超粘磨耗層技術(shù)在青藏公路養(yǎng)護(hù)中的應(yīng)用研究

（中海瀝青股份有限公司，濱州 256600）

青藏公路穿越青藏高原腹地，全線平均海拔在4 000 沒以上，所經(jīng)過地區(qū)海拔高、冰凍期長、太陽輻射強(qiáng)、晝夜溫差大。在極端的氣候條件和繁忙的交通作用下，青藏公路在服役過程中路面病害多發(fā)，需要及時(shí)進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。由于青藏公路沿線地區(qū)氣溫遠(yuǎn)低于內(nèi)陸水平，導(dǎo)致可施工時(shí)間較短，常規(guī)的養(yǎng)護(hù)技術(shù)已經(jīng)無法滿足實(shí)際需要。

超粘纖維磨耗層技術(shù)是一種冷鋪冷拌類預(yù)防性養(yǎng)護(hù)技術(shù)，已在西方國家成功應(yīng)用十多年，近幾年才引入國內(nèi)。該技術(shù)結(jié)合了超薄磨耗層NovaChip 和微表處Micro-Surfacing 兩種技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，采用超粘纖維磨耗層核心設(shè)備，同步完成高粘乳化瀝青灑布、玻璃纖維切割摻入、混合料拌和及超粘磨耗冷拌混合料攤鋪幾個(gè)過程[1]。所采用的連續(xù)施工工藝極大的縮短了養(yǎng)護(hù)施工時(shí)間，具有高粘附性、高耐磨性、高防水性、高穩(wěn)定性等特點(diǎn)，還能有效防止攤鋪路面裂縫產(chǎn)生[2]。

本試驗(yàn)結(jié)合青藏高原地區(qū)極端氣候的實(shí)際情況，開展了超粘磨耗層技術(shù)在青藏公路養(yǎng)護(hù)中的應(yīng)用研究。

1 材料

1.1 改性乳化瀝青

青藏高原日照多，輻射強(qiáng)烈，溫差較大，在冷熱交替和雨雪作用下，瀝青路面易產(chǎn)生裂縫、集料剝落、松散等早期病害。為防止早期病害的發(fā)生，在改性乳化瀝青（拌和型）指標(biāo)的制定上，應(yīng)同時(shí)兼顧瀝青的高低溫性能。

結(jié)合公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范與青藏高原氣候特征，改性乳化瀝青（拌和型）技術(shù)指標(biāo)設(shè)計(jì)如表1所示。

表1 改性乳化瀝青（BCR）指標(biāo)設(shè)計(jì)要求及檢測結(jié)果

超粘纖維磨耗層施工中，首先灑布一層乳化瀝青粘結(jié)料，然后同步攤鋪摻入纖維的冷拌混合料，灑布乳化瀝青粘結(jié)料首先可以提高乳化瀝青混合料與舊路面的粘結(jié)能力，同時(shí)流入舊路面的裂縫中，起到超強(qiáng)的防水粘結(jié)作用。

考慮青藏高原氣候特點(diǎn)，及冷拌混合料成型時(shí)間，選用改性噴灑乳化瀝青，其技術(shù)指標(biāo)設(shè)計(jì)如表2所示。

表2 改性乳化瀝青（PCR）設(shè)計(jì)要求及檢測結(jié)果

設(shè)置0.1 ～0.6 kg/m2的PCR 噴灑量，檢測PCR 粘結(jié)層與原瀝青路面之間的粘結(jié)強(qiáng)度及噴灑PCR 后路面的滲水系數(shù)，結(jié)果如表3所示。

由表3 試驗(yàn)結(jié)果可知，當(dāng)PCR 噴灑量大于0.3 kg/m2時(shí)拉拔強(qiáng)度大于0.8 MPa，滿足技術(shù)要求。但隨著噴灑量的增加，在大于0.4 kg / m2之后，拉拔強(qiáng)度基本保持在一定的數(shù)值。路面滲水系數(shù)在高粘乳化瀝青噴灑量大于0.2 kg / m2后都是零，說明可以有效防止路表水下滲對原路面的破壞。因此，選擇高粘乳化瀝青噴灑量控制標(biāo)準(zhǔn)為0.3 ～0.5 kg / m2。

1.2 集料和填料

粗集料采用質(zhì)地堅(jiān)硬、形狀方正、有良好嵌擠能力的玄武巖碎石；細(xì)集料選擇潔凈、干燥的玄武巖機(jī)制砂，且有一定棱角。該項(xiàng)目超粘磨耗層所用集料技術(shù)指標(biāo)要求及檢測結(jié)果如表4所示。

表3 不同噴灑量的冷拌冷鋪瀝青混合料粘結(jié)層性能

表4 集料技術(shù)要求及檢測結(jié)果

超粘磨耗層冷拌混合料中的活性填料主要為水泥，水泥可以改善混合料的成漿狀態(tài)、初凝時(shí)間、可開放交通時(shí)間及提高混合料的強(qiáng)度。填料添加量不超過礦料總質(zhì)量的3%，水泥用量過大一方面會降低混合料的低溫抗裂性能，另一方面水化反應(yīng)釋放出的熱量會降低混合料的施工和易性。通過對比不同水泥添加量的超粘磨耗層混合料的性能，最終確定該項(xiàng)目水泥添加量宜控制在1%～2%之間。

1.3 玻璃纖維

玻璃纖維在混合料中可以起到加筋、抗裂、降噪、改善成漿狀態(tài)及穩(wěn)定等作用，有效提高瀝青混合料的高溫性能、低溫性能和耐久性能，是超粘磨耗層的重要材料。但玻璃纖維在改善瀝青混合料路用性能的同時(shí)，也對混合料的施工和易性產(chǎn)生影響，因此，超粘磨耗層技術(shù)的玻璃纖維添加量一般控制在0.1%～0.4%（占干礦料質(zhì)量百分比）之間。在該項(xiàng)目中，通過測定不同纖維添加量條件下超粘磨耗冷拌混合料的性能，選擇纖維最佳添加比例為0.15%～0.2%。

2 配合比設(shè)計(jì)

2.1 級配確定

考慮到青藏公路地處高寒，且交通量大，運(yùn)輸繁忙，超粘磨耗層須具備良好的抗滑性、高溫抗車轍能力及耐久性。以微表處MS-III型級配為基礎(chǔ)，結(jié)合SMA-10 瀝青馬蹄脂碎石混合料骨架密實(shí)結(jié)構(gòu)的級配設(shè)計(jì)理念，對冷拌瀝青混合料的級配范圍進(jìn)行設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)時(shí)以微表處MS-III 型級配下限所對應(yīng)的2.36 mm 篩孔通過率為中值，按照通過率2% 的幅度變化2.36 mm 篩孔通過率，設(shè)定一系列目標(biāo)級配如表5所示。

表5 初選級配

以混合料的濕輪磨耗值（1 h）、負(fù)荷輪粘砂量、輪轍寬度變化率、構(gòu)造深度及摩擦系數(shù)作為級配設(shè)計(jì)的混合料性能驗(yàn)證指標(biāo)，結(jié)果如表6所示。

通過表6 結(jié)果，為保證磨耗層混合料具有優(yōu)良的高溫性能、抗滑性能及耐久性，在混合料料濕輪磨耗值滿足要求的條件下，選擇負(fù)荷輪粘砂量小、輪轍變化率小、構(gòu)造深度和摩擦系數(shù)大的級配作為優(yōu)選級配。綜合考慮現(xiàn)場施工控制的可行性和礦料級配設(shè)計(jì)的理論要求，選擇2.36 mm 關(guān)鍵性篩孔的上、下限為33%～56%，設(shè)計(jì)了超粘磨耗層混合料設(shè)計(jì)級配范圍，礦料合成級配如表7所示，合成級配如圖1所示。

表6 初選級配混合料性能驗(yàn)證結(jié)果

表7 超粘纖維磨耗層礦料生產(chǎn)級配

圖1 級配曲線

2.2 油石比確定

選取五個(gè)BCR 改性乳化瀝青用量：9.5%、10%、10.5%、11%、11.5%（分別對應(yīng)油石比為5.94%、6.25%、6.56%、6.85%、7.19%）， 纖維添加量為0.15%，水泥添加量為1.5%，進(jìn)行1 h濕輪磨耗和負(fù)荷車輪粘砂試驗(yàn)，結(jié)果見表8所示。

表8 不同油石比的磨耗值與粘砂值

最佳油石比曲線見圖2。由圖2 可以得到，符合相關(guān)技術(shù)要求的油石比范圍為6.0%～7.1%，選取最佳油石比為6.5%，隨后以6.5%油石比進(jìn)行6 d 濕輪磨耗值和車轍試驗(yàn)的寬度變化率進(jìn)行驗(yàn)證，結(jié)果如表9所示。

圖2 最佳油石比曲線

表9 最佳油石比驗(yàn)證結(jié)果

6 d 濕輪磨耗值和車轍寬度變化率均滿足指標(biāo)要求，因此選定最佳油石比為6.5%。最終確定的超粘磨耗層瀝青混合料配合比為：10.4%改性乳化瀝青+0.15%玻璃纖維+1.5%水泥。

3 實(shí)體工程應(yīng)用

3.1 施工的氣候條件

青藏高原年平均氣溫除高原東南部的谷地較高外，大都低于5 ℃，藏北高原和山脈上部均在0 ℃以下。這種低溫不但給施工周期帶來了嚴(yán)重影響，還給路面質(zhì)量帶來了巨大的挑戰(zhàn)，因此，該項(xiàng)目選擇在8月份施工。施工期間，注意天氣變化情況，雨天不能施工。

3.2 原路面預(yù)處理

施工前對原路面進(jìn)行檢查，局部坑槽進(jìn)行瀝青混凝土填筑，橫縱向裂縫用灌封膠或乳化瀝青進(jìn)行灌封處理，擁包和較嚴(yán)重的車轍（＞15 mm）事先進(jìn)行處理，確保路面整體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度復(fù)合施工要求。

3.3 施工質(zhì)量控制

清掃原路面，確保路面干凈無雜物；攤鋪機(jī)、集料篩分機(jī)等設(shè)備計(jì)量標(biāo)定，維護(hù)至最佳狀態(tài)；攤鋪試驗(yàn)路段，確定施工配合比；保證足夠養(yǎng)護(hù)時(shí)間，養(yǎng)護(hù)期內(nèi)，禁止車輛通行。

施工過程中，應(yīng)對冷拌混合料進(jìn)行抽樣檢測，經(jīng)室內(nèi)抽提、篩分，結(jié)果如表10所示。

從抽提結(jié)果可以看出，油石比和礦料通過百分率與設(shè)計(jì)值相差不大，可以繼續(xù)施工。

3.4 應(yīng)用效果

從路面表觀來看，超粘磨耗層施工前，原路面龜裂嚴(yán)重，而且部分石子剝落，存在一定表面功能喪失現(xiàn)象。施工完成后，原路面病害全部消除，路面平整，集料粘結(jié)牢固，對比情況如圖3所示。施工完成后，項(xiàng)目組進(jìn)行了六個(gè)月的路面應(yīng)用情況跟蹤觀察，觀察期內(nèi)，路面未發(fā)生明顯病害，表明超粘磨耗層技術(shù)對于高原氣候條件下公路養(yǎng)護(hù)工程具有較好的適用性。

表10 超粘磨耗層冷拌混合料抽提結(jié)果

圖3 施工前后路面情況

4 結(jié)論

本研究通過對青藏公路養(yǎng)護(hù)工程中超粘磨耗層技術(shù)的應(yīng)用情況進(jìn)行分析總結(jié)，結(jié)合相關(guān)規(guī)范和施工經(jīng)驗(yàn)，針對超粘磨耗層技術(shù)在高原地區(qū)應(yīng)用時(shí)的材料選擇、配合比設(shè)計(jì)、施工工藝和質(zhì)量控制提出了相應(yīng)意見建議，作為案例，為以后此類項(xiàng)目的處理提供了參考依據(jù)。