魏永东
（甘肃省武威公路管理局，甘肃 武威 733000）
【摘 要】依托省道308线预防性养护工程系统开展开普封层应用研究，通过对开普封层的结构层进行优化设计，开展配合比设计、施工工艺、质量控制应用研究，重点解决干线公路路面出现的裂缝、路面摩擦系数降低、表面老化、防水性能差等问题，提出一种基于现有养护新材料适合于普通干线公路预防性养护的方案，具有良好的经济效益和社会效益。
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关键词 开普封层；预防性养护；应用
开普封层是碎石封层系统与稀浆封层系统的结合，在大骨料碎石封层的基础上加铺乳化沥青稀浆封层（微表处），多用于中、低等级公路面层或公路预防性养护工程，它是一种有效的路面养护、路面修复技术，是替代道路罩面比较经济的方案。我局在省道S308线公路预防性养护维修工程中采用了该技术，针对该路线路面出现的裂缝、路面摩擦系数降低、表面老化、防水性能差等问题提出了处治应用方案。该项目完工后，路面使用效果良好。
1 开普封层结构特点和作用机理
开普封层是碎石封层、稀浆封层的复合结构形式，能有效延缓路面的反射裂缝，有着良好的变形性能，同时复合的结合层能有效防止渗水。采用碎石封层为主受力结构的开普封层能适应像S308线这种重载交通要求的道路。微表处采用改性乳化沥青与高强耐磨的石料，可防止石料脱落，增加抗滑耐磨耗效果，延长道路使用寿命，同时还可提供一个平整抗滑的表面，美化路面表观。总结以往的施工经验，在进行开普封层时首先根据裂缝的严重程度来选择沥青，裂缝还正在延伸时，建议用橡胶沥青；对于稳定的裂缝建议选用改性沥青；裂缝<3mm而且稳定时，建议选用改性乳化沥青；当裂缝还在延伸时，建议选用橡胶沥青来做碎石封层。
2 S308线公路状况调查分析
为完成开普封层路面结构的优化设计，确定配合比，首先对S308线路面状况进行了全面调查，该路段经过13年的运营，沥青路面老化严重，在行车荷载及地下水、动水冲刷等因素影响下，路面不同程度均出现了各种病害，病害以严重龟裂、块裂、沉陷、拥包为主，并且有大量纵横裂缝、松散、坑槽，路面平整度较差，抗滑、防渗能力明显降低，影响行车舒适性。
根据路况调查结果，在省道S308线K293+200~K297+200段预防性养护中开普封层采用了两种结构形式：一是，改性乳化沥青碎石封层+微表处；二是，橡胶沥青碎石封层+微表处。
3 开普封层原材料的质量控制和技术要求
原材料的选择是实现开普封层优良性能的关键和重要保证。一般矿料按批抽查级配、砂当量；乳化沥青每一罐车主要抽检蒸发残留物的含量，蒸发残留物性质以及粘度。当原材料发生变化时应重新进行全面检查，确认材料配合比符合要求方可施工。
3.1 改性沥青
改性沥青应符合以下规定：
3.2 改性乳化沥青
生产改性乳化沥青的乳化剂应选用慢裂快凝型乳化剂。改性乳化沥青应符合表2规定：
3.3 碎石
矿料应采用碎石、轧制碎石、石屑、砂等。矿料的质量应符合《公路沥青路面施工技术规范》（JTG F40-2004）的有关规定。同步碎石使用的矿料最好进行预处理，尽量使用立方体或近立方体的集料，必须有足够的粘附性，单一级配，几乎不含粉料；本项目采用同步碎石的粒径为6~8mm。微表处矿料的砂当量不少于65%，推荐微表处的矿料级配满足表3的要求。
3.4 填料
微表处施工要求必须添加填料。填料可以是水泥、熟石灰、粉煤灰，均不得含泥土杂质，应干燥、疏松，没有聚团和结块。矿粉可改善矿料级配，水泥、消石灰可调整稀浆混合料的可拌和时间、成浆状态和成型速度等。根据需要可选择纤维、废橡胶粉作为填料，但要满足微表处施工的各项要求。
3.5 添加剂
添加剂可调节稀浆混合料拌和时间、破乳速度、开放交通时间等性能，并可改善路用性能。无机盐类添加剂一般可延长阳离子乳化沥青混合料的拌和时间。当使用添加剂时，宜采用水溶性液体材料，添加剂不得影响沥青性质。
4 开普封层配合比设计
4.1 一般要求
同步碎石封层沥青与石料的粘合度大于95%，骨料覆盖率60~80%。微表处应采用快凝快开放交通型（QS／QT型）。其混合料要求有一定的拌和时间，同时可拌和时间又不易太长（一般＜4分钟），其混合料性能满足《微表处和稀浆封层技术指南》（JTG/T F40-02-2005）中的规定。微表处的不同封层固化后成型厚度和材料用量按表4选用。
4.2 同步碎石封层配合比设计
4.2.1 矿料粒径选择应按下列步骤和要求进行
根据选择的碎石封层的类型，确定矿料的粒径大小。选择符合规定质量的矿料。对矿料进行筛分试验。
4.2.2 确定沥青撒布量
选择符合表1要求的改性沥青。做粒径合格的矿料与沥青的粘结性试验，以达到沥青与石料的粘合度大于95%的沥青用量确定为沥青的撒布量。
4.3 微表处配合比设计
4.3.1 矿料配合比设计应按下列步骤和要求进行
根据选择的微表处类型，确定矿料的级配曲线。选择符合规定质量要求的各种矿料。对各种矿料分别进行筛分试验。测定各种矿料的相对密度。根据各种矿料颗粒组成，确定符合级配曲线要求的各种矿料的配合比例。
4.3.2 确定微表处混合料的加水量、填料和助剂用量
选用级配合格的矿料并测定其含水量。通过拌和试验确定满足微表处的拌和时间的情况下改性乳化沥青、填料、水和添加剂的用量。微表处可拌和时间一般＞45s。
4.3.3 具有满足要求的可拌和时间的混合料的初凝时间和开放交通时间的测定：当粘结力达到120N·cm的时间确定为混合料的初凝时间；当粘结力达到200N·cm的时间确定为混合料的开放交通时间。
4.3.4 最佳沥青含量的确定应按下列步骤和要求进行
选取满足可拌和时间要求的混合料，取不同沥青含量进行拌和。按CJJ65～95湿轮磨耗和粘附砂量试验，确定湿轮磨耗和粘砂量与沥青用量的关系曲线，从而确定沥青用量范围，采用图解法确定最佳沥青用量。
5 开普封层施工及技术要求
5.1 一般规定
开普封层施工过程中碎石封层和微表处施工可分为两个独立工序进行，微表处施工前需要保证碎石封层已基本成型。碎石封层材料和稀浆混合料应通过配合比设计，符合有关开普封层要求后方可施工。开普封层对气候的要求，在路面或空气温度达到10℃，并且持续下降时，不允许进行开普封层施工。在路面或空气温度到7℃并且持续上升时，允许进行开普封层施工。
5.2 路面的技术要求
开普封层不能做补强层应用，开普封层要求原路面应符合强度、刚度和整体稳定性的要求，并要求表面平整、密实、清洁。
5.3 施工准备
在进行开普封层施工前，必须彻底清除路上所有影响施工质量的杂物（泥土、杂草等）。施工前应准备各种质量符合要求的原材料（石料、改性沥青、改性乳化沥青等）。各种设备均应齐备，并保持良好的工作状态，同步碎石机和改性稀浆封层机应根据设计要求进行复标工作。应设计好一次摊铺的宽度，纵向接缝尽可能设置在车道标线上，并尽可能减少纵向接缝。
5.4 施工
5.4.1 同步碎石施工
同步碎石按照标定参数进行施工，要求石料单一粒径并且均匀，并且石料覆盖率达到60%~80%。在养生期间，严禁车辆驶入，保证施工路面的清洁，严格管制交通。
5.4.2 微表处施工
封层机启动前，摊铺箱中必须有一定的混合料，并且稠度适当、分布均匀，封层机才能匀速前进。操作手可进行添加剂、水量的调节，控制浆状，严禁调整油石比。微表处不允许由超大集料所引起的拖痕。在横向接缝处不允许出现接缝不平、局部漏铺和过厚现象。在摊铺箱不能到达的地方必须采用人工施工，使封层达到均匀、平整。固化成型前禁止一切车辆驶入，行人不得踏入，严格管制交通。封层可采用胶轮压路机压实，以不粘轮胎进行辗压为准。
6 质量控制措施
6.1 施工前必须提供相应的配合比设计，各种材料的试验报告必须齐全，并符合要求方可使用。施工中应对开普封层的混合料进行抽样检测，并符合表5、表6规定。
6.2 开普封层外观质量应符合下列要求
表面平整、密实、无松散、无轮迹，纵、横缝衔接平顺，外观色泽均匀一致。与其它构造物衔接平顺，无污染。摊铺范围以外无流出的稀浆混合料。表面粗糙，无光滑现象。微表处表面应满足同等级路面的要求。具体检测指标符合表7要求。
7 路面成型路用性能评价
开普封层施工完成后，我们及时组织检测人员对其路用性能进行了检测，检测结果如下：
7.1 构造深度
表面构造深度设计值为0.8~1.4（mm），经检测表面构造深度均值分别为1.16mm、1.02mm、1.14mm，检测结果符合设计要求。
7.2 路面抗滑性能
摆式摩擦系数设计值为≥55（BPN），经检测摆式摩擦系数设计值分别为59.1、59、59.8，检测结果符合设计要求。
7.3 渗水系数
渗水系数设计值为≤50（ml/min），经检测渗水系数为19ml/min、24ml/min、11ml/min，检测结果符合设计要求。
通过对S308线实施开普封层路段一年多的路用性能观测，路面整体性能得到了明显的提高，未发现反射裂缝，路面抗滑性能、表观效果、行车舒适性、安全性等方面明显优于其他单一结构封层路面。
8 路用经济及社会效益分析
开普封层的成本较传统的沥青贯入式或沥青表处略高，然而开普封层非常耐磨，碎石封层中的大骨料具有优良的抗滑性和承载性能，微表处具有良好的平整度和耐久性，使得车辆营运费和后期养护费用大为降低。开普封层的使用寿命较沥青贯入式和沥青表处要高得多（平均高出3~8年左右），从长远经济效果进行分析，开普封层是具有绝对优势的。开普封层采用了连续级配石料和柔性沥青胶结料，因此其路用性能、表观效果、行车舒适性、安全性等方面与一般40mm的密级配沥青混凝土路面相比毫不逊色。
开普封层与在半刚性基层上直接铺装40mm沥青混凝土路面的使用寿命相当，造价却只有其1/3~2/3，考虑到以后的修补养护费用，开普封层的性价比更为突出。
开普封层道路在后期改造升级时，原路面可直接作为防水粘结层和应力吸收层使用，在道路有后期改造升级的需要时，采用本设计方案更显优越。
9 结束语
开普封层可抑制裂缝，能提供比贯入式和表处更为平整的路面，且耐久度和使用寿命明显高于前者，对于裂缝比较严重的路面采用下承层为橡胶沥青碎石封层的开普封层可以很好地抑制裂缝的反射；裂缝较轻微的路面采用下承层为改性乳化沥青碎石封层的开普封层可以显著的提高路用性能和使用寿命，比起单纯的碎石封层，开普封层避免了集料的流失，又降低了噪音。既可以用于高等级公路也可用于普通公路。开普封层这种路面处治方法是比较经济的，从一开始就具有较少的投资成本，经济适用的路面方案为交通发展提供有力的支持，从而产生巨大的社会经济效益，在公路养护应用中有较好的前景。
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参考文献
［1］JTG/T F40-02-2005 微表处和稀浆封层技术指南[S].
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［责任编辑：刘展］
