半刚性基层沥青路面透层渗透性研究

摘要：本文针对半刚性基层沥青路面透层的机理及作用，选用煤油稀释沥青和乳化沥青作为透层材料，用室内试验的方法研究了透层的渗透性及剪切性能。结果表明，不同的透层材料组合和不同的透层油洒布量对其渗透性及剪切性能存在显著差异，并最终分别确定了煤油稀释沥青和乳化沥青的最佳洒布量，为公路设计和施工提供了一定的参考价值。

关键词：半刚性基层，沥青路面，透层，煤油稀释沥青，乳化沥青

Abstract: In order to research the penetration mechanism and action of the prime coat of the semi-rigid base asphalt pavement, kerosene cutback asphalt and emulsified asphalt were used as the prime coat material. The permeability and shear property of the prime coat were studied by the indoor experimental method. The results show that the different material combinations of the prime coat and different prime coat oil dosages have the significant differences on the permeability and shear property. Finally, spraying volume of the best of the kerosene cutback asphalt and emulsified asphalt is determined for providing a certain reference value with the highway design and construction.

Key words: semi-rigid, asphalt, prime coat, kerosene cutback asphalt, emulsified asphalt

中图分类号： U416.217 文献标识码：A 文章编号：

引言

半刚性基层沥青路面是我国高等级公路普遍采用的路面结构类型，由于材料的物理、力学性能存在显著差异，基面层间的联结成为路面结构的薄弱环节，并逐步演化成路面早期病害出现的主要诱因, 使路面竣工后因基面层间处治质量问题而出现的推移、剪切破坏现象较为普遍[1-3]。工程当中常用的做法是在半刚性基层上洒透层油，但是规范中缺乏相应的透层控制指标，甚至有些施工人员把透层和封层混淆在一起，导致透层施工有很大随意性[4]。因此，基于这一研究现状，本文从透层的机理及自身作用出发，选择不同的透层材料和不同的洒布量进行室内试验，选择出最优的透层材料和最佳洒布量，为今后的工程施工提供参考依据。

1 透层的机理及作用

1.1 透层的机理

透层油施工完成之后，会有一部分渗透入半刚性基层，一部分残留在表面，透层油的渗入从某种程度上可以降低基层材料的模量，很好地发挥从无机结合料结构层到有机结合料之间良好的过渡耦合作用[5]。透层油在渗透深度内，有机物质填充了半刚性基层的表面空隙，形成了特殊的结构层，称之为藕合层。耦合层的作用机理在于有机物质介入半刚性基层一定深度之后，使之与柔性路面的层间粘结效果更好，而耦合层本身也是半刚性基层的一部分，因此可以解决柔性路面与半刚性路面基层的粘结问题。

1.2 透层的作用

(1)抗变形能力

在外界荷载作用下，路面面层起到传递垂直荷载和抵抗水平剪力的作用，而路面基层和路基是主要来承受垂直荷载。因此，路面结构在连续性很好的情况下，厚度越大，抗变形效果越好。透层是在半刚性基层材料中加入了柔性材料，具有一定抗变形能力，相当于增加了柔性材料结构层的厚度，对提高路面结构整体抗变形能力起到了一定作用[6]。

(2)提高层间连续性

为满足承受荷载的要求，路面应在级配、结构上成为连续的整体。由于施工工艺的限制及施工质量的要求，路面结构不得不设计为多层组合体系。因此，不可避免地会出现层与层之间的结合界面，使层与层之间不是处于完全连续状态，由沥青路面的受力分析可以看出，当层与层之间处于部分结合状态时，受力存在很大突变如表1所示，典型路面结构在标准轴载作用，以单元荷载中心0.1598m和双圆轮隙中心0m两个位置（这里的y代表道路横断面方向，道路纵向为x方向），用BISAR3.0软件计算了剪应随半刚性基层沥青面层之间接触状态的变化的受力情况。由表1可以看出，特别是中、下面层的应力突变现象最为严重，这种结合面的结合质量对路面的影响很大，同时也验证了实际工程中洒透层油的理由。

表1 基-面层间不同接触状态下剪应力的突变

(3)抗防水能力

透层材料渗入基层后，对基层表面的空隙起到填充作用，封闭了基层材料的开口空隙，从而形成一个防水层，阻止路表水渗入路基，提高了基层抵御水破坏的能力，特别是结合下封层油膜的封闭作用，既可解决下封层的粘结，又为基层防水起到了良好的作用。

2 透层材料的选择

2.1 透层油的选择

我国《公路沥青路面施工技术规范》 (JTJF40一2004):根据基层类型选择渗透性好的液体沥青、乳化沥青、煤沥青作透层油。喷洒后通过钻孔或挖掘确认透层油渗入基层的深度，并能与基层连接成为一体。通过多年的透层施工经验和大量的室内试验研究认为，作为高等级沥青路面基层透层的沥青材料应具备以下几项性能[7]:

先是要具备良好的渗透能力(5～10mm)，

②残留沥青要有一定的抗老化能力和良好的温度稳定性和耐久性，

③能很快挥发干燥并且保证足够数量的沥青透入基层；

④不能使用易燃或有毒害性的沥青材料防止造成火灾和对人体及环境的危害。

2.2 乳化沥青

乳化沥青在高等级沥青路面中被广泛用作透层材料，由长期施工经验发现：乳化沥青的种类与基层类型的匹配性考虑不足，我国规范明确指出对于碱性石料或与水泥、石灰、粉煤灰共同使用时，宜采用阴离子乳化沥青，但是实际施工过程中未严格按照规范实施；阳离子乳化沥青作为半刚性基层透层油的效果并不理想，由于半刚性基层表面本身致密且呈强碱性，阳离子乳化沥青破乳速度过快，致使阳离子乳化沥青很难透入，所以也就不能起到透层的作用；只有提高乳化沥青材料系统的均匀性和分散性才能提高乳化沥青的渗透能力，不能通过无限制增加乳化沥青系统的含水量来追求更好的渗透能力。

2.3 稀释沥青

稀释沥青是由汽油、煤油、柴油等稀释剂回配到石油沥青中得到的，根据稀释剂挥发速度的快慢，分为快凝、中凝、慢凝三种。稀释沥青的掺配工艺主要是比例的选择，原则上是在能够渗透一定深度的基础上，稀释剂尽可能比例小，保留一定的粘度。稀释的基质沥青的标号应与面层沥青混凝土中沥青标号一致，不宜采用高标号、低粘度的沥青。经验上，掺配25-35%的煤油和25-35%的轻柴油，可配成AL(M)-1型的稀释沥青，煤油的效果明显比柴油好，表2为透层材料的用量要求。