同步碎石封層技術(shù)和 SBS改性瀝青防水層

1、同步碎石封層技術(shù)和 SBS改性瀝青防水層的應(yīng)用研究謝祥根(湖南省交通科學(xué)研究院，湖南 長沙410015)摘 要：論述了聚合物 SBS改性瀝青防水層的特點(diǎn)，分析了同步碎石封層技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，結(jié)合實(shí)例介紹了采用同步碎石封層技術(shù)施工 SBS改性瀝青防水層的施工工藝和性能檢測，實(shí)踐表明 SBS改性瀝青防水層是一種性能優(yōu)良的防水層和抗裂結(jié)構(gòu)，同步碎石封層技術(shù)是一種施工簡單、迅速、性能良好的施工技術(shù)，二者結(jié)合能有效提高防水層 (下封層 )的防水、抗裂效果。關(guān)鍵詞： 同步碎石封層技術(shù) SBS改性瀝青 防水層目前，我國的瀝青路面基本上采用水泥穩(wěn)定碎石、二灰穩(wěn)定碎石等半剛性基層結(jié)構(gòu)。不論在施工過程中，還是在通車使用

2、過程中，溫縮、干縮、疲勞等原因引起半剛性基層的開裂是不可避免的。瀝青面層的低溫開裂、疲勞開裂、基層裂縫引起的反射開裂以及瀝青面層本身的空隙率，都是導(dǎo)致瀝青路面水損壞的重要因素。為防止雨水滲入到面層與基層的交界面上產(chǎn)生沖刷與唧漿損壞，保護(hù)基層，同時(shí)延緩或減少基層開裂引起的瀝青面層反射裂縫，國內(nèi)高速公路都在基層表面設(shè)置下封層 (或稱防水層 )。目前，我國高速公路路面結(jié)構(gòu)中常用的下封層 (防水層 )包括瀝青單層或雙層表面處治、細(xì)粒式或砂粒式瀝青混合料、乳化瀝青或改性乳化瀝青稀漿封層，但密水防水、抗裂效果均不太理想。近年又發(fā)展了改性瀝青防水層，其優(yōu)越的密水防水、抗裂性能得到了公路界的肯定和重視。但是，

3、我國的改性瀝青防水層基本采用 2套設(shè)備 1臺普通型或智能型瀝青灑布車和 1臺碎石撒布機(jī)來配合完成施工。同步碎石封層技術(shù)的發(fā)展和優(yōu)點(diǎn)為改性瀝青防水層的推廣應(yīng)用注入了新的動力。在常張高速公路和邵懷高速公路，我省首次采用同步碎石封層技術(shù)，首次開展 SBS改性瀝青防水層的應(yīng)用研究，對我省的高速公路瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和施工提供技術(shù)支持。1SBS改性瀝青防水層1.1 SBS改性瀝青防水層結(jié)構(gòu)在已噴灑透層的水泥穩(wěn)定碎石基層頂面，灑布用量約為 2.0kg/m2左右的聚合物 SBS改性瀝青，然后再在上面均勻撒布一層單一粒徑的碎石，碎石粒徑的大小應(yīng)與防水層上鋪筑的瀝青混凝土粒徑相匹配，其撒布面積為滿鋪的 6070，

4、然后用膠胎壓路機(jī)穩(wěn)壓 12遍成型。撒布單一粒徑碎石的目的是保護(hù)防水層在施工過程中不被運(yùn)料車等施工車輛輪胎和瀝青混合料攤鋪機(jī)履帶所破壞，防止改性瀝青被高溫氣候和熱瀝青混合料熔化后粘輪而影響施工。理論上，碎石之間是互不接觸的，當(dāng)攤鋪瀝青混合料時(shí)，高溫混合料進(jìn)入碎石間隙中，使改性瀝青膜受熱熔化，碾壓密實(shí)后，白碎石變成了瀝青碎石，并嵌入了該瀝青結(jié)構(gòu)層底部與其形成一個(gè)整體，并在結(jié)構(gòu)層底部形成 1.5cm左右的“富油層 ”，可有效起到防水層的作用。1.2SBS改性瀝青防水層的特點(diǎn)改性瀝青防水層采用 SBS改性瀝青，與普通瀝青(包括乳化瀝青、乳化改性瀝青和熱純?yōu)r青 )相比提高了防水層的高溫抗剪強(qiáng)度，改善了防

5、水層的低溫抗裂性與延緩反射裂縫上升的能力。在防水層上撒布單一粒徑的碎石，與其它防水層形式相比，在上層瀝青混凝土施工過程中經(jīng)過高溫碾壓，使防水層改性瀝青上浮，將單一粒徑的“白碎石 ”變成“黑碎石 ”并與上層瀝青混凝土融為一體，消除了面層與防水層之間的軟弱夾層，從而可進(jìn)一步提高面層的整體強(qiáng)度。因此，SBS改性瀝青防水層的主要特點(diǎn)有： 采用厚瀝青膜 (單位用量達(dá)到 2.0kg/m2左右 )，厚度達(dá) 2.0mm左右，防水效果好； 采用改性瀝青，延性 (彈性恢復(fù) )好，即使基層開裂也不會引起 2mm厚的改性瀝青防水層開裂； 厚瀝青膜可起到應(yīng)力吸收層的作用，可延緩基層收縮開裂所造成的反射裂縫； 可采用機(jī)械

6、化施工，施工速度快、質(zhì)量易控制； 防水層與其上瀝青面層形成一個(gè)整體，不會出現(xiàn)軟弱層； 采用改性瀝青，不會產(chǎn)生泛油的問題。1 同步碎石封層技術(shù)所謂同步碎石封層，就是用專用設(shè)備即同步碎石封層車及粘結(jié)材料在同一秒鐘內(nèi)同步鋪灑在路面上，通過輪胎壓路機(jī)碾壓形成單層瀝青碎石層。同步碎石封層可以使用不同類型的瀝青結(jié)合料： 軟化純?yōu)r青、聚合物改性瀝青、乳化瀝青、聚合物改性乳化瀝青、稀釋瀝青等。同步碎石封層技術(shù)和設(shè)備是由法國賽格瑪 SECMAIR公司發(fā)明的。該技術(shù)首先被法國公路總署采納，并應(yīng)用于整個(gè)法國及其它歐洲國家，美國，南、北美洲，俄羅斯，印度，非洲，澳洲等數(shù)十個(gè)國家和地區(qū)，已經(jīng)實(shí)施了成百上千萬平方米的同步

7、碎石封層。在 2002年，同步碎石封層設(shè)備和技術(shù)被引入中國。傳統(tǒng)的石屑封層技術(shù)，是先灑布瀝青結(jié)合料、然后撒布碎石，再碾壓成型。它是通過使用 2種不同的設(shè)備：一輛普通型或智能型瀝青灑布車，一輛碎石撒布機(jī)車來進(jìn)行。應(yīng)用傳統(tǒng)石屑封層技術(shù)，瀝青與骨料結(jié)合時(shí)，瀝青結(jié)合料的溫度已經(jīng)降到很低，碎石落入瀝青結(jié)合料的接觸面角為負(fù)角，接觸面小，瀝青結(jié)合料與骨料的結(jié)合性差，容易引起骨料 (碎石 )流失。同步碎石封層的工作原理是利用專門的施工設(shè)備 同步碎石封層機(jī)，將高溫瀝青 (噴灑時(shí)熱改性瀝青的溫度應(yīng)達(dá) 170以上 )與潔凈干燥的均勻石料幾乎同時(shí) (1s內(nèi))噴灑在路面上，保證瀝青與石料在最短的時(shí)間內(nèi)完成結(jié)合，并在外荷

8、載作用下不斷形成強(qiáng)度，見圖 1。骨料攤鋪停止時(shí)，瀝青結(jié)合料的攤鋪?zhàn)詣油Ｖ?，不存在等待骨料的瀝青結(jié)合層。結(jié)合時(shí)，噴灑溫度為 170的聚合物改性瀝青，結(jié)合時(shí)溫度也可保證在 165以上，瀝青結(jié)合料的流動性仍很好，由于流體瀝青的表面張力，使熱瀝青沿石料表面向上爬升，爬升高度約為石料高度的 2/3，并在石料的表面形成一個(gè)半月面，使石料被瀝青裹覆的面積達(dá)約 70，保證了瀝青與石料有足夠的結(jié)合強(qiáng)度。同時(shí)，瀝青的毛吸引力可以產(chǎn)生一個(gè)凹面，流動性很好的瀝青進(jìn)入骨料表面的微觀紋理中，該凹面與骨料間好似鑲嵌珠寶，因此不會有骨料流失。同步碎石封層是低能量瀝青結(jié)合料順利滲入基層表面微裂縫的技術(shù)，起著很好的封縫作用。3S

9、BS改性瀝青防水層的應(yīng)用2005年，我省在常張高速公路 k67+125k68+031右幅的水泥穩(wěn)定碎石基層頂面，采用賽格瑪30通用型同步碎石封層車，首次施工了SBS改性瀝青防水層試驗(yàn)段，在密水防水、抗裂防裂等方面取得了明顯效果。2006年，邵懷高速公路瀝青路面路段的水泥穩(wěn)定碎石基層頂面全部采用 SBS改性瀝青防水層 (共計(jì) 1458 099m2 )，并且全部采用賽格瑪同步碎石封層車施工，首次在我省大規(guī)模推廣應(yīng)用同步碎石封層技術(shù)和 SBS改性瀝青防水層的應(yīng)用研究。3.1 機(jī)械設(shè)備采用同步碎石封層技術(shù)施工 SBS改性瀝青防水層，需要以下機(jī)械設(shè)備：1) 同步碎石封層車 1臺。雖然我國已有廠家生產(chǎn)出同

10、步碎石封層車，但都是利用法國賽格瑪同步碎石封層車的技術(shù)進(jìn)行研制生產(chǎn)的。我省都是利用進(jìn)口的賽格瑪同步碎石封層車，常張高速公路試驗(yàn)段采用 40通用型，邵懷高速公路采用 40通用型(39、40合同段 )和 41通用型 (37、41合同段 )。賽格瑪 (SECMAIR)同步碎石封層車的主要技術(shù)參數(shù)見表 1。2) 50型裝載機(jī) 1臺。主要是給封層車裝碎石用。3) 1620 t膠輪壓路機(jī) 12臺。4) 2540 t瀝青高溫罐罐車 1臺。5) 15t以上碎石運(yùn)料車，具體數(shù)量根據(jù)運(yùn)距確定。6) 必要時(shí)，需石料 (加工 ) 清洗設(shè)備 1臺。7) 必要時(shí)，6000L以上灑水車 1臺。8) 其它小型設(shè)備及現(xiàn)場試驗(yàn)設(shè)

11、備。3.2瀝青材料常張高速公路試驗(yàn)段采用湖北科氏公司生產(chǎn)的成品 SBS改性瀝青，其技術(shù)要求與邵懷高速公路相同。邵懷高速公路采用現(xiàn)場改性，基質(zhì)瀝青采用中海 36 - 1泰州 70號 A級瀝青，其性能指標(biāo)檢測結(jié)果見表2，采用韓國進(jìn)口或岳陽巴林石化國產(chǎn)的星型SBS改性劑，改性瀝青的性能指標(biāo)檢測結(jié)果見表3。SBS改性瀝青封層的瀝青用量為 2.0kg/m2。3.3 集料集料采用粒徑為 13.219mm的石灰?guī)r單粒徑碎石，它應(yīng)潔凈、干燥、無風(fēng)化、無雜質(zhì)，具有良好的顆粒形狀。常張高速公路采用 AC-25瀝青下面層碎石的 13.226.5mm的石灰?guī)r單粒徑碎石。邵懷高速公路 AC 25瀝青下面層碎石分 5級備

12、料：1926.5mm、13.219mm、4.7513.2 mm、2.364.75mm、02.36mm，2.36mm以上的碎石采用水洗設(shè)備清洗干凈，下封層 (防水層 )采用水洗過的下面層 13.219mm單粒徑碎石，性能指標(biāo)檢測結(jié)果見表 4。石灰石單粒徑碎石的用量為滿鋪面積的 6070之間。3.4施工工藝SBS改性瀝青防水層施工順序： 準(zhǔn)備工作上料、攤鋪碾壓養(yǎng)護(hù)質(zhì)量檢測。1) 準(zhǔn)備工作。施工前，對已噴灑透層的基層頂面進(jìn)行檢查，有破損地方應(yīng)進(jìn)行修補(bǔ)；若有其他污染或雜物應(yīng)進(jìn)行沖洗或清掃，當(dāng)用水沖洗時(shí)，應(yīng)等水分蒸發(fā)表面完全干燥后才可進(jìn)行改性瀝青封層的施工。對路緣石等兩旁結(jié)構(gòu)物或設(shè)施采取覆蓋措施，以防改

13、性瀝青噴灑飛濺污染結(jié)構(gòu)物。確定單位面積碎石撒布量。為了保證施工時(shí)碎石能夠均勻地滿布在原路面上，防止出現(xiàn)“缺料露油 ”現(xiàn)象，要事先確定封層單位面積所用碎石的數(shù)量。此項(xiàng)量測用儀器為一帶有刻度的容量盒，將施工用碎石按 6070均勻、不重疊地?cái)[鋪在盒底面上，然后把盒豎立，使碎石堆集在一側(cè)，通過讀取盒蓋上的數(shù)據(jù)，計(jì)算出單位面積上所用石料的體積及質(zhì)量。試驗(yàn)結(jié)果表明，邵懷高速公路的 SBS改性瀝青防水層的碎石撒布量為 810kg/m2 。2) 上料、攤鋪。在施工現(xiàn)場，采用輪式裝載機(jī)向同步碎石封層車的骨料斗裝載 13.219mm單粒徑石灰石碎石，從瀝青高溫罐車泵吸高溫改性瀝青 (180左右 )到同步碎石封層車

14、瀝青儲罐內(nèi)。為防止高溫瀝青罐車的輸油管閥門滴漏瀝青，應(yīng)采用鐵質(zhì)容器接受滴漏瀝青。將裝好料的同步碎石封層車開至施工起點(diǎn)，操作手調(diào)整好各個(gè)系統(tǒng)的工作參數(shù)；然后指揮駕駛員沿預(yù)先設(shè)置的控制線起步，行駛速度應(yīng)控制在 58km/h左右。打開各料門控制開關(guān)，使瀝青噴出，同時(shí)撒布均勻碎石。改性瀝青灑布量的參數(shù) 2.0kg/m2一旦設(shè)定，同步碎石封層車的控制系統(tǒng)就會根據(jù)車速自動調(diào)節(jié)瀝青流量，使灑布量控制在 2.0kg/m2，誤差控制在±5以內(nèi)。碎石撒布量應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場試驗(yàn)檢測，通過控制車速確定。施工時(shí)，應(yīng)注意幾點(diǎn)： 為保證霧狀噴灑而形成均勻、等厚度的瀝青膜，必須保證 SBS改性瀝青灑布溫度在 170以上。

15、 灑布 SBS改性瀝青封層的施工氣溫不應(yīng)低于 15，大風(fēng)、濃霧或下雨天不得施工。 噴油嘴高度不同瀝青膜厚度不同 (各個(gè)噴嘴噴出的扇形霧狀瀝青重疊情況不同 )，通過調(diào)整噴嘴高度使得瀝青膜厚度適宜和均勻。 碎石封層車應(yīng)以適宜的速度勻速行駛，在此前提下石料和粘結(jié)料兩者的撒布率必須匹配。 改性瀝青與碎石灑布后，應(yīng)立即進(jìn)行人工修補(bǔ)或補(bǔ)撒，修補(bǔ)的重點(diǎn)是起點(diǎn)、終點(diǎn)、縱向接縫、過厚、過薄或不平處。 派專人手拿竹掃帚緊跟同步碎石封層車后邊，及時(shí)把彈出攤鋪寬度 (即瀝青灑布寬度 )外的碎石掃到攤鋪寬度內(nèi)；或加工擋板防止碎石彈出攤鋪寬度。 當(dāng)同步碎石封層車上任何一種料用完時(shí)，應(yīng)立即關(guān)閉所有材料輸送的控制開關(guān)。查對材

16、料剩余量，校核拌和準(zhǔn)確性。3) 碾壓。剛灑布的防水層不能立即碾壓，否則高溫改性瀝青會粘附膠輪壓路機(jī)的輪胎并粘走碎石。當(dāng) SBS改性瀝青溫度降至 100左右時(shí)，采用膠輪壓路機(jī)穩(wěn)壓 1個(gè)來回，控制行駛速度在 58km/h，使碎石壓入改性瀝青之中且粘結(jié)牢固。4) 養(yǎng)護(hù)。封層鋪筑后，嚴(yán)禁施工車輛急剎車和掉頭。應(yīng)封閉交通，SBS改性瀝青封層的施工與下面層的施工緊密銜接，緊接著施工瀝青下面層。攤鋪完下面層后方可開放交通。經(jīng)膠輪壓路機(jī)穩(wěn)壓形成的防水層表面，碎石和瀝青的粘結(jié)非常牢固，改性瀝青的延性 (彈性恢復(fù) )大，發(fā)揮應(yīng)力吸收層作用，能有效延緩和減少基層裂縫在面層上的反射裂縫。5) 現(xiàn)場質(zhì)量檢測。外觀檢測

17、改性瀝青封層的改性瀝青灑布：SBS應(yīng)均勻無漏灑和油層過厚現(xiàn)象。改性瀝青封，SBS層的單粒徑碎石撒布應(yīng)均勻 不重不漏。灑布量檢測分總量檢測和單點(diǎn)檢測。前者控：制施工路段的總體灑布量，對碎石和瀝青過磅稱重，根據(jù)灑布路段的長度和寬度計(jì)算灑布面積，然后計(jì)算施工路段的總體灑布量。后者控制單點(diǎn)灑布量和均勻性，檢驗(yàn)項(xiàng)目與檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)見表5。 單點(diǎn)檢測采用擺盤子法： 用鋼卷尺測量方盤 (搪瓷盤 )的上口面積，準(zhǔn)確至 0.1cm2，稱取方盤的質(zhì)量準(zhǔn)確至1g；在灑布正常路段隨機(jī)選擇測點(diǎn)，在灑布寬度內(nèi)擺放 3個(gè)方盤，但應(yīng)躲開封層車車輪軌跡，3個(gè)方盤間距 35m，該處的測點(diǎn)樁號以中間方盤的位置表示；同步碎石封層車按正常施

18、工速度和灑布方法施工；將已經(jīng)接受樣品的方盤取走，及時(shí)對空白處補(bǔ)灑瀝青和碎石，稱取方盤和瀝青、碎石的重質(zhì)量，準(zhǔn)確至 1g；計(jì)算方盤內(nèi)瀝青和碎石的質(zhì)量；用鑷子等工具取出碎石，用三氯乙烯浸泡溶解瀝青，干燥碎石并稱重，計(jì)算方盤內(nèi)碎石和瀝青的質(zhì)量；計(jì)算單位面積灑布量，計(jì)算 3平行試驗(yàn)的平均值 (kg/m2)。檢測結(jié)果表明，同步碎石封層車的瀝青灑布量比較穩(wěn)定，不受車速影響。碎石撒布量受車速影響比較大，要求駕駛員保持一定車速勻速行駛。4 結(jié) 語聚合物 SBS改性瀝青防水層，提高了防水層的高溫抗剪強(qiáng)度，改善了防水層的低溫抗裂性與延緩反射裂縫上升的能力，對保護(hù)基層免受沖刷破壞和13瀝青面層早期損壞具有非?，F(xiàn)實(shí)的重要意義。同步碎石封層技術(shù)將高溫改性瀝青與潔凈干燥的均勻石料幾乎同時(shí) (1s內(nèi) )噴灑在路面上，保證瀝青與石料在最短的時(shí)間內(nèi)完成結(jié)合，保證了瀝青與石料有足夠的結(jié)合強(qiáng)度。同時(shí)，同步碎石封層