葛 晗，吳有威

(1.廣東省高速公路有限公司粵贛分公司，廣東 河源 517000；2.華運通達(dá)(廣東)道路科技有限公司，廣東 佛山 528300)

0 引言

我國高等級公路主要采用瀝青路面結(jié)構(gòu)形式。隨著車輛荷載、時間、氣候等因素的作用，瀝青路面的使用性能會出現(xiàn)衰減[1-2]。通常磨耗層的壽命小于10年，每隔一定時間須定期對磨耗層進(jìn)行維修和更換。瀝青路面表面磨耗層設(shè)計一般采用厚度為4～5cm的改性瀝青熱拌混凝土[3-6]，如GAC-16、AC-13和SMA-13等。常規(guī)厚度的熱拌瀝青表面磨耗層存在的問題主要有：需大量優(yōu)質(zhì)石材、施工能耗高、壽命難以保證、終期磨損率遠(yuǎn)小于設(shè)計厚度、抗滑耐久問題以及應(yīng)用的局限性等[7-8]。

粵贛高速公路建成通車以來運營狀況良好，經(jīng)過長期運營服務(wù)，加上近年來交通量的不斷增長，導(dǎo)致水泥路面產(chǎn)生裂縫、斷板、破碎板等病害。為滿足司乘人員舒適性的要求，同時提高高速公路的服務(wù)質(zhì)量，需對路基段水泥混凝土路面進(jìn)行病害修復(fù)和瀝青罩面(“白改黑”)品質(zhì)化的提升改造。

針對以上問題，決定采用高韌超薄瀝青磨耗層技術(shù)對粵贛高速公路進(jìn)行加鋪養(yǎng)護，該技術(shù)具有抗滑性好、耐久性好、透水、防滑、降噪等功能[9-13]。

1 高韌超薄瀝青磨耗層方案設(shè)計

粵贛高速公路路面養(yǎng)護專項工程針對部分路段破損率及抗滑性能不足，且存在破碎板、脫空、錯臺等病害的情況，對既有水泥砼路面病害進(jìn)行處治后(含換板、脫空壓漿等病害處治措施)，采用4cmGAC-16C+6cmGAC-20(PG82)改性瀝青混凝土(橋面、隧道和連續(xù)配筋段除外)進(jìn)行加鋪。為提高橋面抗滑及破損率(PCI)等性能指標(biāo)，對水泥混凝土橋面、橋梁之間少量水泥混凝土路面的路基段及某些爬坡路段，加鋪1.2cm厚的高韌性超薄磨耗層。對路面存在連續(xù)坑槽、擁包、唧漿和裂縫病害嚴(yán)重且集中的路段采取銑刨重鋪GAC-16C改性瀝青混凝土的處治方案，對路面出現(xiàn)微表脫皮、裂縫和坑槽等病害采取加鋪2cmUTAC的處治方案。

圖1 高韌超薄瀝青磨耗層(GT-8)

1.1 技術(shù)特點

高韌超薄磨耗層系統(tǒng)是以特種高粘高彈瀝青和高粘改性乳化瀝青為混合料和粘結(jié)層的膠結(jié)料，采用同步攤鋪的施工工藝，加鋪厚度為0.8～2.0cm的高性能瀝青混凝土面層。相比傳統(tǒng)的磨耗層，具有較好的抗裂、抗?jié)B和抗滑性能，可有效提升路面平整度、降低行車噪音。

病害處治完善后，加罩厚度為1.2cm的熱拌高韌超薄磨耗層，采用同步攤鋪設(shè)備，在熱拌高韌超薄磨耗層攤鋪的同時噴灑0.8～1.0kg/m2的偶聯(lián)型SBS聚合物改性高粘乳化瀝青作為粘結(jié)層，以確保超薄攤鋪層和原橋(路)面的緊密粘結(jié)效果。

1.2 原材料

熱拌高韌超薄磨耗層混合料所用的瀝青膠結(jié)料為特種高粘高彈聚合物改性瀝青(非樹脂類改性)，瀝青性能指標(biāo)應(yīng)符合表1要求。

表1 熱拌瀝青膠結(jié)料技術(shù)要求

瀝青膠結(jié)材料性能的大幅提升，為開發(fā)厚度更薄、性能更優(yōu)越的表面磨耗層結(jié)構(gòu)提供了前提條件。對高粘高彈改性瀝青以及其他常用的熱瀝青膠結(jié)料：Nova-Binder、PG 82-22 SBS高粘改性乳化瀝青和A-70基質(zhì)瀝青進(jìn)行性能對比，結(jié)果如表2及圖2所示。試驗結(jié)果表明：高粘高彈改性瀝青的60℃動力粘度≥580 000Pa·s，60℃復(fù)合剪切模量G*為17.94kPa，相比Nova-Binder、PG 82-22 SBS高粘改性乳化瀝青和A-70基質(zhì)瀝青，在高溫抗變形能力、變形恢復(fù)能力與粘結(jié)性能上具有顯著優(yōu)勢。

表2 不同熱瀝青膠結(jié)料的性能對比

圖2 瀝青原樣與RTFOT后的對比

熱拌高韌超薄磨耗層(同步)噴灑粘層油應(yīng)采用偶聯(lián)型SBS聚合物改性高粘乳化瀝青(非SBR類改性)，瀝青性能指標(biāo)應(yīng)符合表3的要求。

表3 聚合物改性乳化瀝青技術(shù)要求

對高粘改性乳化瀝青和Nova-Binder進(jìn)行性能對比，結(jié)果見表4。表明：高黏改性乳化瀝青蒸發(fā)殘留物的60℃動力粘度為36 785Pa·s，軟化點為82.5℃，15℃的拉拔強度為1.14MPa，相比Nova-Binder具有更好的層間黏結(jié)能力和高溫穩(wěn)定性。

表4 不同乳化瀝青的性能對比

1.3 混合料配合比

本項目采用UTAC-8型混合料。UTAC(Ultra-thin Asphalt Concrete，超薄瀝青混合料)是一種基于斷級配設(shè)計理念的骨架型密級配瀝青混合料，是借鑒了法國BBTM以及SMA和Nova-Chip而改進(jìn)的一種薄層加鋪材料,具有相對優(yōu)良的高溫性能、抗滑性能和抗水損壞性能，相對突出的抗疲勞性能，良好的施工性能，表面美觀均勻，經(jīng)濟性良好，可廣泛應(yīng)用于養(yǎng)護或預(yù)防性養(yǎng)護瀝青罩面工程以及新建工程。UTAC-8結(jié)構(gòu)的最小施工厚度為2cm，適合于路基段、橋面等路段加鋪，一般采用5～8mm粗集料和機制砂配制。

1.3.1 集料

粗集料主要采用0～3mm和5～8mm的規(guī)格料。碎石應(yīng)質(zhì)地均勻、堅硬、潔凈、無風(fēng)化、無雜質(zhì)，顆粒表面粗糙、耐磨，其中5～8mm規(guī)格料的顆粒形態(tài)方正，棱角豐富。

機制砂應(yīng)采用質(zhì)地均勻的規(guī)格料利用制砂機專門加工。當(dāng)采用非堿性石料加工時，應(yīng)加入占集料總質(zhì)量1%～2%左右的水泥。

1.3.2 改性瀝青

所用瀝青采用PG76及以上品質(zhì)的改性瀝青。

1.3.3 配合比設(shè)計

超薄磨耗層對密水性能、耐久性、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性等要求較高，在級配選型時優(yōu)先考慮既有穩(wěn)定骨架結(jié)構(gòu)、又具備高密實性的骨架密實型級配。各瀝青面層熱拌瀝青混合料級配應(yīng)符合表5的要求,混合料設(shè)計流程如圖3所示。

表5 熱拌瀝青混合料級配組成技術(shù)要求

圖3 混合料設(shè)計流程

配比設(shè)計過程中，采用車轍試驗、浸水馬歇爾試驗、凍融劈裂試驗和肯塔堡飛散試驗對高韌瀝青混合料的綜合路用性能進(jìn)行評價測試；采用應(yīng)變控制模式的四點彎曲疲勞試驗方式來分析高韌瀝青混合料和其他高性能瀝青混合料的疲勞特性。試驗結(jié)果見表6和表7。

表6 高韌瀝青混合料常規(guī)性能評價測試結(jié)果

表7 四點彎曲疲勞壽命測試結(jié)果

結(jié)果表明：骨架密實型級配的高韌瀝青混合料具有良好的抗車轍性能與抗滑性能，遠(yuǎn)大于常規(guī)瀝青膜厚度的設(shè)計，大幅提升了高韌瀝青混合料的抗疲勞開裂性能，在大應(yīng)變測試水平下的疲勞壽命達(dá)到90多萬次，遠(yuǎn)高于其他類型的橋面鋪裝混合料。

2 水泥混凝土原路面的處治

本次設(shè)計主要的處治內(nèi)容：對破碎板進(jìn)行換板處理，同時對脫空板進(jìn)行注漿穩(wěn)板處理，最后對水泥路面進(jìn)行瀝青混凝土加鋪罩面；對抗滑性能不足的部分瀝青路面進(jìn)行原路面病害處治后采用2cmUTAC材料進(jìn)行罩面；針對抗滑性能不足的個別水泥混凝土橋面，采用高韌超薄瀝青磨耗層進(jìn)行預(yù)防性養(yǎng)護。

2.1 水泥路面病害處治設(shè)計

對出現(xiàn)裂縫板、破碎板等病害的原路面采用表8所示的措施進(jìn)行處治。

表8 水泥混凝土路面板病害類型及處治措施

由于加鋪路段總體路況較差，斷裂板數(shù)量較多，為確保加鋪后路面結(jié)構(gòu)的承載力和耐久性，同時便于對病害板下的基層損壞程度進(jìn)行判斷和處治，故對加鋪段落中破碎板、重裂縫板等板塊采用換板的方式進(jìn)行處治。

板塊開挖后若發(fā)現(xiàn)基層松散，則清除松散基層，采用C20貧混凝土進(jìn)行澆筑；若基層出現(xiàn)裂縫，則對基層裂縫采用改性乳化瀝青進(jìn)行灌縫封縫，然后用28cm抗折強度5.0MPa的混凝土進(jìn)行恢復(fù)。

2.2 瀝青路面銑刨

銑刨前先劃出銑刨位置的輪廓線，然后用銑刨機按輪廓線進(jìn)行銑刨。路面銑刨可分幾次銑刨，第一次應(yīng)將隆起部分銑刨掉，然后再按厚度控制銑刨深度及次數(shù)。

銑刨接縫的側(cè)面涂熱瀝青，提高新舊路面的粘結(jié)效果。

3 高韌超薄瀝青磨耗層的實施

3.1 施工

混合料的粗集料選用閃長巖、輝綠巖或玄武巖。石料進(jìn)拌合場后，需增加水洗工藝處理，水洗采取“多級沉淀、循環(huán)利用”的方式。采用高壓水且水源的PH值應(yīng)大于10。水洗料4.75～9.5mm控制在不大于0.5%，9.5～13.2mm、9.5～16mm或9.5～19mm不大于0.3%。

混合料下面層攤鋪速度1.5～2.5m/min，中面層攤鋪速度2.0～3.0m/min，上面層攤鋪速度2.5～3.5m/min。

混合料碾壓時的碾壓區(qū)間控制在30～50m。改性瀝青路面壓實度要求最大理論密度壓實度為不小于93%，馬歇爾密度壓實度不小于97%。

3.2 實施效果

對高韌瀝青薄層罩面的試驗路或?qū)嶓w工程鋪筑進(jìn)行技術(shù)監(jiān)控，并開展各實體路段的綜合路用性能評價測試，據(jù)此提出高韌瀝青薄層罩面的施工工藝和質(zhì)量驗收標(biāo)準(zhǔn)。驗收方法和內(nèi)容有行車噪音、拉拔粘結(jié)強度、三維探地雷達(dá)厚度、路面滲水系數(shù)、擺式摩擦儀摩擦系數(shù)、表面構(gòu)造深度、路面平整度、長期性能跟蹤觀測和現(xiàn)場路面質(zhì)量狀況調(diào)查等。

檢測結(jié)果表明，高韌超薄瀝青磨耗層的總體實施效果良好：

(1)摩擦系數(shù)>60BPN，平整度<3mm。

(2)構(gòu)造深度>1mm，橋面的抗滑性能得到大幅提升。

(3)層間拉拔強度>0.6MPa，表明薄層罩面與原水泥橋面的層間黏結(jié)效果良好。

(4)滲水系數(shù)<30ml/min，說明鋪裝層具有良好的壓實度和密實性。

(5)實體路段進(jìn)行全斷面三維探地雷達(dá)掃描結(jié)果表明：高韌超薄瀝青磨耗層的平均實施厚度為10mm，6mm為可實施的極限厚度，對路表不平整、輕度車轍具有較強的修復(fù)能力(圖4)。

圖4 原水泥混凝土路面

(6)水泥混凝土路面加鋪前后行車噪音對比，車內(nèi)噪音下降5.1dB～5.3dB，車外噪音下降4.5dB～6.8dB，實現(xiàn)大幅降低原路面行車噪音的效果(圖6)。

圖5 全斷面三維探地雷達(dá)掃描結(jié)果

圖6 車內(nèi)噪音與車外噪音對比

4 結(jié)語

針對粵贛高速公路路面的相關(guān)病害，采用高韌超薄瀝青磨耗層技術(shù)對其進(jìn)行了加鋪處治。該項技術(shù)實施調(diào)研顯示：原有路面板塊間接縫處出現(xiàn)路表標(biāo)線開裂現(xiàn)象，開裂處裂縫逐漸擴展，但對應(yīng)接縫位置的高韌超薄瀝青磨耗層卻未發(fā)生開裂；在脹縫位置發(fā)現(xiàn)薄層沿原脹縫豎向往下凹陷，但對應(yīng)位置處高韌超薄磨耗層未發(fā)現(xiàn)開裂、脫皮、推移等病害。說明相關(guān)技術(shù)體系的實施，可有效改善原路面的噪音、平整度及病害問題。該技術(shù)具有良好的經(jīng)濟效益和社會效益。