唐忠國,霍 典

(廣西交通投資集團崇左高速公路運營有限公司,廣西 崇左 532299)

0 引言

目前我國超薄磨耗層技術(shù)主要有SAC-10多碎石超薄磨耗層、OGFC-10開級配抗滑磨耗層、SMA-10間斷級配骨架密實型磨耗層等。但是,這些超薄磨耗層的鋪筑厚度較厚,在隧道凈空及橋梁恒載需要嚴(yán)格控制、護欄及標(biāo)志牌等交安附屬設(shè)施標(biāo)高固定且改造費用過高等工程中應(yīng)用受限。因此,開展2 cm厚AC-8密實型超薄磨耗層研究與應(yīng)用,降低鋪筑厚度,能夠通過預(yù)防性養(yǎng)護措施提升瀝青路面使用品質(zhì),具有重要的理論意義和工程應(yīng)用價值[1]。

南友高速公路主線全長180.063 km,在2005年底建成通車。近9年后,瀝青路面出現(xiàn)了裂縫、輕微車轍、坑槽、掉粒、麻面、表面瀝青老化及表面抗滑值衰減等病害。為了解決路面表面功能衰減問題,該工程在原路面加鋪2 cm厚AC-8密實型超薄磨耗層的預(yù)防性養(yǎng)護方案,于2014年開展一期工程施工,并進行了8年服役期的監(jiān)測,取得了良好的預(yù)防性養(yǎng)護效果。

1 設(shè)計思路

AC-8密實型超薄磨耗層具備提高道路表面抗滑指數(shù)、恢復(fù)道路表面功能、緩解病害發(fā)展等功能性要求,同時,還是直接承受車輪荷載及溫度、光照、雨水作用的關(guān)鍵部位,因此在進行設(shè)計時應(yīng)同時考慮其功能性及結(jié)構(gòu)性特點對材料特性提出要求。在本文研究及工程實踐中,選取了抗滑性能、水穩(wěn)定性、粘結(jié)性能、抗老化性能等作為材料的控制指標(biāo),采用細(xì)粒式、密實型、粗集料斷級配的設(shè)計思想,采取增設(shè)7.2 mm的控制篩孔措施來提高7.2～9.5 mm粗集料的含量,從而提高瀝青混合料攤鋪后的宏觀構(gòu)造深度及表面紋理,并通過密實性來確保粘結(jié)能力、水穩(wěn)定性和抗老化性能,以提高超薄磨耗層的使用耐久性。AC-8密實型超薄磨耗層的結(jié)構(gòu)設(shè)計為:結(jié)構(gòu)層厚度定為2 cm,集料最大公稱粒徑為7.2 mm,混合料設(shè)計空隙率為6%,層間粘結(jié)采用同步碎石封層工藝撒布改性瀝青防水粘結(jié)層。改性瀝青防水粘結(jié)層的熱瀝青撒布量為1.8～2.0 kg/m2,碎石為石灰?guī)r,滿鋪率為50%～60%,粒徑為9.5～13.2 mm。

2 原材料及混合料設(shè)計

2.1 瀝青膠結(jié)料

因結(jié)構(gòu)厚度較薄,路面表面層直接受光照、雨水、汽車輪胎摩擦等多種影響因素的作用,對瀝青膠結(jié)料的黏性和耐久度等指標(biāo)具有特殊的要求。因此,本文選用性能優(yōu)良的SBS改性瀝青膠結(jié)料[2],并對其針入度、軟化點、延度、動力黏度及彈性恢復(fù)等指標(biāo)的要求,如表1所示。

2.2 集料技術(shù)指標(biāo)要求

密實型超薄磨耗層主要用于改善路面的抗滑性能、恢復(fù)道路表面功能、改善行車舒適性、延長使用耐久性。因此推薦選用輝綠巖、玄武巖、英安巖等耐磨性能好的路用集料。粗集料要求吸水率<2%且表面破碎面明顯、棱角分明。單粒粗集料的形狀近似正方體,表面粗糙且具有明顯的微小凹凸紋理。集料的壓碎值、軟石含量、含泥量等物理力學(xué)性能技術(shù)指標(biāo)要求如表2所示。

表2 超薄磨耗層集料技術(shù)指標(biāo)要求表

2.3 瀝青混合料級配組成研究

抗滑性能是瀝青混合料用作表面層時級配選擇的必要條件。在采用薄層結(jié)構(gòu)時,由于傳統(tǒng)的連續(xù)密實型級配混合料的抗滑性能不符合要求,因此不適用于路面表面層。路面構(gòu)造深度是評價路面抗滑性能最直接、最有效的性能指標(biāo)。粗集料含量的高低直接影響構(gòu)造深度大小。因此,本文在保證其他路用性能指標(biāo)不受影響的情況下,通過改進礦料級配,適當(dāng)增加粗集料含量,保證鋪筑材料表面具有足夠的構(gòu)造深度,從而提升其表面抗滑指數(shù)[3-4]。

2.3.1 礦料級配的改進

我國目前用于礦料篩分的篩網(wǎng)在4.75～9.5 mm的區(qū)間內(nèi)未設(shè)有控制篩孔,實際工程應(yīng)用時很容易導(dǎo)致粗集料的級配失控。為了解決這一個問題,本文提出增設(shè)7.2 mm篩孔控制點來規(guī)范4.75～9.5 mm區(qū)間內(nèi)粗集料分布的設(shè)想。本文以斷級配SAC-10混合料為研究對象,在4.75 mm以上的粗集料和4.75 mm以下的細(xì)集料含量與級配不變的情況下,調(diào)整4.75～7.2 mm區(qū)間和7.2～9.5 mm區(qū)間集料在混合料中的占比,進行馬歇爾擊實對比試驗,觀察混合料的空隙率、飽和度等指標(biāo)的變化情況。對比結(jié)果如表3所示。

表3 不同7.2～9.5 mm占比的SAC-10混合料的指標(biāo)差異表

由表3可知,當(dāng)7.2～9.5 mm區(qū)間集料在粗集料中占比為0時,空隙率及間隙率均為最大值,隨著7.2～9.5 mm區(qū)間集料含量逐漸增大,空隙率及間隙率卻逐漸減小。當(dāng)7.2～9.5 mm區(qū)間集料的含量從80%逐漸增大到100%時,空隙率及間隙率略微增大,但增大的幅度不大[5]。同時,采用不同的兩種搗實方法對北京玄武巖SAC-10混合料進行對比試驗。試驗發(fā)現(xiàn),當(dāng)7.2～9.5 mm占比為60%左右時,采用改錐及改錐加橡皮錘兩種不同方法搗實后的混合料VCAmix均達(dá)到了最小值;當(dāng)7.2～9.5 mm占比為80%左右時,不搗實的混合料的VCAmix達(dá)到最小值,結(jié)果如表4所示。

表4 不同7.2～9.5 mm占比及搗實方法的SAC-10混合料的VCAmix結(jié)果對比表

由上述分析得知,增大7.2～9.5 mm區(qū)間粗集料含量可以提高混合料的密實度和抗滑能力的耐久性。因此,本文提出在進行AC-8密實型超薄磨耗層級配設(shè)計時,增設(shè)7.2 mm的控制篩孔以提高粗集料含量的方案。通過這一方案的實施,可將鋪裝厚度減薄至2 cm。

2.3.2 級配組成

通過增設(shè)7.2 mm的控制篩孔提高混合料中7.2～9.5 mm區(qū)間集料含量后,AC-8密實型超薄磨耗層的推薦使用集料最大公稱粒徑為7.2 mm,4.75 mm集料通過率為35%,混合料設(shè)計空隙率為6%,具體推薦級配見表5。

表5 AC-8密實型超薄磨耗層混合料推薦級配表

2.3.3 混合料設(shè)計參數(shù)要求

采用馬歇爾擊實試驗方法進行AC-8密實型超薄磨耗層瀝青混合料試驗,雙面擊實次數(shù)均為75次,并將擊實溫度控制在160 ℃～165 ℃。同時,還通過瀝青膠結(jié)料與粗集料的粘附性試驗、浸水馬歇爾試驗和凍融劈裂試驗來評價AC-8密實型超薄磨耗層瀝青混合料的水穩(wěn)定性。各項指標(biāo)的具體要求為:設(shè)計空隙率6%,動穩(wěn)定度>3 000次/mm,相對變形>5%,粘附性試驗值≥5級,浸水馬歇爾試驗殘留穩(wěn)定度≥85%,凍融劈裂試驗殘留強度比≥80%。

3 在南友高速公路路面預(yù)防性養(yǎng)護中的應(yīng)用

2014年,南友高速公路日交通量約為19 346輛,貨車流量與客車流量的比值約為1∶4.39,部分瀝青面層出現(xiàn)了裂縫、輕微車轍、坑槽、掉粒、麻面、表面瀝青老化及抗滑性能衰減等病害。針對車流量及路面主要病害特征,本文提出了對南友高速公路下行線K45+000～K135+000路段,共約45 km,采取加鋪2 cm厚AC-8密實型超薄磨耗層進行預(yù)防性養(yǎng)護的方案。

3.1 原路面病害處治方案

經(jīng)調(diào)查發(fā)現(xiàn),南友高速公路下行線K45+000～K135+000路段原路面病害特征主要有:

(1)絕大部分裂縫僅存在于表面層,尚未貫穿中、下面層。

(2)部分路面存在貫穿裂縫、疲勞拉裂、結(jié)構(gòu)網(wǎng)裂等結(jié)構(gòu)性裂縫。

(3)部分路面存在較嚴(yán)重的路面推移、深度>1 cm的車轍等明顯結(jié)構(gòu)性病害。

(4)部分已修補的路面坑槽壓實度等不符合要求。

根據(jù)以上病害特征,采用分類管理的原則對原有路面病害進行處治:針對非結(jié)構(gòu)性裂縫,進行灌縫處理;針對貫穿裂縫、疲勞拉裂、結(jié)構(gòu)網(wǎng)裂等結(jié)構(gòu)性裂縫,采取擴縫或開槽填補并鋪設(shè)玻纖維格柵防裂措施;針對較嚴(yán)重的路面推移、深度>1 cm的車轍等明顯的結(jié)構(gòu)性病害,查明病害原因后進行銑刨面層重鋪或車轍填充;針對已修補但壓實度等不符合要求的路面坑槽,挖除后重新按照規(guī)范要求修補。

3.2 使用效果評價

3.2.1 實體工程效果

加鋪前將原路面病害按照要求處治完成,并用小型銑刨機把沿路所有標(biāo)線全部清洗至原路面標(biāo)高,接頭部位向原路面深銑刨至4 cm成緩坡狀態(tài),完成后將界面清理干凈。防水粘結(jié)層施工須用標(biāo)定好的同步碎石封層車施作,且改性熱瀝青撒布溫度控制在175 ℃左右,撒布碎石溫度控制在70 ℃左右。AC-8密實型超薄磨耗層進行預(yù)防性養(yǎng)護前后車流量及路況指標(biāo)實測情況如表6所示。

表6 實施前后車流量及路況指標(biāo)一覽表

由表6可知,經(jīng)過鋪筑2 cm厚AC-8密實型超薄磨耗層進行預(yù)防性養(yǎng)護后,南友高速公路下行線K45+000～K135+000路段的路況指標(biāo)、路面性能、行車舒適性、行車安全性等都得到了顯著提高,預(yù)計可延長使用壽命8年以上。其中路面抗滑指標(biāo)SRI提高了3.99,整體路況指標(biāo)MQI提升了2.22。從鋪筑完成后使用6年的數(shù)據(jù)來看,在車流量逐年上漲的情況下,路況指標(biāo)的衰減速度較慢,整體路況指標(biāo)優(yōu)良,AC-8密實型超薄磨耗層預(yù)防性養(yǎng)護效果非常理想,設(shè)計使用年限的預(yù)期目標(biāo)得以實現(xiàn)。

3.2.2 經(jīng)濟效益分析

與常規(guī)銑刨加鋪方案相比,AC-8密實性超薄磨耗層預(yù)防性養(yǎng)護具有節(jié)約養(yǎng)護成本、降低交通事故率等經(jīng)濟效益。AC-8密實性超薄磨耗層綜合單價約44元/m2,比常規(guī)銑刨加鋪4 cm厚AC-13瀝青混凝土單價低約36元/m2。自2014年鋪筑45 km后,AC-8密實性超薄磨耗層在南友高速公路逐年推廣應(yīng)用,2014—2021年共約實施255.24×104m2,節(jié)約養(yǎng)護投資約9.19億元。以南友高速公路為例,AC-8密實性超薄磨耗層預(yù)防性養(yǎng)護措施實施后路面抗滑性能、安全性能等得到大幅度提高,每年降低交通事故率10%～20%,減少經(jīng)濟損失約450～580萬元。

3.2.3 社會效益分析

AC-8密實性超薄磨耗層的應(yīng)用不僅改善了道路路面行駛質(zhì)量,同時還有力地促進交通與社會經(jīng)濟發(fā)展、出行安全、自然環(huán)境的融洽與協(xié)調(diào)。除了南友高速公路外,AC-8密實性超薄磨耗層還在廣西百羅高速公路、柳桂高速公路、隆百高速公路、六宜高速公路等廣西多條高速公路瀝青路面預(yù)防性養(yǎng)護中推廣應(yīng)用。這不僅大幅提升了已通車多年的高速公路路面行車舒適性、安全性,而且相應(yīng)道路沿線的社會效益也同步得到了提升。

4 結(jié)語

AC-8密實性超薄磨耗層在路面預(yù)防性養(yǎng)護中的應(yīng)用效果好,可延長路面使用壽命8年以上,具有較高的應(yīng)用與推廣價值。

(1)在使用AC-8密實性超薄磨耗層預(yù)防性養(yǎng)護措施之前,需要對原路面技術(shù)狀況進行評價,對原路面病害進行詳細(xì)調(diào)查,根據(jù)分類管理、對癥下藥的原則進行處理。

(2)在加鋪超薄磨耗層與原路面之間采用同步碎石封層工藝撒布改性瀝青防水粘結(jié)層,增強了層間粘結(jié)力及嵌鎖力,便于施工質(zhì)量控制。

(3)根據(jù)斷級配的設(shè)計思想,增設(shè)7.2 mm篩孔控制點,規(guī)范了4.75～9.5 mm區(qū)間粗集料的級配組成,提高了混合料的密實性以及表面抗滑能力的耐久性,確保了級配及混合料性能的穩(wěn)定[1]。同時,通過這種改進方法將集料最大公稱粒徑降低至7.2 mm,從而將鋪裝厚度減薄至2 cm。