超粘精罩面在公路瀝青路面預(yù)防性養(yǎng)護(hù)的應(yīng)用

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（廣東粵路勘察設(shè)計有限公司，廣州 510000）

隨著中國經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，中國的公路工程建設(shè)取得了不俗的成績。 伴隨著公路網(wǎng)建設(shè)的成熟和出行需要的提升，我國公路建設(shè)發(fā)展的方向已經(jīng)從一味地追求規(guī)模里程向提高公路質(zhì)量、延長現(xiàn)有公路壽命進(jìn)行轉(zhuǎn)型。 有研究統(tǒng)計，我國正在運營的公路在投入使用的前中期，包括抗滑能力在內(nèi)的多項路用性能下降很快。 裂縫、坑槽、車轍等病害的出現(xiàn)為公共交通安全埋下了巨大隱患并且嚴(yán)重影響行車舒適性[1]。

預(yù)防性養(yǎng)護(hù)是在路面仍具有較好性能的時候?qū)β访娌扇”ｐB(yǎng)措施。 根據(jù)路面結(jié)構(gòu)壽命理論，在路面壽命下降的早期對路面進(jìn)行保養(yǎng)可以更有效地延長路面使用壽命并大大減小路面養(yǎng)護(hù)費用。 超薄磨耗層作為公路預(yù)養(yǎng)護(hù)的最新技術(shù)，為原路面提供了一層性能優(yōu)異的抗滑降噪磨耗層，通過鋪筑厚度為15～25 mm 的瀝青混合料， 可以有效修補原路面病害，提升原路面使用壽命。 部分瀝青薄層罩面具有較強的承載能力，能很好地適應(yīng)較大的車輛荷載。 同時，罩面層優(yōu)異的抗滑降噪等性能，能有效提升行車安全性和舒適性。 此外，該技術(shù)施工靈活，可以根據(jù)實際工程需求靈活調(diào)整罩面厚度，經(jīng)濟(jì)實惠，能以較低的成本為原路面延續(xù)較長的使用壽命[2]。在施工后可以快速開放交通， 減少對交通的影響，帶來良好的經(jīng)濟(jì)、社會、環(huán)境效益[3-6]。

1 NovaPave 超粘精罩面特點

NovaPave 超粘精罩面是一種集料最大粒徑為10 mm、結(jié)構(gòu)厚度為10～20 mm 的瀝青罩面層。 采用同步攤鋪設(shè)備，同時噴灑超粘乳化瀝青和攤鋪超粘精罩面混合料，在溫度降低至90℃之前采用鋼輪壓路機(jī)完成碾壓，待罩面層溫度降低至50℃時即可開放交通。 所采用的超粘乳化瀝青具有良好的粘結(jié)性能和耐久性能，可以使超粘精罩面與下承層實現(xiàn)良好粘結(jié)。

2 超粘精罩面混合料設(shè)計

本文基于廣東省江門市G325 線市區(qū)段工程，根據(jù)其氣候、環(huán)境、交通荷載等特點，對瀝青、集料與層間粘結(jié)劑等原材料進(jìn)行了選擇，并對混合料的級配進(jìn)行了設(shè)計。

2.1 瀝青

考慮到應(yīng)用工程的實際需求和效果最優(yōu)化目標(biāo)，本文選用了3 種瀝青，分別是嵌段共聚物—納米復(fù)合改性超粘韌瀝青（以下簡稱超粘韌瀝青）、Novabinder 和市場上某高粘瀝青（以下簡稱高粘瀝青）。對這3 種瀝青進(jìn)行了各項性能指標(biāo)的試驗，技術(shù)要求值參照J(rèn)TG/T 5142-01-2021《公路瀝青路面預(yù)防養(yǎng)護(hù)技術(shù)規(guī)范》，試驗結(jié)果如表1 所示。 從表1 可以看出，在3 種瀝青中超粘韌瀝青的所有指標(biāo)試驗結(jié)果均滿足要求值，可為超粘精罩面提供良好的性能。

表1 瀝青試驗結(jié)果

2.2 集料

超粘精罩面要求采用耐磨耗性能好、粘附性能好、棱角性好的石料。 采用玄武巖集料，其關(guān)鍵指標(biāo)的試驗結(jié)果見表2。從表2 可以看出，選用的玄武巖可以滿足技術(shù)要求。

表2 集料試驗結(jié)果

2.3 最佳油石比與生產(chǎn)級配設(shè)計

成型馬歇爾試件，拌和溫度為185℃，擊實溫度為175℃，雙面擊實50 次。 混合料的體積指標(biāo)與馬歇爾試驗結(jié)果見表3。根據(jù)式（1）計算得出混合料的馬歇爾模數(shù)分別為13.13 kN/mm、13.10 kN/mm、17.96 kN/mm、16.37 kN/mm、14.50 kN/mm， 其中油石比為5.5%時馬歇爾模數(shù)最大。 因此，超粘精罩面混合料的最佳油石比為5.5%。

表3 混合料體積指標(biāo)與馬歇爾試驗結(jié)果

式中：T 為馬歇爾模數(shù)（kN/mm）；MS 為試件的穩(wěn)定度（kN）。

在試驗路江門市G325 線市區(qū)段， 鋪筑厚度為20 mm 的超粘精罩面混合料，選擇NovaPave -II 型的級配范圍，合成級配如圖1 所示。

圖1 超粘精罩面合成級配

在5.5%油石比的前提下，按照合成級配曲線調(diào)試優(yōu)化瀝青混合料。 根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)試驗結(jié)果，超粘精罩面空隙率為13.13%，穩(wěn)定度為7.35 kN，流值為0.28 mm，馬歇爾模數(shù)為26.5 kN/mm。

3 性能驗證

為研究超粘精罩面性能，本次選取市場上某超薄磨耗層以及Novachip B 瀝青薄層罩面進(jìn)行馬歇爾對比試驗。 根據(jù)試驗結(jié)果，市場上某超薄磨耗層空隙率17.60%，馬歇爾模數(shù)為15.60 kN/mm，Novachip B空隙率13.56%，馬歇爾模數(shù)為21.91 kN/mm。

3.1 高溫性能

采用JTG E20-2011《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》中的車轍試驗（T0719-2011）對超粘精罩面、市場上某超薄磨耗層以及Novachip B 瀝青薄層罩面作為對照組來進(jìn)行試驗。 試驗結(jié)果如圖2 所示，3 種瀝青薄層罩面試件的動穩(wěn)定度均超過了5000 次/mm，其中，超粘精罩面的動穩(wěn)定度達(dá)到了7000 次/mm。 由此表明，超粘精罩面的高溫抗車轍性能是非常優(yōu)異的，比Novachip B 型瀝青薄層的動穩(wěn)定度提高了近40%。 究其原因可能有2 個：一是超粘精罩面所用的高粘瀝青具有更高的模量，使得其混合料的高溫穩(wěn)定性更加優(yōu)異； 二是由于超粘精罩面的馬歇爾模數(shù)較高，空隙率小，骨架嵌鎖效果較優(yōu)。

圖2 車轍試驗結(jié)果

3.2 水穩(wěn)定性能

采用標(biāo)準(zhǔn)馬歇爾試驗和凍融劈裂試驗對超粘精罩面、 市場上某超薄磨耗層以及Novachip B 瀝青薄層罩面的水穩(wěn)定性進(jìn)行評價。 標(biāo)準(zhǔn)馬歇爾試驗結(jié)果如圖3 所示。 試件的浸水殘留穩(wěn)定度按式（2）計算，結(jié)果見表4：

表4 浸水殘留穩(wěn)定度結(jié)果

圖3 標(biāo)準(zhǔn)馬歇爾試驗結(jié)果

式中：MS0為試件的浸水殘留穩(wěn)定度（%）；MS1為試件浸水48 h 后的穩(wěn)定度（kN）；MS 為試件浸水30 min 后的穩(wěn)定度（kN）。

凍融劈裂試驗采用標(biāo)準(zhǔn)馬歇爾擊實成型試件，劈裂強度數(shù)據(jù)及強度比如圖4 所示。

圖4 凍融劈裂試驗結(jié)果

由上可知， 3 種薄層罩面瀝青混合料試件的殘留穩(wěn)定度值及凍融劈裂試驗殘留強度比均滿足規(guī)范要求的80%，其中超粘精罩面殘留穩(wěn)定度為92%，強度比為91%，均優(yōu)于其他兩者。

4 實際工程應(yīng)用

4.1 關(guān)鍵施工工序

超粘精罩面主要用于瀝青路面預(yù)防性養(yǎng)護(hù)和矯正性養(yǎng)護(hù)，不可作為結(jié)構(gòu)補強層。 施工前必須做好原路面標(biāo)志標(biāo)線的清理，并采用手提式鼓風(fēng)機(jī)對原路面進(jìn)行嚴(yán)密的清掃，以除去路面細(xì)小灰塵和顆粒、泥土、碎屑及可見水分，防止乳化瀝青在噴灑過程中受到污染，確保超粘磨耗層與原路面更好地粘結(jié)。同時，對施工設(shè)備的檢查同樣重要。在灑鋪之前需要保證每個噴頭可以有效而均勻噴灑，保證攤鋪機(jī)的進(jìn)料口攪拌葉可以正常運行，保證壓路機(jī)等其他設(shè)備可以正常工作。 在起點過渡段超粘精罩面攤鋪后須加上一層耐高溫塑料膜，而后壓路機(jī)進(jìn)行壓實作業(yè)，以確保壓實作業(yè)不會影響后續(xù)路面外觀。

待封路完成、工前清理完成、施工設(shè)備就位以及至少5 輛料車就位后方可開始施工。 為了避免超載，單輛料車的質(zhì)量應(yīng)該控制在15～18 t 左右。開始施工后，應(yīng)確保攤鋪過程順暢進(jìn)行，非特殊情況中途不得中斷。 安排施工人員緊隨攤鋪機(jī)之后，對有缺陷的部位進(jìn)行人工補料，應(yīng)特別留意起終點的過渡段、原路面病害處（裂縫、坑槽等）。 人工補料的同時，鋼輪壓路機(jī)緊隨其后進(jìn)行碾壓作業(yè)，鋼輪壓路機(jī)應(yīng)來回碾壓6～8 次以確保路面壓實度達(dá)到要求。鋼輪壓路機(jī)作業(yè)時應(yīng)該在前輪進(jìn)行噴水處理，避免粘輪現(xiàn)象的發(fā)生。 完成施工后，繼續(xù)養(yǎng)護(hù)約1～2 h 即可開放交通。 應(yīng)注意指引車輛不要在新鋪面上進(jìn)行急剎、起步以及停車等可能會損傷路面結(jié)構(gòu)和平整度的操作。

4.2 路用性能評價

施工后進(jìn)行擺值、構(gòu)造深度與平整度的性能測試，結(jié)果如圖5～7 所示。 可以看出，原路面的路面擺值的均值只有52.7 BPN， 超粘精罩面的施工后，全路段的平均擺值上升至72.7 BPN，較原路面提高約37%，有效提升了該路段的抗滑性能。 原路面的平均構(gòu)造深度為0.84，超粘精罩面的施工后，路面構(gòu)造深度均值提升至1.15，較原路面提升了37%。原路面的平均平整度為1.9 mm，超粘精罩面的施工后，路面平整度均值下降至0.7 mm， 較原路面提升了65%，有效提高了行車舒適性。

圖5 超粘精罩面擺值測試結(jié)果

圖6 超粘精罩面構(gòu)造深度測試結(jié)果

圖7 超粘精罩面擺平整度測試結(jié)果

4.3 工程經(jīng)濟(jì)效益分析

超粘精罩面的服務(wù)壽命在多種不同的瀝青薄層罩面中表現(xiàn)較為優(yōu)秀。 結(jié)合前文對超粘精罩面的高溫性能、 水穩(wěn)定性能與路用性能的試驗結(jié)果來看， 超粘精罩面可以在較大程度上保護(hù)原路面，延長其使用壽命，延后中大修的時間，不僅具有優(yōu)秀的經(jīng)濟(jì)效益，如圖8 所示，還可以減少建筑垃圾的產(chǎn)生，具有一定的環(huán)境效益。

圖8 各類型瀝青薄層罩面經(jīng)濟(jì)效益對比

5 結(jié)論

（1）NovaPave 超粘精罩面的動穩(wěn)定度可達(dá)7120 次/mm，殘留穩(wěn)定度的可達(dá)92%，具有優(yōu)異的高溫穩(wěn)定性和水穩(wěn)定性，可以明顯提高路面整體的抗水損壞性能。

（2）NovaPave 超粘精罩面可以有效地提高路面抗滑性能，路面的擺值與構(gòu)造深度均提高37%。 其中擺值的均值為72.7 BPN， 構(gòu)造深度均值為1.15，平整度均值為0.7 mm，能較好地提升了公路抗滑性能與行駛舒適性。

（3）NovaPave 超粘精罩面施工工序簡單， 可以大量減少自然資源的消耗和建筑垃圾的產(chǎn)生，在施工后1～2 h 便可開放交通，對交通影響小，而且與其他類型瀝青薄層罩面相比具有較高的經(jīng)濟(jì)效益。