嵌固密實(shí)超薄磨耗層路用性能試驗(yàn)研究

陳錦全

（福建省高速公路養(yǎng)護(hù)工程有限公司，福州 350100）

1 引言

隨著我國(guó)道路交通網(wǎng)絡(luò)的高速發(fā)展， 重載超載現(xiàn)象日益顯著，從而造成了瀝青路面性能的快速下降（包括抗滑性、平整度等），對(duì)道路安全構(gòu)成了較大威脅。超薄磨耗層的出現(xiàn)有望改善此類問題。瀝青面層作為功能層，發(fā)揮著抗車轍、耐磨以及防水降噪等作用[1]。 超薄磨耗層由于其具有防水、抗滑、耐磨、高溫抗變形及低溫抗開裂等優(yōu)良路用性能， 正逐步發(fā)展成為受人追捧的高速公路養(yǎng)護(hù)罩面之一[2]。

20 世紀(jì)70 年代后期， 法國(guó)率先開始研究薄層罩面對(duì)于路面抗滑功能的恢復(fù)作用， 并證實(shí)其可以調(diào)節(jié)舊路面層的不平整度[3]。 1999 年，瑞典采用混合料級(jí)配ABS-11，運(yùn)用馬歇爾試驗(yàn)得到了最佳瀝青用量[4]。我國(guó)于20 世紀(jì)90 年代末開始研究超薄罩面層，學(xué)者們付出大量努力對(duì)級(jí)配、膠結(jié)料、施工工藝與方法等過程進(jìn)行了研究，劉朝輝結(jié)合試驗(yàn)論證了超薄磨耗層SAC-10 具備優(yōu)異的高溫抗變形水平[5]。周漾對(duì)國(guó)內(nèi)外超薄磨耗層的實(shí)際應(yīng)用情況進(jìn)行了系統(tǒng)歸納，并逐一對(duì)比分析，為公路養(yǎng)護(hù)技術(shù)的實(shí)施及設(shè)備的開發(fā)提供了借鑒依據(jù)[6]。蔡俊華將玻璃纖維滲入不同改性超薄瀝青混合料 （AC-10L、SMA-10 與SAC-10）， 發(fā)現(xiàn)罩面高溫性能將隨著玻璃纖維滲量百分比的提高而提升[7]。

綜上，國(guó)內(nèi)外對(duì)超薄磨耗層的作用機(jī)理、路用性能等方面都有了較為詳盡的研究，但在生產(chǎn)實(shí)際當(dāng)中，超薄磨耗層還尚未形成完善的配套施工設(shè)備體系，鑒于我國(guó)公路行業(yè)已逐步踏入養(yǎng)護(hù)與修建并重的時(shí)代， 在此情形下，研究超薄磨耗層的實(shí)際應(yīng)用對(duì)于公路養(yǎng)護(hù)事業(yè)意義非凡。

2 材料及礦料級(jí)配設(shè)計(jì)

本文采用嵌固密實(shí)超薄磨耗層技術(shù)（Density Asphalt mixture with Solid stone skeleton，DAS）于沈海高速?gòu)?fù)線進(jìn)行試驗(yàn)段施工，其原材料與礦料級(jí)配設(shè)計(jì)如下。

2.1 原材料選取

超薄磨耗層作為瀝青路面上層， 受到環(huán)境與車輛行駛的直接影響， 因而對(duì)瀝青與礦料等原材料的要求較為嚴(yán)格。

（1）不黏輪改性乳化瀝青（黏層）

本試驗(yàn)中， 嵌固密實(shí)超薄磨耗層采用不黏輪改性乳化瀝青作為黏層，具備成型速度快，較高氣溫環(huán)境下抑制輪胎黏附， 施工中可與熱拌瀝青混合料熔融黏結(jié)等優(yōu)異的特點(diǎn)， 能夠最大限度保全分體施工中黏層的完整性與薄層罩面的層間黏結(jié)質(zhì)量，從而實(shí)現(xiàn)超薄施工分體化。經(jīng)檢測(cè)技術(shù)指標(biāo)符合DAS 體系要求，如表1 所示。

表1 不黏輪改性乳化瀝青技術(shù)要求

（2）瀝青膠結(jié)料

瀝青膠結(jié)料性能決定著超薄罩面層抵抗低溫及疲勞開裂的能力， 為確保嵌固密實(shí)改性瀝青混合料綜合性能優(yōu)良， 試驗(yàn)段鋪筑采用嵌固密實(shí)超薄磨耗層專用改性瀝青，其各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)均滿足DAS 體系的相關(guān)要求，如表2所示。

表2 嵌固密實(shí)超薄磨耗層專用改性瀝青檢測(cè)結(jié)果

（3）礦質(zhì)集料

嵌固密實(shí)改性瀝青混合料所用礦質(zhì)集料由5～8mm、8～12mm 碎石、0～3mm 石屑及礦粉組成，所用礦質(zhì)集料物理力學(xué)指標(biāo)均滿足設(shè)計(jì)要求，檢測(cè)結(jié)果如表3 所示。

表3 礦料集料相關(guān)指標(biāo)檢測(cè)結(jié)果

研究表明[8]，聚酯纖維對(duì)瀝青混合料性能有正向作用， 因而在本試驗(yàn)中， 嵌固密實(shí)改性瀝青混合料將添加0.2%的聚酯纖維以提高瀝青混合料的綜合路用性能。

2.2 礦料級(jí)配設(shè)計(jì)

通過電子計(jì)算機(jī)對(duì)瀝青混合料礦料級(jí)配設(shè)計(jì)， 所設(shè)計(jì)礦料組成比例及合成級(jí)配如表4 所示， 礦料合成級(jí)配曲線見圖1。

表4 嵌固密實(shí)改性瀝青混合料礦料合成級(jí)

圖1 嵌固密實(shí)改性瀝青混合料礦料合成級(jí)配曲線

按照表4 所示礦質(zhì)集料組成比例，摻加0.2%聚酯纖維，采用5.9%、6.2%及6.5%的改性瀝青膠結(jié)料用量進(jìn)行瀝青混合料的拌制做對(duì)比試驗(yàn)，在165℃條件下正反擊實(shí)75 次分別成型馬歇爾試件，發(fā)現(xiàn)瀝青用量為6.2%時(shí)瀝青混合料的各項(xiàng)體積指標(biāo)及馬歇爾穩(wěn)定度、 流值可滿足嵌固密實(shí)超薄磨耗層改性瀝青混合料的相關(guān)技術(shù)指標(biāo)要求，因而本試驗(yàn)段采用6.2%作為設(shè)計(jì)瀝青混合料的最佳瀝青用量。

2.3 路用性能評(píng)價(jià)

采用以上礦質(zhì)集料組成比例以及最佳瀝青用量，按照 《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》（JTG E20-2011） 所列試驗(yàn)方法對(duì)所設(shè)計(jì)改性瀝青混合料的各項(xiàng)路用性能指標(biāo)進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果如表5 所示。瀝青混合料的各項(xiàng)路用性能指標(biāo)均滿足嵌固密實(shí)超薄磨耗層以及現(xiàn)行規(guī)范中高等級(jí)瀝青路面面層對(duì)于改性瀝青混合料的各項(xiàng)技術(shù)要求。

表5 嵌固密實(shí)改性瀝青混合料路用性能測(cè)試結(jié)果

3 試驗(yàn)段實(shí)例研究

為驗(yàn)證嵌固密實(shí)超薄磨耗層路用性能，2018 年5 月30 日～31 日于沈海復(fù)線漳州段AK41+200～700 進(jìn)行了嵌固密實(shí)超薄磨耗層試驗(yàn)路施工（圖2 所示），施工過程對(duì)30 日所生產(chǎn)的DAS-10 型改性瀝青混合料進(jìn)行取樣，對(duì)其瀝青含量、礦料級(jí)配及壓實(shí)瀝青混合料指標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)，同時(shí)對(duì)不黏輪改性乳化瀝青黏層的應(yīng)用效果進(jìn)行評(píng)價(jià)。

圖2 DAS-10 型改性瀝青混合料施工設(shè)備作業(yè)圖

3.1 混合料取樣

試驗(yàn)路鋪筑過程中對(duì)所生產(chǎn)的嵌固密實(shí)改性瀝青混合料進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)取樣， 經(jīng)檢測(cè)瀝青混合料礦料級(jí)配及瀝青用量均符合設(shè)計(jì)及規(guī)范要求， 檢測(cè)結(jié)果如表6、 表7 所示。

表6 現(xiàn)場(chǎng)取樣瀝青混合料礦料級(jí)配檢測(cè)結(jié)果

表7 瀝青用量檢測(cè)結(jié)果

同時(shí)，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)取樣瀝青混合料進(jìn)行馬歇爾擊實(shí)試驗(yàn)，經(jīng)檢測(cè)壓實(shí)瀝青混合料的體積指標(biāo)及馬歇爾穩(wěn)定度、流值滿足設(shè)計(jì)要求，結(jié)果如表8 所示。

表8 現(xiàn)場(chǎng)取樣瀝青混合料馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果

3.2 黏層施工評(píng)價(jià)

嵌固密實(shí)超薄磨耗層體系設(shè)計(jì)乳化瀝青灑布量為0.5L/m2，施工過程中采用自動(dòng)灑布車進(jìn)行灑布，經(jīng)觀測(cè)灑布均勻，灑布后30min 乳化瀝青破乳成型充分，隨后進(jìn)行嵌固密實(shí)改性瀝青混合料鋪筑施工， 過程中基本無(wú)工程車輛輪胎黏附黏層現(xiàn)象（圖3 所示），不黏輪改性乳化瀝青黏層施工質(zhì)量良好。

圖3 不黏輪改性乳化瀝青黏層施工效果

3.3 路面現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)

試驗(yàn)路鋪筑完成后對(duì)嵌固密實(shí)超薄磨耗層路面進(jìn)行表面構(gòu)造深度、滲水系數(shù)、平整度、橫向力系數(shù)及層間剪切強(qiáng)度進(jìn)行檢測(cè)， 除滲水系數(shù)試驗(yàn)結(jié)果外其余指標(biāo)均滿足驗(yàn)收要求，檢測(cè)結(jié)果如表9 所示。

表9 嵌固密實(shí)超薄磨耗層路面驗(yàn)收結(jié)果

針對(duì)試驗(yàn)路滲水系數(shù)偏大的分析如下： 研究表明[9]，超薄磨耗層有較大的構(gòu)造深度， 表面紋理易形成連通孔隙，用常規(guī)試驗(yàn)方法進(jìn)行滲水試驗(yàn)時(shí)，很難達(dá)到良好的密封效果， 由于水在壓力作用下沿著未密封好的構(gòu)造深度從表面向外透水， 使得滲水儀檢測(cè)數(shù)據(jù)偏大失去可靠性（圖4 所示）。因此，試驗(yàn)路滲水系數(shù)測(cè)試結(jié)果較大的原因主要是由于路面表面構(gòu)造較大， 滲水通過構(gòu)造深度處的連通空隙流出。 超薄磨耗層已具有防止路表水下滲保護(hù)原有路面的功能， 該試驗(yàn)結(jié)果偏大并非真正意義上的滲水。

4 結(jié)論及建議

試驗(yàn)路鋪筑過程及驗(yàn)收檢測(cè)結(jié)果表明， 嵌固密實(shí)超薄磨耗層體系黏層及超薄鋪裝層所用原材料及瀝青混合料的各項(xiàng)指標(biāo)及性能滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求， 驗(yàn)收結(jié)果除滲水系數(shù)試驗(yàn)結(jié)果外其余指標(biāo)滿足要求且路用性能良好， 該試驗(yàn)段的成功應(yīng)用對(duì)超薄磨耗層技術(shù)的推廣和實(shí)施提供了一定的借鑒與參考。

圖4 滲水系數(shù)測(cè)定作業(yè)圖