路面稀浆封层施工操作手册

路面稀浆封层施工操作手册一、前言乳化沥青稀浆封层技术应用研究课题是作为一项机械化养护新技术的重点研究项目列入2001年江苏省交通科技研究计划的。课题2001年的研究工作首先是对江苏省多年来应用稀浆封层技术养护沥青路面的实践经验进行系统的总结，形成了稀浆封层施工工艺要点、验收标准等施工技术文件，并编写了乳化沥青稀浆封层技术应用指南。2001年11月江苏省交通厅公路局在无锡召开了现场会议推广应用稀浆封层技术。鉴于国内尚无统一和严格的稀浆封层设计、施工规范和试验室评估方法，在我省以往稀浆封层的施工中，稀浆混合料的应用特性并未经过严格的设计和实验室评估，而完全依靠在实践中不断地修正和改进而获得成功的。为了将稀浆封层施工实践中总结的经验进一步在理论上加以提升，使之上升为指导性的规律，课题的研究工作在完成总结现有施工经验的基础上，制订了进一步的试验研究计划，提出了深化试验研究的要求“利用上阶段所取得的阶段性成果指导本阶段的生产实践，对本阶段和上一阶段铺筑的试验路段继续做动态跟踪调查，检测封层后发生裂缝、摩擦系数衰减、渗水状态等技术指标；研究集料的级配和进一步增加铺层厚度的可能性；研究改善乳化沥青在湿冷条件下与集料的相容性；探索为应用于高等级公路路面养护而改善稀浆封层耐久性和抗滑能力的可能性；建立乳化沥青稀浆封层试验检测中心；在进一步验证的基础上，再次总结经验，修改和完善初步形成的施工技术文件，进一步提炼出适合我省实际情况的稀浆封层课题总结报告和应用指南，并明确了试验研究要达到的六项目标稀浆封层的使用条件和应用范围的定量化规定；稀浆封层的试验规程；稀浆封层混合料的配合比设计方法；稀浆封层施工工艺和质量控制规程；稀浆封层施工质量验收标准；稀浆封层成本效益的评价方法。根据试验研究计划的要求，制订了2002年乳化沥青稀浆封层技术试验研究方案，明确了试验研究的目的和任务，具体安排了各项研究工作的进程，落实了设备、器材、人员和试验路段，成立了专门的试验工作小组，负责各项试验工作的组织、协调，并建立了定期的会商、检查制度。2002年的试验研究于4月正式开始至11月完成，除个别项目由于设备的原因未能按方案进行，以及长期性能的跟踪试验还需在明、后年继续进行外，基本上完成了试验方案规定的各项研究工作，取得了一系列重要的研究成果，较好地完成了课题预定的研究任务。1二、江苏省稀浆封层施工经验的总结江苏省自1998年以来在无锡、淮安、南通等地实施了近1200KM2的稀浆封层工程，其中有普通乳化沥青的稀浆封层也有改性乳化沥青的微表封层。从多年来的实践中，积累了较为丰富的实际经验，其中既有成功的经验，也有失败的教训，经过多年的摸索，一些施工单位巳经比较熟练地掌握了稀浆封层的施工工艺，所生产的稀浆封层质量逐年提高。2001年的课题研究选择了盱明公路、璜石路和钱荣路作为总结稀浆封层施工经验的试验路段，各试验路段的里程、日交通流量、原路面使用年限等参数见表1。为了考核稀浆封层对改善路面的抗滑性、密水性和平整度的效果，对每一条路在实施稀浆封层前后，抽样测定了10个检查段（每段长5001000M）的摩擦摆值、构造深度、渗水系数和平整度，其测定结果列于表2。23从表2中可看到经稀浆封层后的原路面的抗滑性和密水性都有很大提高，而平整度则在很大程度上要取决于原路面的平整度而略有改善。试验路段稀浆混合料所采用的配合比是多年摸索中总结提炼出的经验配合比。在试验路段的施工过程中拟订了稀浆封层施工的工艺要点和验收标准并初步定性地提出了稀浆封层技术的使用条件和应用范围。为了更好地在全省推广应用稀浆封层技术，在吸收国外稀浆封层技术的最新经验和成果的基础上结合我省的实际需要编写了乳化沥青稀浆封层技术应用指南。2001年11月江苏省交通厅公路局在无锡主持召开了推广应用稀浆封层技术的现场会议，会议上课题组就稀浆封层的施工工艺、质量控制、对原路面抗滑性、密水性改善的效果和经济效益的分析等问题以及下一阶段需要进一步深入研究的工作作了阶段性的总结报告11。三、稀浆封层技术的试验研究1试验研究的目的和任务试验研究的目的和任务主要是通过实验室的评估和配合比设计方法的分析，对我省目前推广应用的稀浆混合料配合比在理论上加以提升，并作出进一步的改进和优化；探索改进集料级配、现有配合比设计方法；通过第二阶段的应用研究和施工实践进一步验证、修改并形成规范性的稀浆封层“施工规程”和“质量控制与验收规程”，并修订和完善“应用指南”；通过对近几年铺筑的稀浆封层进行长期性能的跟踪调查，对稀浆封层的原路面条件和应用范围作出量化规定，并对稀浆封层技术的费用效益作出进一步的评估。2试验方案的制订与实施2002年应用研究的试验方案包括了以下三个部分现场试验长期性能跟踪试验实验室应用研究试验21现场试验现场试验的目的是进一步验证、完善稀浆封层施工工艺和施工质量控制和验收标准；对实验室应用研究的结果进行现场验证和考核；对稀浆封层的技术经济指标作出全面评价；4为稀浆封层的长期性能试验和早期衰减的考核提供条件。现场试验的依托工程为无锡云亭至顾山的二级公路，全长30KM，日车流量约为12,000；重载车辆所占比例约为65。根据试验方案的要求在铺筑试验路段前对原路面的病害状况进行全面的调查，并检测了原路面的承载能力、抗滑性能、平整度等路况指标，包括弯沉、摩擦摆值和平整度均方差。根据调查的结果，对原路面的裂缝、坑槽、沉陷等病害作了修补处理。试验路段共铺筑了109KM，其中有4段（每段长06KM）是供对实验室应用研究结果进行现场考核用的，其余试验路段则供对不同原路面的状况下铺设的稀浆封层进行长期性能考核用。表3是试验路段原路面的病害情况的调查结果。表4是该路段弯沉、磨擦系数和平整度的测定结果。56在制订试验方案时，对试验路段原材料和稀浆混合料的质量以及稀浆封层的施工工艺和质量控制均提出了严格的要求，要求保持四个一致性，即原材料和稀浆混合料特性的一致性；施工工艺的一致性；施工设备和人员的一致性；施工质量控制、检验的一致性。为此专门制订了原材料和稀浆混合料质量控制规程、稀浆封层施工工艺和质量控制规程和稀浆封层施工质量检查与验收规程，这些规程经试验路段施工的考核并修改后随附在本报告的附录2、附录3和附录4中。试验路段配备的施工设备见表5。为提高和完善稀浆封层技术的试验检测手段，使稀浆封层技术的推广应用建立在更高的起点上，和提供强有力的技术支持，配备的试验检测仪器设备（见表6）。7试验路段的铺筑分为二个阶段，第一阶段是在2002年4月28日至6月4日完成的，共铺设稀浆6906KM2，由于当时实验室的应用研究在进行中，稀浆混合料的配合比设计沿用了去年稀浆封层的配合比组成。第二阶段是在9月5日至11月2日完成的。在第二阶段中根据实验室应用研究的结果，对稀浆混合料的配合比作了适当的调整。整个试验工程的施工实际进行了60天，共完成稀浆封层1635KM2，总长度109KM。在试验路段的施工中对每批进场的原料均按规定要求进行了检测验收，各种原材料质量的检测数据列于表7和表8。8施工期间按规定要求对稀浆混合料特性每天抽样二个进行集料筛分和沥青抽提试验。表9列出了试验路段施工的稀浆混合料的实际配合比与设计配合比偏差的统计资料。从表9中可看到，油石比的偏差在03007之间符合规定05的偏差范围，集料的级配除015MM和0075MM外均符合要求的偏差范围，但015MM的细料和0075MM的粉料分别有43和34较大的负超差。在试验路段施工结束后，对稀浆封层的外观质量以及抗滑性和渗水性指标进行了检测，检测的结果表明施工质量达到了预期要求。在试验路段的施工过程中还对稀浆封层的施工成本进行了严格的核算，并制订了专门的施工成本核算方法和相应的表格（见附录5）。22长期性能跟踪试验长期性能跟踪试验的目的是考核过去巳铺筑和今年新铺筑的稀浆封层路面在交通载荷和气候环境作用下的长期性能，并总结各项监测指标随时间而变化、衰减的规律。试验方案规定了对新铺筑的路面在竣工后半年内按施工结束后即时、3个月、6个月后进行三次测定，随后按6月一次的间隔进行长期跟踪监测。对于过去巳铺筑的稀浆封层路面则按6月一次的间隔进行定期监测。试验方案还规定了跟踪试验的各项监测指标9纵向和横向裂缝长度和宽度；龟裂面积；路面摩擦摆值；路面构造深度；路面渗水系数；路面平整度；路面车辙，最后二项可视实际情况决定检测的时间。由于长期性能跟踪试验需要至少三年以上时间，因而此项研究将在今后继续坚持进行，今年的工作除了按规定完成今年的监测任务外，主要是在监测的项目和频度上为今后长期坚持作了必要的规范。23实验室应用研究试验实验室应用研究试验的目的是探索改进现有稀浆混合料的设计方法，为提高稀浆封层的性能、效益和扩大它的应用范围提供技术支持。在确定专题研究的项目时首先选择了与总结和提高现有经验型配合比有关的稀浆混合料配合比设计方法的研究。这一选择是基于以下考虑而得出的首先我省经过多年的摸索，走过了曲折的道路，得出了目前正在应用的稀浆混合料配合比，它在近年来的实践中巳经证明是成功的。这一历程具有很大的典型性，它反映了全国许多单位在实施稀浆封层技术时所走过的类似经历。其次，目前使用配合比与采用目前国内许多书本上介绍和沿用的稀浆混合料配合比设计方法所得到的结果存在着较大的差异，因而需要从理论上作出合理的说明和正确的解释。第三，目前使用的配合比是一种纯经验的总结。只是某一特定条件下的结果，其本身也存在进一步改进和完善的可能，因而亟需从理论上提升而成为一种有普遍意义的稀浆混合料配合比设计方法。此外在选择研究专题时还考虑了为下一步将稀浆封层技术推广应用于高速公路时必须解决的抗滑性能的长期保持问题。根据以上的考虑在实验室应用研究试验中确定了以下4个专题稀浆混合料配合比设计方法的研究集料级配与稀浆封层的耐久性和抗滑性能的研究乳化沥青稀浆封层与微表封层费用效益的对比研究改善乳化沥青与花岗岩集料相容性的试验研究对于每个专题均制订了专门的研究方案，实验室的试验研究历时三个月，取10得了大量的试验数据，基本上完成了预定任务。但仍有部分试验由于客观上的原因，还需在今后补做，其中乳化沥青稀浆封层与微表封层的实验室对比试验由于湿轮磨耗仪进口橡胶管用完，找不到供货渠道，只能暂停；乳化沥青与花岗石集料的相容性由于所用抗剥落剂都是供热拌沥青混合料用的，还有部分试验需待AKZONOBEL公司提供样品后再行补做。全部试验和检测的原始数据均按不同的类型和不同的采集过程设计了相应的原始记录表格，并输入计算机建立了相应的原始数据库。对于原始数据经二次处理和分析后获得的结果，包括形成的图表、文件、报告等，则建立了相应的分析结果数据库。3试验研究的结果分析31现场试验云顾线现场试验安排了5段不同配合比和原材料的试验路段，其特性见表10，以考核不同稀浆混合料的使用性能和随时间变化的规律。试验路段施工结束后即时对稀浆封层表面的摩擦摆值、构造深度和渗水系数作了测定。对检测所得的原始数据进一步作了统计处理，并对不同特性试验路段在抗滑性能和密封性能上是否存在显著差异进行了统计检验。表11是各试验路段摩擦摆值和构造深度的统计分析结果。从表中可看到，11在试验路段、在集料分级含量类似而最大粒径为85、95、127的三种级配下，摩擦摆值的统计值并无显著差异。但是对于采用乳化沥青的试验路段4与采用改性乳化沥青的试验路段3之间却存在着显著的差别，前者约比后者低142。对比试验段的构造深度的代表值和平均值，则粒径127较之95和85的构造深度有所提高。为了进一步分析摩擦摆值与构造深度之间的相关性，对具有不同摆值与构造深度的云顾线稀浆封层的46月和911月施工的两个检测段的测定结果进行了相关分析。图1和图2是两者的相关图和相关系数，从图中可见对于稀浆封层来说，摩擦摆值与构造深度之间并无明显的相关性。这一事实表明在形成表面抗滑性能的机理上两者有着较大差异，这在实验室的试验研究中也得到了进一步的证明。图1试验路段（26K04530K743）摩擦摆值与构造深度的相关性分析112图2试验路段（20K60026K000）摩擦摆值与构造深度的相关性分析2在表11中还给出了各试验段所测定的渗水系数的统计数据，从这些数据中可明显地看到，最大粒径127的试验路段的渗水系数要比其他路段大得多。从级配来看，这一路段的细料和粉料较少，015MM和0075MM的通过率比目标配合比分别低156和53，集料颗粒的表面积只有5785M2/KG，这表明在增大最大粒径的同时必需适当地增加细、粉料的比例，才能保持良好的水密性。者为通车1月后测，其余为施工后测32长期性能跟踪试验长期性能跟踪试验主要是考察了2001年铺筑的盱明路、璜石路、钱荣路的抗滑性能、密水性能和路面破损的情况。盱明线竣工于4月、璜石路竣工于7月，钱荣路竣工于10月，所用稀浆混合料的特性与平均日交通流量列于表12内。表13列出了盱明路、璜石路、钱荣路稀浆封层施工半月后检测的摩擦摆值、构造深度、渗水系数的数据。表1416列出了通车一年后对摩擦摆值、构造深度、渗水系数测定的统计数据。13摩擦摆值检测时气温2529（表中数值为经修正后数值）摩擦摆值检测时气温16（表中数值为经修正后数值）14摩擦摆值检测时气温12（表中数值为经修正后数值）从表1416的检测结果与表13数据的对比中可以看到，盱明路的摩擦摆值衰减最快，但仍保持在优的水平，构造深度也有较大的衰减；璜石路和钱荣路稀浆封层的摩擦摆值和构造深度虽然也有所下降，但衰减的速率较慢，从盱明路与钱荣路摩擦摆值衰减情况的对比来看，可以认为集料材质的硬度对微观构造的衰减起着十分重要的作用。在跟踪试验中，对璜石路和钱荣路的破损状况进行了全面的考察。这两条路在稀浆封层前均未对原路面的病害进行过处理，因此一年以后，许多原路面的病害巳重现在稀浆封层的表面。璜石路的主要病害表现在以下三方面部分路段出现集料颗粒流失，形成类似麻面的微观的凹坑（图3）,导致这一情况的原因估计主要是沥青用量控制不严，导致局部沥青用量偏少而造成的。部分路段出现较多的油斑，有些巳连接成片（图4），此种情况经分析认为是由原路面的泛油区在封层前未经处理而造成的。横向裂缝（图5），这些裂缝是从未经填封处理的原路面裂缝反射上来而形成的。图3璜石路稀浆封层细料失落形成的微观凹坑315图4璜石路稀浆封层的表面油斑4图5璜石路稀浆封层的横向裂缝516图6钱荣路稀浆封层出现的龟裂6图7钱荣路稀浆封层出现的龟裂7钱荣路的总体情况明显好于璜石路，表面色泽、纹理均匀，尽管日交通量要比璜石线大得多，但路况整体上保持良好。钱荣路的病害除了出现反射裂缝外，主要是在部分路段呈现较为严重的龟裂和网裂（图6、7），从病害表面碎裂的碎块来看封层与原路面仍然粘结良好，而是与原路面一起形成的龟裂。根据这一情况可以初步判断是原路面刚度过低造成的，为了进一步证实这一判断的正确性对钱荣路产生龟裂的路段测定了弯沉，检测数据列于表17。17从表17中可以看到，弯沉在70（001MM）左右的区段就可以看到轻度的龟裂，弯沉超过80（001MM）龟裂就比较严重，当弯沉超过100（001MM）时将呈现严重的龟裂。根据以上的检测结果，可以认为将弯沉值50（001MM），作为原路面具有足够的承载能力，适宜进行稀浆封层的条件是合适的。虽然长期跟踪试验的结果仅仅考虑了通车后一年的情况，但是巳经可以再次作出结论在稀浆封层实施之前必须对原路面巳有的病害、包括裂缝、坑槽、大面积的泛油、龟裂、承载能力较弱（基层刚度过低）的部位进行必要的修复和处理，否则这些病害将很快会再现在稀浆封层的表面。33实验室应用研究稀浆混合料配合比设计方法的研究现行的稀浆混合料配合比设计方法及其存在的问题在我国现有的关于稀浆封层的规范和书藉等出版物中，稀浆混合料配合比的设计方法主要来源于国际稀浆封层协会（ISSA）的A105、A143、TB111。在ISSAA105和A143中给出了集料级配和沥青用量（油石比）的范围以及级配的允许偏差范围，在TB111中则给出了确定最佳沥青用量的方法和允许偏差的18范围。由于稀浆混合料的集料级配通常不能像生产热拌沥青混合料那样通过对不同粒径段集料的混合比例的调节，使之接近某一目标配合比，因此ISSA在A105和A143中给出了一个较宽的级配范围，特别是0075和015MM通过率的范围较宽。与之相应在A105和A143中给出的沥青用量（油石比）范围也较热拌沥青混合料的规范宽得多。稀浆混合料目标配合比的集料级配一旦确定（它是稀浆混合料配合比设计的基础），ISSA规定料场的料堆提供的集料其各筛孔粒径通过率的偏差应符合ISSAA105和A143有关的要求，并不能超出相应的级配范围。关于最佳沥青用量（油石比）的确定方法，在TB111中规定了从负荷轮压试验获得的与砂粘附量限制值相应的沥青用量上限向下划出一3的允许偏差范围，取其中值作为最佳沥青用量（见图8）。图8ISSATB111确定最佳沥青含量的方法8在我国引入稀浆封层技术后，许多单位在推广应用中都曾发生过所铺筑的稀浆封层发生严重泛油的缺陷，这一情况一方面反映了ISSA确定最佳沥青用量的方法存在着某些缺陷，而另一方面也暴露出我们在掌握和理解ISSA方法时存在着偏差。ISSA方法的第一个缺点是对粉料和015MM细料的级配偏差范围规定较宽（分别为2和3）。粉料和015MM细料的含量对集料表面积的总量有着十分重要的影响，它们含量的变化将直接影响集料表面积的多少，特别是当含量19较低时，2和3的影响就会显得更大。集料表面积的总量决定了在一定沥青膜厚度下所需的沥青量。显然，如果在稀浆混合料配合比设计时规定的沥青用量是合适的，而在实际生产中粉料和015MM细料含量减少了一个很大的百分比，例如2和1（在它们含量较小时这一百分比将显得更大），这就有可能导致沥青膜厚度过于富裕而造成泛油。ISSA方法的第二个缺点是规定的沥青用量偏差范围过宽（15），它是热沥青混合料的沥青含量容许偏差范围05的三倍，因此当沥青用量接近上限15时，特别是最佳沥青用量值较低时，就可能导致沥青过多而引起泛油。当实际粉料偏少的趋势和油石比偏大的趋势同时发生时，就极有可能出现稀浆混合料中沥青过量的危险。在掌握和理解ISSA确定最佳用量的方法上存在的问题主要是由于我国采用的集料级配中粉料的含量通常较小而引起的。国外为了改善稀浆封层的耐久性和密水性偏向于使用较高的粉料含量，随伴着较高的沥青用量。我国稀浆混合料采用的集料通常是一次轧制而成的，没有专门加入矿粉材料，所以集料中的0075MM粉料和015MM孔径的细料往往相对较少。这就为在实际施工中出现沥青过量的情况创造了条件，因为对粉料设计值同样大小的偏离所导致的对裹覆集料颗粒沥青膜厚度变化的影响，在粉料设计值较小和较大的不同场合是完全不同的。表18和表19中分别列出了二种级配（其中级配A的粉料设计值较小而级配B的粉料设计值较大）当0075MM粉料和0075015MM的细料发生2和1的负偏差而沥青用量发生05的正偏差时，裹覆集料颗粒沥青膜平均厚度发生不同变化的情况。20从表18、19中可看到二种级配沥青膜的设计厚度同样都是8，但当粉料和细料发生同样的负偏差，而沥青用量发生同样的正偏差时，级配A的沥青膜厚度从8增加到111，增大了39，但级配B的沥青膜厚度则从8增加到了98，增大了225。因此如果后者还不致于发生严重泛油的话，那么在前一种情况下发生严重泛油的危险性就大大增加了。由此可见，对于粉料设计值较小的级配，出现沥青用量过量的危险性要比粉料设计值较大的级配大得多。同样的道理，对于粉料设计值较小的级配不仅发生泛油的危险性较大，而且出现沥青用量不足的危险性也比粉料设计值较大的级配大。表18和19中还列出了级配A与级配B当0075MM的粉料和0075015MM的细料发生2和1的正偏差而沥青用量发生05负偏差时，裹覆集料颗粒的沥青膜平均厚度发生变化的情况。从表18、19中可看到，当粉料和细料发生同样的正偏差，而沥青用量发生同样的负偏差时，级配A的沥青膜厚度从8减少到了6，减少了25，级配B沥青膜厚度则从8减至66，减少了175，前者的减幅明显高于后者。同时从这些数据中还可以看到不论是级配A还是级配B，在相同的粉料、细料和沥青的变化幅度下，发生沥青用量不足的危险性要低于发生沥青用量过量的危险性。21从以上的分析中可以得出以下的结论A不论对于粉料、细料较少的级配，还是对于粉料、细料较多的级配，发生沥青过量的危险性都大于发生沥青不足的危险性；B对于粉料、细料较少的级配发生沥青过量和发生沥青不足的危险性均高于粉料、细料较多的级配；C用表面积法来估算一个稀浆封层系统理论上所需的沥青用量和估算在所确定的最佳沥青用量下裹覆集料颗粒的沥青膜平均厚度，是防止沥青过量或不足的一种有效的辅助手段。计算理论沥青用量和沥青膜平均厚度的表面积法表面积法是从热沥青混合料设计的维姆（HVEEM）方法中借鉴而来的。表面积法包含了以下三个步骤A计算现场集料不同粒径颗粒所需裹覆沥青的表面积总量；B确定集料颗粒吸收沥青的数量；C按确定的沥青膜厚度计算沥青的需要量或根据确定的沥青用量计算裹覆集料颗粒的沥青膜平均厚度。在以上三个步骤中，确定集料吸收的沥青数量的可变性最大也最为困难。这是因为集料颗粒的开口孔隙中通常不会完全充满沥青，而且被沥青所封死的空隙的容积是一个变数（参看图9）。图9集料颗粒孔隙吸收沥青的示意图9在ISSATB1184中提出了一种利用离心煤油当量试验来确定集料颗粒所22吸收的沥青数量的方法。这一方法规定将100G用475筛孔的筛网过筛的经烘干至恒重的细集料使其吸收煤油至饱和状态，然后放入离心机中在400G的加速度下离心2MIN。测定保持在集料颗粒上的煤油数量KA，并认为它近似地等于集料所吸收的沥青数量BA。KA值用集料干重的百分比来表示。沥青用量BR用下式表示BRSABKACSAT002047SGBKA式中SAB表面积沥青相对集料（包括加入的水泥等添加剂）重量的百分比；CSA根据实际集料比重ASG修正的表面积总量（FT2/LB），CSASA265/ASG；SA按表面积系数SAF计算所得的集料颗粒表面积总量（包括加入的水泥等添加剂）（FT2/LB）；T裹覆集料颗粒的沥青膜平均厚度（）；ASG集料视比重SGB沥青比重，可近视地认为SGB1；002047转换系数。集料表面积SA是各粒径集料通过百分率PA与该颗粒表面积系数乘积之总和再除以100SAPASAF/100表20列出了与各粒径对应的颗粒表面积系数SAF。集料级配与稀浆封层的耐久性和抗滑性能的研究ISSA1984年的技术报告集中刊登了有关集料级配对稀浆封层抗滑性能影响的论文（TB142），1990年的技术报告集中则刊登了美国依阿华州立大学土木工程系的LEEDY和ORDEMIRO对47种级配的稀浆混合料的构造深度、摩擦系23数以及它们与沥青用量、沥青膜厚度、稀浆封层的铺层厚度、集料最大粒径等因素的关系的实验室评估结果（TB150）5。上述文献的研究结果表明增加集料的最大粒径、降低铺层厚度与最大粒径之差、采用间断级配以增加粗集料的数量都有利于改善稀浆封层的宏观构造。但是，在抗滑性能与耐久性之间往往存在着矛盾，粗集料的增加意味着沥青用量的减少，这将导致耐久性的降低。增加沥青用量有助于提高封层的耐久性，但将降低封层的宏观构造和导致泛油的倾向。本专题研究的目的是希望通过研究耐久性与抗滑性随沥青用量而变化的规律，能在耐久性与抗滑性之间找到某种平衡，以便作为利用沥青膜厚度来控制最佳沥青用量的依据。本专题研究是在实验室的条件下进行的，它包括了以下两部分内容第一部分是研究在不同的集料级配下湿轮磨耗量和抗滑性能随沥青用量与沥青膜厚度的增加而变化的规律；第二部分是研究在不同的集料级配和沥青用量与沥青膜厚度下，湿轮磨耗量和抗滑性能随湿轮磨耗时间而变化的规律。在试验中选择了四种级配（0、1、2、3）和七种沥青用量，湿轮磨耗时间选用了5MIN和15MIN两种。试验主要是在WTAT120型的湿轮磨耗仪上进行的，首先是按ISSATB100的规定制备湿轮磨耗的试件和进行湿轮磨耗试验，在磨耗试验前、后分别用摆式仪和手工铺砂法测定烘干试件的摩擦摆值和构造深度。湿轮磨耗试验的工况分别为磨耗时间5MIN和15MIN两种，同样的试验分别对由四种级配和七种沥青用量组成的多种材料工况重复进行。对各种试验工况还同时在LWT125负荷轮压仪上进行了砂粘附量的试验，以考核其泛油倾向。根据所获得的试验数据，按上述两方面的内容作了进一步的研究分析。湿轮磨耗值（WTAT值）与沥青用量之间的关系24图100级配的湿轮磨耗值和热砂粘附值随沥青用量而变化的曲线10图10显示了0级配的湿轮磨耗值随沥青用量的增加而变化的情况。从图中可看到湿轮磨耗曲线的变化是比较平缓的，而且磨耗时间为15MIN的曲线虽然比5MIN的曲线要高，但高出的幅度并不大，而两条线的走向基本上是平行的，表明两者均巳进入湿轮磨耗曲线的平缓变化区。图111级配的湿轮磨耗值和热砂粘附值随沥青用量而变化的曲线11图11是用1级配配制的稀浆混合料所做的同样试验的结果。从图中可看到，25不论是5MIN还是15MIN的湿轮磨耗曲线，在变化的趋势上与图10都有着很大的不同。5MIN磨耗曲线随着沥青用量的增大呈现出更陡的下降趋势，而15MIN的磨耗曲线与图10的相应曲线相比，其下降趋势要平缓得多。造成这种差别的原因，主要是由于0和1集料级配的差别所致。1级配是一种粉料和015MM的细料较多的级配，因而集料表面积的总量要比0级配大得多，这导致在相同的沥青用量下，裹覆集料颗粒的沥青膜厚度要比0级配薄得多。1级配的稀浆混合料试件的5MIN磨耗曲线变陡，表明随着沥青膜厚度减小磨耗量将急剧增大，而15MIN的磨耗曲线的变缓显示了在沥青膜厚度很薄的情况下磨耗量随磨耗时间的增长将有显著的增大，它预示着稀浆封层的耐久性将随着通车时间的增长而出现较大的衰减。2级配的试验显示了类似的结果，图12是根据湿轮磨耗试验结果绘制的磨耗曲线。由于2级配的粉料和015MM的细料较0级配稍多，但比1级配要少得多，因而图12中磨耗曲线的走势接近于0级配的曲线，但5MIN和15MIN磨耗曲线并不完全平行。图122级配的湿轮磨耗值和热砂粘附值随沥青用量而变化的曲线12耐久性的衰减规律的研究图13显示了湿轮磨耗量随磨耗时间和沥青膜厚度而变化的规律。从图15中可看到8组数据中可以分为三类沥青膜厚度在76以上时，磨耗量随磨耗时间的增长未见明显增大。沥青膜厚度在67至71范围内，磨耗量随磨耗时间的增长而有所增大，但增长的速率较慢；沥青膜厚度低于54的几组数据，磨26耗量则随磨耗时间的增长而急剧上升。以上的分析表明在沥青膜较薄的条件下，稀浆封层的耐久性将随通车时间的增长而明显地衰减，这种情况将导致出现细料流失、麻面剥落等早期病害（参看图3）。为了进一步显示耐久性衰减的程度和沥青膜厚度的关系，绘制了15MIN相对5MIN磨耗量的增长率（这一增长率代表了耐久性的衰减程度）随沥青膜厚度而变化的曲线（图14）。图13湿轮磨耗量随磨耗时间和沥青膜厚度而变化的规律13图14湿轮磨耗量的增长率随沥青膜厚度而变化的规律1427从图14中可看到耐久性衰减程度随沥青膜厚度而变化的规律接近一指数函数的关系，这一规律的特点是当沥青膜厚度大于一定数值后，基本上就不再减小而接近于一常值，而当沥青膜厚度小于一定数值后，衰减的程度就会急剧增长，而在两者之间则有一个衰减增长率逐渐增大的过渡阶段。从图14中可以看到当沥青膜厚度超过7以上，衰减增长率则基本上不再变化，而当沥青膜厚度低于5以下时，衰减将急剧增长，沥青膜厚度在57之间则是一个过渡阶段。图14中还绘制了按指数方程YAEB/X拟合的磨耗增长率W与沥青膜厚度T的回归曲线W21741E119465/T从图14中可见这一方程与不同级配稀浆混合料的磨耗试验结果有着良好的拟合性，它的相关系数R087，大大高于在99置信水平下的临界值0798。抗滑性能影响因素的研究沥青路面的抗滑阻力取决于路面的微观和宏观构造。微观构造提供一个穿透水膜而使轮胎与路面之间形成一具有较高摩擦系数的粗糙表面，宏观构造则提供轮胎与路面之间的积水排出的通道，以保证轮胎与路面之间的良好接触，并防止出现水楔现象。稀浆封层表面形成抗滑阻力的原理与普通的沥青混凝土路面是相同的，影响稀浆封层抗滑性能的因素，归根到底是它们对稀浆封层表面微观和宏观构造的影响，而它们的特殊性也正在于形成稀浆封层表面微观和宏观构造上的特点。本专题关于抗滑性能试验研究的重点是考虑集料级配、沥青用量（沥青膜厚度）、表面磨耗量对稀浆封层微观和宏观构造的影响，前者以测定的摩擦摆值来表征，后者则以铺砂法测定的平均构造深度来表征。图15是0、1、2、3四种级配在不同沥青用量和经受不同磨耗下测定的摩擦摆值。从图15中可见对于四种不同的级配，在不同的沥青用量和不同的磨耗量下并无本质的变化。这表明级配的控制对于稀浆封层的微观构造不会产生明显的影响。28图15不同级配、不同沥青用量和不同磨耗时间下的摩擦摆值15图16摩擦摆值与湿轮磨耗量之间的相关性分析16为了进一步分析磨耗量对稀浆封层微观构造的影响，绘制了摩擦摆值随湿轮磨耗量而变化的关系（图16）。从图16中可看到，随着磨耗量的增大，而摩擦摆值却并无显著的变化，两者之间的相关性十分微弱，回归曲线接近于一水平线，其相关系数R仅有023，远低于显著性的临界值R0990549。这表明集料颗粒的损失在一定范围内不会对稀浆封层的微观构造产生本质的影响。29关于不同集料级配和沥青用量（沥青膜厚度）对稀浆封层表面宏观构造的影响也是本专题研究的一个重要部分，但从试件制作的效果来看并不理想。在实验室内制作稀浆封层的试件很难获得一粗集料均匀分布的表面。当试模的厚度大于集料的最大粒径时，大部分粗集料沉入试件的底部，试件表面的构造则主要由细集料来形成。在将模板厚度减少至与最大粒径相等时，情况有所好转，但测得的平均构造深度仍只能达到03MM左右，仍然处于微观构造的范围内，无法获得与实际施工的稀浆封层表面相当的构造深度。显然，这是由于在实验室条件下，稀浆混合料的摊铺方式以及橡胶刮板的控制压力和操作方式与实际机器的工作有着较大差异而引起的。因此，对于实验室试件的制作方式仍有待于今后进一步研究和改进。但从巳取得的试验结果来看，至少可以认为在沥青膜厚度小于7的范围内，由稀浆封层表面较细的硬质颗粒构成的微观构造深度并没有发生本质的变化，亦即没有发生多余的沥青淹没细颗粒而导致构造深度的减小。由此可以推断，当封层表面由较粗的颗粒构成较深的构造深度时，在上述沥青膜厚度的范围内同样不致出现显著的衰减。上述结论与文献5中所获得的试验结果是完全一致的。图17是文献5中关于某一特定级配的稀浆混合料试件构造深度的试验结果。在图17中显示了平均构造深度、空气率（空隙率）、沥青饱和度（VFA）随沥青用量与沥青膜厚度而变化的曲线。从图17中可见，当沥青膜厚度在6以下的范围内，宏观构造没有明显的变化，但当沥青膜厚度超过7后，随着沥青用量的增加构造深度并随伴着空隙率将同步地急剧下降，这表明有相当一部分沥青充填了集料颗粒之间和表面构造深度之中的空隙。当沥青膜厚度增加到8左右时，构造深度下降至06MM左右，而空隙率则降低至18左右，再增加沥青用量时，空隙率巳不再继续下降，而随伴着构造深度的进一步急剧下降。这表明有相当一部分空气巳被沥青膜封闭在矿料颗粒的空隙内，因而进一步增加的沥青必然会浮至封层的表面，这是导致泛油的基本原因。从图17的例子中可看到当沥青膜厚度增长至9时，其构造深度只有02MM，在这种情况下导致泛油是必然的。30图17构造深度、空隙率、沥青饱和度随沥青用量和沥青膜厚度而变化的曲线17文献5对47种集料级配研究的结果表明存在着一个沥青膜厚度的临界值，超过这一临界值将导致稀浆封层表面抗滑能力的严重衰减，这一临界值被建议为对于石灰岩为658；对于石英岩则为5575。利用沥青膜厚度来控制稀浆封层的耐久性和抗滑性的辅助方法从以上的分析中可以看到，稀浆混合料中裹覆集料颗粒的沥青膜平均厚度与稀浆封层的耐久性和抗滑性之间都有着良好的相关关系，因此利用沥青膜厚度来控制稀浆封层的耐久性和抗滑性是可行的。图14的试验数据表明，可以为沥青膜厚度设置一下限，以限制耐久性的衰减速率，从而保证必要的抗磨耗性能。根据图14的拟合曲线，可以将其一过渡区的中点，即T6定为控制稀浆封层耐久性的下限。图17的试验曲线则表明，可以为沥青膜厚度设置一上限，以保证必要的构造深度和限制其泛油的倾向，从而提供良好的抗滑能力。根据前节的研究结果可以将T8定为控制稀浆封层抗滑性能的上限。在初步确定了稀浆混合料的最佳沥青用量后，应验算与之相应的沥青膜厚度，如处于68之间，则这一沥青用量是安全的，如超出了这一范围，则说明存在着耐久性或抗滑性能衰减过快的危险。稀浆封层抗滑能力形成的特点和机理的分析对于普通的沥青混凝土路的磨耗表面来说，微观构造的抗滑阻力主要依靠粗集料表面的粗糙纹理与轮胎之间形成的摩擦力，而宏观构造则主要利用路表面形成的空隙作为排水的通道。因此，微观构造的衰减特性将主要取决于集料粗糙面31抗磨光的特性，而宏观构造则主要依靠改变集料级配来调节混合料的空隙率，例如采用开级配的集料等，以实现改善路表面的构造深度。与普通的沥青混凝土路面相比，稀浆封层在形成微观和宏观构造方面有着以下一些特点首先，稀浆混合料是一种细级配的混合料，集料中较粗的颗粒主要由23695MM的颗粒组成（ISSA型级配），它们约占40左右，03MM以下的细料和粉料也比普通沥青混凝土多得多，约占30左右，这样就形成了一种在细料基质上镶嵌较粗颗粒的表面抗滑结构。这种结构就微观构造而言，不会像沥青混凝土那样形成较大的集料粗糙表面来为轮胎的摩擦作用提供必要的附着面积。另一方面，就宏观构造而言，尽管稀浆封层的空隙率可高达20左右，但它不会像开级配的沥青混凝土那样形成很大的表面空隙和排水性能，它的构造深度主要依靠高出于细料基质上的粗颗粒形成，正是由于细料基质的存在，封死了稀浆封层中的空气空隙，使之具有良好的密水性。其次稀浆封层是一层摊铺于原路面上未经压实直接凝固成型的防护层。由于没有经受压实作用，所有粗颗粒在细料基质上的排列处于无序状态，因而会有许多向上的棱角，它们具有很强的穿透水膜的能力，从而可以防止水楔的形成和提供必要的构造深度（参看图18）。图18稀浆封层表面粗颗粒在细料基质上无序排列的示意图18稀浆封层上述微观和宏观构造上的特点反映在形成抗滑阻力的机理上也存在着与普通沥青混凝土磨耗层不同的特殊之处。深入理解稀浆封层抗滑阻力形成的机理将有助于充份利用这些机理上的特点，以获得一良好的抗滑表层。以下是32有关这些特点以及如何发挥它们作用的一些分析在细料的基质上镶嵌带棱角的硬质颗粒是一种良好的抗滑结构，它可以利用硬颗粒的棱角压入轮胎表面而形成更好的附着能力，因而可以提供BPN高达60左右的摩擦作用。这种由高出于细料基质上的粗颗粒形成的宏观构造虽然没有更多的排水性能，但却能依靠对水膜强大的穿透作用破坏水楔的形成而使轮胎与稀浆封层表面之间保持良好的接触，即使在潮湿的状态下仍能产生良好的抗滑能力。这就是为什么不论在干燥的区域、还是在潮湿的地区，稀浆封层，尤其是改性乳化沥青的稀浆封层都能提供较大抗滑阻力的原因。为充分发挥稀浆封层抗滑阻力形成机理的作用，对集料材质上的需求，比石料表面的粗糙纹理和磨光值更为重要的是集料颗粒的形状、棱角性和它的硬度，前者决定了稀浆封层的初始抗滑能力，后者则影响着抗滑性能的衰减程度。从这一观点出发，在所有影响抗滑性能的因素中，集料颗粒的形状、棱角性和硬度应该是第一位的。增大集料级配的最大粒径将有助于增加稀浆封层表面的构造深度，但不应降低03MM以下细集料和粉料的比例，以保证不影响细料基质的形成和良好的密水性。采用间断级配同样能改善稀浆封层的宏观构造，但这种间断应在03118MM之间，而不宜间断于236475MM之间以及03MM以下，因为前者影响粗颗粒高出表面而形成的构造深度，而后者将影响细料基质的形成。导致稀浆封层表面结构抗滑性能早期失效最主要的因素是过厚的沥青膜厚度，它将导致表面粗颗粒形成的棱角淹没在过厚的沥青膜中而不能与轮胎形成良好的接触。因此，将沥青膜厚度控制在8以下对于保证稀浆封层良好的抗滑性能是完全必要的。乳化沥青稀浆封层与微表封层费用效益的对比研究本专题研究的目的是通过对乳化沥青稀浆封层与微表封层的费用效益的对比试验，总结针对不同等级道路和不同车流量的路面的最佳封层方式，为全省推广应用这两种封层方式提供依据。试验研究工作原定为两部分，一部分是在实验室进行磨损耐久性和抗滑性能的试验研究，另一部分则在现场铺筑两种封层的试验路段，进行长期性能的对比研究。如前所述实验室的试验研究由于湿轮磨耗仪的橡胶管用完，找不到进口渠道未能按原计划进行，现场试验按要求铺筑了二段600M长的试验路段。试验路段施工后随即测定了它们的摩擦摆值、构造深度和渗水系数，检测的结果巳在本报告第四节的现场试验部分进行了分析。本专题的另一个研究重点是如何对两种封层的费用效益作出符合实际的对比分析，亦即要制订一种效益费用的对比分析方法。从效益的角度看，在相33同的交通载荷和气候条件下稀浆封层从开始通车使用至性能恶化到某一规定水平的寿命周期的长短可以作为对效益的综合评价。如果将完成一平方米的稀浆封层所需的费用除以它的寿命周期就可得一评价稀浆封层费用效益的指标平均年单位费用（/M2/Y）。在建立平均年单位费用这一指标时，需要两方面的原始参数，第一是稀浆封层的平均成本单价，第二是平均的寿命周期，前者需要一符合实际的核算方法，后者则要求提出一评价寿命周期终结的标准。为了更好地核算稀浆封层的材料和施工成本，在试验路段铺筑过程中按本报告附录4所制订的方法详细核算了各种材料的实际用量和施工成本。表21表24列出了各试验路段的工程成本。从上述各表所列的材料用量的数据来看，稀浆混合料的应用率大体在259363之间，这一应用率较大地超过了ISSAA143和美国一些州规范2规定的最高值，导致这一情况的原因尚需进一步分析。343536为使乳化沥青稀浆封层和微表封层使用性能的衰减具有可比性，将两者的试验路段安排在同一道路的相邻桩号，因而可保证经受相同的交通载荷和气候条件的作用。稀浆封层在交通载荷和气候条件的作用下会由于出现各种病害而导致使用性能的不断恶化直至最终完全丧失服务能力。由于不同的试验路段出现病害的类型和严重程度不尽相同，而且各种病害对路面服务能力的影响也不一样，因此如何评价稀浆封层在使用过程中使用性能巳恶化至完全失去服务能力，亦即寿命周期的终结，需要一综合的考核指标。本专题根据稀浆封层的六种最常见的病害，参考美国SHRP计划有关柔性路面预防性养护长期性能研究专题SPS3的方法3，提出了一个综合评价稀浆封层寿命周期的方法。这一方法的要点是将一没有病害的完好路面定为100分，然后根据病害的类型、严重程度、发展范围进行扣分，当各种病害扣分的结果使路面服务能力评分指标PRS（PAVEMENTRATINGSCORE）下降至50时，认为路面的服务能力终结，从开始使用至PRS达50时所延续的时间即为寿命周期（年）。表25列出了在1个车道（宽375M）200M的检测面积内（约750M2）按病害类型、严重程度和发展范围制订的扣分标准。表26则列出了各类病害严重程度的分级标准。37在建立了寿命周期终结的评价标准和方法之后，根据评价的结果和施工成本的单价，即可计算出效益费用的综合评价指标平均年单位成本（AAUC）。对乳化沥青稀浆封层和微表封层的效益费用评价的最终结果将在今后的长期性能试验中逐年进行评价后得出。上述PRS的评分标准经适当改造后同样可用于对原路面状况的评价（见附录1）。改善乳化沥青与花岗岩集料相容性的试验研究38本专题研究的目的是希望通过实验室评估来评价玄武岩、花岗岩这样含硅量较多的中性和酸性集料与阳离子乳化沥青的粘结性能，以及改善其与酸性集料粘结性能的方法。花岗岩和玄武岩都属于石质坚硬的岩浆岩，常被用作路面抗滑磨耗层的材料，花岗岩是岩浆岩中在我国分布最为广泛的一种，玄武岩在我国也有较广的分布，在云贵川三省交界处尤多，但它们的分布并不均衡，有些东南沿海省份如广东、福建等地则分布较少，因而导致价格较高。花岗岩和玄武岩同属岩浆岩，但它们的含硅量（SIO2）不同，花岗岩集料的含硅量通常在5578以上是典型的酸性集料，玄武岩集料的含硅量通常在3045之间属于一种中性集料。一般来说酸性集料与沥青的粘结性能较差。酸性集料在与水接触时会发生负充电，使集料表面带负电荷，当它们与阳离子乳化沥青相结合时，由于异性电荷相吸的物理粘附作用，它与沥青的粘结将有所改善。玄武岩集料是一种中性集料，它既有含硅量多的酸性矿物质，又有含碳酸盐多的碱性矿物质。酸性矿物质由于异电荷相吸的作用可以改善物理粘附作用，而碱性矿物则具有与沥青之间的化学粘附作用，因此使用玄武岩集料与阳离子乳化沥青配伍通常可以获得较好的效果。试验研究的第一个任务就是通过对比试验来评价阳离子乳化沥青与花岗岩集料之间的粘结性能比它与玄武岩集料之间的粘结性能下降多少，能否满足一般的使用要求。试验的第二个任务是评价加入不同比例的抗剥落剂后花岗岩与沥青的粘结性能是否有所改善以及改善的程度。试验是按ISSATB144集料与沥青相容性分级试验方法进行的。对玄武岩和花岗岩两种集料按TB144的配合比要求和规定方法制备三组对比用的试件，第一组为玄武岩集料，第二组为花岗岩集料，第三组为花岗岩集料加03AK公司的WETFIXBE型抗剥落剂，每组试件812个。将制作好并称重后的试件放入253的水浴中浸泡6天，取出称取其表干重量。将试件成对地放入SCHULZEBREUERANDRUCK相容性试验机盛水的梭筒中以20RPM的速度翻转3600次，然后取出称取其表干重量。两次表干重量之差即记为磨耗量。将磨耗后的试件放在金属丝的网篮中在800ML烧杯的强沸水中煮30MIN。对煮过的试件称取表干重量，计算其占相容性试验前浸透水份的原试件表干重量的百分比，记为30MIN沸腾试验的完整性。当试件在空气中干燥24小时后观察集料颗粒裹覆沥青的情况，计算其中完全裹覆沥青颗粒的表面积占总面积的百分比。表27列出12个玄武岩集料试件的相容性试验结果。从表27的数据中可看到玄武岩集料与阳离子乳化沥青有着良好的相容性，全部12个试件都为BAA级。12个试件磨耗量的平均值为0873G，代表值为0899G；完整性的平均值为929，代表值39为915；粘结性的平均值为933，代表值为931；总评分为11分，BAA级。表28列出了8个花岗岩集料试件的相容性试验结果。从表28中可看到8个试件的磨耗量均大于2G，均为0级0分，在30MIN的沸腾试验中试件散为散块，完整性均在10以下，也属0级0分，表明花岗岩与阳离子乳化沥青的相容性是很差的。表28中也列出了8个花岗岩集料与加有03的热拌沥青抗剥落剂的乳化沥青的试验结果。从相容性试验的结果来看，热拌沥青用的抗剥落剂对改善在湿冷条件下裹覆的酸性集料与沥青的粘结性能并无明显效果。因此需要改试专用于乳化沥青的抗剥落剂，由于国内没有此类产品，国外定货一时未能到位，因而试验只能暂停。40四