河北張承高速公路橋面加鋪微罩面技術(shù)的應(yīng)用

王治強

(河北省高速集團有限公司張承分公司 張家口市 075000)

1 技術(shù)應(yīng)用背景

新建路面在通車運營3～6年后，在交通荷載與自然因素的影響下，道路表面層將逐漸出現(xiàn)瀝青粘結(jié)料老化、細(xì)料剝落、輕微車轍和局部開裂等路面中早期病害現(xiàn)象。傳統(tǒng)的公路養(yǎng)護是在路面病害發(fā)展到一定程度，嚴(yán)重影響道路交通時，才對路面進行一系列的大中修養(yǎng)護維修。近年來，預(yù)防性養(yǎng)護的理念在行業(yè)內(nèi)逐漸普及，該理念是指在不改變原路面結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)的情況下，對路面進行有計劃的超前養(yǎng)護維修，從而可以有效地預(yù)防路面病害，從路面全壽命周期角度降低路面管理費效比的養(yǎng)護思路。

在各類預(yù)養(yǎng)護技術(shù)中，厚度低于2.5cm的超薄瀝青罩面預(yù)養(yǎng)護技術(shù)在國內(nèi)外得到廣泛應(yīng)用[1-2]。孫培等人通過研究認(rèn)為，應(yīng)采用較高摻量的SBS改性瀝青以保證超薄瀝青的抗剪性能和其他路用性能[3]。目前市場上也大多是以Novachip超薄磨耗層為代表的熱拌瀝青超薄罩面為主。然而，目前熱拌超薄罩面技術(shù)體系由于過高的施工溫度，不僅容易發(fā)生混合料短期老化，造成性能下降，而且施工和易性較差，容易造成欠壓實[4]。譚憶秋等人也強調(diào)了超薄罩面技術(shù)應(yīng)當(dāng)注重其低溫性能[5]。因此，溫拌薄層技術(shù)在施工可操作性、應(yīng)對場景多樣性上具有較大的優(yōu)點，值得推廣應(yīng)用。此外，河北屬于北方低溫地區(qū)，更有必要發(fā)展可低溫施工的路面預(yù)養(yǎng)護技術(shù)。

微罩面是通過傳統(tǒng)攤鋪設(shè)備，將專用改性瀝青混合料快速攤鋪成型的預(yù)養(yǎng)護技術(shù)方案。其拌和溫度為110～140℃，施工碾壓溫度可低至70℃。施工過程中瀝青氣味小、施工操作和易性好，易于攤鋪碾壓。此外，微罩面施工采用專用粘層油材料和噴灑設(shè)備，在保證路面粘結(jié)性能的前提下，解決了粘結(jié)有效性和路面泛油等潛在風(fēng)險。

河北省高速集團有限公司張承張家口分公司于2016年在張承高速張家口至崇禮段上進行了橋面加鋪1cm微罩面技術(shù)的試驗段項目，通過4年的跟蹤觀測，驗證了該技術(shù)能夠較好地解決與預(yù)防瀝青橋面的裂縫、松散、麻面等病害。2019年，針對張承高速標(biāo)段K16+635～K62+078的橋面鋪裝(52座橋，雙向)持續(xù)出現(xiàn)微裂縫發(fā)育與麻面掉粒等前期病害，按照公路“常養(yǎng)常新”的超前預(yù)防性養(yǎng)護理念，采用了銑刨原橋面鋪裝1cm后加鋪1cm微罩面的處治方案。在不增加恒載與標(biāo)高的情況下，實現(xiàn)橋面的快速化、高效化、輕量化預(yù)養(yǎng)護目的。

下面介紹微罩面技術(shù)的原理及指標(biāo)要求，對河北張承高速張家口至崇禮段橋面兩次微罩面項目的施工過程與后評估結(jié)果進行分析，從施工工藝、質(zhì)量監(jiān)控、驗收標(biāo)準(zhǔn)、技術(shù)后評估及經(jīng)濟效益等方面，總結(jié)微罩面技術(shù)在北方低溫地區(qū)高速公路橋面的應(yīng)用經(jīng)驗。

2 微罩面工藝簡介

2.1 微罩面結(jié)構(gòu)

微罩面的結(jié)構(gòu)由表面磨耗層和粘結(jié)防水層組成，如圖1所示。表面磨耗層采用專用有機硅改性瀝青及OGFC-5級配，使其在0.7～1.5cm的厚度條件下仍可采用熱拌瀝青混合料施工設(shè)備與工藝攤鋪及碾壓；粘結(jié)防水層能夠保證微罩面與原路面結(jié)合緊密，確保微薄層與原路面有效粘結(jié)，同時防止雨水下滲。

圖1 微罩面的結(jié)構(gòu)

2.2 微罩面原理

專用微罩面瀝青膠結(jié)料的特點：

(1)使用有機硅作為改性劑可以顯著提高瀝青的耐老化性能。

(2)有機硅的加入能顯著提高瀝青的粘附性和憎水性，有效提高瀝青與骨料的粘附力。

(3)有機硅改性瀝青在低溫下具有良好的柔韌性，并且微罩面瀝青混合料是一種“富油型”結(jié)構(gòu)，可以進一步提高路面的低溫性能，有效避免低溫凍融病害的出現(xiàn)。

(4)通過加入溫拌劑，顯著降低了改性瀝青的粘度，大幅度降低瀝青混合料的拌和、攤鋪及碾壓溫度。

粘結(jié)防水層中加入了非離子型表面活性劑，大幅降低了粘層油表面張力，一方面提高了材料的滲透性，另一方面提高了與原瀝青或水泥路面的粘結(jié)性。

3 項目實施總結(jié)

3.1 2016年微罩面試驗段

3.1.1性能后評估

2016年9月23日在K16+322里東窯一號大橋，K15+245水泉溝一號大橋雙幅橋梁面層進行試驗段的施工。微罩面施工后，每月對橋面狀況進行一次查看，長期的后評估表明兩座大橋的路面使用性能良好，無路面病害出現(xiàn)。2017年9月底(項目實施一年后)對路面的摩擦系數(shù)、構(gòu)造深度以及滲水系數(shù)進行了檢測，檢測數(shù)據(jù)匯總?cè)绫?。

表1 2016年微罩面試驗段落地一年后檢測指標(biāo)

從檢測數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，微罩面厚度在0.9～1.2cm之間，平均厚度1.05cm，大于1.0cm的設(shè)計厚度；微罩面構(gòu)造深度在0.516～0.569mm之間，平均為0.542mm，高于規(guī)范的規(guī)定值0.45mm；微罩面在服役一年后摩擦系數(shù)仍然在76.9～81.7之間，平均值高達(dá)78.8，明顯高于規(guī)范規(guī)定值55，可見微罩面可長期保持優(yōu)異的抗滑性能；滲水系數(shù)在112～122ml/min之間，平均為117ml/min，微罩面仍具有一定的排水效果，這是由于微罩面采用OGFC-5級配，具有一定排水、降噪的功能。從目前項目現(xiàn)狀來看，經(jīng)過四個四季溫差變化(最低溫度可達(dá)-35℃)和行車荷載的作用，截止2020年12月還未出現(xiàn)明顯病害,因此微罩面具有良好的耐久性。

3.1.2經(jīng)濟效益測算

為了測算微罩面的技術(shù)經(jīng)濟效益，根據(jù)河北張家口地區(qū)的地材價格及微罩面技術(shù)試驗段的實際費用，對比了傳統(tǒng)銑刨加鋪4cm與微罩面技術(shù)的費用成本，結(jié)果如表2所示。

表2 傳統(tǒng)銑刨加鋪4cm與微罩面技術(shù)的費用成本差異分析

試驗段兩橋面攤鋪數(shù)量為20000m2，按照每平米節(jié)約15元來算，可節(jié)約資金30萬元，降低成本超過29%。此外，由于1cm微罩面攤鋪厚度僅為4cm路面的四分之一，可減少珍貴石料與瀝青消耗60%以上，具有出色的綠色與環(huán)保效益。

3.2 2019年微罩面項目

鑒于2016年微罩面試驗段良好的使用情況，2019年5月張承高速公路在張家口至崇禮段橋面病害治理中進行了大規(guī)模的微罩面工程，實施面積為237111.5m2。為了形成該技術(shù)的成套施工工法，對本項目的主要環(huán)節(jié)和實驗檢測情況進行了分析。

3.2.1原材料

(1)原材料的選用

集料使用張家口宣化某石料廠生產(chǎn)的玄武巖和宣化某建材有限公司生產(chǎn)的機制砂；瀝青使用上海群康瀝青科技股份有限公司生產(chǎn)的有機硅改性瀝青。粘層油使用上海群康瀝青科技股份有限公司生產(chǎn)的微罩面專用粘層油。

(2)原材料準(zhǔn)備

原材料檢測結(jié)果如表3、表4所示，改性瀝青、集料、礦粉均滿足要求。

表3 有機硅改性瀝青檢測結(jié)果

表4 微罩面礦料檢測結(jié)果

3.2.2配合比設(shè)計

微罩面OGFC-5 瀝青混合料級配及配合比設(shè)計方案如表5～表7所示。

表5 微罩面OGFC-5 瀝青混合料級配

表6 微罩面OGFC-5 瀝青混合料設(shè)計目標(biāo)配合比

表7 微罩面OGFC-5 瀝青混合料設(shè)計生產(chǎn)配合比

3.2.3施工工藝流程

微罩面施工工藝流程如圖2所示。

圖2 微罩面施工工藝流程

3.2.4施工關(guān)鍵環(huán)節(jié)

經(jīng)總結(jié)，微罩面的施工存在以下幾個關(guān)鍵環(huán)節(jié)：

(1)控制出料溫度為110～140℃。試驗段瀝青混合料出廠溫度在131℃左右，出料運到現(xiàn)場攤鋪前溫度為124℃，溫度降低10℃左右，運輸期間和等待卸料時間為5個小時，平均溫降速率為2℃/h，完全能夠達(dá)到設(shè)計要求以及現(xiàn)場施工溫度要求。

(2)控制粘層油灑布量。微罩面粘層灑布量設(shè)計為0.1～0.3kg/m2，經(jīng)過實際測定灑布量為0.15kg/m2，滿足相關(guān)規(guī)范及設(shè)計要求。對于沒有噴灑到位的局部地方，采用人工進行找補涂刷，保證灑布質(zhì)量。

(3)控制松鋪系數(shù)為1.2。通過現(xiàn)場實測松鋪系數(shù)結(jié)果看(如表8所示)，如果要控制1.0 cm的厚度，攤鋪松鋪系數(shù)控制在1.2比較合適。

(4)控制碾壓溫度>70℃，嚴(yán)禁壓路機開啟振動。通過試鋪，壓路機組合決定采用一臺12t雙鋼輪壓路機和一臺3t雙鋼輪壓路機進行組合碾壓，可以滿足施工需求，為了保證碾壓效果，碾壓溫度確定控制在70℃以上較好。

表8 1cm厚OGFC-5微罩面面層壓實系數(shù)計算表

3.2.5微罩面的驗收檢測結(jié)果

按照技術(shù)要求，對微罩面項目段的驗收結(jié)果如表9所示，結(jié)果表明本項目的微罩面實施能夠滿足設(shè)計文件的各項指標(biāo)，達(dá)到驗收標(biāo)準(zhǔn)。

4 結(jié)語

介紹了微罩面技術(shù)的原理及指標(biāo)要求，通過對河北張承高速公路橋面2016年、2019年兩次微罩面項目的施工過程與后評估結(jié)果進行分析，從施工工藝、質(zhì)量監(jiān)控、驗收標(biāo)準(zhǔn)、技術(shù)后評估及經(jīng)濟效益等方面總結(jié)了微罩面技術(shù)在北方低溫地區(qū)高速公路橋面的應(yīng)用經(jīng)驗。

表9 微罩面驗收檢測結(jié)果

河北張承高速公路橋面2016年微罩面試驗段的長期后評估與性能追蹤表明，微罩面具有良好的抗滑、耐久性、排水及降噪性能。經(jīng)過2019年超過20萬平的微罩面項目經(jīng)驗總結(jié)，提出要對施工過程中的出料溫度、粘層油灑布量、松鋪系數(shù)、碾壓溫度等指標(biāo)進行全過程監(jiān)控，才能充分地把控1.0cm微罩面的施工質(zhì)量。

微罩面工藝在張承高速公路張家口至崇禮段的有效實施，為北方地區(qū)運營高速公路在路面、橋面的預(yù)防性養(yǎng)護方面起到了引導(dǎo)和示范的作用，達(dá)到了降本增效的目的，同時因減少了銑刨的環(huán)節(jié)，避免了銑刨料對環(huán)境的污染，減少了碳排放量，符合當(dāng)下節(jié)能減排、綠色發(fā)展的要求。