李正中， 柴東然， 耿磊， 肖慶一

(1.天津市交通科學(xué)研究院， 天津市 300074；2.長安大學(xué) 公路學(xué)院； 3.北京市首都公路發(fā)展集團有限公司；4.江蘇中路工程技術(shù)研究院有限公司； 5.河北工業(yè)大學(xué) 土木與交通學(xué)院)

超薄鋪裝技術(shù)產(chǎn)生于20世紀(jì)70年代后期的法國，主要用于瀝青路面抗滑性能的恢復(fù)，后來也用于新建路面的修筑。該技術(shù)自產(chǎn)生以后，歐美許多國家紛紛采用，中國自20世紀(jì)90年代開始研究此項技術(shù)。目前，超薄鋪裝材料在工程應(yīng)用中，主要存在以下問題：① 壓實度不足、銑刨加鋪超薄鋪裝層水損害、后期抗滑性能衰減迅速等問題。這主要由于超薄鋪裝材料一般鋪裝厚度為2～2.5 cm，施工時降溫速度快，低溫下難以保證壓實；② 采用間斷級配的超薄鋪裝材料，水分容易滲入，降低層間黏結(jié)效果，容易造成松散等水損害，對超薄鋪裝材料的耐久性不利，不適用于銑刨加鋪維修形式；③ 傳統(tǒng)的超薄鋪裝材料抗車轍性能一般，且后期構(gòu)造深度衰減較快，抗滑性能下降明顯，對路面行車安全不利。

該文針對目前超薄鋪裝技術(shù)存在的問題，開發(fā)一種新型超薄鋪裝材料UWM-10。UWM-10通過進行密級配設(shè)計，添加多鏈聚烯烴類增效改性劑與SBS的復(fù)合改性，延長了施工溫度區(qū)間，提高了混合料施工和易性，保證了層間黏結(jié)效果，并提升了路面結(jié)構(gòu)的整體性。通過改進的抗車轍試驗，對UWM-10上表面進行了高溫構(gòu)造深度衰減規(guī)律的評價。通過實體工程取芯，并通過CT掃描與現(xiàn)場拉拔試驗，對UWM-10、SMA13兩種超薄鋪裝材料下表面與原路面的層間黏結(jié)效果進行定量評價。

1 UWM-10混合料設(shè)計

1.1 原材料性質(zhì)分析

為提高瀝青混合料的路用性能，UWM-10超薄鋪裝材料在采用SBS改性瀝青、玄武巖集料、石灰?guī)r礦粉的基礎(chǔ)上，添加了多鏈聚烯烴復(fù)合增效改性劑(摻量為礦料質(zhì)量的0.35%)，各種原材料的主要技術(shù)指標(biāo)如表1所示。

1.2 合成級配設(shè)計

UWM-10瀝青混合料采用馬歇爾方法進行設(shè)計，級配范圍及設(shè)計級配如表2所示。

1.3 配合比試驗及性能驗證

在中國現(xiàn)行熱拌瀝青混合料設(shè)計規(guī)范中，為提高瀝青混合料的施工和易性，施工溫度通常根據(jù)瀝青的黏溫曲線選定，并未考慮到超薄鋪裝在實際施工過程中降溫速率較快的特殊性。有研究表明：鋪筑厚度2.5 cm的超薄磨耗層，其混合料溫度在5～10 min之內(nèi)即可從160 ℃降至80 ℃，而鋪裝厚度的增加將帶來降溫速率的減緩。因此，不同鋪裝層厚度需要選用不同的施工溫度，室內(nèi)配合比設(shè)計時也應(yīng)根據(jù)實際情況選擇不同的擊實和成型試驗溫度。

表1 SBS改性瀝青及超薄磨耗層用復(fù)合增效改性劑技術(shù)要求

表2 UWM-10瀝青混合料設(shè)計級配

UWM-10超薄鋪裝混合料設(shè)計方法包括以下操作步驟：

(1) 設(shè)計空隙率為4%～6%。

(2) 根據(jù)鋪裝層厚度情況，由路面鋪裝層初壓后層底溫度T1和改性瀝青加熱溫度T2計算擊實試驗溫度T3，其中T3=(T1+T2)/2。

赫優(yōu)訊網(wǎng)關(guān)NT100在加速系統(tǒng)實施方面做出了相當(dāng)大的貢獻，并且是一種高度靈活的解決方案，對將來的擴展和增加的功能是開放的。Rogelio Hernández補充說：“我們能夠建立一種將M340平臺與PROFINET控制器集成的標(biāo)準(zhǔn)方法，讓它們可以作為任何類型PROFINET控制器的遠(yuǎn)程IO，網(wǎng)關(guān)極大地簡化了將施耐德MCC與VFD、軟啟動器或其他輸入輸出結(jié)合使用的情形。”

(3) 根據(jù)設(shè)計擊實試驗溫度T3和設(shè)計空隙率，確定瀝青混合料的預(yù)估油石比P。

(4) 按照馬歇爾方法進行密級配超薄鋪裝瀝青混合料配合比設(shè)計。

按照超薄鋪裝厚度2.5 cm計，該文確定UWM-10超薄鋪裝材料室內(nèi)成型試驗溫度為145 ℃，瀝青用量為5.1%。經(jīng)馬歇爾試驗檢測，UWM-10混合料各項指標(biāo)如表3所示，路用性能試驗結(jié)果如表4所示。

表3 UWM-10瀝青混合料馬歇爾試驗結(jié)果

表4 UWM-10瀝青混合料路用性能試驗結(jié)果

由表3可以看出：采用馬歇爾方法設(shè)計，在145 ℃成型溫度下制作的UWM-10超薄鋪裝材料的馬歇爾各項體積指標(biāo)均滿足技術(shù)要求。由表4可以看出：由于采用密級配設(shè)計(設(shè)計空隙率僅為5.0%)，UWM-10超薄鋪裝材料具有良好的密水性能，在路用過程中可以有效延緩或避免水損害問題。由于SBS改性瀝青與多鏈聚烯烴的復(fù)合改性作用，有效提升了其施工和易性，使得UWM-10超薄鋪裝材料更加便于成型密實，且具有優(yōu)異的高、低溫性能，滿足了超薄磨耗層高溫抗車轍和低溫抗開裂的路用要求。

2 UWM-10混合料構(gòu)造深度衰減特性試驗研究

2.1 構(gòu)造深度衰減試驗方法

由上述室內(nèi)配合比設(shè)計結(jié)果計算得出，UWM-10超薄鋪裝瀝青混合料的粉膠比為1.6，大于傳統(tǒng)密級配瀝青混合料0.8～1.2的要求。通常認(rèn)為，密級配瀝青混合料粉膠比過大，容易導(dǎo)致通車后構(gòu)造深度衰減過快，原因在于，瀝青混合料中集料和膠漿之間的位置在輪碾過程中會發(fā)生變動，如果膠漿不穩(wěn)定就會上浮，從而降低混合料在輪碾位置處的構(gòu)造深度。

該文通過觀測輪碾位置處混合料表面構(gòu)造深度的變化，研究UWM-10超薄磨耗層的構(gòu)造深度衰變情況。測試原理為：在車轍試驗前先測試每塊車轍板的構(gòu)造深度，車轍試驗后沿車轍試輪寬度切割成條狀試件，測試試輪碾壓位置的構(gòu)造深度，通過車轍試驗前后該位置處構(gòu)造深度的變化比對，研究超薄鋪裝混合料在長期荷載作用下瀝青膠漿上浮對后期構(gòu)造深度的影響。

現(xiàn)行車轍試驗檢測動穩(wěn)定指標(biāo)時，測試時間是60 min；當(dāng)測試時間較短時，混合料表面的構(gòu)造深度衰減較小，不易觀測。因此，將車轍試驗時間延長到180 min，具體試驗過程如下：

(2) 將表面的石英砂沖洗干凈，采用荷載0.7 MPa，按照現(xiàn)行規(guī)范T0719-2011進行車轍試驗，測試時間為180 min。

(3) 在車轍板中，切取試輪碾壓位置處的長條形試件。

(4) 晾干后稱量長條形試件質(zhì)量m1。

(5) 在長條形試件表面鋪砂。

(6) 稱取砂和試件的總質(zhì)量m2。

(7) 測量試驗所用標(biāo)準(zhǔn)砂的密度ρG。

(8) 測量長條形試件的長和寬，計算試件面積s。

由此計算得出車轍試驗后碾壓位置處的構(gòu)造深度K1。K1=(m2-m1)/(ρG·s)

通過對比K0、K1，就可以得出3 h車轍試驗后，瀝青混合料表面構(gòu)造深度的衰減狀況。

2.2 構(gòu)造深度衰減試驗數(shù)據(jù)分析

為了進一步研究UWM-10超薄磨耗層的構(gòu)造深度衰減狀況，分別對其與SMA-13型混合料(SBS改性瀝青)、AC-13型混合料(SBS改性瀝青)的構(gòu)造深度衰減狀況進行對比測試，并對其動穩(wěn)定度及60、180 min下的車轍深度進行了計算或采集。同時，為了研究復(fù)合增效劑對UWM-10超薄磨耗層高溫性能及其構(gòu)造深度衰減狀況的影響，對未添加復(fù)合增效改性劑的UWM-10超薄磨耗層也進行了對比測試。具體試驗結(jié)果如表5、6所示。

表5 4種瀝青混合料車轍動穩(wěn)定度及車轍深度試驗結(jié)果

表5數(shù)據(jù)顯示:不論從動穩(wěn)定度指標(biāo)，還是從60、180 min車轍深度指標(biāo)來看，含有復(fù)合增效劑的UWM-10超薄磨耗層的高溫性能均顯著高于SMA-13型、AC-13型改性瀝青混合料，具有優(yōu)良的高溫抗車轍性能，而未摻加復(fù)合增效劑的UWM-10超薄磨耗層的高溫性能明顯弱于其他3種混合料。

由表6數(shù)據(jù)可以看出：試驗前構(gòu)造深度從大到小依次為：SMA-13型混合料、UWM-10超薄磨耗層(摻加復(fù)合增效劑)、UWM-10超薄磨耗層(未摻加復(fù)合增效劑)、AC-13型混合料；試驗后構(gòu)造深度從大到小依次為：SMA-13型混合料、UWM-10超薄磨耗層(摻加復(fù)合增效劑)、AC-13型混合料、UWM-10超薄磨耗層(未摻加復(fù)合增效劑)，而衰減值從小到大則依次為：UWM-10超薄磨耗層(摻加復(fù)合增效劑)、AC-13型混合料、SMA-13型混合料、UWM-10超薄磨耗層(未摻加復(fù)合增效劑)。SMA-13型混合料在試驗前后構(gòu)造深度均最大，其衰減值也最大。

表6 4種瀝青混合料車轍試驗前后構(gòu)造深度試驗結(jié)果

注：衰減值=試驗前數(shù)值-試驗后數(shù)值。

上述試驗結(jié)果表明：含有復(fù)合增效劑的UWM-10超薄磨耗層其構(gòu)造深度的衰減慢于AC-13型混合料，不含復(fù)合增效劑的UWM超薄磨耗層其構(gòu)造深度衰減快于AC-13混合料。含有復(fù)合增效劑的UWM-10超薄磨耗層的構(gòu)造深度衰減明顯好于無復(fù)合增效劑的UWM-10超薄磨耗層，說明添加復(fù)合增效劑能減緩UWM-10超薄磨耗層構(gòu)造深度的衰減。

同時，為了研究瀝青混合料高溫穩(wěn)定性對構(gòu)造深度衰減的影響，該文對180 min車轍深度與構(gòu)造深度衰減比例進行了相關(guān)性分析，結(jié)果如圖1所示。

圖1 抗車轍性能與構(gòu)造深度衰減的相關(guān)關(guān)系

由圖1可以看出：對于上述4種不同類型的瀝青混合料，抗車轍性能越強，其構(gòu)造深度衰減比例越小，也就是說，通過提高瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性能，可以在一定程度上減緩其抗滑性能的衰減，同時也說明，通過提高混合料的高溫穩(wěn)定性，可以適當(dāng)增大密級配瀝青混合料的粉膠比適宜范圍。

3 UWM-10混合料層間黏結(jié)效果評價

3.1 層間黏結(jié)效果評價方法

超薄鋪裝材料的層間黏結(jié)效果決定了鋪裝層與原瀝青路面之間的整體性。UWM-10超薄鋪裝材料由于良好的施工和易性，可以有效改善其層間黏結(jié)效果。該文為定量評價UWM-10超薄磨耗層與傳統(tǒng)間斷級配瀝青路面的層間黏結(jié)效果，采用CT三維掃描技術(shù)與數(shù)字圖像處理方法相結(jié)合，描述路面鋪裝結(jié)構(gòu)層間黏結(jié)效果和內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)，從而研究瀝青混合料層間黏結(jié)與其內(nèi)在細(xì)觀結(jié)構(gòu)組成的關(guān)系，以分析不同類型混合料超薄鋪裝的層間黏結(jié)效果。

CT三維掃描技術(shù)，基本工作原理為：利用X射線對試件以掃描的方式從多方向透射其斷層，用探測器對透射后發(fā)生衰減的射線進行采集，進行二維或三維灰度圖像重建。

3.2 CT三維掃描試驗數(shù)據(jù)分析

該文以UWM-10、SMA-10兩種超薄鋪裝結(jié)構(gòu)作為研究對象。室內(nèi)掃描采用的試件為標(biāo)準(zhǔn)的路面鉆取芯樣，掃描前需要對芯樣進行切割處理，使得底面平整。CT技術(shù)性能及參數(shù)如表7所示，試驗參數(shù)為：電壓200 kV、電流0.43 mA、間隔時間300 ms。CT掃描結(jié)果如圖2、3所示。

表7 CT技術(shù)性能及參數(shù)

圖2 UWM-10超薄磨耗層與原SMA-13瀝青路面層間

圖3 SMA-10超薄磨耗層與原SMA-13瀝青路面層間

從圖2、3兩種混合料的層間界面俯視圖對比可以看出：UWM-10超薄鋪裝混合料空隙大小均勻，分布也較為均勻，而SMA-10混合料空隙大小不一，且分布不均。

采用CT三維掃描技術(shù)，通過對掃描結(jié)果的圖像進行分析來準(zhǔn)確定位瀝青混合料的內(nèi)部骨料、空隙及裂紋等各組成部分的分布規(guī)律。對上述圖片進行灰度處理，并采用Orgin軟件進行灰度值分析計算出界面的空隙率，并繪制灰度-概率密度分布曲線(圖4)。由此，計算得出兩種超薄磨耗層瀝青混合料內(nèi)部及其與原路面層間結(jié)合界面處的空隙率(計算結(jié)果如表8所示)，并得到整體芯樣空隙率隨高度(自上而下)的變化關(guān)系(圖5)。

從表8計算數(shù)據(jù)可以得出：與SMA-13混合料相比，UWM-10超薄鋪裝層與原路面黏結(jié)界面處的空隙率比其低1.2%左右，也就是說，UWM-10超薄鋪裝層與原路面的層間黏結(jié)更加密實。由圖5可以看出：UWM-10超薄鋪裝整體面層空隙率均低于SMA-10混合料。分析原因：① 由于UWM-10超薄鋪裝混合料與原瀝青路面之間灑布改性乳化瀝青黏層，攤鋪UWM-10混合料時，乳化瀝青黏層材料重新受熱軟化，進而使得UWM-10混合料與原路面接觸更為密實；② UWM-10超薄鋪裝材料采用密級配并摻加復(fù)合增效劑，顯著提升了其施工和易性，使其施工過程中更易壓實。此外，UWM-10超薄鋪裝材料的內(nèi)部空隙率要比SMA-10混合料低0.8%左右，這主要是由于SMA-10混合料粗骨料含量較多，與原路面黏結(jié)界面存在更多的點接觸，而UWM-10混合料采用嵌擠密實結(jié)構(gòu)，細(xì)料相對更多，從而使得混合料內(nèi)部結(jié)構(gòu)更為密實。

圖4 兩種瀝青混合料灰度-概率密度分布曲線

鋪裝結(jié)構(gòu)類型鋪裝層平均空隙率/%與原路面黏結(jié)界面層空隙率/%UWM-10+改性乳化瀝青黏層+原SMA-13路面3.261.92SMA-10+改性乳化瀝青黏層+原SMA-13路面4.053.09

圖5 兩種超薄鋪裝結(jié)構(gòu)面層空隙率隨芯樣高度變化曲線

3.3 現(xiàn)場拉拔試驗驗證

為驗證CT掃描試驗結(jié)論，對UWM-10、SMA-10兩種超薄鋪裝結(jié)構(gòu)分別進行現(xiàn)場拉拔試驗，拉拔強度計算結(jié)果如表9所示。

表9 UWM-10與SMA-10超薄鋪裝結(jié)構(gòu)界面

由表9可知：在相同環(huán)境溫度下，UWM-10超薄鋪裝結(jié)構(gòu)的層間拉拔強度要高于SMA-10超薄鋪裝結(jié)構(gòu)層間黏結(jié)強度近42%。采用UWM-10超薄鋪裝材料，可以增強與原瀝青路面的層間黏結(jié)效果，也驗證了UWM-10超薄鋪裝結(jié)構(gòu)具有更好的層間密實性，由此充分說明，該文所設(shè)計的密級配UWM-10超薄鋪裝材料與傳統(tǒng)的SMA-10超薄鋪裝材料相比，具有更好的密水性、抗車轍性能及結(jié)構(gòu)整體性。

4 結(jié)論

(1) 采用多鏈聚烯烴類增效改性劑與SBS改性瀝青復(fù)合改性，并通過密級配設(shè)計的超薄鋪裝材料UWM-10具有良好的高低溫性能，其中60 ℃動穩(wěn)定度達到12 240次/mm，低溫性能達到2 780 με，滿足了超薄磨耗層高溫抗車轍和低溫抗開裂的路用要求。

(2) 該文所設(shè)計的密級配超薄鋪裝材料UWM-10具有良好的抗滑密水特性，改進的車轍試驗和構(gòu)造深度衰減評價表明：UWM-10較傳統(tǒng)的SMA-13和AC-13瀝青混合料而言，高溫穩(wěn)定性能大幅度提升，且長期抗滑性能衰減較慢。

(3) 利用CT掃描試驗及現(xiàn)場拉拔試驗對UWM-10和SMA-10兩種超薄鋪裝結(jié)構(gòu)的層間黏結(jié)效果進行評價。結(jié)果表明：采用該文所設(shè)計的密級配超薄鋪裝材料UWM-10，其罩面鋪裝結(jié)構(gòu)的內(nèi)部及層間界面空隙率均低于SMA-10罩面鋪裝結(jié)構(gòu)，且UWM-10與原瀝青路面具有更好的黏結(jié)效果及結(jié)構(gòu)整體性。