黏結(jié)性超薄磨耗層在瀝青混凝土路面病害處置中的應(yīng)用

（山西交通控股集團(tuán)有限公司大同北高速公路分公司，山西 大同 037000）

一、超薄磨耗層的優(yōu)勢(shì)

相較于傳統(tǒng)瀝青混凝土路面病害處置技術(shù)而言，超薄磨耗層處置技術(shù)的出現(xiàn)還不足20年，但超薄磨耗層處置技術(shù)憑借較高的經(jīng)濟(jì)性、良好的預(yù)養(yǎng)護(hù)能力、較高的施工效率及可靠的處置質(zhì)量，在養(yǎng)護(hù)行業(yè)得到廣泛推廣。相較于傳統(tǒng)處置技術(shù)，超薄磨耗層養(yǎng)護(hù)處置技術(shù)具備顯著優(yōu)勢(shì)，如表1所示。

二、山西省內(nèi)瀝青混凝土路面常見病害分析

（一）瀝青混凝土路面開裂病害

瀝青混凝土路面開裂廣泛存在于各個(gè)等級(jí)的公路中，且其分布不具備明顯的地域、環(huán)境特點(diǎn)，主要受局部交通量陡增、高輪壓、沖擊荷載、凍融循環(huán)等因素影響。瀝青混凝土路面開裂形式一般包括：橫裂縫、縱裂縫、龜裂及網(wǎng)狀裂縫等，且開裂多以兩種以上形式組合出現(xiàn)。

以山西省瀝青混凝土路面開裂病害為例，誘發(fā)多種開裂的主要原因集中在反射開裂及不均勻沉陷開裂兩方面。路面反射開裂主要受累于路基層缺陷，由于路基層平整度、剛度下降，在缺陷對(duì)應(yīng)的路面位置出現(xiàn)較大的應(yīng)力集中效應(yīng)，受其影響，路面沿薄弱位置開裂，且多以橫向裂縫為主，隨著反射裂縫的發(fā)展，最終將貫穿整個(gè)路面路基結(jié)構(gòu)層。此外，因路基不均勻沉陷引起的面層拉裂，也是造成路面開裂的主要原因之一。

（二）瀝青混凝土路面車轍病害

以山西省內(nèi)綜合工況為例，長(zhǎng)大縱坡與重載疊加因素是誘發(fā)瀝青混凝土路面車轍病害的主要原因。在長(zhǎng)大縱坡路段，大型載重車輛為了控制車速，加強(qiáng)制動(dòng)有效性，必然增加荷載對(duì)路面的沖擊時(shí)間，長(zhǎng)時(shí)間重載作用最終引起車轍病害。此外，車轍病害路段一般伴隨隨混合料離析問題，這多與施工階段混合料拌和不充分有關(guān)。因此，施工質(zhì)量也是引起車轍病害的一大原因。

三、黏結(jié)性超薄磨耗層在病害處置中的應(yīng)用

（一）黏結(jié)性超薄磨耗層主材性能要求

罩面層是車輛荷載和不良環(huán)境的直接作用面，因此必須從根本上保證黏結(jié)性磨耗層的質(zhì)量，尤其應(yīng)控制好超薄磨耗層的主材——瀝青材料的質(zhì)量。

之所以強(qiáng)調(diào)超薄磨耗層的黏結(jié)性，主要取決于超薄磨耗層的材料組成及老化特性?？紤]到超薄磨耗層罩面的厚度較低，為了滿足同等條件下的承載要求，必然要提高粗集料比重，從而發(fā)揮粗集料的骨架承載優(yōu)勢(shì)。但由于缺乏細(xì)集料，導(dǎo)致粗集料骨架空隙無法被填充密實(shí)，粗集料邊界無法被有效約束，在荷載長(zhǎng)期作用下，必然出現(xiàn)荷載大變形、車轍等病害。因此，必須依靠高黏結(jié)性瀝青材料，彌補(bǔ)集料約束能力不足的缺陷，增強(qiáng)瀝青磨耗層表面薄膜厚度和強(qiáng)度，延長(zhǎng)瀝青的老化時(shí)限。針入度和黏度是表征超薄磨耗層用瀝青材料綜合性能的主要指標(biāo)。如表2所示為黏結(jié)性超薄磨耗層瀝青材料的特性要求。

表2 黏結(jié)性超薄磨耗層瀝青材料的特性要求

為了兼顧瀝青超薄磨耗層彈性及黏性雙重指標(biāo)，工程上對(duì)黏性瀝青混合料進(jìn)行彈性改性，最終開發(fā)出高黏高彈瀝青混合料。目前，橡膠改性是使用最普遍的改性技術(shù)之一，一方面能夠明顯優(yōu)化基質(zhì)的彈性，另一方面能夠消耗大量的廢舊橡膠材料，有利于低碳環(huán)保。

經(jīng)試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，經(jīng)彈性改性的黏結(jié)性瀝青基質(zhì)材料，不僅不影響瀝青基質(zhì)的黏結(jié)性，反而顯著增強(qiáng)了其彈性特性，實(shí)現(xiàn)了普通瀝青基質(zhì)的黏結(jié)性和彈性改性。為了獲取最佳的橡膠材料添加比例，工程上采用半經(jīng)驗(yàn)半理論試驗(yàn)法，選取若干試驗(yàn)參數(shù)，并對(duì)其彈性指標(biāo)進(jìn)行對(duì)比分析，從而獲取最佳的添加比例。經(jīng)試驗(yàn)證明，橡膠粉改性劑占比達(dá)到17%附近時(shí)，瀝青超薄磨耗層材料的彈性指標(biāo)最佳。

（二）瀝青混凝土路面黏結(jié)性超薄磨耗層處置施工工藝分析

與普通瀝青混凝土路面施工工序類似，瀝青混凝土路面黏結(jié)性超薄磨耗層施工工序主要包括：混合料拌和、混合料運(yùn)輸、罩面層攤鋪及罩面層壓實(shí)4個(gè)基本環(huán)節(jié)。

1.混合料拌和

目前，公路養(yǎng)護(hù)行業(yè)廣泛使用的拌和方式為濕法拌和，由于濕法拌和與普通瀝青混合料工藝類似，具有良好的過渡性，受到施工單位的積極推廣。濕法拌和尤其應(yīng)控制拌和溫度，宜盡量縮短黏結(jié)劑與瀝青拌和倉(cāng)的距離，最大程度控制黏結(jié)劑的熱損失。整個(gè)拌和階段溫度應(yīng)控制在175℃～195℃范圍內(nèi)，且溫度應(yīng)與混合料黏度實(shí)現(xiàn)聯(lián)動(dòng)，拌和黏度超過2.5Pa·s時(shí)，混合料在原基礎(chǔ)上應(yīng)適當(dāng)提高5℃～10℃。如果作業(yè)區(qū)域環(huán)境溫度較低或拌和倉(cāng)初始溫度不足，則應(yīng)提前加熱瀝青集料。

2.混合料運(yùn)輸

運(yùn)輸必須與攤鋪?zhàn)鳂I(yè)相匹配，運(yùn)量應(yīng)能滿足攤鋪連續(xù)作業(yè)要求，運(yùn)輸車料斗內(nèi)應(yīng)均勻噴灑防黏劑，防止混合料與料斗粘連。為了避免因運(yùn)輸造成的混合料離析，條件允許的情況下，可在運(yùn)輸車與攤鋪機(jī)之間增設(shè)二次拌和環(huán)節(jié)，以保證混合料的均勻性。單次運(yùn)輸完畢，運(yùn)輸車料斗應(yīng)徹底清潔，防止高彈橡膠瀝青混合料殘余凝固于車輛料斗內(nèi)。

3.罩面層攤鋪

由于罩面厚度較小，攤鋪階段混合料熱量散失較快，為了保證攤鋪質(zhì)量，嚴(yán)控?cái)備仠囟仁菙備佔(zhàn)鳂I(yè)的核心，攤鋪機(jī)熨平板應(yīng)提前預(yù)熱。黏結(jié)性高彈磨耗層攤鋪?zhàn)鳂I(yè)環(huán)境溫度不能小于15℃這一臨界值，且處理層溫度、磨耗層厚度與攤鋪?zhàn)鳂I(yè)溫度存在負(fù)相關(guān)關(guān)系。處理層溫度、磨耗層厚度與攤鋪?zhàn)鳂I(yè)溫度之間的關(guān)系如圖1所示。

圖1 處理層溫度、磨耗層厚度與攤鋪?zhàn)鳂I(yè)溫度之間的關(guān)系

超薄罩面層攤鋪松鋪系數(shù)應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)根據(jù)試驗(yàn)段數(shù)據(jù)比選確定，考慮到黏結(jié)性高彈磨耗層材料的壓實(shí)空間較小，且在彈性作用下的壓實(shí)難度較高，故其松鋪系數(shù)應(yīng)略低于普通瀝青混合料。攤鋪?zhàn)鳂I(yè)應(yīng)保證連續(xù)穩(wěn)定推進(jìn)，具體推進(jìn)速率應(yīng)結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)供料情況綜合確定，一般應(yīng)介于時(shí)速60m～180m之間。

4.罩面層壓實(shí)

由于罩面層彈性特性明顯，給壓實(shí)施工質(zhì)量造成一定的影響和干擾，故其壓實(shí)施工標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)高于普通瀝青混合料。黏結(jié)性高彈磨耗層壓應(yīng)使用鋼輪壓實(shí)機(jī)械，以最大程度避免混合料粘連。壓實(shí)施工同樣劃分為初壓實(shí)、復(fù)壓實(shí)及終壓實(shí)3個(gè)環(huán)節(jié)，初壓實(shí)以“動(dòng)靜結(jié)合”的形式推進(jìn)，復(fù)壓實(shí)為振動(dòng)壓實(shí)，終壓實(shí)則以靜壓結(jié)束并做好收面。此外，應(yīng)嚴(yán)格控制壓實(shí)作業(yè)溫度，原則上初壓實(shí)溫度不低于155℃，復(fù)壓實(shí)不低于90℃。