摘要：云南国省道干线公路面临着资金短缺、交通复杂、病害修复压力大等因素，实施预防性养护是解决当前矛盾的最有效方法，而同步碎石封层作为国内外应用较好的预防性养护技术，在云南养护中起到了显著的作用。本文根据云南国省道干线公路养护实际，利用试验手段展开研究，分析了石料、沥青的选择，并基于相关理论和试验方法对同步碎石封层的石料粒径、撒布率、沥青最佳用量进行了优选设计，有效的指导了原材料的控制，并以此提出了一些质量控制指标，对提高同步碎石封层养护质量具有重要指导意义。
关键词：云南；国省道干线；公路；同步碎石封层；原材料；选择；最佳用量
1 云南国省道干线公路养护现状
根据相关统计数据，截止2013年云南国省道干线公路养护总里程29095km，其中高速公路3200km，一级公路828km，二级公路9402km，三级公路4897km，四级公路10279km，等外公路489km。从自然条件上看，云南多山地、谷地，公路沿线地形地质条件复杂，年均降雨量在1500mm以上，降雨丰富，分布呈南多北少态势，部分地区降雨较大，如普洱市，保山市龙陵县、腾冲县，西双版纳州等。从养护条件上看，云南国省道干线公路是云南公路中的主要经济运输干线，具有以下特点。（1）道路等级低，二级及以下公路占84%，交通工具多样化，超载车辆严重。（2）小修保养经费有限，路面大中修工程实施经费短缺。（3）路面早期病害突出，水损害严重。因此，同步碎石封层是我省重要的预防性养护技术。主要由于同步碎石封层具有良好的防水性和抗滑性，并能治愈轻微车辙、沉陷、裂纹等早期病害，有效的防止水损害，较符合我省国省干线养护实际。
2 石料选择
云南地处中国西南边陲，位于北纬21°8′32″～29°15′8″，东经97°31′39″～106°11′47″之间。地形属青藏高原南延部分，境内多高山峡谷，喀斯特地貌显著，具有丰富的建筑石料资源，同时被公路建设、养护广泛运用，普遍用于公路建设、养护的石料为石灰岩、玄武岩、花岗岩。同步碎石封层要求石料与沥青充分粘结，从岩性考虑，宜使用中性和碱性石料如石灰岩、玄武岩，花岗岩为酸性石料，应添加抗剥离剂后使用，因酸性石料与沥青的粘附性不好，容易造成沥青膜的剥落。
2.1石料粒径要求
根据国内外成功经验，同步碎石封层石料粒径主要采用2～5、5～10、10～15（mm）三档，而我省在公路养护施工中主要用于上封层、下封层、应力吸收层三种。根据各层在路面结构中的作用，并结合道路等级、交通量、路面技术状况（PQI），其选择的粒径范围也不相同，上、下封层通常使用5～10、10～15（mm），应力吸收层中使用10～15（mm）。云南省公路局《简明养护技术要点和操作规程指南》中考虑我省国省道干线等级、路面状况，推荐选用5～10（mm）。
2.2粉尘率要求
同步碎石封层粉尘含量严重关系沥青与石料的裹覆性能，而碎石为单一粒径，难以形成嵌锁结构，同时粉尘含量过多将导致石料与沥青的粘附性下降，从而产生掉粒、松散等路面病害，因此粗集料应洁净、无泥块，且粉尘率也应符合要求，一般规定为粉尘率≤1%。
2.3压碎值及磨耗率要求
压碎值试验原理：采用风干石料用13.2mm和9.5mm标准筛过筛，选取3组各3000kg试样，将石料放置于圆柱金属筒（内径112mm，高179.4mm，容积1767cm3）中，用500KN压力机进行试验，称取通过2.36mm筛孔的全部细料即得到压碎值。
洛杉矶磨耗率试验原理：用洛杉矶试验机进行磨耗试验，测取通过1.7mm方孔筛撞击磨损的石屑，计算磨耗损失率即为洛杉矶磨耗率。压碎值及磨耗率试验结果见下表（表1）。
表1 压碎值及磨耗率试验结果
由上表可以看出，花岗岩压碎值、洛杉矶磨耗率均较高，其中压碎值超过标准值要求，本试验体现的石料优越性为玄武岩＞石灰岩＞花岗岩。
2.4粘附性要求
粘附性试验是对石料的粘附能力进行评价，石料粘附等级越高，与沥青的粘结效果越好。因同步碎石封层对石料与沥青的粘附性具有较高要求，测定石料的粘附性等级便于掌握石料特性具有十分重要的意义。
根据石料粒径，同步碎石封层粘附性试验宜采用水浸法，即将石料与规定比例的沥青放入烘箱中加热，使石料与沥青充分裹覆，取出后冷却后放入恒温水槽中用纸片捞出浮出水面的沥青，最后通过评价沥青薄膜脱落情况，以剥离百分率判定粘附等级，其试验结果见下表（表2）。试验结果为：石灰岩、玄武岩粘附性合格，花岗岩粘附性不满足试验要求，因此不能用于同步碎石封层。
表2 粘附性试验测定结果
3.1最佳施工温度确定
由于同步碎石封层通过专用车辆石料与沥青一次喷洒成型，通过压路机迅速碾压，则考虑施工温度为撒铺温度。根据沥青混合料的施工温度确定，主要与沥青的特性有直接关系，一般可通过旋转黏度试验获得。为充分反映碎石封层的现场撒铺情况，并利于试验分析，我们采用低温粘结度试验法。
图1 不同施工温度掉粒率回归分析图
试验方法为：在碎石封层施工某地取样，以普通石油沥青为胶结材料，用1m2钢铁板选取80%撒布率情况下不同施工温度样品，后放入冷却箱中冷却至-20℃，用橡胶锤敲击钢板，观察掉粒数量，以此衡量同步碎石封层在不同施工温度下的粘结性，以下是石灰岩、玄武岩不同施工温度的掉粒情况的平均值做回归分析的结果（图1）。
根据上图可知，同步碎石封层掉粒率与施工温度经回归分析呈下凸式二次线性关系，最佳施工温度位于150℃～170℃之间，和普通沥青混凝土施工温度相比要高40%～50%，此试验结果与云南实际养护施工控制相符。
3.2改性沥青的粘结特性
用以上相同试验法，分别用改性沥青作为粘结料分析低温粘结度与上表对比，石料用粘附性较好的玄武岩，得如下数据（表4）。
表4 不同沥青粘结料的低温粘结度试验
以上数据表明，使用改性沥青，粘结性得到改善。由于改性沥青延度较普通沥青小，试验同时对不同沥青粘结料的沥青爬升高度进行比较，使用改性沥青后爬升高度减少20%，若爬升高度小于70%，石料受剪切力后将容易出现掉粒。
4 最佳沥青用量、最优石料撒布率的确定
4.1石料撒布率计算与沥青用量预估
同步碎石封层用石料撒布率来表示石料在路面空间上的分部情况，并用假设沥青填充石料空隙的数量作为沥青用量预估数（单位kg/m2），沥青填充假设状态为石料70%以上被沥青包裹，通过本计算可以定量掌握同步碎石封层碎石、沥青的含量，便于试验研究不同撒布率，不同沥青含量的各种参数。
4.2最优碎石撒布率确定
4.2.1最优撒布率的施工分析
因同步碎石封层为沥青与单层排列碎石的粘合体，石料撒布后需用压路机碾压，石料撒布率过小沥青与压路机滚轮粘附较多，同时石料在压路机滚轮前后推挤作用后与沥青不能较好粘结，容易形成脱落、掉粒现象，同时石料撒布率小与压路机的接触面积也小，在超过规定重量还可能将石料压碎。石料撒布率过大，石料间的沥青层过薄，石料间沥青受到压路机推挤作用后变形，不能被沥青均匀包裹，也同时降低石料与沥青的粘结性。
4.2.2现场成型试样沥青析漏试验
考虑施工因素，为分析不同石料撒布率与沥青的粘-弹性体结合情况，进行现场成型试样的不同石料撒布率下沥青析漏试验，用0.6m×0.6m方形钢板在碎石封层现场取样，试样需经压路机碾压，压路机碾压遍数需统一。在试样中裁取成型较好的0.1m×0.1m一块，放入20cm搪瓷盘中，进行析漏试验。
选取撒布率10%、30%、50%、70%、90%，各撒布率预估沥青用量分别为0.59、0.78、0.98、1.18、1.37kg/m2，在预估沥青用量±20%，40%范围选取5个沥青用量，用以上玄武岩石料进行沥青析漏试验分析结果经回归分析得图2。
图2 30%碎石撒布率不同沥青含量析漏试验
5 结论
本文从云南同步碎石封层国省道养护实际出发，进行相关试验分析，并用理论计算展开研究，获得如下结论。
1、分析了我省国省道干线公路养护现状，通过原材料试验性能分析，得到符合云南实际的石料选择、石料针片状、粉尘率、压碎值、磨耗率等技术指标及要求。
2、通过分析不同施工温度下的低温粘附性试验得出沥青最佳施工温度，以此作为我省最佳施工温度的试验确定方法，普通石油沥青最佳施工温度150℃～170℃。
3、根据McLeod理论，用理论法计算石料撒布率和预估沥青用量，并结合经现场压实成型的试件做沥青含量析漏试验，提出了最优撒布率，并按最优撒布率做不同沥青含量析漏试验，最终确定最佳沥青用量。本方法不仅基于理论计算，又结合现场施工及试验分析，对获得的数据具有一定的科学性和适用性。
参考文献
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论文作者:黄晓秋
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第27期
论文发表时间:2018/12/29
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