同步碎石封层试验分析
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摘要：同步碎石封层优越性较多,经济效益较好,主要的优点表现为较高的抗滑、耐磨和防水功能，而且本身的寿命较长，耗能较小。本文从试验的角度全面地分析了同步碎石封层，研究了同步碎石封层技术本身的适用性和实际的养护路面的效果。关键词:同步碎石封层；试验分析
Abstract: The synchronous surface dressing advantage more, and the economic benefit is good, the main advantages of high performance for sliding, wear resistance and waterproof function, and longer life expectancy of itself, less energy consumption. This paper, from the Angle of the test of comprehensive analysis synchronous surface dressing, studies the synchronous surface dressing technology itself the applicability and practical maintenance of the road surface effect.
Keywords: synchronous surface dressing; Test analysis
中图分类号：O212.6 文献标识码：A文章编号：
同步碎石封层，这种技术指的是借助于专用设备（同步碎石封层车），同步铺洒达到要求的碎石和粘结材料（比如改性热沥青）到路面之上，借助于胶轮压路机将其压实。这种技术比较适合的对象为交通量不大的或者对速度要求不高的道路，不推荐较大交通量的道路使用，因为如果石料发生松动，就可能会将汽车的挡风玻璃打碎，出现安全事故；使用同步碎石封层要求基层和路面的状况都要良好，另外，在施工的时候，对天气也有一定的要求，合适的施工气候为温暖、有太阳、湿度较低，温度最好要在15度之上，相对湿度在75%之下。为了对同步碎石封层本身养护路面的性能进行验证，下文选择长度为500米的路段进行试验。该路段是一级公路，日均3500辆的车，具体的桩号是K22+600～K23+100。
1选择与检测原材料
主要的同步碎石封层原材料有碎石和粘结两种原料，在选择使用原料的时候，需要密切的考虑路面、交通、气候、公路等级等多种不同的因素。对于同步碎石封层而言，原材料发挥着至关重要的影响，它决定了最终的施工质量，所以对原材料进行选择和监测的时候，需要严格认真仔细。选材料的选择一定要符合具体的施工要求，与施工环境相契合，在对原材料进行选择和监测的时候的，必须要考虑适用的具体条件。因路面的不同，因气候的不同，因交通的不同进行不同的选择和取舍。
1.1粘结料
粘结料在同步碎石封层中发挥着至关重要的作用，在它的粘连之下，碎石形成整体，对行车进行共同抵抗。如果粘结料的性能达不到要求，就会出现脱落和石料大量的损失，导致同步碎石封层施工失败。通常为了提高和增强粘结力，会选择粘结性较强的原料。试验路段选择使用的为SBSI-C型改性热沥青，其技术要求与检测结果见表1。在施工的时候，分两层进行喷洒，下层每平方米使用1.0～1.2公斤，上层每平方米使用0.3～0.5公斤，施工过程中，选择160度的加热温度。高性能的粘结料，匹配上科学合理的施工技术，可以达到更好的施工效果，实现施工的目的。
表1SBSI-C型改性沥青的技术要求与检测结果
编号技术指标技术要求[2] 检测结果
1针入度25℃，l00g，5g(0.lmm) ≥60 68
2针入度指数PL≥-0.2 -
3延度5℃，5cm/min(cm)≥30 43
4软化点TR&B(℃)≥55 82
5运动粘度135℃(pa.s) ≤32.3
6闪点(℃)≥230310
7溶解度(%) ≥99 99.9
1.2石料
对于同步碎石封层而言，一个重要的组成为石料，石料可以很好的承受荷载，让行车更好的抗滑，所以石料的选择一定要材质优良。同步碎石封层选用的碎石一般为在锤击破碎或反击破碎之下获得的碎石，不能含有石粉、杂质，压碎感要在14%左右，但是对酸碱性没有任何特别的要求。常规选择的为辉绿岩，其价格低廉，而且性能良好。其技术要求与检测结果见表2。在级配方面，对石料也无特殊要求，但是对规格要求比较严格，试验路段选择的石料规格为2～4毫米和6～10毫米，分两层进行具体的摊铺。
表2同步碎石封层用石料的技术要求与检测结果
编号技术指标技术要求[3] 检测结果
1 压碎值(%) ≤148.3
2洛杉矶磨耗损失(%)≤305.2
3破碎面、几何形状 4个破碎面以上、近似立方体 大部分具有4个破碎面、形状良好
4坚固性(%)≤12-
5磨光值(BPN)≥42 46
6与(乳化)沥青的粘附性(%)4级以上5
7针片状含量(%)≤15 14
8粉尘含量(%)≤10.5
9软石含量(%)≤5 -
注:表中粘附性检测结果是石料与SBSI-C型改性热沥青在160℃时的粘附性。
2同步碎石封层施工
对于同步碎石封层而言，成功施工的保证为优良的原材料，良好的机械设备，先进的施工技术。主要的关键技术包括了施工设备、对原路面进行良好的处理和具体的施工工艺三个具体的方面。每个方面在具体的层面又有着自己独特的要求和特点，这些在下文会给与逐一的论述和讲解，而且在具体的施工过程中一定要给与密切的关注和特别的注意。
2.1 施工概况
该高速公路项目所在区划属暖温带大陆性气候,半湿润地区,年平均气温14.6℃, 最冷月平均气温0.3℃,最热月平均气温27.5℃,极端最高气温44.2℃,极端最低气温-18.2℃；在海拔较高的山岭区顶部,冬季气温可能会更低。同步碎石封层对公路沥青路面具有优良的预防性养护性能，因此,为了防治道路路面产生破坏,采用同步碎石封层施工方法。
2.2施工设备
同步碎石封层的一个非常关键的技术为施工机械。当前，使用的主要机械为赛格玛同步碎石封层机，40型的赛格玛同步碎石封层机被用作进行试验路段的施工。同时使用的还有9t的胶轮压路机、吹风机等设备。施工人员要求操作机械熟练度较高，能够很好的控制摊铺速度和材料喷洒量，这样摊铺出来的路面才会质量较高。
2.3处理原路面
同步碎石封层本身的厚度非常薄，仅有一层石料。所以，施工前需要首先处理原路面。预先填充较宽的裂缝，铲平拥包，填补坑槽，车辙较深也应填平，让路面处于平整状态。观察试验路段，基本状况良好，不需要进行特别的对待和处理。只进行常规的清扫即可。
2.4具体的施工工艺
（1）清扫施工路段：首先将施工路段进行交通封闭，借助于吹风机的功效吹掉位于路面上的杂质和灰尘，让路面保持干净。（2）施工放样：对交通，由专人进行控制，同时借助于路拦进行标示，另外还要进行基准线的控制。（3）施工的具体过程：分两层开展同步碎石封层。首先，将施工车运行到起点，进行6到10厘米的石料和热沥青的同步喷洒，用胶轮压路机予以快速的碾压，撒布85%的石料，第一层铺设完成。压实后，施工车辆返回起点，同步喷洒2到4毫米厚度的石料和热沥青，达到15%的撒布率即可，完成撒布后，也马上进行碾压，第二层铺设完毕。（4）交通放开：数次碾压完成之后，将多余的少量自由石料清扫掉，而后就可以开放交通。初期为保证安全，应要求车速控制在每小时40千米之内，观察施工后的路面，可以发现更加的粗糙、平整并且密实。
3跟踪检测和评价试验路段的路况
施工前后三个月和七个月的时间，对路段的各种不同的工程指标进行了跟踪监测，这些数据很好的反映了路面的损坏状况、行驶质量、抗滑能力及防渗水性能，主要的跟踪监测指标包括了PCI，RQI，BpN以及渗水系数。具体的监测结果参看表1。所谓PCI，也就是路面状况指数，RQI则为行驶质量指数，BpN是摩阻系数。从监测结果表可以知道，同步碎石封层的技术支撑下，原路面的各种细数指标都得到了很好的改善，虽然RQI出现了稍微的下降，但是相比于原本的下降速度，现在的下降情况可以说已经很理想了，除此之外，路面的外观也得到了很好的改良。
表1 同步碎石封层试验路检测结果
检测项目 单位 施工前 施工后3个月 施工后7个月
PCI - 82.2398.51 98.46
RQI -9.94 9.869.82
BPN - 45.5 49.455.2
渗水系数mL/min 1.34 0.84 -
4行车速度引起动水压力对同步碎石封层的影响试验
试验在室内进行,试验用钢板替代原路面。试验步骤如下：将200 mm×200 mm的钢板放置温度为170±5℃的烘箱中预热备用,然后取出钢板,放在平台上,按1.8 kg/m2撒布量沥青将准备好的130SBS改性沥青试样立即浇灌在钢板上,均匀铺设在钢板上。接着按8.25 kg/m2撒布量石料将准备好石料试样(称取其重量,记为m0)立即均匀撒布沥青上,然后用Φ为5 cm,l为20 cm的钢轮滚压5～6遍(保证没有脱石)。接着,将钢板连同粘好的石料一起,放入60℃烘箱中加热1 h,使沥青与石料有良好的粘结,取出钢板放置室温冷却2 h,称取其重量(记为m1)。然后将有石料的钢板放入室温的水槽中浸泡60 min,取出后,放置平台上,用水枪沿水流方向放水冲洗同步碎石层,冲洗试验完后将钢板按T0660-2000的试验过程的装置,用钢球跌落在钢板反面的中心,观察钢板受钢球冲击振动后石料振落的情况,而后将钢板放置室温自然烘干,称取其重量(记为m2)。将m1-m2比上m0乘百分之百记为其脱石率(记为e),以此项指标作为衡量动水压力对同步碎石封层产生病害的影响。
试验根据不同行车速度引起的动水压力的关系,测定行车为40 km/h、60 km/h、80 km/h、100 km/h、120 km/h五种速度下引起动水压力对同步碎石封层病害产生的影响情况。试验按不同行车速度产生的水头压不同,按不同水头压用水枪沿水流方向冲洗钢板上同步碎石封层,作用时间为10 min。
表2行车速度与水头压关系表
行车速度/km/h40 60 80 100 120
水头压/m0.5 1.0 1.8 3.0 4.5
图4水头压对同步碎石封层脱石率的影响示意图
图5行车速度对同步碎石封层脱石率的影响示意图
结果表明：(1)行车速度为40～60 km/h时,行车对路面产生的动水压力的水头压为0.5～1.0 m,课题组利用0.5 m和1.0 m水头压冲洗同步碎石封层10 min,其引起的同步碎石封层脱石率分别为9•70%和11•51%。从脱石率病害指标反应,行车速度为40 km/h和60 km/h引起的动水压水对同步碎石封层病害产生的影响不大,不是造成同步碎石封层早期病害的原因；(2)行车速度为80 km/h,由行车产生的动水压力的水头压为1.8 m,1.8 m的水头压引起的同步碎石封层脱石率为17.82%,脱石率的增长幅度比大。从行车速度对同步碎石封层脱石率的影响的曲线图发现,曲线的斜率变大,可知行车速度为80 km/h产生的动水压力对同步碎石封层早期病害产生一定的影响；(3)行车速度为80～120 km/h时,行车对路面产生的动水压力的水头压为1.8～4.5 m,动水压力的增长急剧加快,由此引发的同步碎石封层脱石病害更为严重。当行车速度为100 km/h,对应的同步碎石封层脱石率为28.48%；当行车速度为120 km/h,对应的同步碎石封层脱石率为38•18%;由此可知,当行车速度>80 km/h时,由于行车速度引起的动水压力是同步碎石封层产生早期病害的主要原因之一。
5结论
借助于跟踪监测同步碎石封层试验路段的结果，有如下收获和所得: (1)原路面存在的轻微不平整现象在同步碎石封层技术的作用之下，得到了一定的改善，路面本身的平整度的衰变得到了一定的控制；（2）原路面存在的各种轻微病害得到了一定的修复，比如车辙、松散、麻面等等； (3)路面的抗滑性能得到了提高，增加了路面的粗糙度； (4)很好的改善了路面的外观，在同步碎石封层技术之下，路面看起来更加的密实、美观；(5)行车速度<60 km/h时,产生的动水压力对同步碎石封层性能的影响不大。行车速度>80 km/h时,产生的动水压力是引起同步碎石封层早期病害的主要原因之一。(6)原路面的防渗水能力得到了很好的提升和改善，正如上文所说，同步碎石封层技术能够很好的提高路面的密实度，进而让路面的防渗水能力得到很好的提升。
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注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。
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