乳化沥青稀浆封层技术及施工工艺

乳化沥青稀浆封层技术及施工工艺一、乳化沥青稀浆封层的作用和使用范围稀浆封层是将适当级配的骨料、填料、乳化沥青、水、添加剂等几种原材料，按一定比例掺配 拌和，制成均匀的稀浆混合料，并按要求的厚度和宽度摊铺在路面上。稀浆封层施工无论是对低等 级道路或高等级道路，无论是对城市道路或郊区道路，都可以产生显著的经济效益和社会效益。稀 浆封层可以使磨损、老化、裂缝、光滑、松散等病害，迅速得到修复，起到防水、防滑、平整、耐 磨等作用。乳化沥青稀浆封层施工技术在我国还是一项新技术，在目前主要用于以下几个方面：1、旧沥青路面的维修养护沥青路面由于长期暴露在自然环境下，受到日晒、风吹、雨淋和冻融的作用，同时还要承受车 辆的重复载荷作用。路面经过一段时期的使用后，会出现疲劳，路面会呈现开裂、松散、老化和磨 损等现象。如不及时维修处理，破损路面受地表水的侵蚀，将使基层软弹，路面的整体强度下降， 导致路面的破坏。如果沥青路面在没有破坏前就采取必要的预防性养护措施一一乳化沥青稀浆封 层，将会使旧路面焕然一新，并使维修后的路面具有防水、抗滑、耐磨等特点，是一种优良的保护 层，起到了延长路面使用寿命的作用。2、新铺沥青路面的封层在新铺筑的粗粒式沥青混凝土路面上，为了增加路面的防水和磨耗性能，可在该路面上加铺一 层乳化沥青稀浆封层保护层。其厚度为5mm，仅为热沥青砂厚度的一半，可以节省资金，并具有施 工简便和工效高的特点。用于高速公路下封层。高速公路稳定土层施工完后，进行稀浆封层施工，再铺热沥青面层，能 有效提高路面的防水性能。二、稀浆封层具有良好的经济和社会效益1、稀浆封层具有良好的经济效益研究结果表明：用稀浆封层作有计划预防性养护路面的费用， 比不保养使用20年再重建的费用要低63%，比每10年加铺一次的费用要低55%，而且路面性能要 好的多。2、减少环境污染，改善施工条件稀浆封层施工从装料、配比、拌和、摊铺自始至终始终在常 温条件下操作，乳化沥青和砂石料都不需加热，没有繁重的体力劳动，完全由机械自动操作，减轻 劳动强度，显著降低有害物质排放。3、节约能源用热沥青修路，一般沥青应加热到165170C，倒运需要重新加热，拌制混合 料用的大量砂石也必须烘干后加热至160C。而用乳化沥青修路，只需在生产乳化沥青时将沥青加 热到130C，以后无论倒运多次或保存多久都不需加热。拌混合料用的骨料，即使在潮湿状态下， 也可拌制，不需烘干加热。据资料统计，用乳化沥青修路比用热沥青节约能源在50%以上。4、延长施工季节乳化沥青稀浆封层在地表温度为10C以上时，即可进行施工，比一般热沥青 可延长24个月施工时间。并可在下雨后立即施工，减少雨后的停工费用，以提前完成施工任务， 有利于沥青路面的及时养护，制止病害的加剧与扩大。目前，我国现有的大量沥青路面和水泥路面，随着经济的发展，交通量的增加，大部分都处于 超负荷与超期服务状态，急需进行大中修或维修养护。当前迫切需要加快养护速度，提高养护质量， 降低养护成本的施工方法。经过实践证明，稀浆封层是适合于我国公路预防性养护最佳的施工方法。三、乳化沥青稀浆封层所使用的机械设备稀浆封层所使用的设备主要有沥青乳化设备和乳化沥青稀浆封层机。沥青乳化设备是经过机械的作用，将沥青剪切成微小的颗粒悬浮在乳化剂水溶液中，形成水包 油状的乳状液。主要由5部分组成：沥青配制系统、乳化剂水溶液掺配系统、沥青乳化机、计量控 制装置和电气系统、沥青乳液储存系统。乳化沥青稀浆封层机是将适宜级配的骨料、填料、乳化沥青、和水等几种原材料，按一定比例 掺配、拌和，制成均匀的稀浆混合料，并按要求厚度摊铺在路面上的机械。其工作过程是在封层机 械行走中，连续的进行配料、拌和、摊铺。主要由以下系统组成：汽车底盘、作业动力系统、矿料 给料系统、沥青供料系统、供水系统、填料供料系统、添加剂系统、拌和系统、摊铺系统。四、乳化沥青稀浆封层的特点1、防水：稀浆混合料的骨料粒径较细，并且具有一定的级配，乳化沥青稀浆混合料成型后， 它能与路面牢固地粘附在一起，形成一层密实的表层，防止雨水或雪水渗入基层。2、防滑：由于乳化沥青稀浆混合料摊铺层较薄，并且其级配中的粗料分布均匀，如果沥青用 量合适，不会产生泛油现象，路面具有良好的粗糙度，磨擦系数明显增加，抗滑性能好。3、耐磨耗：由于阳离子乳化沥青对酸、碱性骨料都有具有良好的粘附性，因此稀浆混合料可 选用坚硬耐磨的优质矿料，因而可得到很好的耐磨性，延长路面的使用寿命。4、填充作用：乳化沥青稀浆混合料中有较多的水份，拌合后呈稀浆状态，具有良好的流动性， 这种稀浆有填充和调平作用。对路面的细小裂缝和路面松散脱落造成的路面不平，可用稀浆封层处 治，改善路面的平整度。5、施工成本低：相对于热料摊铺方法而言，由于是常温施工，无需加热，而且施工速度快， 节省人力、物力、财力，经济性好。6、不足：稀浆封层不能补救由于路基强度和稳定性不佳而引起的路面开裂和变形，也不能改 善沥青路面因用油过多而起的泛油，稀浆封层还需要早期养护，对原材料的适配性要求较高，对于 不能封闭交通的路段，不能提供原材料的情况，不宜采用稀浆封层施工。五、室内试验（一）材料质量要符合要求1、骨料级配骨料在稀浆封层混合料中起骨架作用，其中最大粒径骨料影响封层厚度。为保证稀浆混合料的密实性、粘结力、耐久性和摊铺时的和易性，必须有一定数量的细粉料。若细粉料过 少，稀浆施工拌合摊铺时会出现离析，骨料沉淀不易摊铺，降低封层的密实度，影响热稳定性及强 度；粉料过多，必然加大沥青用量，降低沥青混合料的稳定性，若沥青用量不足又会增加沥青混合 料的脆性，降低封层使用的耐久性。为保证稀浆混合料使用质量，骨料级配应符合国际稀浆封层 协会推荐的沥青稀浆封层混合料骨料级配要求。2、沥青乳液。乳化沥青是沥青稀浆中主要成分，在混合料中起粘结作用，它的性质对骨料的 裹覆粘结力及破乳成型时间有直接影响，关系到稀浆封层使用耐久性及铺后开放交通时间的长短， 因此乳化沥青的技术性能，要符合沥青乳液检验项目及标准规定要求。3、填料水泥。水泥用作稀浆填料有以下作用：调解破乳时间，对于EM76和C450乳化剂 来说加水泥对C450是延长破乳时间，对EM76是缩短破乳时间；提高沥青和骨料的粘结力； 调解骨料级配，改善混合料的和易性。4、水。水在稀浆混合料中主要起稀释作用，用改变加水量来保证稀浆混合料要求的稠度，保 证良好的摊铺状态，不得出现稀浆离析流淌现象，否则会影响封层质量。（二）稀浆混合料配比设计稀浆封层在使用前必须进行必要的实验，从而确定骨料、乳液、填料、水、矿粉及缓凝剂的最 佳用量，保证封层有足够的强度、耐磨性和固化时间，使稀浆封层有较强的粘结力与原路面连接成 为一体。1、初凝时间确定。用“纸墨迹法”测定稀浆达到初凝所需时间，将稠度符合要求的混合料，倒 在259mm的油毡上，摊铺6mm厚的薄层，在温度25C1C，相对湿度50C5%的环境中，用一 纸巾轻轻按压，每15分钟一次。如果在潮湿的纸上不见褐色斑点，说明稀浆已达到初凝时间。我 们用的进口慢裂快凝乳化剂做的实验，初凝时间一般为15分钟。2、稠度试验。该试验确定稀浆混合料的适宜加水量，保证混合料和易性。3、粘聚力实验。该试验是确定稀浆混合料的初凝时间和开放交通时间。4、湿轮磨耗和负荷车轮实验。确定沥青乳液用量，湿轮磨耗和负荷车轮是检验稀浆混合料质 量的重要指标。沥青乳液是稀浆混合料中主要成分，用它来均匀裹覆骨料，起粘结作用，乳液用量 不足，封层表面干涩，粘结力降低，易于松散干裂，降低耐磨性能，缩短封层寿命；用量过多，封 层表面光滑，降低粗糙度和热稳定性，影响行车安全。因此封层前，采用室内“湿轮磨耗实验和负 荷车轮实验”确定沥青最佳用量。稀浆封层的乳化沥青品种按公路沥青路面施工及时规范表4.3.1乳化沥青品种及适用范围分类品种及代号适用范围阳离子乳化沥青PC_1表处、贯入式路面及下封层用PC_1透层油及基层养生用PC_1粘层油用BC_1稀浆封层或冷拌沥青混合料用阴离子乳化沥青PA_1表处、贯入式路面及下封层用PA_2透层油及基层养生用PA_3粘层油用BA_1稀浆封层或冷拌沥青混合料用非离子乳化沥青PN_2透层油用BN-1与水泥稳定集料同时使用（基层路拌或再生）乳化沥青的质量应符合表4.3.2的规定。在高温条件下宜采用粘度较大的乳化沥青，寒冷条件 下宜使用粘度较小的乳化沥青。表4.3.2道路用乳化沥青技术要求试验项目单位品种及代号试验方法阳离子阴离子非离子喷洒用拌合 用喷洒用拌合 用喷洒 用拌合 用PC-1PC-2PC-3BC-1PA-1PA-2PA-3BA-1PN-2BN-1破乳速度快裂慢裂快裂或中裂慢裂或中裂快裂慢裂快裂或中裂慢裂或中裂慢裂慢裂T0658粒子电荷阳离子（+ ）阴离子（一）非离子T0653试验项目单位品种及代号试验方法阳离子阴离子非离子喷洒用拌合 用喷洒用拌合 用喷洒 用拌合 用PC-1PC-2PC-3BC-1PA-1PA-2PA-3BA-1PN-2BN-1筛上残留物(1.18mm 筛)，不大于%0.10.10.1T0652粘度恩格拉粘度计e252-101-61-62-302-101-61-62-301-62-30T0622道路标准粘 度计C25 3s10-258-208-2010-6010-258-208-2010-608-2010-60T0621蒸 八、 发 残 留物残留分含量，不小于%50505055505050555055T0651溶解度，不小 于%97.597.597.5T0607针入度(25C)0.1mm50-20050-30045-15050-20050-30045-15050-30060-300T0604延度(15C)，不小于cm404040T0605与粗集料的粘附性，裹附面积，不小于2/32/32/3T0654与粗、细粒式集料拌 和试验均匀均匀T0659水泥拌和试验的筛 上剩余，不大于%3T0657常温储存温定性：1d，不大于5d，不大于%151515T0655注：1.P为喷洒型，B为拌和型，C、A、N分别表示阳离子、阴离子、非离子乳化沥青。2.粘度可选用恩格拉粘度计或沥青标准粘度计之一测定。3. 表中的破乳速度与集料的粘附性、拌和试验的要求、所使用的石料品种有关，质量检验时应采用工程上实际 的石料进行试验，仅进行乳化沥青产品质量评定时可不要求此三项指标。4. 储存稳定性根据施工实际情况选用试验时间，通常采用5d，乳液生产后能在当天使用时也可用1d的稳定性。5. 当乳化沥青需要在低温冰冻条件下储存或使用时，尚需按T0656进行一5C低温储存稳定性试验，要求没有 粗颗粒、不结块。6. 如果乳化沥青是将高浓度产品运到现场经稀释后使用时，表中的蒸发残留物等各项指标指稀释前乳化沥青的 要求。乳化沥青类型根据集料品种及使用条件选择。阳离子乳化沥青可适用于各种集料品种，阴离子乳化沥青适用于碱性石料。乳化沥青的破乳速度、粘度宜根据用途与施工方法选择。制备乳化沥青用的基质沥青，对高速公路和一级公路可采用A、B级沥青的要求，其他情况可采用C级沥青。乳化沥青宜储存在立式罐中，并保持适当搅拌。储存期以不离析、不冻结、不破乳为度。稀浆封层的矿料级配按公路沥青路面施工及时规范表6.5.5稀浆封层的矿料级配筛孔尺寸（mm）不同类型通过的百分率（）稀浆封层ES_1 型ES_2 型ES_3 型9.51001004.7510095-10070-902.3690-10065-9045-701.1860-9045-7028-500.640-6530-5019-340.325-4218-3012-250.1515-3010-2117-180.07510-205-155-15一层的适宜厚度（mm）2.5-34-78-10沥青混合料用机制砂或石屑的规格规格公称粒径（mm）水洗法通过各筛孔的质量百分率（）9.54.752.361.180.60.30.150.075S150_510090-10060-9040-7520-557-402-200-10S130_3-10080-10050-8025-608-450-250-15稀浆封层和微表处的混合料中乳化沥青及改性乳化沥青的用量应通过配合比设计确定。混合料 的质量应符合下表的技术要求。表6.5.6稀浆封层和微表处混合料技术要求项目单位微表处稀浆封层试验方法可拌和时间S120手工拌和稠度cm23T0751项目单位微表处稀浆封层试验方法粘聚力试验30min (初凝时间)60min (开放交通时间N mN mN1.2N2.0(仅适用于快开放 交通的稀浆封层) N1.2N2.0T0754负荷轮碾压试验(LWT)粘附砂量轮迹宽度变化率g/m2%4505(仅适用于重交通 道路表层时) 450一T0755湿轮磨耗试验的磨耗值(WTAT)浸水1h浸水6dg/m2g/m2540800800一T0752注：负荷轮碾压试验(LWT)的宽度变化率适用于需要修补车辙的情况。稀浆封层和微表处混合料的配合比设计按下列步骤进行：(1)根据选择的级配类型，按表6.5.5确定矿料的级配范围。计算各种集料的配合比例，使合成 级配在要求的级配范围内。(2 )根据以往的经验初选乳化沥青、填料、水和外加剂用量，进行拌和试验和粘聚力试验。可 拌和时间的试验温度应考虑最高施工温度，粘聚力试验的温度应考虑施工中可能遇到的最低温度。(3) 根据上述试验结果和稀浆混合料的外观状态，选择1-3个认为合理的混合料配方，按表6.5.6 规定试验稀浆混合料的性能，如不符要求，适当调整各种材料的配合比例再试验，直至符合要求为 止。(4) 当设计人员经验不足时，可将初选的1-3个混合料配方分别变化不同的沥青用量(沥青用量 一般在6.0%8.5%之间)，按照表6.5.6的要求重复试验，并分别将不同沥青用量的1h湿轮磨耗值 及砂粘附量绘制成图6.5.7的关系曲线。以磨耗值接近表6.5.6中要求的沥青用量作为最小沥青用量 Pbmin，砂粘附量接近表6.5.6中要求的沥青用量为最大沥青用量Pbmax，得出沥青用量的可选择范围沥青用量()(5) 根据经验在沥青用量的可选范围内选择适宜的沥青用量。对微表处混合料，以所选择的沥青用量检验混合料的浸水6d湿轮磨耗指标，用于车辙填充的增加检验负荷车轮试验的宽度变化率 指标，不符要求时调整沥青用量重新试验，直至符合要求为止。(6 )根据以往经验及配合比设计试验结果，在充分考虑气候及交通特点的基础上综合确定混合 料配方。稀浆封层和微表处施工前，应彻底清除原路面得泥土、杂物、修补坑槽、凹陷，较宽的裂缝宜 清理灌缝。在水泥混凝土路面上铺筑微表处时宜洒布粘层油，过于光滑的表面需拉毛处理。稀浆封层和微表处的最低施工温度不得低于10C，严禁在雨天施工，摊铺后尚未成型混合料 遇雨时应予铲除。稀浆封层和微表处两幅纵缝搭接的宽度不宜超过80mm，横向接缝宜做成对接缝。分两层摊铺 时，第一层摊铺后至少应开放交通24h后方可进行第二层摊铺。稀浆封层和微表处铺筑后的表面不得有超粒径径料拖拉的严重划痕，横向接缝和纵向接缝处不 得出现余料堆积或缺料现象，用3m直尺测量接缝处的不平整度不得大于6mm。对微表处不得有横 向波浪和深度超过6mm的纵向条纹。经养生和初期交通碾压稳定的稀浆封层和微表处，在行车作 用下应不飞散且完全密水。