稀浆封层施工技术

稀浆封层施工技术1、防水连接层概述沥青防水连接层技术的应用，在国外尤其发达国家,已有30～40年的历史，并在不断地发展和提高。在我国，推广应用沥青防水连接层技术也有十几年了,随着我国对外开放和经济发展，引进防水连接层的硬件与软件已为数不少。再加上我们自己相继研制开发了适应国情的多种防水连接层专用机械及新材料，可以说，施工工艺、规程等日趋完善和成熟，问题的关键在于大胆实践、开发应用技术、提高施工技术，同时善于总结，以形成一个中国特色的沥青防水连接层技术，从而为我国公路事业发挥其独特功能,应用前景将十分广阔。防水连接层作为高等级公路的层间处理，一方面在于加强层间联接，形成一个过渡结构层，使路面结构具有连续性；另一方面用于提高路面的防水性能。稀浆封层是一种以乳化沥青为粘结料的薄层沥青混凝土冷态施工技术，它以连续级配石料、乳化沥青、添料、助剂、水按照一定的比例经稀浆封层机连续制浆并通过摊铺、碾压养生等施工工艺而成型，常用做上封层来改善路面功能。稀浆封层对防止地表水下渗，延长路面使用寿命，减少建设养护费用可以起到很好的作用。目前随着高速公路建设要求的提高，这种工艺正被广泛地用于高速公路下封层施工中。如在107国道新乡至郑州段，京秦高速公路桥面防水，合徐高速公路，界阜蚌高速公路等都采用了这种施工工艺，并取得了良好效果。2、防水连接层的路用功能混凝土面板与半刚性基层直接接触，会产生很多问题。半刚性基层材料的水稳定性不仅是指静态水的作用，还体现在材料经受压力水和流动水的作用。当表面水通过不同途径进入水泥混凝土路面结构层时，如果进入的水未能及时排出，而是滞留在面板与基层之间，就会导致基层局部潮湿甚至饱水；在行车荷载作用下，路面结构层内或基层材料中的自由水会产生相当大的水压力，这种有压力的水会冲刷基层材料的细料。一次冲刷的量是很小的，但在行车荷载的反复作用下，经过多次冲刷，就会积少成多，从而在路面裂缝中形成细料浆。久而久之，在行车荷载作用下，细料浆被逐渐压挤出裂缝，从而形成唧泥现象。显然，路面结构层内自由水的水压力随行车荷载的增加而增大，同时冲刷量随行车反复作用次数而增加。基层的冲刷程度与进入路面结构层的水量大小有关，进入的水愈多，冲刷程度愈大。当水泥混凝土路面一旦出现唧泥现象，板底脱空、错台、板角断裂等病害也即随之发生。在水泥混凝土板底部设置具有一定厚度的防水连接层,这样即使在水存在的情况下，水也很难与半刚性基层直接接触，起到保护基层的作用，有效的防止了水泥混凝土路面常见的各种病害诸如唧泥、沉陷、错台发生。防水联结层的设置，在某种程度上也改善了混凝土面板与半刚性基层的界面状态，将面板与基层界面由强限制转化为弱限制，避免了由于混凝土早期强度不足，但粘结力过大造成板块早期开裂所引发的一系列病害的发生。防水连接层作为在沥青垫层，还是一种全新的应用。水泥混凝土面板底部设置沥青防水联结层，具有主要功能如下：（1）实现混凝土板的“软着陆”相对于静载结构而言，路面实际上是承受车轮冲击、振动的动载结构。而目前国内外路面结构的设计指标中仅有标准轴载应力加上温度应力两项，对冲击、振动的影响考虑不足。高速车轮的冲击引发的是比静载应力高1-2倍的冲击应力峰值，而振动力是冲击应力峰值过后的正弦振荡应力。在水泥混凝土(PCC)+沥青混凝土（AC）复合式路面结构中，其沥青层较薄，虽然具有一定的承受车辆荷载的作用，但主要是起到功能层的作用。因此，在路面使用过程中垫层、基层将可能再次产生累积塑性变形，导致板底产生空隙。设计时如果能够采取措施，降低行车荷载对基层的作用力，就能够较小基层的塑性变形。在路面结构中设置具有一定的柔性，且厚度较大的防水联接层时，在水泥混凝土板受到冲击后，联接层也会因受压而产生变形，从而缓冲水泥混凝土面层对基层的冲击，较好分散水泥混凝土面板和基层之间应力，从而改善了基层的工作状况。（2）改善半刚性基层对混凝土面板约束状况在路面力学分析时，通常假设面板与基层接触在垂直方向紧密结合，在水平方向为完全连续或完全滑动状态。由于混凝土材料具有不可塑性，当温度发生变化，路面将由此产生膨胀和收缩变形。日温差引起翘曲变形，导致面板的翘曲和拱起。季节性温差引起板的胀缩变形，导致面板在基层上滑动，基层对面板产生约束剪应力。传统复合式路面结构设计，混凝土面板与半刚性基层直接接触，由于浇筑混凝土面板时，水泥浆体有部分渗透进入到基层表面一定范围，随后凝结、硬化，导致路面板与基层之间处于粘着状态，粘着结合强度最高可达1.0MPa。在界面接触破坏前，面板需要克服相当大的阻力才能移动。这主要是由于混凝土板与基层之间存在较大的粘结力和嵌挤摩擦力。而面板在刚浇筑后，混凝土强度不足，当温度发生变化时，混凝土产生伸缩变形，过大的粘结力会导致板块早期开裂。沥青防水联结层的设置，在某种程度上也改善了混凝土面板与半刚性基层的界面状态，将面板与基层界面由强限制转化为弱限制，避免了由于混凝土早期强度不足，但粘结力过大造成板块早期开裂所引发的一系列病害的发生。（3）减弱清除混凝土板下半刚性基层的不均匀支撑，起整平作用；（4）防止水泥板与半刚性基层之间的反复摩擦产生的半刚性基层的磨损。（5）防止积水对基层及路基造成的冲刷，作为路面层间防水与排水的第一道屏障。（6）起应力消减层的作用，减轻半刚性基层反射裂缝对上部路面的影响。（7）保护基层，充当施工期间的临时路面，而如果采用乳化沥青或防水连接层，则还可以起到半刚性基层的养生作用。为了达到以上性能要求，防水连接层层必须具有良好的均匀性和密水性，并具有一定的抗变形能力和延展性。许尉高速公路采用1.5cm厚双层改性沥青稀浆封层，特别要求蒸发残留物5℃延度不小于50cm,达到了上述的要求。3、防水连接层材料组成设计3.1防水连接层混合料的组成和技术要求防水连接层由良好级配的矿料、乳化沥青、填料、水及添加剂等组成，选用的材料事先需由实验室试验确定，各种材料的配合比也应由实验室决定。为了保证实际所用的材料及材料的配比与实验室相符，在施工前必须进行选择评价。3.1.1不同防水连接层材料用量可按表3-1选用。最大厚度和材料用量表3-1项目ES－1细封层ES－2中封层ES－3粗封层干矿料用量（kg/m2）3.2～3.55.4～8.18.1～13.6沥青用量（干矿料质量百分比）（％）10～167.5～13.56.5～12填料用量（干矿料质量百分比）（％）0～3总含水量（干矿料质量百分比）（％）12～20加水量（干矿料质量百分比）（％）6～113.1.2稀浆混合料的室内试验技术指标稀浆混合料技术指标表3-2项目单位类别指标可拌和时间Tms改性防水连接层摊铺机＞120人工拌和或普通防水连接层摊铺机＞120稠度值CVcm机械拌和摊铺2～3人工拌和摊铺3～5磨耗量WTATg/m2＜800粘附砂量LWTg/m2＜600粘结力CTN·cm初凝120开放交通2003.1.3矿料的选择矿料在防水连接层混合料中起骨架作用，其最大粒径决定防水连接层的厚度。矿料用矿质材料，可采用石屑、天然砂、机制砂等。对矿料要求如下：（1）级配防水连接层用的矿料要有一定的颗粒级配组成，使其形成密实而又稳定的沥青混合料，在集料中要有一定数量的粗粒料起骨架作用，其最大粒径决定防水连接层厚度。为保持沥青稀浆的密实性、耐久性、与稀浆拌和摊铺时的和易性，集料中要有一定数量的细粒料，如细料过少，稀浆混合料施工拌和摊铺时会离析分散，大颗粒沉淀不易摊铺。规范中要求的乳化沥青防水连接层的矿料级配如表3-3。（2）材质要求①坚硬耐磨防水连接层一般是铺在路的表面，直接与车轮接触，为提高乳化沥青防水连接层的抗滑耐磨性能，延长封层使用寿命，最好选择强度矿料的级配表表3-3孔径通过百分率（mm）细封层中封层粗封层9.54.752.361.180.60.30.150.07510010090～10065～9040～6525～4215～3010～2010090～10065～9045～7030～5018～3010～215～1510070～9045～7028～5019～3412～257～185～15高、硬度大、耐磨性好的石料作集料。②干净必须清除集料中一切泥土杂物。当土含量过高时，将产生下列不利因素：纯沥青需要量增加，而无任何相对利益；养护时发生过分的收缩；抵抗磨耗的能力降低；对慢裂快凝防水连接层而言，将会产生极为不利的影响，有可能在拌和时就破乳，而形成不了一个相对稳定的稀浆。③粗糙矿料应用棱角较多、石质表面粗糙的轧制石屑，这样可以提高防水连接层抗滑及抗磨耗性能。而使用天然砂，由于砂子表面光滑，就要降低防水连接层的抗滑性能，沥青也容易剥落。因此，在交通量大、行驶车速高的路段应选用石质表面粗糙的集料，尽量少用或不用天然砂。④超规格粒径的颗粒要彻底清除矿料中含有粒径超过封层厚度的大颗粒，在稀浆混合料摊铺时，由于受防水连接层摊铺机橡胶刮板的阻挡，将大颗粒积聚在摊铺箱橡胶刮板的前方，这样大颗粒随摊铺箱前进时，就会将铺好的防水连接层混合料划成纵向条痕。同时，一旦摊铺箱从积聚的大颗粒上越过，则由于抬高了摊铺箱，就会增加该处的封层厚度。因此，必须彻底清除集料中超规格粒径的大颗粒。（3）矿料的砂当量技术指标普通慢裂慢凝防水连接层大于45％，慢裂快凝防水连接层和改性防水连接层大于65％。砂当量的试验方法：将通过四号筛(筛孔为4.75mm)的样品，装入带有刻度的塑料量筒容器之中，加少量絮凝剂搅动，使试桦中覆盖在矿料表面上的泥土颗粒脱落下来，而后灌注一定数量的絮凝剂，再经过一定时间的沉淀后，即可从量筒中读出泥土的高度与砂的高度。两者高度的比值乘以100即为砂当量(SE)：SE＝(砂高度读数／泥土高度读数)×100表面光滑的砂(水吸收率小于1.25％)，不应超过矿料总质量的50％。对于重交通的路面，要使用100％的轧碎石料。3.1.4乳化沥青的选择防水连接层混合料中起粘结作用的是所用乳化沥青中的沥青材料，因此，乳化沥青中的沥青应符合道路石油沥青标准。对于高等级公路，应采用合乎标准的优质沥青，如重交通道路沥青；对于高速公路或城市快速干道，应采用高分子聚合物改性的乳化沥青。作为用于防水连接层的乳化沥青，还要满足防水连接层级配矿料的拌和要求，也就是乳液和矿料在拌和、摊铺过程中，稀浆混合料必须均匀、不破乳、不离析、处于良好流动状态。选用阳离子慢、中、快裂和阴离子慢、中裂乳化沥青，均能作为防水连接层的结合料。一般是阴离子乳化沥青对矿料的粘附性较差，只适用于石灰岩等碱性矿料，并且其成型时间较长。而阳离子乳化沥青，由于它对酸、碱性矿料均有良好的粘附性，所以，它对防水连接层的矿料选择范围较广。慢、中裂乳化沥青防水连接层铺后成型时间都在4.5h以上，慢裂快凝防水连接层铺后成型时间可以控制在lh左右。施工用的乳化沥青必须进行质量检测，检测的内容及标准必须符合《公路沥青路面施工技术规范》(JTGF40-2004)中BC－1、BA－1型乳化沥青的技术要求和《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》防水连接层用乳化沥青的技术指标表3-4检测内容单位技术要求试验规程筛上剩余量（1.18mm筛）％≤0.1T0652颗粒电荷+，-T0653破乳速度试验慢裂T0658标准粘度C25，3S10～60T0621蒸发残留物含量％≥55T0651贮存稳定度1d％≤1T06555d％≤5粘附性试验≥2/3T0654蒸发残留物性质针入度25，100，51/10mm45～150T0651T0604延度15延度5Mm≥50≥50T0651T0605融解度（三氯乙烯）％≥97.5T0651T0607(JTJ052-2000)中有关乳化沥青的试验规程(表3-4)。上表3－4中比规范中增加了蒸发残留物5℃延度不小于50cm，以增加抵抗基层裂缝的能力。3.1.5水的选择水是构成稀浆混合料的重要组成部分，它的用量的大小是决定稀浆稠度和密实度的主要因素。稀浆混合料的水相是由矿料中的水、乳液中的水和拌和时的外加水构成的。任何一种混合料都可由集料、乳液及有限范围的外加水组成稳定的稀浆。①矿料中的水：一般矿料的含水量相当于矿料质量的3