灌漿復(fù)合瀝青路面在城市道路中的應(yīng)用

吳建兵

(無錫市市政建設(shè)咨詢監(jiān)理有限公司,無錫 214072)

灌漿復(fù)合瀝青路面是在普通瀝青混凝土(混合料空隙率為20%～28%)中灌入水泥類膠凝材料形成的復(fù)合瀝青路面。灌漿復(fù)合瀝青路面通過開級配瀝青混合料中碎石骨料之間的相互嵌擠作用和灌入的漿體材料的水硬性能共同形成混合料強度,既有瀝青混合料的柔性特征,也有水泥膠凝材料的剛性能力,具有優(yōu)越的抗變形能力及抗油污染能力。灌漿復(fù)合瀝青路面最早出現(xiàn)在20 世紀(jì)50 年代的法國[1],當(dāng)時的生產(chǎn)方法是在水泥漿料中摻入樹脂類乳液,產(chǎn)出的成品結(jié)構(gòu)性能偏剛性。20 世紀(jì)60 年代開始,日本引進并研制出同類型的路面,但摻入的添加劑是橡膠類乳液,成品結(jié)構(gòu)性能偏柔性;日本的RP(rut proof)路面就是一種防車轍的半剛性路面結(jié)構(gòu)設(shè)計。

近幾十年來,隨著我國社會經(jīng)濟的高速發(fā)展,城市化進程不斷加快,城市道路交通的發(fā)展也日新月異,瀝青路面的應(yīng)用十分普遍,但同時,位于城市道路交叉口范圍的瀝青面層車轍問題也日益突出,主要原因就是瀝青混凝土面層作為柔性結(jié)構(gòu)存在高溫穩(wěn)定性差的缺陷,尤其在南方夏季的高溫環(huán)境下,路面溫度可以達到70～80 ℃,城市公交車等大型客貨車輛在交叉口停止標(biāo)線位置的反復(fù)制動和啟動會導(dǎo)致瀝青面層產(chǎn)生車轍并不斷加重,最終造成路面損壞,影響行車安全。近年來,相關(guān)研究人員采取了調(diào)整瀝青混合料級配、選用優(yōu)質(zhì)改性瀝青以及在瀝青混合料中摻加抗車轍劑等措施,對延緩車轍出現(xiàn)的時間、降低車轍出現(xiàn)的頻率、減輕車轍的嚴(yán)重程度等有一定作用,但效果有限。因此,本工程設(shè)計單位首次在道路交叉口范圍(80 m 內(nèi))采用灌漿復(fù)合瀝青路面結(jié)構(gòu)(GRAC-20),嘗試針對性地解決車轍問題。同時,考慮到灌漿路面表面膠漿影響美觀,采用下面層8 cm GRAC-20 基體瀝青灌漿復(fù)合路面+上面層4 cm SMA 路面的結(jié)構(gòu)設(shè)計方案。

1 灌漿復(fù)合瀝青路面的應(yīng)用

依據(jù)江蘇東交工程設(shè)計顧問有限公司編制的《灌入式復(fù)合路面施工指南》等材料進行基體瀝青混合料配合比、集料級配設(shè)計及檢測材料性能、確定空隙率、確定瀝青用量、驗證混合料性能等[2]。

1.1 基體瀝青混凝土的室內(nèi)目標(biāo)配合比

GRAC-20 基體瀝青設(shè)計級配如表1 所示,GRAC-20 配合比設(shè)計如表2 所示。按照設(shè)計配合比制作了10 個試件,分別編號為1#～10#,用于后續(xù)試驗。相關(guān)試驗技術(shù)要求依據(jù)《灌漿復(fù)合瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》(DB 32/T 3494—2019)。GRAC-20 動穩(wěn)定度試驗結(jié)果如表3 所示,GRAC-20 浸水馬歇爾試驗結(jié)果如表4 所示,GRAC-20 凍融劈裂試驗結(jié)果如表5 所示。

表1 GRAC-20 基體瀝青設(shè)計級配

表2 GRAC-20 配合比設(shè)計

表3 GRAC-20 動穩(wěn)定度試驗結(jié)果

表4 GRAC-20 浸水馬歇爾試驗結(jié)果

由表1～表5 可知,設(shè)計的GRAC-20 灌漿復(fù)合路面的各項性能指標(biāo)滿足要求,可以進行生產(chǎn)配合比調(diào)試。

表5 GRAC-20 凍融劈裂試驗結(jié)果

1.2 調(diào)試基體瀝青混凝土的生產(chǎn)配合比

現(xiàn)場對拌和樓的4 個熱料倉及礦粉進行密度計篩分試驗,依據(jù)結(jié)果進行生產(chǎn)級配調(diào)試?；w瀝青生產(chǎn)配合比調(diào)試結(jié)果如表6 所示。分別用油石比為2.9%、3.2%、3.5%的3 組基體瀝青進行馬歇爾試驗,以確定生產(chǎn)中的最佳油石比,通過測定各組試件的穩(wěn)定度、流值和空隙率等指標(biāo),計算相應(yīng)的理論最大相對密度?；w瀝青混合料的馬歇爾穩(wěn)定度等試驗結(jié)果如表7 所示。依據(jù)設(shè)計要求并結(jié)合實際情況,該工程采用最佳油石比3.2%。由于基體瀝青混合料空隙率大,因此需要對基體瀝青混合料進行謝倫堡瀝青析漏試驗和肯塔堡飛散試驗來驗證瀝青用量是否合適,謝倫堡瀝青析漏試驗結(jié)果如表8 所示,肯塔堡飛散試驗結(jié)果如表9所示。

表6 基體瀝青生產(chǎn)配合比調(diào)試結(jié)果

表7 基體瀝青混合料的馬歇爾穩(wěn)定度等試驗結(jié)果

表8 謝倫堡瀝青析漏試驗結(jié)果 (%)

表9 肯塔堡飛散試驗結(jié)果 (%)

按照確定的生產(chǎn)配合比出料后,灌漿復(fù)合路面的浸水馬歇爾試驗結(jié)果如表10 所示。

表10 灌漿復(fù)合路面的浸水馬歇爾試驗結(jié)果

1.3 灌入漿體

灌入漿體由水泥、砂、填料、添加劑和水組成,該項目采用獲得專利的灌漿料成型產(chǎn)品,含有樹脂類添加劑,并配備專用的機械拌和車輛,現(xiàn)場加水拌和使用。

至此該項目的灌漿復(fù)合路面基體瀝青混凝土的生產(chǎn)設(shè)計完成,各項試驗檢測指標(biāo)均能滿足要求,可以進入現(xiàn)場施工階段。

2 灌漿復(fù)合瀝青路面的施工質(zhì)量管控

灌漿復(fù)合瀝青路面的基體瀝青混合料的生產(chǎn)、運輸、攤鋪等質(zhì)量控制要求與瀝青混凝土路面施工管控內(nèi)容基本一致,在此基礎(chǔ)上增加了后續(xù)灌漿的工序。GRAC-20 灌漿復(fù)合路面基體瀝青混合料施工工序如圖1 所示。

圖1 GRAC-20 灌漿復(fù)合路面基體瀝青混合料施工工序

2.1 基體瀝青混合料的生產(chǎn)和運輸

基體瀝青混合料采用間歇式拌和機拌和,基體瀝青混合料加工溫度控制如表11 所示。在混合料拌和過程中,應(yīng)嚴(yán)格控制基體瀝青混合料中改性瀝青的用量;如改性瀝青用量過大,油料會在空隙率較大的混合料底部堆積,導(dǎo)致后續(xù)漿體的灌入深度減小。

表11 基體瀝青混合料加工溫度控制(℃)

混合料運輸?shù)能噹麄?cè)面板及底面板可涂薄層隔離劑,嚴(yán)禁使用柴油類材料涂刷。運輸過程中采用厚氈布覆蓋保溫,卸料攤鋪前嚴(yán)格執(zhí)行測溫檢查,車中混合料溫度低于165 ℃時不得卸料。

2.2 現(xiàn)場攤鋪及碾壓

攤鋪基體瀝青前須將水泥穩(wěn)定碎石基層表面清掃干凈,檢查道路平石鋪筑基礎(chǔ)和接縫的水泥灌漿是否密實,確認(rèn)道路邊收水井及各類道路范圍內(nèi)檢查井周邊縫隙的封堵情況,防止后續(xù)基體瀝青灌入時漿液從這些部位滲漏。

基體瀝青混合料施工溫度控制如表12 所示。

表12 基體瀝青混合料施工溫度控制 (℃)

灌漿復(fù)合瀝青路面的基體瀝青特點是空隙率大、結(jié)構(gòu)表面孔隙開放,因此碾壓混合料采用的機械、碾壓方式、碾壓遍數(shù)等有一定的特殊性要求,如不使用膠輪壓路機,也不采用振動壓實方式?；w瀝青混合料碾壓速度及遍數(shù)如表13 所示。

表13 基體瀝青混合料碾壓速度及遍數(shù) (km·h-1)

基體瀝青混合料攤鋪采用橫向施工留縫的方式,老路接茬采用切縫機鋸齊,接縫面應(yīng)垂直、干凈;后續(xù)施工前用熱瀝青涂抹,橫向碾壓到位,以保證有效連接。

基體瀝青面層施工成型后,將交通完全封閉,防止砂石、雜物等附著在表面導(dǎo)致孔隙堵塞,影響后續(xù)的灌漿施工效果。同時,水泥膠凝材料的灌注施工必須等基體瀝青路面溫度降至50 ℃以下方可進行,否則過高的溫度會使灌入的材料水化反應(yīng)加快,迅速形成強度,導(dǎo)致漿體無法自由流動、灌滿空隙,達不到灌漿飽滿的效果。

3 灌入漿料的制備及施工

灌漿前應(yīng)鉆芯檢測基體瀝青的空隙率是否符合設(shè)計及施工的參數(shù)要求;同時應(yīng)再次檢查基體瀝青周邊的封邊情況,用封條連續(xù)緊貼施工作業(yè)面并固定,封邊高出瀝青基面并用堵漏劑密封,防止灌入漿體沿縫隙流出。

灌漿過程中要嚴(yán)格控制時間,如時間過長會導(dǎo)致漿體變稠,降低水泥膠凝材料在混合料空隙中的滲透速度。灌注時,漿體泵送管頭應(yīng)緊貼路面,使?jié){體依靠重力自行表面漫灌,盡量避免噴頭朝上噴灑導(dǎo)致漿體飛濺,污染路面?zhèn)绕绞?、收水井等附屬設(shè)施;灌注時采取多次重復(fù)漿體灌注的方法,確保路面基體瀝青灌注不漏不缺,充滿空隙;遇到道路縱坡較大時,應(yīng)從低處往高處進行灌漿,確保漿體灌注的飽滿度。

灌注過程中,當(dāng)漿液浸漫在基體瀝青表面時,應(yīng)停留幾分鐘,若漿體不再下滲且瀝青表面無氣泡冒出,表明灌漿到位。如出現(xiàn)漿液灌入不暢、局部表面空隙堵塞,可以采用平板夯等小型振動設(shè)備進行表面振搗,輔助灌漿。灌注時,應(yīng)密切觀察施工接縫斷面、側(cè)平石間隙和收水井間隙等處是否存在跑漿情況,如有則需及時進行封堵,并在施工完成后將凝固的漏漿及時清理干凈。整個灌入過程要迅速,保證一次灌入到位,避免漿體材料開始硬化后進行二次補灌。

開級配的基體瀝青混合料空隙被漿體灌填密實后,應(yīng)將表面多余的浮漿及時清理干凈,清理過程中采用推漿機在基體瀝青表面緩慢推平;清理后使得瀝青表面有凹凸不平即可,保證后續(xù)SMA 上面層施工黏結(jié)緊密。推平應(yīng)在漿體流動性較好時(灌漿完成后15 min 之內(nèi))進行。推平完成后,應(yīng)對封閉完工的施工區(qū)域進行養(yǎng)護,如存在漿液污染的情況,應(yīng)及時清理。

灌漿作業(yè)完成后,應(yīng)及時檢查作業(yè)范圍內(nèi)的灌漿效果,如發(fā)現(xiàn)沒有灌滿的部位,要及時進行補灌。灌漿效果符合要求后可以拆除邊界處的封邊條,做到“工完場清”,并繼續(xù)保持交通封閉進行養(yǎng)護。在夏季,當(dāng)環(huán)境氣溫高于30 ℃時,需要用塑料薄膜覆蓋養(yǎng)生。路面養(yǎng)生3 d 后,可以進行后續(xù)的瀝青面層攤鋪施工。如后續(xù)上面層施工時間間隔過長,下面層應(yīng)撒布黏層油,確保上下面層黏結(jié)牢固。

4 施工質(zhì)量的檢查和驗收

灌漿復(fù)合路面施工養(yǎng)護期滿后,應(yīng)對灌入深度取芯檢測,確認(rèn)漿體已經(jīng)全部灌入底部,基體瀝青空隙全部被填滿?，F(xiàn)場芯樣檢查中,灌入不到位的樣本判定為不合格,檢測合格率應(yīng)≥80%,否則應(yīng)對該路段面層進行處理[3]。

本項目漿體材料在灌入過程中依據(jù)設(shè)計指標(biāo)及《灌漿復(fù)合瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》(DB 32/T 3494—2019)取樣檢測,漿體檢測報告如表14 所示。

表14 漿體檢測報告

灌漿復(fù)合瀝青路面其他驗收要求應(yīng)按照《灌漿復(fù)合瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》(DB 32/T 3494—2019)和《城鎮(zhèn)道路工程施工與質(zhì)量驗收規(guī)范》(CJJ 1—2008)執(zhí)行。

5 結(jié)語

(1) 相關(guān)研究表明[4],上下面層均采用灌入式復(fù)合改性瀝青混合料的道路面層結(jié)構(gòu)強度性能最優(yōu),但灌入漿體不可避免地會殘留在表面層,對外觀有一定的影響;同時,此種面層的表面空隙密實,會導(dǎo)致抗滑性能有所下降;加之表層暴露在外,溫度劇烈變化時剛性材料和柔性材料復(fù)合后的漲縮系數(shù)不同,結(jié)構(gòu)表面易產(chǎn)生微裂縫,雨水侵蝕和車輛荷載反復(fù)作用也會使結(jié)構(gòu)發(fā)生損壞。因此,本工程采用下面層灌漿復(fù)合路面、上面層同樣具有抗車轍性能的SMA 這一方案,合理地解決了上述問題。

(2) 灌漿復(fù)合瀝青路面相比普通瀝青路面、SBS 改性瀝青路面有更好的抗變形能力,使用壽命更長。但由于其低溫抗裂性能及抗疲勞性能雖符合規(guī)范指標(biāo)要求,卻仍有所降低,因此在后續(xù)使用過程中應(yīng)進行跟蹤觀察,研究其在不同荷載條件、氣候條件下的使用效果,不斷總結(jié)完善灌漿復(fù)合瀝青路面結(jié)構(gòu)的使用范圍和條件。

(3) 灌漿復(fù)合瀝青路面能夠較好地解決目前城市道路交叉口養(yǎng)護作業(yè)普遍存在的車轍問題,同時也可以在鋼結(jié)構(gòu)橋梁面層鋪裝中應(yīng)用,為解決原有瀝青鋪裝面容易發(fā)生的推移、開裂等技術(shù)難題提供了一個新的解決方案,應(yīng)用前景十分廣闊。本文驗證了采用下面層瀝青混合料灌漿復(fù)合路面、上面層SMA 路面的設(shè)計施工方案,既能滿足城市道路控制路面車轍病害的功能性需要,也能解決上面層灌漿導(dǎo)致的外觀不佳等問題,為城市道路的施工改造工程提供了可靠的借鑒。