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1、碎石封层技术简介,指导教师：杨彦海 教授课程名称：公路养护技术,本节提纲,1 定义,2 技术特点,3 使用条件,4 材料要求,5 施工工艺,6 质量管理与控制,1、什么是同步碎石封层？,碎石封层：在沥青路面上喷洒一层沥青材料，紧接着撒布单粒碎石，或适当级配的集料，并紧跟着进行碾压。主要用于防止水的渗入，改善路面抗滑性和耐磨性，改善路面使用性能。,同步碎石封层是指用专用设备即同步碎石封层车将单一粒径的石料及沥青胶结料同时洒布在路面上在胶轮压路机或自然行车碾压下使胶结料与石料之间有最充分的表面接触以达到它们之间最大限度的粘结性从而形成保护原有路面的沥青碎石磨耗层。,异步碎石封层就是先采用沥青喷洒设
2、备喷洒胶结料，再用碎石撒布器将碎石撒布于胶结料上，经过压实机械的初步碾压后开放交通，在车辆荷载的自然轮碾下形成的路面封层。,碎石封层的分类,1碎石封层常用胶结料类型 a 沥青乳液；b 高性能沥青结合剂（PBA）；c 橡胶沥青（AR）；d 再生乳液2 碎石封层采用石料 碎石要求经过反击破碎(或锤式破碎)得到的碎石,针片状石料严格控制在15%以内,几何尺寸要好,不含杂质和石粉,压碎值小于14%,对石料酸碱性无特殊要求,并严格经过水洗风干。,3 碎石封层的种类（1）根据碎石封层的层数分类,1）单层碎石封层:单层碎石封层只洒布一层胶结料,然后撒布一层碎石集料。这种方法常作为一种路面养护方法,为路面提供
3、一种新的抗滑表层,防止松散,并封闭微裂缝。,2）多层碎石封层:由多层胶结料和多层集料形成的表面封层结构。例如,双层碎石封层结构,先喷洒一层胶结料,撒布一层碎石,碾压使碎石嵌入胶结料,然后再洒布另一层胶结料,撒布碎石(其粒径约为第一层碎石最小粒径的1/2),再进行碾压。在每次碎石撒布完成碾压之后均需进行清扫。为使路面边缘成型良好,必要时这项工作可以重复的进行。当需要得到持久、结实的道路表面时,一般采用多层碎石封层结构。,3）应力吸收层(SAM):SAM是一种单层碎石封层,使用一种改性胶结料(多采用橡胶沥青),然后再撒布一层碎石,进而再进行碾压。胶结料一般比普通碎石封层用量要多。一般认为SAM需采
4、用橡胶沥青胶结料。,4）复合应力吸收层(SAMI):SAMI是用于延缓新铺罩面反射裂缝产生的一种封层结构。它也是先洒布一层改性胶结料,接着撒布一层碎石,再进行碾压,最后再进行一层罩面,如加铺的罩面层为橡胶沥青混凝土,通常将这种结构称为橡胶沥青复合应力吸收层(SAMI-R)。,（2）根据施工工艺分类,1）普通碎石封层:也称异步碎石封层。普通碎石封层施工时,一般是采用胶结料洒布机对胶结料进行洒布,此后采用碎石撒布机撒布碎石。由于胶结料的洒布与碎石的撒布之间存在一定的时间间隔,使得胶结料与碎石之间粘结力降低,开放交通后易产生掉粒现象。,2）同步碎石封层:指采用专用设备即同步碎石封层车将碎石及胶结料同
5、时撒铺在路面上,在自然行车的碾压下,形成保护原有路面的沥青碎石磨耗层。,某采用碎石封层道路左图为近距离照片，右图为整体照片,同步碎石封层设备,同步碎石封层的工作原理是利用专门的施工设备同步碎石封层机将高温沥青（160以上）与洁净干燥的均匀石料几乎时喷洒在路面上，保证沥青与石料在最短的间内完成结合并在外荷载作用下不断形成强度。此时沥青的结合温度在120以上并具有足够的粘结性，同时由于流体沥青的表面张力使热沥青沿石料表面向上爬升爬升高度约为石料高度的2/3.并在石料的表面形成一个半月面使石料被裹覆的面积达约保证了沥青与石料有足合强度。为此提高沥青与集料的粘附性，增加集料被沥青裹覆的面积是该项技术的
6、关键。,碎石封层的工作原理,优点,a 改善路表的抗滑性能b 性价比高c 耐久性好d 施工简便,对交通影响小,a 养护时间b 碎石飞散c 噪声大d 天气限制e 不适用于建设停车场,缺点,碎石封层的优缺点,2、同步碎石封层的技术特点,同步碎石封层实质是靠一定厚度沥青膜(12)粘结的超薄沥青碎石表面处治层，其整体力学特征是柔性的，能增加路面抗裂性能、治愈路面龟网裂、减少路面反射裂缝、提高路面防渗水性能，用于道路养护可延长路面使用寿命23年，若使用聚合物改性粘结料效果更佳。同步碎石封层可以大大提高原路面的摩擦系数，即增加路面防滑性能，并能使路面平整度得到一定程度的恢复。通过采用局部多层摊铺不同粒径石料
7、的施工方法，同步碎石封层能有效治愈深达1以下的车辙、沉陷等病害，这一点是其它养护方法无法比拟的。同步碎石封层可以作为低等级公路的过渡型路面，以缓解公路建设资金严重不足的矛盾。同步碎石封层工序简单、施工速度快，可即时限速开放交通。无论用于道路养护还是作为过渡型路面，同步碎石封层的性能价格比明显优于其它表处方法，从而大大降低道路的维修养护成本。,1 下承层应满足的要求 碎石封层下承层一般为旧沥青路面、水泥混凝土桥面或半刚性基层，施工前应按有关规范的规定对下承层进行调查及检测，当下承层质量检测符合要求后方可铺筑碎石封层。下承层应符合下列要求：1 下承层的材料、施工工艺应符合现行公路施工技术规范的规定
8、。2 旧沥青路面及水泥混凝土桥面应具有足够的强度、刚度及足够的稳定性，半刚性基层强度、刚度及干缩和温缩变形等符合要求。路面强度、平整度和破损状况应满足以下要求：,3、碎石封层的适用条件,注：原路面各项评价指标评定等级应为优以下，良以上。,附表1：下承层要求,3 无横坡超限，或中线偏移、平整度差等缺陷。4 表面清洁、干燥，无灰尘、无杂物。5 表面应平整、密实。基层应有一定的横、纵坡度。6 路面局部破损应进行修复处理。2 下承层病害的处理 应根据下承层的原有质量和具体病害，确定对其进行处理、整平或补强的方法及措施，在具体实施过程中应遵循以下原则：1 符合公路功能服务水平，满足使用者及运输业期望，基
9、本无损坏的下承层经整平后可进行碎石封层。2 下承层已有明显损坏的，应详细调查损坏情况。根据各种破损的产生原因、路面结构类型、修补季节的气候条件等实际情况，采取行之有效的修补方法，对路面病害及缺陷进行预先处理，再铺筑碎石封层。,原路面病害的处理 原路面的病害处理方法应按照公路养护的正确做法进行，并保证修补后的部位与原路面结合紧密。具体方法如下：1 坑槽补坑槽可采用常温、低温混合料或沥青热拌等多种沥青混合材料进行修补。采用“圆坑方补”的方法进行开槽至稳定部分，然后清除坑内的浮料，把方坑清扫干净后，补料填入坑内，通过整平、压实即可。2 裂缝对于宽度小于1.0mm、裂缝面积占总面积的10%以下的区域，
10、可直接施工碎石封层。对于宽度大于1.0mm 的裂缝，宜将缝隙刷扫干净后，用嵌缝料进行灌缝处理。也可采用乳化沥青混合料进行填封。,3 泛油 若原沥青路面泛油较少，可以通过调整碎石和沥青的用量加以解决。若原沥青路面局部泛油且泛油严重，可用切割机将油包切除，切除部位要延展至未泛油区域。用热拌料或冷补料或稀浆封层等对切除部分进行修补。若路面大面积泛油，则可用铣刨机将泛油路面全部清除，用稀浆封层对清除部位进行修补。4 车辙 对于车辙深度大于1cm 的原路面，应进行车辙处理。车道表面因车辆行驶推移而产生的车辙，应将出现车辙的面层切削或铣刨清除，根据车辙深度的大小选择不同的沥青混合料进行修补，然后进行碎石封
11、层。由于基层强度不足，水稳性能不好，使基层局部下沉而形成的车辙，应处置基层使符合设计强度要求，才能进行碎石封层。,5 松散 对于原路面沥青混合料造成的松散，应挖除重铺，保证重铺路面的质量并与原路面有很好的结合。6 沉陷 因路基不均匀沉降而引起的局部路面沉陷，若土基和基层已经密实稳定，不再继续下沉，可只修补面层。并根据路面的破损状况分别采取不同的处治措施。因土基或基层结构遭到破坏而引起的路面沉陷，应先处治好基层后再重作面层。路面基层病害及水泥混凝土桥面的处理 对于基层，上述病害如果是由于基层或土基引起的，则应该根据具体情况对路基或基层进行处理，采用热拌沥青混合料或乳化沥青混合料进行加铺后，再进行
12、碎石封层的施工。,碎石封层普遍采用开级配抗滑磨耗层进行路面养护，此种级配的石料中粗集料多细集料少。其强度大小主要由石料本身的强度及材料间的相互嵌挤力所决定。根据原路面状况及铺筑后路面所要达到的路用性能的要求，碎石封层可选用不同的结构类型按石料的粒径范围大小可分为细封层、粗封层、加粗封层种类型。细封层：石料的级配范围为46，石料的撒铺量为46m/1000、碾压成型厚度为5的碎石封层。粗封层：石料的级配范围为610，石料的撒铺量为79m/1000、碾压成型厚度为8的碎石封层。加粗封层：石料的级配范围为1014，石料的撒铺量为1113m/1000、碾压成型厚度为12的碎石封层。,碎石封层的结构类型,
13、附表2：碎石封层结构类型设计,4、碎石封层材料,粘结料：从同步碎石封层的原理可知，同步碎石封层用胶结料无论是沥青或乳化沥青必须具有足够的粘结性，以保证一定的粘结强度；要具用足够的爬升高度，以保证一定的裹覆面积；要具用较宽泛的适用性，以保证与石料的配伍性。碎石封层技术可以使用不同的沥青结合料，如软化纯沥青、聚合物改性沥青、乳化沥青、聚合物改性乳化沥青、稀释沥青等，热沥青主要用于大规模封层。石料：碎石要求经过反击破碎(或锤式破碎)得到的碎石，针片状石料严格控制在15以内，几何尺寸要好，不含杂质和石粉，压碎值小于14，对石料酸碱性无特殊要求，并严格经过水洗风干。石料选择应遵循以下几个原则：水：可以采
14、用饮用水，严禁使用受污染的水。,碎石封层对沥青的要求,碎石封层可以采用多种沥青，其中包括石油沥青，改性沥青，橡胶沥青，乳化沥青和改性乳化沥青。下面列出改性乳化沥青的技术指标要求。,石料选择应遵循的几个原则,1)硬度。必须有足够的硬度以抵挡交通磨损。在相对重载车较多，车流量较大的情况下，骨料的硬度尤为重要。2)级配。近乎单一级配，几乎不含粉料。3)形状。尽量使用立方体的骨料，避免针片结构，以保证骨料在沥青中达到合适的嵌入深度。在应用碎石封层技术进行路面养护时，石料主要是用来抵挡车轮磨耗的，所以正确的石料撒布量应该是可以完全覆盖旧路面，石料之间应该是肩并肩紧密的构成一个平面，达到100石料覆盖率。
15、如果石料的覆盖率过低，过多的紫外线对沥青的照射会导致沥青变性老化，从而导致路面损坏情况发生。如果石料的覆盖率过高会导致过多的石料被挤压到沥青层中，从而导致一些已经粘到沥青层的石料脱落。一方面造成不必要的材料浪费，另外脱落的石料有可能会被车轮带起轧碎汽车挡风玻璃。参照相关资料，不同粒径的石料撒布量如图所示。,碎石封层中碎石和沥青用量的计算方法,碎石封层中碎石和沥青用量的计算方法最初是由Norman McLeod提出的，后来被Strategic Highway Research Program(SHRP)采纳，用于碎石封层的设计。该方法认为：碎石用量由碎石级配、形状和密度决定，沥青用量由碎石级配、
16、吸收度、形状，交通量、路面状况和所用沥青材料中基质沥青的含量共同决定。(1)碎石尺寸中值(M)：碎石尺寸中值是按照碎石级配计算得出的，为50的碎石能够通过的筛网网孔尺寸(理论值)。用于测量碎石级配的筛网网孔尺寸(mm)有：0.075、0.3、1.18、2.36、4.75、6.3、9.5、12.5、19.0、25.0。(2)碎石片状指数(FI)。碎石片状指数是碎石中针片状成分在全部碎石中所占质量的百分数。采用标准的测试盘测定，测试盘上的槽有25mm、19mm、12.5 mm、9.5 mm和6.3等5种，因为碎石封层不使用25mm、19mm、12.5 mm规格的碎石，一般只使用测试盘上最小的3种槽
17、。,(3)碎石平均最小尺寸(H)。碎石平均最小尺寸(ALD)代表了轮胎碾压最多地方碎石封层的厚度。(4)松散碎石的单位质量(W)。松散碎石的单位质量是用来计算初压后碎石之空隙率的，按ASTM C 29规定测定。级配碎石和比较脏的碎石单位质量较大。(5)碎石密度(G)。碎石不同，密度也不相同，覆盖同样面积，密度大的碎石需要量较多。常见碎石的密度见下表。,(6)松散碎石的空隙率(V)。松散碎石的空隙率是碎石从撒布车上落到地面后碎石之间的空隙。采用单一尺寸碎石时，松散碎石的空隙率一般为碎石尺寸的50，级配碎石的空隙率稍小。压路机初压后，松散碎石的空隙率将减小到30，行车充分压实后，松散碎石的空隙率可
18、以达到20。车流量较小的道路，松散碎石的空隙率将维持在初压后30左右的状态，需要较多的沥青，方能获得良好的封层性能。(7)碎石吸收率(A)。所有的碎石都具有吸收沥青材料的特性。McLeod建议，碎石的吸收率在1附近时，需要增加0.09L的沥青用量。常见碎石对沥青的吸收如表所示。,(8)交通量修正因子(T)。交通量小，碎石将保持最初压实后的形状，要达到70的沥青裹覆量，需要更多的沥青。交通量足够大时，碎石封层会比初压后的薄，需要的沥青较少。如果不考虑交通量的影响，碎石封层在轮胎碾压较多的地方会泛油，在没有轮胎碾压的地方掉粒较为严重。McLeod提出了不同车流量情况下，碎石的沥裹覆率修正因子，见表
19、3。,（9)碎石损失系数(E)。封层施工开放交通初期，不可避免会有部分碎石脱落。碎石的脱落量和行车速度、数量密切相关。一般认为，低速、小流量、城市道路的碎石损失系数为5，高速公路、国道的碎石损失系数为10。(10)路面状况修正因子(S)。道路状况也是影响沥青用量的重要因素。新建平滑、孔隙小的道路，吸收沥青少，相反，干燥、多孔有麻点的路面会吸收大量沥青。部分道路状况修正因子见表4。,碎石用量的确定 碎石用量(C)与松散碎石的空隙率(V)、碎石平均最小尺寸(H)、碎石密度(G)、碎石损失系数(E)密切相关，计算方法见 下式：沥青用量(B)。沥青用量(B)与碎石平均最小尺寸(H)、交通量修正因子(T
20、)、松散碎石的空隙率(V)、路面状况修正因子(S)、碎石吸收率(A)、乳化沥青或稀释沥青中沥青含(R，采用热沥青时，该值取1)密切相关，计算方法见下式：,施工工艺流程图,5、碎石封层施工工艺,（1）在浇洒改性沥青碎石封层前，应对已喷洒透层的基层顶面进行检查，有破损地方应进行修补：若有其他污染或杂物应进行冲洗或清扫，当用水冲洗时，应等水分蒸发表面完全干燥后才可进行改性沥青同步碎石封层的施工。（2）在施工现场，采用轮式装载机向同步碎石封层车的骨料斗装载13.219 mm单粒径石灰石碎石，在沥青高温罐车泵吸高温改性沥青(175左右)，到同步碎石封层车沥青储罐内，为防止高温沥青罐车的输油管阀滴漏沥青。
21、应采用铁质容器接受滴漏沥青：将装好科的同步碎年i封层车开至施1=起点。操作手调整好各个系统的工作参数，然后指挥驾驶员沿预先设置的控制线起步，行驶速度应控制在58 kmh左右；打开各料门控制开关，使沥青喷出，同时撤布均匀碎石。改性沥青(或普通石油沥青)洒布量的参数一旦故定，同步碎石封层车的控制系统就会根据车速自动调节沥青流量，使洒布量控制在设定值，误差控制在45以内碎石撒布量应根据现场试验检测，通过控制车速确定。,碎石封层施工工艺要求,（3）碾压：在沥青和碎石同步洒布后，可进行碾压，当采用轻型轮胎压路机稳压一、二遍。控制碾压速度为58 kmh。使单粒径碎石嵌入改性沥青之中且牢固。没必要进行过多的
22、碾压。（4）养护：同步碎石封层铺筑后，应封闭交通，且应尽可能早进行下面层的施工，下面层的运料车在封层上行驶，车速小得高于20 kmh。同步沥青碎石封层养护工艺为：原有路面的处理施工材料的准备现场施工胶轮压路机碾压开放交通路面清扫剩余骨料回收。,附表3：碎石封层沥青洒布温度控制,1 工程自检 在施工过程中,要随时对所用材料进行原材料检验和试验、进场检验和过程检验和试验等，具体检查项目见下表。自检过程中发现的质量问题要及时分析并加以解决。,6、碎石封层质量管理与控制,附表4：施工过程中材料质量控制,附表5：碎石封层施工质量控制,2工程竣工验收 工程自检合格后，由建设单位组织养护管理单位、施工单位等
23、有关人员按照工程竣工验收标准，进行检查验收。验收的内容包括工程外业和内业两项。外业包括封层路面宽度、厚度、平整度、渗水系数、磨擦系数、构造深度、1 年后石料的剥落度、外观质量等。内业包括原材料试验单、施工原始记录、质量检验单等。,表6：交工检查及验收质量标准,目前,我国的公路养护部门还习惯采用传统的公路维修养护方法,虽然陆续出现了一些路用新材料、新技术、新工艺,但仍不能满足公路养护工作量日益增长的需求。如果按旧的养护模式,每年需支出大笔的养护资金,且这样大的维修量很难保证现有路面安全畅通。采用碎石封层技术后,可节省资金50%左右。,7、碎石封层的推广使用前景,Thinks!,THE END!,
