高延彈超薄罩面的技術(shù)特點研究

馬澤欣，黎 康，呂 泉

（1.江西省交通設(shè)計研究院有限責(zé)任公司，江西 南昌 330022；2.同濟(jì)大學(xué)道路與交通工程教育部重點實驗室，上海 201804）

1 引言

超薄罩面是鋪筑厚度小于25mm 的功能性罩面[1]，適用于各等級公路預(yù)防或修復(fù)病害，以及需要改善抗滑等使用性能，且結(jié)構(gòu)強度滿足使用要求的瀝青路面。

超薄罩面技術(shù)，起源于20 世紀(jì)70 年代后期的法國，隨著該技術(shù)的不斷發(fā)展，在國內(nèi)外的公路路面預(yù)防性養(yǎng)護(hù)中已有大規(guī)模的應(yīng)用[2，3]。根據(jù)所采用的瀝青、級配和施工工藝的不同，出現(xiàn)了多種不同的超薄罩面技術(shù)。近年來，常用的超薄罩面技術(shù)主要包括易壓實瀝青混凝土（Easy Compact Hot Mix Asphalt）ECA-10 超薄磨耗層、Novachip超薄磨耗層和SMA-5或SMA-10超薄磨耗層等[4-8]。

通過對瀝青改性劑和混合料級配的不斷探索，同濟(jì)大學(xué)相關(guān)研究團(tuán)隊提出了一種高延彈超薄罩面技術(shù)（high-Ductility ultra-Thin Overlay，以下簡稱DTO）。本文將對DTO 超薄罩面的技術(shù)特點、設(shè)計要求和施工工藝進(jìn)行介紹，并結(jié)合實際工程項目分析該技術(shù)的路用性能。

2 高延彈超薄罩面技術(shù)介紹

DTO 指的是通過灑布超粘非乳化粘層油，在普通熱拌改性瀝青混合料中添加DTO 瀝青改性劑，采用傳統(tǒng)瀝青路面攤鋪壓實工藝，鋪筑厚度為0.7cm～1.5cm的超薄罩面技術(shù)（圖1）。該技術(shù)具有高延展性和彈性，具有抗裂、抗滑（可采用開級配）、低噪、耐久性好等特點，預(yù)期使用壽命長達(dá)5a～8a。適用于不同氣候條件、不同交通等級的公路或城市道路的瀝青路面或水泥路面（隧道、高架橋等）磨耗層功能性罩面。

圖1 DTO高延彈超薄罩面典型結(jié)構(gòu)與外觀

DTO 瀝青改性劑常溫狀態(tài)下為膠狀固體，由高粘改性劑和降粘劑按一定比例混合而成。一方面，高粘改性劑中添加了SBS、EVA 和其他改性劑，能夠大幅增強混合料的高溫性能、低溫性能、水穩(wěn)定性能和抗疲勞性能。另一方面，降粘劑的加入降低了瀝青粘度，提高了施工和易性。

2.1 高延彈罩面改性瀝青技術(shù)要求

一般使用SBS 改性瀝青作為DTO 瀝青改性劑的母質(zhì)瀝青，SBS 改性瀝青指標(biāo)需達(dá)到《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》[9]中I-D 型SBS 改性瀝青的要求。在SBS 改性瀝青中加入DTO 改性劑后可得到DTO 改性瀝青，DTO改性劑的添加量為瀝青用量的6.0%～9.0%，SBS改性瀝青加入DTO改性劑后制備得到的復(fù)合改性瀝青應(yīng)滿足表1中的指標(biāo)要求。

表1 DTO改性瀝青指標(biāo)要求

2.2 高延彈超薄罩面粘層油技術(shù)要求

由于罩面的超薄特性和級配特點，粘層油需要具有良好的粘結(jié)特性和防水特性，并滿足機械噴灑的施工性能。粘層油可以采用分步施工工藝，即在攤鋪前先噴灑該專用粘結(jié)層材料，然后攤鋪溫拌混合料，要求該材料與原路面具有足夠強的粘結(jié)力，同時不被施工設(shè)備二次破壞。因此，粘層油是超薄罩面中的核心技術(shù)之一。高延彈超薄罩面粘層油的性能指標(biāo)應(yīng)滿足表2的要求。

表2 DTO高延彈超薄罩面粘層材料性能指標(biāo)

2.3 高延彈超薄罩面配合比設(shè)計要求

DTO改性瀝青混合料配合比設(shè)計采用馬歇爾配合比設(shè)計方法，且必須通過目標(biāo)配合比設(shè)計、生產(chǎn)配合比設(shè)計及生產(chǎn)配合比驗證三個階段，確定瀝青混合料的材料品種及配合比、礦料級配、最佳瀝青用量。混合料級配須滿足表3要求，最佳油石比在DTO改性劑干法添加下通常為5.5%～5.9%，在濕法添加下通常為6.0%～6.4%，可根據(jù)石料情況作適當(dāng)調(diào)整。

表3 DTO高延彈超薄罩面混合料級配要求

混合料設(shè)計階段，采用修正馬歇爾雙面擊實50 次（分兩次擊實），拌和溫度在160℃～180℃，具體溫度根據(jù)施工季節(jié)和施工地點確定。其體積特性和性能要求見表4。

表4 DTO高延彈超薄罩面混合料特性和性能要求

2.4 高延彈超薄罩面與其他罩面技術(shù)的性能對比

基于上文對DTO 高延彈超薄罩面的介紹，本文進(jìn)一步將其技術(shù)性能與國內(nèi)外常用的Novachip 超薄磨耗層和ECA易密實薄層罩面進(jìn)行了對比，見表5。

根據(jù)表5可以看出，DTO高延彈超薄罩面相比Novachip超薄磨耗層在攤鋪設(shè)備上要求更低，且DTO瀝青改性劑含有Novachip 技術(shù)所不具備的溫拌技術(shù)，擁有更好的施工性能；DTO 高延彈超薄罩面相比ECA 易密實薄層罩面具有更好的路用性能；此外，DTO高延彈超薄罩面相比Novachip超薄磨耗層和ECA易密實薄層罩面，同時具有更廣的適用范圍、更好的碾壓工藝、更強的粘層技術(shù)、更便捷的瀝青供給方式、更低的造價和更長的預(yù)期使用壽命。

3 高延彈超薄罩面施工工藝

3.1 高延彈罩面瀝青混合料拌和

高延彈超薄罩面通常采用干法進(jìn)行拌和。在生產(chǎn)拌和過程中，直接向拌缸中投入一定比例的DTO 改性劑，與集料干拌10s～12s，再加入瀝青進(jìn)行濕拌，并保證攪拌均勻，瀝青混合料應(yīng)均勻一致，無花白料、無結(jié)團(tuán)成塊或嚴(yán)重的粗細(xì)料分離，不符合要求時不得使用，并應(yīng)及時調(diào)整。DTO改性瀝青混合料的拌和參數(shù)應(yīng)符合表6中的規(guī)定。

3.2 高延彈超薄罩面攤鋪和碾壓

DTO高延彈超薄罩面常用的攤鋪厚度為1cm左右，要求攤鋪機較新，推薦選用Vogel、Dynapac、ABG等進(jìn)口品牌，建議加熱方式為電加熱。一臺攤鋪機的鋪筑寬度不宜超過7.5m，攤鋪寬度大于7.5m時，應(yīng)采用2臺同型號攤鋪機梯隊作業(yè)，兩臺攤鋪機間距不應(yīng)超過20m，搭接寬度不應(yīng)小于20cm，并應(yīng)避免縱向接縫處在輪跡帶位置。DTO 改性瀝青混合料的攤鋪參數(shù)應(yīng)符合表7中的規(guī)定。

表7 DTO改性瀝青混合料的攤鋪參數(shù)

DTO 高延彈超薄罩面應(yīng)使用14t 以下雙鋼輪壓路機和膠輪壓路機進(jìn)行碾壓，推薦采用一臺12t雙鋼輪和一臺膠輪壓路機，碾壓過程中嚴(yán)禁開啟震動。為保證壓實效果，應(yīng)在控制溫度條件下碾壓，最佳碾壓溫度在60℃～100℃內(nèi)。

在夏天，DTO超薄罩面在碾壓結(jié)束后建議養(yǎng)護(hù)2h，使路面形成初始強度，路面溫度降低至40℃時可開放交通。在秋冬季節(jié)，鋪筑后路面溫度低于25℃時即可開放交通。

3.3 高延彈超薄罩面驗收要求

DTO 高延彈超薄罩面表面應(yīng)平整均勻，不應(yīng)出現(xiàn)泛油、松散、裂縫和明顯離析等現(xiàn)象，縱向接縫應(yīng)緊密、平順。工程驗收實測項目見表8。

表8 DTO高延彈超薄罩面驗收檢測項目

4 工程實例分析

2020年8月，在G72泉南高速石城至吉安段下行方向K413 至K420 之間的行車道和超車道上開展了近7公里的DTO 高延彈超薄罩面試驗段施工，試驗段采用的超薄罩面設(shè)計厚度為1.2cm。

4.1 施工情況

根據(jù)集料篩分結(jié)果，基于馬歇爾設(shè)計法進(jìn)行DTO高延彈超薄罩面混合料的配合比設(shè)計。試驗確定的生產(chǎn)配合比為礦粉：0～3mm細(xì)集料：3mm～6mm碎石=6：9：85，油石比為5.5%。DTO 高延彈超薄罩面混合料馬歇爾試件空隙率為14.8%，滿足表4中的要求。

通過肯塔堡飛散、謝倫堡瀝青析漏和凍融劈裂試驗對DTO高延彈超薄罩面混合料的路用性能進(jìn)行了檢驗，試驗結(jié)果見表9?？梢钥闯?，DTO 高延彈超薄罩面混合料的肯塔堡飛散損失、瀝青析漏損失和凍融劈裂抗拉強度比等指標(biāo)檢測結(jié)果均滿足技術(shù)要求。

表9 DTO高延彈超薄罩面混合料路用性能檢驗

試驗段原路面具有較為嚴(yán)重的路表細(xì)集料剝落現(xiàn)象，如圖2所示。按照本文推薦的施工工藝進(jìn)行了攤鋪和碾壓，完工后的路面狀況如圖3所示。通過取芯檢測發(fā)現(xiàn)試驗段厚度均勻性控制良好，且滿足設(shè)計厚度1.2cm的要求。

圖3 DTO 高延彈超薄罩面試驗段施工效果

4.2 工后路面狀況檢測評價

在通車3個月后，針對DTO超薄罩面試驗段開展了路面橫向力系數(shù)測試。依據(jù)《公路技術(shù)狀況評定標(biāo)準(zhǔn)》[10]，基于路面橫向力系數(shù)檢測結(jié)果計算得到路面抗滑性能指數(shù)SRI，結(jié)果表明，97.2%的百米單元SRI 評價為優(yōu)等水平（對應(yīng)的橫向力系數(shù)SFC 代表值不低于48），反映了DTO高延彈超薄罩面具有較好的行車抗滑性能。

在通車3個月和6個月后，進(jìn)行了兩次構(gòu)造深度檢測。通車3 個月后抽檢了30 處構(gòu)造深度，均大于設(shè)計構(gòu)造深度，平均值為0.97mm；通車6個月后的構(gòu)造深度抽檢結(jié)果的合格率也均為100%，平均值為1.0mm。兩次構(gòu)造深度檢測基本一致，且均高于驗收要求的結(jié)果，反映了DTO 超薄罩面具有粗糙的表面構(gòu)造，與設(shè)計空隙率要求相符。

此外，在通車6個月后對DTO超薄罩面試驗段和常規(guī)AC-13表面層路段進(jìn)行了噪音測試，結(jié)果表明，DTO超薄罩面相比常規(guī)AC-13路面能夠降低3dB～4dB的噪音。

4.3 工后DTO罩面層粘結(jié)性能試驗評價

前文提到，粘層油是超薄罩面中的核心技術(shù)之一，且試驗段原路面具有較為嚴(yán)重的路表細(xì)集料剝落狀況。因此，有必要對DTO 超薄罩面層與原路面上面層的層間粘結(jié)狀況進(jìn)行研究。

DTO 超薄罩面采用的是非乳化不粘輪粘層油，在相對較小的用量下，就可達(dá)到比常規(guī)改性乳化瀝青粘層油更好的粘結(jié)效果。通過對DTO超薄罩面試驗段現(xiàn)場取芯，基于拉拔試驗對DTO 超薄罩面層與原路面上面層的層間粘結(jié)狀況進(jìn)行了評價，如圖4所示。

圖4 DTO 高延彈超薄罩面與原路面上面層的拉拔試驗

為了較為全面的評價DTO 高延彈超薄罩面的層間粘結(jié)性能，采用了不同樁號位置和不同通車時間的芯樣進(jìn)行試驗。拉拔試驗溫度采用25℃，試件保溫時間不低于4h。通車3 個月和6 個月后的行車道芯樣的拉拔試驗結(jié)果見表10。

表10 DTO高延彈超薄罩面拉拔試驗結(jié)果

根據(jù)表10 可以看出，盡管不同樁號位置芯樣的拉拔試驗結(jié)果存在一定的差異，通車3 個月和6 個月后DTO 高延彈超薄罩面的拉拔強度總體上比較接近，表明DTO超薄罩面層與原路面上面層在通車一段時間后即形成了較為穩(wěn)定的層間粘結(jié)強度。拉拔試驗結(jié)果反映了即使在原路面存在較為嚴(yán)重的路表細(xì)集料剝落的情況下，DTO 超薄罩面所采用的非乳化不粘輪粘層油也具有較好的工程性能。

5 結(jié)語

本文對DTO 高延彈超薄罩面的技術(shù)特點、設(shè)計要求和施工工藝進(jìn)行了介紹，與其他常用超薄罩面技術(shù)進(jìn)行了對比分析，并結(jié)合石吉高速試驗段施工和工后試驗檢測結(jié)果評價了該技術(shù)的路用性能。結(jié)論如下：

①高延彈超薄罩面技術(shù)適用于不同氣候狀況、不同交通等級的公路或城市道路瀝青路面或水泥路面（隧道、高架橋等）磨耗層功能性罩面，可以有效延長道路使用壽命。

②DTO 高延彈超薄罩面相比Novachip 超薄磨耗層和ECA易密實薄層罩面，優(yōu)點顯著，具有更廣的適用范圍、更低的造價和更長的預(yù)期使用壽命。

③根據(jù)江西省石吉高速DTO高延彈超薄罩面試驗段的成功實施和工后評價結(jié)果可以看出，DTO 超薄罩面具有良好的抗滑性、耐久性和降噪性。同時，基于拉拔試驗發(fā)現(xiàn)，即使在原路面存在較為嚴(yán)重的路表細(xì)集料剝落的情況下，DTO 超薄罩面所采用的非乳化不粘輪粘層油也具有較好的工程性能。