙薄层罩面的施工完成。
本发明具有如下有益效果：
1、针对大空隙薄层罩面散热快、难压实的特点，提供了合理有效的施工工艺，施工后罩面的主要技术指标和耐久性与密级配薄层罩面相当，极大促进了大空隙薄层罩面在公路预防性养护工程中的应用；
2、通过加铺大空隙超薄磨耗层，保持原有路面结构耐久性，进一步延长排水沥青路面养护周期，有效节约养护成本。
3、与普通密级配沥青路面相比，可以有效提高路面抗滑性能，提升雨天车辆行驶安全性，降低轮胎/路面噪音3dB以上，我国“安全、绿色、低碳、环保”的公路修筑及养护技术需求。
4、使用寿命末期可采用铣刨重铺或再生等方式进行处治，减少对原沥青路面结构的处理，节省全寿命周期养护成本，同时实现长寿命沥青路面的理念。
附图说明
图1为实施例1所述沿海高速公路PUC-10薄层罩面方案；
图2为实施例2所述盐靖高速公路PUC-5薄层罩面方案。
具体实施方式
下面以优选的实施例对本发明进一步说明。本领域技术人员应当知晓，以下实施例只用来说明本发明，而不用来限制本发明的范围。在不背离本发明精神和实质的情况下，对本方法方法、步骤或条件所作的修改或替换，均属于本发明的保护范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，不能理解为对本发明的限制。
若未特别指明，实施例中所用的技术手段为本领域技术人员所公知的常规手段。
实施例1
以江苏沿海高速公路排水沥青路面养护对本发明实施进行说明。改高速排水沥青路面通车已达13年，为了进一步提升路面雨天安全性能，铺筑PUC-10大空隙薄层罩面对排水沥青路面进行养护维修。路面改造技术方案如图1所示。PUC-10大空隙薄层罩面设计空隙率为20.0％，厚度为2.5cm。
PUC-10大空隙薄层罩面施工步骤如下：
1、施工前准备：准备玄武岩粗集料、石灰岩细集料、石灰岩矿粉、SBS改性沥青、高黏度添加剂、聚酯纤维、采用改性沥青及预裹覆碎石作为防水黏结层；其中，以质量计，高黏度添加剂添加量满足占改性沥青的8.7％，聚酯纤维添加量满足占制备成的混合料的1‰；
2、原路面病害处理：旧路面横向裂缝间距约为16m/条，实施段落采用整体铣刨原路面上面层，回填SUP-10沥青混合料的方法对原路面病害进行处理；
3、防水黏结层洒布：采用专用清扫设备清扫路面，采用沥青碎石同步洒布车进行防水黏结层洒布。同步洒布车匀速行驶，改性沥青防水黏结层洒布量控制在1.5kg/m2，撒布集料粒径为5～10mm的预裹覆碎石，预裹覆沥青碎石覆盖率为70％；
4、混合料拌和：采用4000型间歇式拌和楼，依据混合料配合比，确定集料、填料、改性沥青和高黏度添加剂的比例，标定和调整拌和机。PUC-10沥青混合料采用的生产工艺为：“集料+纤维”干拌16s，随后投放“沥青+HVA”拌和6s，随后投放矿粉拌和35s，整个循环周期60～65s。从混合料的整体外观来看，混合料拌和均匀性良好，未见花白料、纤维或细集料结团现象，也未见混合料离析现象。改性沥青加热温度设定为165℃，矿料温度200℃，混合料出厂温度如表1所示，平均值为180℃；
表1 PUC-10沥青混合料温度监测情况
5、混合料运输：运料车采取保温、防雨及防污染措施。运料车车厢壁面和底板涂薄层隔离剂。如表1所示，混合料运输到摊铺平均时长为1小时35分钟，混合料平均到场温度为179℃；
6、原路面预热：施工时气温为20℃左右，未对原路面进行预热；
7、混合料摊铺：PUC-10混合料摊铺采用1台固定式摊铺机(ABG8620)+2台伸缩式摊铺机(ABG325和DYNAPAC)完成PUC沥青混合料的摊铺作业，采用“非接触式”平衡梁控制平整度和摊铺厚度。将熨平板预热至120℃以上，摊铺过程中开动熨平板的夯锤。3台摊铺机梯队作业，其中1台固定式摊铺机在前摊铺第1车道，1台伸缩式摊铺机距中摊铺第2车道，1台伸缩式摊铺机在后摊铺第3、4车道。摊铺速度按照3.0m/min控制，摊铺温度按照不低于155℃控制，松铺系数按照1.25控制；
8、混合料碾压：PUC-10混合料碾压采用3台徐工121双钢轮压路机完成初压，2台徐工XP261胶轮压路机完成复压，1台宝马202双钢轮压路机完成终压。碾压工艺为：初压4遍+复压1遍+终压1遍。碾压温度控制原则为：初压紧跟摊铺机，复压温度低于90℃，终压紧跟复压。
9、成型后检测：
对所取试验段PUC-10沥青混合料的性能指标进行试验评价，结果如表2所示。路用性能试验结果表明，PUC-10沥青混合料路用性能指标均能满足设计要求。
表2 PUC-10沥青混合料路用性能试验结果
| 检测项目 | 单位 | 检测结果 | 技术要求(PAC-13) |
| 最大理论相对密度 | / | 2.632 | / |
| 空隙率(真空法) | ％ | 20.5 | 17～23 |
| 空隙率(体积法) | ％ | 22.5 | 18～25 |
| 马歇尔稳定度 | kN | 5.98 | ≮5 |
| 析漏损失 | ％ | 0.07 | ≯0.8 |
| 标准飞散损失 | ％ | 14.1 | ≯15 |
| 浸水飞散损失 | ％ | 19.0 | ≯20 |
| 残留稳定度 | ％ | 95.2 | ≮85 |
| 强度比 | ％ | 96.1 | ≮80 |
| 动稳定度 | 次/mm | 5376 | ≮5000 |
| 渗水系数 | ml/min | 7500 | ≮5000 |
PUC沥青路面厚度及压实度检测结果如表3所示。现场检测结果表明，生产当日PUC-10沥青路面的压实度满足设计要求。PUC型混合料渗水系数平均值为5595ml/min。
表3厚度及压实度检测结果
10、开放交通：施工后在路面冷却到50℃以下开放交通。
本实施例中，原路面为排水沥青路面，经过整体病害处治后，原路面不再保持排水功能，防水黏结层类型为改性沥青碎石层。
实施例2
以江苏盐靖高速公路排水沥青路面养护对本发明实施进行说明。为修复排水沥青路面局部飞散病害，铺筑PUC-5大空隙薄层罩面对排水沥青路面进行养护维修，并对该技术进行验证和总结。路面改造技术方案如图1所示。PUC-5大空隙薄层罩面设计空隙率为18.0％，厚度为1.2cm。
PUC-5大空隙薄层罩面施工步骤如下：
1、施工前准备：准备玄武岩粗集料、石灰岩细集料、石灰岩矿粉、SBS改性沥青、高黏度添加剂、聚酯纤维、采用高黏改性乳化沥作为防水黏结层；其中，以质量计，高黏度添加剂添加量满足占改性沥青的8.7％，聚酯纤维添加量满足占制备成的混合料的1‰；
2、原路面病害处理：原路面局部有轻度飞散和水损害坑槽，对局部坑槽进行挖补处理，回填PAC-13混合料。飞散病害由于程度较轻，主要依靠PUC-5薄层罩面进行修复；
3、防水黏结层洒布：采用黏层同步摊铺机洒布改性乳化沥青防水黏结层，因此不预先进行洒布；
4、混合料拌和：采用4000型间歇式拌和楼，依据混合料配合比，确定集料、填料、改性沥青和高黏度添加剂的比例，标定和调整拌和机。PUC-5沥青混合料采用的生产工艺为：“集料+纤维”干拌15s，随后投放“沥青+HVA”拌和6s，随后投放矿粉拌和35s，整个循环周期60～65s。改性沥青加热温度设定为165℃，矿料温度210℃，混合料出厂温度平均值为183℃；
5、混合料运输：运料车采取保温、防雨及防污染措施。运料车车厢壁面和底板涂薄层隔离剂。混合料运输到摊铺平均时长为2小时23分钟，混合料平均到场温度为180℃；
6、原路面预热：施工时气温为14℃左右，采用两台加热机分布对第一、第二车道进行加热。加热机行驶速度为3m/min，加热后路面温度为57℃；
7、混合料摊铺：PUC-5混合料摊铺采用1台黏层同步摊铺机完成PUC-5沥青混合料的摊铺和改性乳化沥青洒布作业。将熨平板预热至120℃以上，摊铺过程中开动熨平板的夯锤。摊铺速度按照2.5m/min控制，摊铺温度按照不低于155℃控制，松铺系数按照1.25控制，乳化沥青洒布量为0.5kg/m2；
8、混合料碾压：PUC-5混合料碾压采用2台双钢轮压路机完成初压，2台胶轮压路机完成复压，1双钢轮压路机完成终压。碾压工艺为：初压4遍+复压1遍+终压1遍。碾压温度控制原则为：初压紧跟摊铺机，复压温度低于90℃，终压紧跟复压。
9、成型后检测：
对所取试验段PUC-5路面性能指标进行试验评价，结果如表4所示。路用性能试验结果表明，PUC-5薄层罩面路用性能满足设计要求。
表4 PUC-5路表性能测试结果
10、开放交通：施工后在路面冷却到50℃以下开放交通。
本实施例中，原路面为排水沥青路面，原路面需保持排水功能，因此，防水黏结层类型为改性乳化沥青，为增强大空隙结构之间的黏结性，采用高黏度改性乳化沥青材料，技术要求如表5所示。
表5高黏乳化沥青技术要求
对比例1
本对比例与实施例1相比，其区别在于，混合料出厂的温度为200℃，其他操作与实施例1相同。
结果发现到场后沥青混合料出现较为明显的黏结力不足的状况，对现场混合料进行飞散试验测试，其肯塔堡飞散比例大于20％，超过设计要求的15％。因此，混合料予以废弃。
对比例2
本对比例与实施例1相比，其区别在于，混合料在摊铺的过程中控制温度为100℃，，其他操作与实施例1相同。
结果发现大空隙沥青混合料表面出现明显的离析带，且压实度不足，渗水系数不满足设计要求。因此予以返工处理。
对比例3
本对比例与实施例1相比，其区别在于，在摊铺前不对路面进行预热。
结果发现大空隙薄层罩面与下承层黏结强度不足，短期内出现局部表面薄层剥离的情况，严重影响路面使用寿命。
虽然，上文中已经用一般性说明、具体实施方式及试验，对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。
Claims (10)
1.一种大空隙薄层罩面的施工方法，其特征在于，依次包括如下步骤：大空隙薄层罩面和防水黏结层原料的准备、拌料、摊铺和碾压；拌料完成后至摊铺的过程中物料温度维持在140～195℃。
2.根据权利要求1所述的施工方法，其特征在于，所述大空隙薄层罩面和防水黏结层原料的准备包括：
准备所述大空隙薄层罩面的原料，包括粗集料、细集料、填料、改性沥青、高黏度改性沥青添加剂、聚酯纤维和玄武岩纤维；
优选的，以质量计，所述高黏度改性沥青添加剂的添加量占所述改性沥青的8.5～9.0％，所述聚酯纤维的添加质量占粗集料、细集料、填料、聚酯纤维和玄武岩纤维制备成的混合料的总质量的0.5～1‰，所述玄武岩纤维的添加质量占所述混合料总质量的1～3‰；
和/或，所述防水黏结层为沥青碎石封层或乳化沥青，所述沥青碎石封层的原料包括改性沥青和预裹覆碎石，所述预裹覆碎石的粒径为3～5mm或5～10mm；制备所述乳化沥青层的原料包括改性乳化沥青。
3.根据权利要求2所述的施工方法，其特征在于，所述防水黏结层为沥青碎石封层，所述大空隙薄层罩面和防水黏结层原料的准备完成后铺设所述防水黏结层；
优选的，铺设的具体操作为：清扫路面，采用沥青碎石同步洒布车进行防水黏结层洒布；所述改性沥青的洒布量控制在1.5～2.2kg/m2，预裹覆沥青碎石覆盖率不小于60％。
4.根据权利要求1所述的施工方法，其特征在于，所述拌料的具体操作为：
在集料搅拌器中，将所述聚酯纤维、玄武岩纤维、粗集料、细集料和填料同时投放，干拌时间不少于15s，得混合料；
在沥青搅拌器中，将所述高黏度改性沥青添加剂与所述改性沥青同时投放；
控制集料搅拌器中物料的温度为185～200℃，沥青搅拌器中物料的温度为160～175℃，最后将沥青搅拌器和集料搅拌器中的物料混合，混合料出厂温度170℃～185℃，若超过195℃则废弃。
5.根据权利要求1所述的施工方法，其特征在于，所述拌料完成后将高温物料运输到工地进行摊铺，运输到工地后温度不低于160℃，混合料从拌料完成到摊铺完成时间不得超过6h。
6.根据权利要求1所述的施工方法，其特征在于，当施工环境中的温度低于15℃时，在摊铺前还包括采用路面加热装备对待施工路面预加热的操作；优选的，将待施工路面加热至50～60℃。
7.根据权利要求1所述的施工方法，其特征在于，在摊铺或铺设防水黏结层前，对旧路面车辙大于1cm或有拥包、龟裂、唧浆病害的位置提前进行挖补处理，对旧路面渗水不良位置提前进行防水处理。
8.根据权利要求2所述的施工方法，其特征在于，所述大空隙薄层罩面摊铺的具体操作为：将熨平板预热至120℃以上，摊铺温度不低于140℃；
优选的，当所述防水黏结层为乳化沥青时，采用黏层同步摊铺机与所述大空隙薄层罩面一起摊铺，所述改性乳化沥青喷洒量为0.5～1.0kg/m2。
9.根据权利要求1所述的施工方法，其特征在于，碾压的具体操作为钢轮压路机在混合料摊铺后紧跟碾压，压实温度为130℃～165℃，静压3～6遍；表面温度为80～90℃时，采用胶轮压路机压实1～2遍；终压采用钢轮压路机静压1～2遍进行收面。
10.根据权利要求2所述的施工方法，其特征在于，用于密集配路面预防性养护时，防水黏结层类型为改性沥青碎石封层或乳化沥青；
用于排水沥青路面预防性养护时，如保持原排水沥青路面排水性能，防水黏结层类型为改性乳化沥青，改性乳化沥青喷洒量为0.5～0.6kg/m2；如不保持原排水沥青路面排水性能，防水黏结层类型为改性沥青碎石封层。
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