王治強(qiáng)

(河北省高速集團(tuán)有限公司張承分公司 張家口市 075000)

1 技術(shù)應(yīng)用背景

新建路面在通車運(yùn)營(yíng)3～6年后，在交通荷載與自然因素的影響下，道路表面層將逐漸出現(xiàn)瀝青粘結(jié)料老化、細(xì)料剝落、輕微車轍和局部開裂等路面中早期病害現(xiàn)象。傳統(tǒng)的公路養(yǎng)護(hù)是在路面病害發(fā)展到一定程度，嚴(yán)重影響道路交通時(shí)，才對(duì)路面進(jìn)行一系列的大中修養(yǎng)護(hù)維修。近年來(lái)，預(yù)防性養(yǎng)護(hù)的理念在行業(yè)內(nèi)逐漸普及，該理念是指在不改變?cè)访娼Y(jié)構(gòu)基礎(chǔ)的情況下，對(duì)路面進(jìn)行有計(jì)劃的超前養(yǎng)護(hù)維修，從而可以有效地預(yù)防路面病害，從路面全壽命周期角度降低路面管理費(fèi)效比的養(yǎng)護(hù)思路。

在各類預(yù)養(yǎng)護(hù)技術(shù)中，厚度低于2.5cm的超薄瀝青罩面預(yù)養(yǎng)護(hù)技術(shù)在國(guó)內(nèi)外得到廣泛應(yīng)用[1-2]。孫培等人通過(guò)研究認(rèn)為，應(yīng)采用較高摻量的SBS改性瀝青以保證超薄瀝青的抗剪性能和其他路用性能[3]。目前市場(chǎng)上也大多是以Novachip超薄磨耗層為代表的熱拌瀝青超薄罩面為主。然而，目前熱拌超薄罩面技術(shù)體系由于過(guò)高的施工溫度，不僅容易發(fā)生混合料短期老化，造成性能下降，而且施工和易性較差，容易造成欠壓實(shí)[4]。譚憶秋等人也強(qiáng)調(diào)了超薄罩面技術(shù)應(yīng)當(dāng)注重其低溫性能[5]。因此，溫拌薄層技術(shù)在施工可操作性、應(yīng)對(duì)場(chǎng)景多樣性上具有較大的優(yōu)點(diǎn)，值得推廣應(yīng)用。此外，河北屬于北方低溫地區(qū)，更有必要發(fā)展可低溫施工的路面預(yù)養(yǎng)護(hù)技術(shù)。

微罩面是通過(guò)傳統(tǒng)攤鋪設(shè)備，將專用改性瀝青混合料快速攤鋪成型的預(yù)養(yǎng)護(hù)技術(shù)方案。其拌和溫度為110～140℃，施工碾壓溫度可低至70℃。施工過(guò)程中瀝青氣味小、施工操作和易性好，易于攤鋪碾壓。此外，微罩面施工采用專用粘層油材料和噴灑設(shè)備，在保證路面粘結(jié)性能的前提下，解決了粘結(jié)有效性和路面泛油等潛在風(fēng)險(xiǎn)。

河北省高速集團(tuán)有限公司張承張家口分公司于2016年在張承高速?gòu)埣铱谥脸缍Y段上進(jìn)行了橋面加鋪1cm微罩面技術(shù)的試驗(yàn)段項(xiàng)目，通過(guò)4年的跟蹤觀測(cè)，驗(yàn)證了該技術(shù)能夠較好地解決與預(yù)防瀝青橋面的裂縫、松散、麻面等病害。2019年，針對(duì)張承高速標(biāo)段K16+635～K62+078的橋面鋪裝(52座橋，雙向)持續(xù)出現(xiàn)微裂縫發(fā)育與麻面掉粒等前期病害，按照公路“常養(yǎng)常新”的超前預(yù)防性養(yǎng)護(hù)理念，采用了銑刨原橋面鋪裝1cm后加鋪1cm微罩面的處治方案。在不增加恒載與標(biāo)高的情況下，實(shí)現(xiàn)橋面的快速化、高效化、輕量化預(yù)養(yǎng)護(hù)目的。

下面介紹微罩面技術(shù)的原理及指標(biāo)要求，對(duì)河北張承高速?gòu)埣铱谥脸缍Y段橋面兩次微罩面項(xiàng)目的施工過(guò)程與后評(píng)估結(jié)果進(jìn)行分析，從施工工藝、質(zhì)量監(jiān)控、驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)、技術(shù)后評(píng)估及經(jīng)濟(jì)效益等方面，總結(jié)微罩面技術(shù)在北方低溫地區(qū)高速公路橋面的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)。

2 微罩面工藝簡(jiǎn)介

2.1 微罩面結(jié)構(gòu)

微罩面的結(jié)構(gòu)由表面磨耗層和粘結(jié)防水層組成，如圖1所示。表面磨耗層采用專用有機(jī)硅改性瀝青及OGFC-5級(jí)配，使其在0.7～1.5cm的厚度條件下仍可采用熱拌瀝青混合料施工設(shè)備與工藝攤鋪及碾壓；粘結(jié)防水層能夠保證微罩面與原路面結(jié)合緊密，確保微薄層與原路面有效粘結(jié)，同時(shí)防止雨水下滲。

圖1 微罩面的結(jié)構(gòu)

2.2 微罩面原理

專用微罩面瀝青膠結(jié)料的特點(diǎn)：

(1)使用有機(jī)硅作為改性劑可以顯著提高瀝青的耐老化性能。

(2)有機(jī)硅的加入能顯著提高瀝青的粘附性和憎水性，有效提高瀝青與骨料的粘附力。

(3)有機(jī)硅改性瀝青在低溫下具有良好的柔韌性，并且微罩面瀝青混合料是一種“富油型”結(jié)構(gòu)，可以進(jìn)一步提高路面的低溫性能，有效避免低溫凍融病害的出現(xiàn)。

(4)通過(guò)加入溫拌劑，顯著降低了改性瀝青的粘度，大幅度降低瀝青混合料的拌和、攤鋪及碾壓溫度。

粘結(jié)防水層中加入了非離子型表面活性劑，大幅降低了粘層油表面張力，一方面提高了材料的滲透性，另一方面提高了與原瀝青或水泥路面的粘結(jié)性。

3 項(xiàng)目實(shí)施總結(jié)

3.1 2016年微罩面試驗(yàn)段

3.1.1性能后評(píng)估

2016年9月23日在K16+322里東窯一號(hào)大橋，K15+245水泉溝一號(hào)大橋雙幅橋梁面層進(jìn)行試驗(yàn)段的施工。微罩面施工后，每月對(duì)橋面狀況進(jìn)行一次查看，長(zhǎng)期的后評(píng)估表明兩座大橋的路面使用性能良好，無(wú)路面病害出現(xiàn)。2017年9月底(項(xiàng)目實(shí)施一年后)對(duì)路面的摩擦系數(shù)、構(gòu)造深度以及滲水系數(shù)進(jìn)行了檢測(cè)，檢測(cè)數(shù)據(jù)匯總?cè)绫?。

表1 2016年微罩面試驗(yàn)段落地一年后檢測(cè)指標(biāo)

從檢測(cè)數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，微罩面厚度在0.9～1.2cm之間，平均厚度1.05cm，大于1.0cm的設(shè)計(jì)厚度；微罩面構(gòu)造深度在0.516～0.569mm之間，平均為0.542mm，高于規(guī)范的規(guī)定值0.45mm；微罩面在服役一年后摩擦系數(shù)仍然在76.9～81.7之間，平均值高達(dá)78.8，明顯高于規(guī)范規(guī)定值55，可見微罩面可長(zhǎng)期保持優(yōu)異的抗滑性能；滲水系數(shù)在112～122ml/min之間，平均為117ml/min，微罩面仍具有一定的排水效果，這是由于微罩面采用OGFC-5級(jí)配，具有一定排水、降噪的功能。從目前項(xiàng)目現(xiàn)狀來(lái)看，經(jīng)過(guò)四個(gè)四季溫差變化(最低溫度可達(dá)-35℃)和行車荷載的作用，截止2020年12月還未出現(xiàn)明顯病害,因此微罩面具有良好的耐久性。

3.1.2經(jīng)濟(jì)效益測(cè)算

為了測(cè)算微罩面的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益，根據(jù)河北張家口地區(qū)的地材價(jià)格及微罩面技術(shù)試驗(yàn)段的實(shí)際費(fèi)用，對(duì)比了傳統(tǒng)銑刨加鋪4cm與微罩面技術(shù)的費(fèi)用成本，結(jié)果如表2所示。

表2 傳統(tǒng)銑刨加鋪4cm與微罩面技術(shù)的費(fèi)用成本差異分析

試驗(yàn)段兩橋面攤鋪數(shù)量為20000m2，按照每平米節(jié)約15元來(lái)算，可節(jié)約資金30萬(wàn)元，降低成本超過(guò)29%。此外，由于1cm微罩面攤鋪厚度僅為4cm路面的四分之一，可減少珍貴石料與瀝青消耗60%以上，具有出色的綠色與環(huán)保效益。

3.2 2019年微罩面項(xiàng)目

鑒于2016年微罩面試驗(yàn)段良好的使用情況，2019年5月張承高速公路在張家口至崇禮段橋面病害治理中進(jìn)行了大規(guī)模的微罩面工程，實(shí)施面積為237111.5m2。為了形成該技術(shù)的成套施工工法，對(duì)本項(xiàng)目的主要環(huán)節(jié)和實(shí)驗(yàn)檢測(cè)情況進(jìn)行了分析。

3.2.1原材料

(1)原材料的選用

集料使用張家口宣化某石料廠生產(chǎn)的玄武巖和宣化某建材有限公司生產(chǎn)的機(jī)制砂；瀝青使用上海群康瀝青科技股份有限公司生產(chǎn)的有機(jī)硅改性瀝青。粘層油使用上海群康瀝青科技股份有限公司生產(chǎn)的微罩面專用粘層油。

(2)原材料準(zhǔn)備

原材料檢測(cè)結(jié)果如表3、表4所示，改性瀝青、集料、礦粉均滿足要求。

表3 有機(jī)硅改性瀝青檢測(cè)結(jié)果

表4 微罩面礦料檢測(cè)結(jié)果

3.2.2配合比設(shè)計(jì)

微罩面OGFC-5 瀝青混合料級(jí)配及配合比設(shè)計(jì)方案如表5～表7所示。

表5 微罩面OGFC-5 瀝青混合料級(jí)配

表6 微罩面OGFC-5 瀝青混合料設(shè)計(jì)目標(biāo)配合比

表7 微罩面OGFC-5 瀝青混合料設(shè)計(jì)生產(chǎn)配合比

3.2.3施工工藝流程

微罩面施工工藝流程如圖2所示。

圖2 微罩面施工工藝流程

3.2.4施工關(guān)鍵環(huán)節(jié)

經(jīng)總結(jié)，微罩面的施工存在以下幾個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)：

(1)控制出料溫度為110～140℃。試驗(yàn)段瀝青混合料出廠溫度在131℃左右，出料運(yùn)到現(xiàn)場(chǎng)攤鋪前溫度為124℃，溫度降低10℃左右，運(yùn)輸期間和等待卸料時(shí)間為5個(gè)小時(shí)，平均溫降速率為2℃/h，完全能夠達(dá)到設(shè)計(jì)要求以及現(xiàn)場(chǎng)施工溫度要求。

(2)控制粘層油灑布量。微罩面粘層灑布量設(shè)計(jì)為0.1～0.3kg/m2，經(jīng)過(guò)實(shí)際測(cè)定灑布量為0.15kg/m2，滿足相關(guān)規(guī)范及設(shè)計(jì)要求。對(duì)于沒有噴灑到位的局部地方，采用人工進(jìn)行找補(bǔ)涂刷，保證灑布質(zhì)量。

(3)控制松鋪系數(shù)為1.2。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)松鋪系數(shù)結(jié)果看(如表8所示)，如果要控制1.0 cm的厚度，攤鋪松鋪系數(shù)控制在1.2比較合適。

(4)控制碾壓溫度>70℃，嚴(yán)禁壓路機(jī)開啟振動(dòng)。通過(guò)試鋪，壓路機(jī)組合決定采用一臺(tái)12t雙鋼輪壓路機(jī)和一臺(tái)3t雙鋼輪壓路機(jī)進(jìn)行組合碾壓，可以滿足施工需求，為了保證碾壓效果，碾壓溫度確定控制在70℃以上較好。

表8 1cm厚OGFC-5微罩面面層壓實(shí)系數(shù)計(jì)算表

3.2.5微罩面的驗(yàn)收檢測(cè)結(jié)果

按照技術(shù)要求，對(duì)微罩面項(xiàng)目段的驗(yàn)收結(jié)果如表9所示，結(jié)果表明本項(xiàng)目的微罩面實(shí)施能夠滿足設(shè)計(jì)文件的各項(xiàng)指標(biāo)，達(dá)到驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)。

4 結(jié)語(yǔ)

介紹了微罩面技術(shù)的原理及指標(biāo)要求，通過(guò)對(duì)河北張承高速公路橋面2016年、2019年兩次微罩面項(xiàng)目的施工過(guò)程與后評(píng)估結(jié)果進(jìn)行分析，從施工工藝、質(zhì)量監(jiān)控、驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)、技術(shù)后評(píng)估及經(jīng)濟(jì)效益等方面總結(jié)了微罩面技術(shù)在北方低溫地區(qū)高速公路橋面的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)。

表9 微罩面驗(yàn)收檢測(cè)結(jié)果

河北張承高速公路橋面2016年微罩面試驗(yàn)段的長(zhǎng)期后評(píng)估與性能追蹤表明，微罩面具有良好的抗滑、耐久性、排水及降噪性能。經(jīng)過(guò)2019年超過(guò)20萬(wàn)平的微罩面項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，提出要對(duì)施工過(guò)程中的出料溫度、粘層油灑布量、松鋪系數(shù)、碾壓溫度等指標(biāo)進(jìn)行全過(guò)程監(jiān)控，才能充分地把控1.0cm微罩面的施工質(zhì)量。

微罩面工藝在張承高速公路張家口至崇禮段的有效實(shí)施，為北方地區(qū)運(yùn)營(yíng)高速公路在路面、橋面的預(yù)防性養(yǎng)護(hù)方面起到了引導(dǎo)和示范的作用，達(dá)到了降本增效的目的，同時(shí)因減少了銑刨的環(huán)節(jié)，避免了銑刨料對(duì)環(huán)境的污染，減少了碳排放量，符合當(dāng)下節(jié)能減排、綠色發(fā)展的要求。