UTM超薄罩面在公路瀝青路面預(yù)防養(yǎng)護(hù)工程中的應(yīng)用

（重慶市銅梁區(qū)公路局,重慶 402560）

0 引言

基于“預(yù)防為主，防治結(jié)合”的路面養(yǎng)護(hù)方針，預(yù)防性養(yǎng)護(hù)逐漸得到公路管養(yǎng)人員的重視。在實(shí)際工程中，經(jīng)常遇到路面抗滑、平整度等功能性衰退的情況，同時(shí)路面標(biāo)高受到限制，對(duì)預(yù)防性養(yǎng)護(hù)提出了更高的要求，行業(yè)學(xué)者針對(duì)此展開(kāi)了諸多的技術(shù)研究與工程實(shí)踐。目前，最為廣泛應(yīng)用的預(yù)防性養(yǎng)護(hù)技術(shù)是熱瀝青混合料超薄層罩面[1]。

超薄層罩面作為預(yù)防性養(yǎng)護(hù)技術(shù)，其厚度一般為15～25 mm，雖然不能提高路面的承載能力，但是具有改善原路面抗滑、降噪、平整度等性能和造價(jià)低的特點(diǎn)[2]。最初，為了在節(jié)省造價(jià)的前提下恢復(fù)路面抗滑性能，法國(guó)采用了瀝青混合料薄層罩面[3,4]，罩面先后由50～90 mm的表面層混合料（BBSG）到30～40 mm薄面層（BBM），后來(lái)隨著結(jié)合料改性技術(shù)和攤鋪設(shè)備的快速發(fā)展，罩面厚度朝著越來(lái)越薄的方向改進(jìn)[5]。20世紀(jì)90年代，美國(guó)開(kāi)發(fā)了Novachip超薄罩面施工技術(shù)，罩面最薄可達(dá)10 mm，它的出現(xiàn)極大促進(jìn)了超薄罩面技術(shù)在世界范圍內(nèi)廣泛應(yīng)用[6,7]。國(guó)內(nèi)在90年代嘗試性利用對(duì)瀝青路面利用超薄磨耗層進(jìn)行預(yù)防性養(yǎng)護(hù)，但是結(jié)果并不理想，暫時(shí)性阻礙了超薄罩面在國(guó)內(nèi)的發(fā)展。直至2001年，交通部公路研究所開(kāi)展了《超薄磨耗層混凝土面層技術(shù)研究》，取得了豐碩的研究成果，極大推動(dòng)了超薄罩面技術(shù)在國(guó)內(nèi)的應(yīng)用。目前，各式各樣的超薄罩面技術(shù)雖然具有改善行駛質(zhì)量、修復(fù)路表缺陷、延長(zhǎng)路面壽命等特點(diǎn)，同時(shí)也存在一些不足：（1）薄層罩面與原路面的粘結(jié)性差，在水與載荷作用下極易發(fā)生推移、脫落等病害。（2）由于受級(jí)配合理性和材料性能限制，超薄罩面抗裂性不理想，而且經(jīng)常出現(xiàn)車(chē)轍、松散、裂縫等路面病害[8]。（3）有些超薄罩面施工技術(shù)對(duì)設(shè)備依賴性強(qiáng)，需要專門(mén)的施工設(shè)備[9-11]。

UTM超薄罩面是一種厚度為10～20 mm的熱拌瀝青混合料加鋪層，壓實(shí)成型后可有效改善路面平整度和抗滑性能，降低道路行車(chē)噪音，具有優(yōu)良的抗裂性和高溫穩(wěn)定性。本文依托S303銅昌路銅梁段瀝青路面超薄罩面試驗(yàn)路，對(duì)UTM超薄罩面的抗滑性能、高低溫性能、降噪性能等進(jìn)行了評(píng)價(jià)。以期為UTM超薄罩面養(yǎng)護(hù)技術(shù)的推廣應(yīng)用提供參考。

1 工程概況

項(xiàng)目組對(duì)S303銅昌路銅梁段瀝青路面進(jìn)行了路面狀況調(diào)查，發(fā)現(xiàn)路面整體結(jié)構(gòu)狀況良好，但是路面功能存在以下幾個(gè)問(wèn)題：

（1）路面抗滑性能不足。由于長(zhǎng)時(shí)間的車(chē)輪對(duì)瀝青路面的摩擦作用，導(dǎo)致表層瀝青與集料磨耗，瀝青路面構(gòu)造深度明顯減小，路面抗滑能力不足。另外，局部位置由于泛油導(dǎo)致路面抗滑性能下降。尤其在降雨天氣，該路段的行車(chē)安全存在一定程度的隱患。

（2）路面裂縫與集料剝落。由于重載車(chē)輛和環(huán)境因素的共同作用，路面在服役期出現(xiàn)了少量的裂縫。另外，局部路段路表出現(xiàn)了集料剝落現(xiàn)象，是水損壞的初期表現(xiàn)。如果這些路面早期微損傷不能及時(shí)修復(fù)，路表水進(jìn)入路面內(nèi)部，將會(huì)危害路面結(jié)構(gòu)的承載能力。

（3）路面行車(chē)噪音大。由于路面平整度狀況不良，車(chē)輛行駛過(guò)程中存在輕微顛簸，不僅影響行車(chē)舒適性，而且產(chǎn)生的噪音對(duì)沿線居民的生活造成一定的困擾。

UTM超薄罩面不僅能夠顯著恢復(fù)瀝青路面的抗滑性能和路面平整度，而且具有極強(qiáng)的抗反射裂縫能力，同時(shí)能夠密封路表，避免路表水進(jìn)入路面內(nèi)部。與同類超薄罩面相比，該罩技術(shù)具有造價(jià)低，施工快（每天單車(chē)道可施工4公里），無(wú)需專門(mén)施工設(shè)備的優(yōu)勢(shì)。針對(duì)此情況，項(xiàng)目組決定采用UTM超薄罩面對(duì)該路段瀝青路面進(jìn)行預(yù)防性養(yǎng)護(hù)。

2 UTM超薄罩面技術(shù)特征

2.1 材料

UTM超薄罩面是雙層結(jié)構(gòu)，上層結(jié)構(gòu)是熱拌高粘彈改性瀝青混合料層，下層是聚合物改性乳化瀝青粘結(jié)層，具體的原材料技術(shù)指標(biāo)以及混合料的配合比設(shè)計(jì)如下所述。

2.1.1 高粘彈改性瀝青

UTM超薄罩面混合料對(duì)瀝青的性能要求遠(yuǎn)高于普通瀝青混合料，本工程所采用的瀝青為高粘彈改性瀝青，對(duì)集料具有極強(qiáng)的粘附能力，這將使骨料之間的粘結(jié)強(qiáng)度更高。其技術(shù)指標(biāo)測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表1。由試驗(yàn)結(jié)果可見(jiàn)，所用瀝青的60℃動(dòng)力粘度值大于50 000 Pa·s，是UTM超薄罩面的結(jié)構(gòu)體系在重載交通條件下具有足夠耐久性能的材料基礎(chǔ)，最終保證罩面在惡劣條件下保證長(zhǎng)期穩(wěn)定性。

表1 高粘彈改性瀝青主要技術(shù)性能

2.1.2 粘層瀝青

根據(jù)路面結(jié)構(gòu)中罩面受力特點(diǎn)，一般要求罩面層與原路面之間的粘結(jié)強(qiáng)度足夠大[12,13]，以保證在使用壽命期內(nèi)罩面不會(huì)發(fā)生脫層或推移破壞。上部瀝青混合料結(jié)構(gòu)層厚度越薄對(duì)粘層瀝青的性能要求則更高。UTM超薄罩面采用的聚合物改性乳化瀝青的主要指標(biāo)測(cè)試結(jié)果如表2所示。該乳化瀝青具有破乳速度快，破乳固化成型后粘結(jié)強(qiáng)度大，抗剪能力強(qiáng)等特點(diǎn)。同時(shí)，粘層不會(huì)不粘附車(chē)輪，可以避免出現(xiàn)常見(jiàn)的施工車(chē)輛對(duì)粘結(jié)層的破壞現(xiàn)象。

表2 改性高粘乳化瀝青主要技術(shù)性能

2.2 配合比設(shè)計(jì)

2.2.1 配合比設(shè)計(jì)

集料采用重慶當(dāng)?shù)厥規(guī)r，填料采用由石灰?guī)r石料磨細(xì)得到的礦粉，最佳油石比為6.0%。罩面混合料的級(jí)配類型為間斷型密級(jí)配，形成骨架密實(shí)型結(jié)構(gòu)，這樣既能保證路面的抗滑性能而確保行車(chē)的安全性，又可以有效地保護(hù)原路面結(jié)構(gòu)以避免受到雨水的侵害。級(jí)配要求及目標(biāo)配合比如表3所示。

表3 UTM超薄層罩面混合料級(jí)配

2.2.2 高溫穩(wěn)定性驗(yàn)證

罩面是路面與車(chē)輪直接接觸的部分，如果形成車(chē)轍，將會(huì)影響路面的行車(chē)舒適性和路面使用壽命。因此，UTM超薄罩面應(yīng)具有優(yōu)異的高溫穩(wěn)定性，以提高路面抗車(chē)轍能力。采用車(chē)轍試驗(yàn)評(píng)價(jià)混合料的高溫穩(wěn)定性，按照J(rèn)TG E20—2011規(guī)程“瀝青混合料車(chē)轍試驗(yàn)”方法，在標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)溫度60℃與輪壓0.7 MPa條件下進(jìn)行。將UTM混合料與工程常用的密級(jí)配AC-13C及開(kāi)級(jí)配OGFC-13混合料進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果如圖1所示。

圖1 車(chē)轍試驗(yàn)結(jié)果

由圖1可知，3種類型瀝青混合料都具有較好的高溫穩(wěn)定性能，高溫穩(wěn)定性由高到低排序?yàn)椋篣TM超薄罩面瀝青混合料＞開(kāi)級(jí)配OGFC-13＞密級(jí)配AC-13。試驗(yàn)結(jié)果表明瀝青混合料的級(jí)配類型對(duì)動(dòng)穩(wěn)定度的有很大影響。瀝青混合料AC-13為連續(xù)級(jí)配懸浮密實(shí)結(jié)構(gòu)，細(xì)集料含量最多，動(dòng)穩(wěn)定性能較差，而UTM及OGFC-13瀝青混合料為粗骨料之間相互接觸嵌擠形成骨架結(jié)構(gòu)，能夠更加有效抵抗剪切破壞，從而有更高的動(dòng)穩(wěn)定度。且UTM較OGFC-13有更多的細(xì)集料，細(xì)集料與瀝青膠結(jié)料填充在骨料空隙之間，形成更高粘結(jié)力。故UTM超薄罩面在高溫條件下能更好地抵抗變形破壞。

2.2.3 低溫抗裂性能驗(yàn)證

圖2 彎曲試驗(yàn)結(jié)果

舊路面通常會(huì)有一些裂縫，如果罩面層的抗裂能力不足，將在工后不久形成反射裂縫，危害路面使用壽命。采用彎曲試驗(yàn)，測(cè)定瀝青混合料在規(guī)定溫度和加載速率時(shí)彎曲破壞的力學(xué)性質(zhì)，評(píng)價(jià)瀝青混合料的低溫抗裂性能。按照J(rèn)TG E20—2011規(guī)程“瀝青混合料彎曲試驗(yàn)”方法，在-10℃環(huán)境下進(jìn)行彎曲試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如圖2所示。

由試驗(yàn)結(jié)果可以看到，3種類型瀝青混合料破壞彎拉應(yīng)變均滿足規(guī)范中關(guān)于改性瀝青混合料的破壞應(yīng)變大于2 500 με的要求。UTM混合料破壞應(yīng)變優(yōu)于OGFC混合料，與AC密級(jí)配混合料的破壞應(yīng)變，差值僅僅132 με。UTM高性能聚合物改性高黏高彈瀝青粘結(jié)能力強(qiáng)，有很好的低溫性能，能夠提高UTM混合料低溫抗裂性能。

3 UTM超薄罩面工后評(píng)價(jià)

3.1 厚度檢測(cè)

施工完成后使用鋼尺對(duì)UTM超薄層罩面厚度進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果如表4所示。

UTM超薄罩面施工采用一體式攤鋪機(jī)進(jìn)行攤鋪，該罩面技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)更薄的施工厚度，平均厚度為20 mm，并且極限厚度能達(dá)到10 mm，具有良好的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。

表4 UTM超薄層罩面厚度測(cè)量結(jié)果

3.2 抗滑性檢測(cè)

采用擺式摩擦儀對(duì)UTM超薄層罩面路面與原路面進(jìn)行抗滑性能檢測(cè)，以擺值（BPN）作為評(píng)價(jià)指標(biāo)。檢測(cè)前需用掃帚等工具將測(cè)試點(diǎn)清掃干凈，將儀器沿路線方向擺放進(jìn)行調(diào)平，然后對(duì)指針進(jìn)行調(diào)零與滑動(dòng)長(zhǎng)度校核工作。檢測(cè)結(jié)果如表5所示，與原路面相比，UTM超薄罩面的BPN值提高了72%。由此可見(jiàn)，UTM超薄罩面能夠顯著提高舊路面的抗滑性能。

表5 UTM超薄層罩面路面與原路面BPN值檢測(cè)結(jié)果

3.3 噪聲檢測(cè)

圖3 路面施工前后行車(chē)噪聲水平

施工結(jié)束后，駕駛普通小客車(chē)以不同速度通過(guò)測(cè)試點(diǎn)，利用高精度噪音測(cè)試儀測(cè)定路面施工前后的噪聲，檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)圖3。檢測(cè)結(jié)果表明，加鋪UTM超薄罩面后路面行車(chē)噪音顯著降低，車(chē)速越大降噪效果越明顯。當(dāng)行車(chē)速度70 km/h時(shí)，噪聲降低了11.18%。

4 結(jié)論

本文依托S303銅昌路銅梁段瀝青路面預(yù)防性養(yǎng)護(hù)工程，調(diào)查了路面質(zhì)量狀況和存在的問(wèn)題，闡明了UTM超薄罩面主要的技術(shù)指標(biāo)，通過(guò)室內(nèi)和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)主要結(jié)論如下：

（1）UTM超薄罩面攤鋪厚度能夠達(dá)到20 mm，路面抗滑性能顯著提高，BPN值較原路面提升了72%。

（2）UTM瀝青混合料具有優(yōu)異的高溫穩(wěn)定性，主要是因?yàn)榇止橇现g相互接觸嵌擠形成的骨架結(jié)構(gòu)，以及細(xì)集料與高粘彈改性瀝青填充在骨料空隙之間能夠有效抵抗剪切破壞。

（3）UTM混合料低溫彎曲試驗(yàn)破壞應(yīng)變優(yōu)于OGFC混合料，與AC密級(jí)配混合料的破壞應(yīng)變相當(dāng)。

（4）UTM超薄罩面可以顯著降低原路面的行車(chē)噪聲，且改善效果隨行車(chē)速度的增大而凸顯。