朱益兵

(蘇交科集團(tuán)股份有限公司，江蘇 南京 210000)

1 背 景

隨著公路建設(shè)的蓬勃發(fā)展、使用時(shí)間的增長(zhǎng)，越來(lái)越多的瀝青路面的各種表面功能逐漸減弱，嚴(yán)重影響到過(guò)往車(chē)輛通行的安全性和舒適性。瀝青路面預(yù)防性養(yǎng)護(hù)是維護(hù)現(xiàn)有公路路面性能、延緩瀝青路面常見(jiàn)病害發(fā)展、保持或改善瀝青路面的功能狀況的一種有成本相對(duì)較低的主動(dòng)性處置養(yǎng)護(hù)策略，能夠降低路面病害向更深層次發(fā)展的風(fēng)險(xiǎn)，保持道路平整度、提高道路質(zhì)量、降低道路周期壽命成本、延長(zhǎng)大中修期限。

預(yù)防性養(yǎng)護(hù)起源于20世紀(jì)80年代，隨著新技術(shù)、新材料、新工藝的不斷出現(xiàn)，預(yù)防性養(yǎng)護(hù)技術(shù)在國(guó)內(nèi)外均得到了很好的發(fā)展。路面預(yù)防性養(yǎng)護(hù)工程主要有裂縫處理類(lèi)、封層類(lèi)、罩面類(lèi)、再生類(lèi)四類(lèi)，厚度一般不超過(guò)4 cm，其中磨耗層和就地?zé)嵩偕褂妙l率最高，磨耗層是江蘇省特色預(yù)防性養(yǎng)護(hù)技術(shù)，各地根據(jù)地方路段病害狀況使用功能性的罩面技術(shù)。

目前常用的預(yù)防性養(yǎng)護(hù)措施中，1 cm超薄罩面必須采用專(zhuān)有設(shè)備、造價(jià)相對(duì)較高，其耐久性及舒適度亦欠佳，傳統(tǒng)熱拌薄層罩面由于施工厚度較薄，溫度散失較快，往往需要較高的拌和與攤鋪溫度以保證壓實(shí)質(zhì)量，造成較大的溫室氣體排放，污染環(huán)境，加速了瀝青老化。如何通過(guò)調(diào)整材料組成和施工工藝，實(shí)現(xiàn)采用普通施工機(jī)具進(jìn)行1～2 cm的超薄罩面在常溫條件下的攤鋪，其耐久性、抗裂性、行駛舒適性、經(jīng)濟(jì)性?xún)?yōu)于常用的預(yù)養(yǎng)護(hù)措施，是提高公路預(yù)養(yǎng)護(hù)措施技術(shù)水平的一個(gè)研究方向。

2 技術(shù)特點(diǎn)

常溫樹(shù)脂瀝青極薄罩面技術(shù)針對(duì)目前熱拌類(lèi)薄層罩面預(yù)防性養(yǎng)護(hù)技術(shù)易產(chǎn)生大量的能耗和污染氣體排放，且存在混合料熱老化、施工時(shí)溫度散失快導(dǎo)致路用性能不足等問(wèn)題，冷拌冷鋪的微表處類(lèi)技術(shù)存在施工工藝復(fù)雜、平整度欠佳等問(wèn)題開(kāi)發(fā)的一種低碳、節(jié)能的環(huán)保型極薄預(yù)養(yǎng)護(hù)技術(shù)，由優(yōu)質(zhì)集料和常溫樹(shù)脂改性瀝青組成，厚度可達(dá)1～2 cm，相比于傳統(tǒng)的溫拌或熱拌瀝青混合料，具有中溫拌和、低溫施工、存儲(chǔ)時(shí)間長(zhǎng)、路用性能優(yōu)良、節(jié)能減排效果顯著等諸多優(yōu)點(diǎn)在，施工過(guò)程中消耗的能源和排放的有害氣體更少，且能在低溫和負(fù)溫條件下施工，解決了瀝青路面一般只能在高溫季節(jié)施工的技術(shù)難題，實(shí)現(xiàn)了瀝青路面在特殊環(huán)境(主要是低溫)特殊條件(路面周邊無(wú)熱拌站)下的修筑及養(yǎng)護(hù)。

2.1 技術(shù)原理[1]

常溫樹(shù)脂瀝青混合料是可在110 ℃左右的中溫條件拌和施工的混合料，該混合料由常溫樹(shù)脂改性瀝青與礦料組成，常溫樹(shù)脂瀝青是由SBS改性瀝青與常溫樹(shù)脂改性劑復(fù)合改性而成，改性后的常溫樹(shù)脂瀝青呈液態(tài)從而達(dá)到中溫拌和施工的目的。常溫樹(shù)脂改性劑是以從甲基苯乙烯類(lèi)高分子材料中提取的甲基苯乙烯類(lèi)嵌段共聚物與環(huán)氧樹(shù)脂、環(huán)氧樹(shù)脂固化劑等材料按一定比例通過(guò)膠體研磨、高速剪切的工藝加工制作而成的成品聚合物溶液，顏色呈褐色，密度為0.8～1 g/cm3。

常溫樹(shù)脂瀝青是在SBS改性瀝青中加入樹(shù)脂改性劑，經(jīng)過(guò)攪拌后使樹(shù)脂改性劑熔融或分散在瀝青中，提高瀝青膠結(jié)料在中溫條件下的施工和易性，使瀝青及瀝青混合料在較低溫度條件下仍具有一定的可施工性。經(jīng)過(guò)一定養(yǎng)生時(shí)間后，由于常溫樹(shù)脂瀝青含中有一定量的環(huán)氧樹(shù)脂和環(huán)氧固化劑，瀝青混合料在攤鋪碾壓后經(jīng)過(guò)逐漸固化，強(qiáng)度上升，從而到達(dá)提高瀝青混合料路用性能的目標(biāo)，其力學(xué)強(qiáng)度及其路用性能能夠達(dá)到與常規(guī)的聚合物改性瀝青的標(biāo)準(zhǔn)要求，如低溫抗裂性能、抗水損害性能及抗疲勞開(kāi)裂性能等等，實(shí)現(xiàn)的極薄罩面預(yù)防性養(yǎng)護(hù)技術(shù)具有可儲(chǔ)存時(shí)間長(zhǎng)、可施工溫度低、混合料性能和路用性能優(yōu)良、節(jié)能環(huán)保效果顯著等諸多優(yōu)點(diǎn)。

2.2 主要技術(shù)特點(diǎn)

(1)低碳、節(jié)能、環(huán)保。常溫樹(shù)脂瀝青混合料可在110 ℃左右中溫條件下拌合、攤鋪，拌合時(shí)減少能源的使用，施工時(shí)能夠減少溫室氣體的排放。

(2)低溫不開(kāi)裂、高溫不泛油。常溫樹(shù)脂瀝青混合料柔性強(qiáng)、高溫穩(wěn)性好；不易產(chǎn)生車(chē)轍、推移、擁包、龜裂等病害。

(3)抗滑性好、荷載能力強(qiáng)。常溫樹(shù)脂瀝青極薄罩面具有優(yōu)良的抗滑性和荷載能力，且塑性高、與原路面粘附性強(qiáng)。

(4)可快速開(kāi)放交通。常溫樹(shù)脂瀝青極薄罩面施工碾壓完成降溫后即可開(kāi)放交通，實(shí)現(xiàn)即鋪即通，路面強(qiáng)度會(huì)在自然條件下養(yǎng)生固化，逐漸達(dá)到最佳性能，無(wú)需傳統(tǒng)微表處預(yù)養(yǎng)護(hù)罩面技術(shù)的養(yǎng)生時(shí)間要求。

(5)施工不受季節(jié)限制。常溫樹(shù)脂瀝青極薄罩面施工不受季節(jié)、溫度條件的限制，克服熱拌瀝青混合料施工降溫快、易發(fā)生質(zhì)量問(wèn)題等缺陷。

2.3 適用范圍

由于常溫樹(shù)脂瀝青極薄罩面技術(shù)具有上述諸多優(yōu)點(diǎn)，適用于交通量大的高速公路、城市的高架道路、快速汽車(chē)專(zhuān)用道等各級(jí)公路的養(yǎng)護(hù)工程中原路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度足夠、路表狀況尚好的段落，適用的路面損壞類(lèi)型和程度包括：泛油，磨光，不規(guī)則裂縫，輕微車(chē)轍、松散、擁包以及水損害，可以有效解決原路面出現(xiàn)的車(chē)轍病害和破損病害，對(duì)路面平整度較差及抗滑能力不足狀況有很好的改善作用；還可以應(yīng)用于有標(biāo)高限制要求的水泥路面、橋面及隧道路面養(yǎng)護(hù)中。

3 技術(shù)應(yīng)用

3.1 瀝青混合料設(shè)計(jì)[2]

集料采用玄武巖或輝綠巖集料。常溫樹(shù)脂瀝青采用SBS改性瀝青添加常溫樹(shù)脂瀝青改性劑加工而成。改性劑的摻量根據(jù)基質(zhì)瀝青檢測(cè)結(jié)果、當(dāng)?shù)氐臍夂?、?xiàng)目交通量情況以及室內(nèi)試驗(yàn)檢測(cè)進(jìn)行確定，一般摻量7%～15%，對(duì)于粘度較高的基質(zhì)瀝青建議選高值，降溫梯度受到自然或工作環(huán)境限制時(shí)采用低值。

圖1 合成級(jí)配圖

常溫樹(shù)脂極薄罩面瀝青混合料的設(shè)計(jì)特點(diǎn)是半開(kāi)級(jí)配形式，最大公稱(chēng)粒徑為13.2 mm，其成型方法為馬歇爾擊實(shí)法，雙面擊實(shí)100次，擊實(shí)溫度90～110 ℃。配合比設(shè)計(jì)時(shí)采用礦料最緊密法作為極薄罩面混合料的配合比設(shè)計(jì)方法，即：根據(jù)混合料空隙率的要求，在滿(mǎn)足其他體積參數(shù)的基礎(chǔ)上，由混合料中集料嵌擠最緊密狀態(tài)對(duì)應(yīng)的油石比確定最佳油石比，并對(duì)設(shè)計(jì)的瀝青混合料進(jìn)行水穩(wěn)定性、高溫性能和低溫性能等路用性能進(jìn)行一系列的驗(yàn)證。圖1為礦料合成級(jí)配圖。

設(shè)計(jì)的常溫樹(shù)脂改性瀝青混合料馬歇爾擊實(shí)試驗(yàn)、抗水損害試驗(yàn)、耐高溫和低溫試驗(yàn)均滿(mǎn)足相關(guān)的技術(shù)要求，相應(yīng)的混合料性能檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表1。級(jí)配設(shè)計(jì)結(jié)果為m(1#粗集料)∶m(2#粗集料)∶m(3#粗集料)∶m(細(xì)集料)∶m(礦粉)=46.5%∶17.0%∶6.0%∶26.0%:4.5%，油石比為4.8%，其中樹(shù)脂改性劑與SBS 改性瀝青的比例為m(樹(shù)脂改性劑)∶m(SBS改性瀝青)=1∶9。

表1 瀝青混合料設(shè)計(jì)結(jié)果

3.2 工程應(yīng)用

為了進(jìn)一步驗(yàn)證常溫樹(shù)脂改性瀝青混合料的路用性能，為今后的路面預(yù)防性養(yǎng)護(hù)技術(shù)的研究提供理論數(shù)據(jù)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的支持，根據(jù)瀝青混合料設(shè)計(jì)及室內(nèi)性能評(píng)價(jià)的結(jié)果進(jìn)行了極薄罩面預(yù)養(yǎng)護(hù)試驗(yàn)路鋪筑和后續(xù)的跟蹤觀測(cè)。

(1)工程概況

試驗(yàn)段依托工程為233國(guó)道溧陽(yáng)段養(yǎng)護(hù)工程?，F(xiàn)階段233國(guó)道溧陽(yáng)段存在大面積的泛油病害，紅綠燈交叉口車(chē)轍相對(duì)較差，其中泛油為的主要病害，嚴(yán)重影響行駛安全及舒適性。試驗(yàn)段長(zhǎng)度約500 m，包含1個(gè)紅綠燈道口。

(2)試驗(yàn)路的施工及現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)[3]

①混合料生產(chǎn)

在試驗(yàn)段鋪裝前，依據(jù)室內(nèi)混合料配合比設(shè)計(jì)結(jié)果進(jìn)行了生產(chǎn)配比的調(diào)試和拌合樓試拌等前期工作。

本次試驗(yàn)段使用的常溫樹(shù)脂改性瀝青采用SBS改性瀝青和常溫樹(shù)脂改性劑現(xiàn)場(chǎng)加工。先將SBS改性瀝青加熱至140 ℃左右，然后按照比例加入常溫樹(shù)脂改性劑勻速攪拌60 min。

混合料拌和采用的瑪連尼4000型間歇式拌合樓，生產(chǎn)時(shí)由計(jì)算機(jī)全程自動(dòng)控制。拌和時(shí)先稱(chēng)入足量的礦料和礦粉干拌約8 s，加入復(fù)合瀝青濕拌約30 s，總拌合時(shí)間約為50～60 s，以瀝青混合料拌和均勻?yàn)槎?。常溫?shù)脂瀝青超薄罩面的施工溫度按照表2要求進(jìn)行控制。經(jīng)檢測(cè)，混合料的出廠溫度基本控制在115 ℃附近。

②現(xiàn)場(chǎng)施工

為減少原路面泛油的不利影響，攤鋪前先對(duì)原路面進(jìn)行了1 cm的精銑刨拉毛處理，清掃后按照要求均勻噴灑了瀝青粘結(jié)層。

在攤鋪機(jī)按照非接觸式平衡梁以控制攤鋪厚度及罩面的平整度，松鋪系數(shù)采用1.4。通過(guò)對(duì)瀝青路面攤鋪監(jiān)控系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)分析來(lái)看，攤鋪速度控制為2.0 m/min左右，基本保持勻速攤鋪，現(xiàn)場(chǎng)混合料攤鋪溫度控制在100～110 ℃之間。

表2 常溫樹(shù)脂瀝青超薄罩面施工溫度 單位: ℃

現(xiàn)場(chǎng)碾壓時(shí)配備了2臺(tái)雙鋼輪壓路機(jī)、2臺(tái)膠輪壓路機(jī)，初壓采用1臺(tái)雙鋼輪壓路機(jī)前靜后振全幅碾壓2遍，復(fù)壓采用2臺(tái)膠輪壓路機(jī)全幅碾壓6遍，終壓雙鋼輪壓路機(jī)靜壓1～2遍。壓實(shí)完成后路表溫度降低到55 ℃以下即開(kāi)放交通。

③工后檢測(cè)

工后檢測(cè)的目的是為檢驗(yàn)與配合比設(shè)計(jì)時(shí)的偏差。室內(nèi)對(duì)常溫樹(shù)脂改性瀝青混合料進(jìn)行了馬歇爾試驗(yàn)和抽提篩分試驗(yàn)，并進(jìn)行了殘留穩(wěn)定度和動(dòng)穩(wěn)定度試驗(yàn)，結(jié)果見(jiàn)圖2，試驗(yàn)結(jié)果均滿(mǎn)足要求。

圖2 瀝青混合料抽提試驗(yàn)結(jié)果

試驗(yàn)段攤鋪結(jié)束后第2 d，采用隨機(jī)抽檢的方式對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行了滲水系數(shù)、厚度和壓實(shí)度的檢測(cè)，結(jié)果均滿(mǎn)足要求，芯樣厚度均控制在2.0 cm以?xún)?nèi)。

④后續(xù)性能跟蹤觀測(cè)

通車(chē)后保持每個(gè)季度對(duì)罩面整體路況按季度進(jìn)行了跟蹤觀測(cè)。通過(guò)1年半后未發(fā)現(xiàn)試驗(yàn)段落出現(xiàn)水損害、擁包、波浪、車(chē)轍、剝落等病害，路面整體狀況良好。

4 效益分析

常溫樹(shù)脂超薄罩面技術(shù)作為一種瀝青路面預(yù)防性養(yǎng)護(hù)技術(shù)，為了更直觀的了解其社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益，結(jié)合江蘇省公路養(yǎng)護(hù)實(shí)際情況，通過(guò)對(duì)比微表處、Novachip、銑刨重鋪等養(yǎng)護(hù)技術(shù)路面壽命周期內(nèi)養(yǎng)護(hù)費(fèi)用和節(jié)能減排效益，分析常溫樹(shù)脂超薄罩面技術(shù)的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。分析比較時(shí)路面壽命周期按照15年，交通量按照中重交通級(jí)別進(jìn)行。按照江蘇省國(guó)省干線(xiàn)瀝青路面目前路況及道路質(zhì)量衰減率，預(yù)計(jì)道路在運(yùn)行至6～7年后需要開(kāi)始養(yǎng)護(hù)大中修，如養(yǎng)護(hù)技術(shù)采用微表處在路面壽命周期內(nèi)約需要實(shí)施4次，如養(yǎng)護(hù)技術(shù)采用Novachip、銑刨重鋪和常溫樹(shù)脂超薄罩面在路面壽命周期內(nèi)約需要實(shí)施2次。

4.1 社會(huì)效益

常溫樹(shù)脂超薄罩面技術(shù)能夠延長(zhǎng)傳統(tǒng)技術(shù)養(yǎng)護(hù)維修周期，路面質(zhì)量使用技術(shù)指標(biāo)高于同地域的普通瀝青路面，車(chē)轍、裂縫、坑槽等早期損壞現(xiàn)象很少，預(yù)期可減少道路日常養(yǎng)護(hù)維修及大修的次數(shù)、縮短養(yǎng)護(hù)時(shí)間，保證路用性能的同時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)中溫拌和、低溫施工的效果，減少CO、SO2、NO2、煙氣等有毒氣體的排放，減少施工過(guò)程中對(duì)施工人員及周?chē)用竦膫?，也可在冬季施工，提高了施工效率，有利于公路網(wǎng)的快速建設(shè)完善。同時(shí)，其允許快速開(kāi)放交通的特點(diǎn)，方便出行，較為適合在不同等級(jí)公路及城市道路建設(shè)與養(yǎng)護(hù)中應(yīng)用，滿(mǎn)足居民對(duì)空氣質(zhì)量和環(huán)境的要求，具有良好的社會(huì)效益。

4.2 經(jīng)濟(jì)效益

常溫樹(shù)脂超薄罩面造價(jià)約為45元/m2，在路面壽命周期內(nèi)預(yù)計(jì)實(shí)施2次，全壽命周期養(yǎng)護(hù)成本約為90元/m2，折算每年養(yǎng)護(hù)費(fèi)用為6元/m2，與傳統(tǒng)微表處技術(shù)費(fèi)用相當(dāng)，低于熱拌薄層Novachip、SMA-10、銑刨重鋪。與傳統(tǒng)的熱拌薄層罩面Novachip方案全壽命周期120元/m2，折算每年養(yǎng)護(hù)費(fèi)用為8.1元/m2，可以節(jié)約26%左右工程造價(jià)，較傳統(tǒng)的銑刨重鋪技術(shù)全壽命周期160元/m2可以節(jié)約40%左右，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

圖3 不同技術(shù)折算每年的養(yǎng)護(hù)費(fèi)用對(duì)比

4.3 環(huán)保效益

常溫樹(shù)脂超薄罩面實(shí)施1次時(shí)的碳排放當(dāng)量統(tǒng)計(jì)結(jié)果與同步碎石封層技術(shù)相當(dāng)，均高于霧封層、微表處類(lèi)冷拌技術(shù)，但較傳統(tǒng)的熱拌薄層罩面和銑刨重鋪技術(shù)分別低約17%、63%。路面壽命周期內(nèi)折算每年碳排放當(dāng)量統(tǒng)計(jì)結(jié)果略高于同步碎石封層技術(shù)，但較傳統(tǒng)的熱拌薄層罩面和銑刨重鋪技術(shù)分別低約19%、26%。主要是在原材料生產(chǎn)和混合料拌合過(guò)程中大幅降低施工溫度，從而達(dá)到減少能源消耗和降低碳排放，在整個(gè)施工過(guò)程中，基本不產(chǎn)生毒害廢棄物，減少對(duì)環(huán)境的污染，環(huán)保效益顯著，符合“十三五”期間“節(jié)能減排”基本國(guó)策。

圖4 不同技術(shù)折算每年能耗和碳排放統(tǒng)計(jì)

5 結(jié) 論

以233國(guó)道溧陽(yáng)段養(yǎng)護(hù)工程為依托，結(jié)合常溫樹(shù)脂瀝青超薄罩面試驗(yàn)段路用性能檢測(cè)結(jié)果以及效益分析，得出以下結(jié)論。

(1)常溫樹(shù)脂瀝青混合料具有良好的低溫抗裂性能、抗水損害性能及抗疲勞開(kāi)裂性能，滿(mǎn)足相應(yīng)規(guī)范要求，在江蘇地區(qū)具有良好的適用性。

(2)常溫樹(shù)脂超薄罩面采用常規(guī)機(jī)械設(shè)備進(jìn)行施工，拌合、攤鋪、碾壓，施工溫度較常規(guī)熱拌改性瀝青混合料可降低50 ℃左右，施工基本不受季節(jié)、溫度等條件的限制。

(3)從應(yīng)用效果看，試驗(yàn)段通車(chē)1年半后路面整體狀況良好；從工程壽命周期看，具有較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

常溫樹(shù)脂超薄罩面預(yù)防性養(yǎng)護(hù)技術(shù)具有顯著工程性質(zhì)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益，符合當(dāng)前實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排與環(huán)境保護(hù)的發(fā)展趨勢(shì)，具有廣闊的應(yīng)用前景，可以在瀝青路面預(yù)防性養(yǎng)護(hù)中進(jìn)行推廣應(yīng)用，豐富瀝青路面預(yù)防性養(yǎng)護(hù)技術(shù)方案，對(duì)提高公路瀝青路面養(yǎng)護(hù)技術(shù)水平具有重要意義。