公路預(yù)防性養(yǎng)護(hù)極薄磨耗層的應(yīng)用

鄧?yán)饲?/p>

（龍門縣地方公路管理站,廣東 龍門 516800）

0 引言

瀝青路面在運行過程中受到行車荷載及氣候環(huán)境的綜合影響，路用性能持續(xù)衰減。為保持路面良好的使用性能，必須在恰當(dāng)?shù)臅r機進(jìn)行預(yù)防性養(yǎng)護(hù)。Thus系列極薄磨耗層罩面技術(shù)是近年來較為常見的一種高等級公路預(yù)防性養(yǎng)護(hù)技術(shù)，與Novachip超薄磨耗層類似，極薄磨耗層混合料設(shè)計階段必須合理確定最佳油石比，并根據(jù)體積特性及油膜厚度等指標(biāo)，充分考慮混合料空隙率較大的實際，提出合理的設(shè)計方案。為此，該文針對工程實際，對Thus-12極薄磨耗層混合料路用性能展開測試，并對施工控制要點展開分析探討。

1 極薄磨耗層技術(shù)優(yōu)勢

Thus-12極薄磨耗層厚度通常在1.0～1.6 cm之間，其混合料瀝青在復(fù)配改性后既能直接添加進(jìn)瀝青攪拌后使用，也能直接添加進(jìn)拌和站拌和缸使用；Thus-Bond改性瀝青采用主動抗水設(shè)計，可提供超強的黏結(jié)力和抗水性能，防止磨耗層脫落；采用Thus-Binder瀝青混合料和Thus-Bond改性乳化瀝青黏結(jié)層同步攤鋪[1]，增強罩面層的黏結(jié)性和防水性，可快速開放交通；極薄磨耗層可明顯改善路面抗滑性能，降雨天氣減少行車水霧，避免車輛側(cè)滑；其優(yōu)良的間斷開級配骨架結(jié)構(gòu)具備優(yōu)異的抗磨耗性能，可避免瀝青路面表面功能過快衰減。

Thus-12極薄磨耗層罩面通常直接加鋪在道路表面，養(yǎng)護(hù)施工簡便，可快速開放交通；厚度薄且造價低，對道路附屬設(shè)施幾乎無影響，可有效避免路面養(yǎng)護(hù)過程對既有結(jié)構(gòu)的擾動和破壞。

2 極薄磨耗層技術(shù)應(yīng)用實例

2.1 工程概況

某公路起訖樁號K38+110～K72+000段原路面結(jié)構(gòu)表層為Superpave12.5，在持續(xù)運行的十余年間，從未進(jìn)行過路面大修，隨著運行時間的延長及交通荷載的持續(xù)作用，路面抗滑性能明顯下降，特別是位于長大縱坡路段的K42+400～K48+600段上行向。根據(jù)公路管理部門以及公路養(yǎng)護(hù)技術(shù)國家工程研究中心聯(lián)合出具的該公路段路面構(gòu)造深度檢測評定報告，路面總體構(gòu)造深度0.20～0.59 mm，其中上行向構(gòu)造深度為0.20～0.47 mm，抗滑性能為中等偏次水平。為徹底解決該路段抗滑性能不足，交通事故逐年增多的問題，決定對該病害路段直接加鋪1.5 cm厚的Thus-12瀝青混合料極薄磨耗層。

2.2 原材料

公路極薄磨耗層施工所用材料主要有粗細(xì)集料、礦粉、瀝青膠結(jié)料、改性乳化瀝青等，極薄磨耗層設(shè)計的關(guān)鍵環(huán)節(jié)在于集料選擇及級配設(shè)計。磨耗層厚度必須降低至12 mm以下，故對集料及礦粉等材料的強度、含泥量、磨耗等性能有較高要求。

（1）粗集料：極薄磨耗層鋪筑于道路表層，直接承受輪載作用，對粗集料的耐磨性有較高要求。洛杉磯磨耗損失指標(biāo)是表征粗集料抗磨性、耐久性、抗車轍性能的主要指標(biāo)，故該工程選用質(zhì)硬、清潔干燥、無風(fēng)化、粒徑在5～8 mm、洛杉磯磨耗損失為17.4%的輝綠巖，表觀相對密度和毛體積相對密度分別為3.072和3.018，含泥量0.721%，吸水率0.78%，集料間隙率42.9%，性能滿足規(guī)范要求。

（2）細(xì)集料：選用質(zhì)硬、干燥潔凈、無風(fēng)化的輝綠巖，粒徑在0～3 mm之間，表觀相對密度和毛體積相對密度分別為2.741、2.705，吸水率1.73%，砂當(dāng)量84%。

（3）礦粉：為保證礦粉與瀝青膠結(jié)料較好黏結(jié)，該工程所用礦粉潔凈干燥、具備一定篩孔通過率，表觀密度為2.759 g/cm3，0.075 mm、0.6 mm篩孔通過率分別為95%和100%，加熱后性能穩(wěn)定、顏色無明顯變化。

（4）改性乳化瀝青：極薄磨耗層空隙率較大，所用改性乳化瀝青必須具備較好的耐久性和黏結(jié)力，根據(jù)該工程交通荷載、氣候條件、公路等級、集料級配，選用Thus-Bond改性瀝青。該類型改性乳化瀝青材料能提供超強的抗水性能和黏結(jié)力，防止磨耗層脫落，Thus-Bond改性瀝青采用機械方式噴灑，快速破乳后便可開放交通。該工程所用Thus-Bond改性瀝青25 ℃賽波特黏度為20～60 s，24 h儲藏穩(wěn)定性1.0%，1.18 mm篩上剩余量為0.05%，蒸餾固含量65%，破乳速度40 min。

（5）添加劑：在Thus-Bond改性瀝青基礎(chǔ)上復(fù)配添加劑，使添加劑與瀝青材料中的不飽和鍵產(chǎn)生膠聯(lián)反應(yīng)，并同時生成網(wǎng)狀共聚物，提升瀝青材料與石料的黏附力，減少或避免行車碾壓下混合料中瀝青材料上浮而堵塞空隙。該工程按照瀝青用量的1.5%摻加添加劑，摻加復(fù)配劑后瀝青混合料性能檢測結(jié)果詳見表1，均滿足規(guī)范。

表1 摻加復(fù)配劑后瀝青混合料性能

2.3 礦料級配

為提升極薄磨耗層表面性能，并防止其表面性能快速衰減，極薄磨耗層瀝青混合料采用2.36～4.75 mm處斷級配和2.36 mm以下開級配組合設(shè)計，混合料級配要求見表2。

表2 混合料級配要求

2.4 最佳油石比

按照設(shè)計級配所對應(yīng)的礦料組合，借鑒相關(guān)研究成果和設(shè)計經(jīng)驗，在極薄磨耗層油膜厚度限制下，應(yīng)用油膜法[2]進(jìn)行瀝青用量的確定，得出合成礦料的表觀相對密度為4.27 m2/kg，被集料所吸收的瀝青結(jié)合料比例為0.23%，有效瀝青用量在3.96%～5.28%之間，瀝青膜有效厚度9～12 μm，預(yù)計最佳瀝青用量4.2%～5.5%。

基于以上分析結(jié)果并結(jié)合該公路工程實際，分別按照3.5%、4.0%、4.5%、5.0%、5.5%的油石比成型標(biāo)準(zhǔn)擊實馬歇爾試件，所用礦料必須放置在105 ℃烘箱中烘干，改性瀝青按照160～170 ℃的溫度加熱及140～150 ℃溫度壓實。待結(jié)束擊實試驗后將全部試模冷卻12 h以上至室溫。采用體積法[3]進(jìn)行試件各項物理指標(biāo)值的計算，并將不同油石比下各項物理指標(biāo)的取值整理至表3。

表3 不同油石比下物理指標(biāo)的取值

根據(jù)表中結(jié)果，當(dāng)油石比在4.5%～5.5%范圍內(nèi)取值時試件各項性能指標(biāo)均滿足《公路瀝青路面預(yù)防養(yǎng)護(hù)技術(shù)規(guī)范》（JTG/T 5142—01—2021）中對極薄磨耗層的要求。為進(jìn)一步明確最佳油石比，以4.5%、4.8%及5.1%的油石比展開析漏試驗，確定高溫狀態(tài)下瀝青混合料中所析出自由瀝青數(shù)量，并檢測瀝青混合料最大瀝青用量。具體而言，按照《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》（JTG E20—2011）的規(guī)定采用當(dāng)前應(yīng)用最為廣泛的燒杯法，且析漏損失均值不超出0.2%為合格。根據(jù)試驗結(jié)果，以4.8%為最佳油石比。

2.5 施工控制要點

該公路路面極薄磨耗層施工按照常規(guī)瀝青混合料施工要求執(zhí)行，所用瀝青混合料通過實際生產(chǎn)能力至少為120 mt/h的間歇式熱拌和站制備；為保證施工質(zhì)量，攤鋪設(shè)備必須能同步進(jìn)行Thus-Bond改性瀝青黏層噴灑和極薄磨耗層熱拌混合料攤鋪施工；通過雙鋼輪壓路機碾壓超薄磨耗層。現(xiàn)場還需配備1臺具備加熱功能的乳化瀝青罐車，保證乳化瀝青溫度。

2.5.1 原路面處理

極薄磨耗層預(yù)防性養(yǎng)護(hù)罩面厚1.5 cm，在罩面施工前必須徹底處治原路面破損、裂縫等病害，對于寬度超出6 mm的裂縫必須灌縫處理，同時清除原路面標(biāo)線；采用手推式路面吹風(fēng)機徹底吹除路面雜物、塵土，保持路面干燥整潔。極薄磨耗層和原路面起點、終點、橋梁伸縮縫等接縫必須設(shè)置0.3%縱坡，并從接縫處向后延伸，按照1.5～0 cm的深度整幅漸變銑刨。

2.5.2 混合料制備

根據(jù)目標(biāo)配合比調(diào)整生產(chǎn)配合比，在調(diào)整過程中，材料、篩網(wǎng)配置、加熱溫度、除塵強度等工藝必須與實際生產(chǎn)過程保持一致?；旌狭峡偢砂钑r間至少15 s，噴入瀝青后濕拌時間至少50 s。拌制好的混合料存放于儲料倉，當(dāng)天必須用完，存放期間溫度降幅不超出10 ℃。改性瀝青具有較大黏度，對拌和溫度要求也較高，集料溫度應(yīng)高出瀝青溫度30～40 ℃，混合料加熱溫度及出廠、攤鋪溫度按照表4進(jìn)行控制。

表4 施工溫度控制要求

2.5.3 攤鋪、碾壓

極薄磨耗層攤鋪施工必須使用維特根集團(tuán)福格勒同步攤鋪機，該施工機械應(yīng)多設(shè)計1個乳化瀝青儲罐和1套乳化瀝青灑布系統(tǒng)，可同步進(jìn)行改性乳化瀝青黏結(jié)劑噴灑和極薄磨耗層瀝青混合料攤鋪施工。攤鋪開始前進(jìn)行攤鋪機噴灑量的標(biāo)定，保證精確度，瀝青混合料攤鋪施工溫度應(yīng)不超出160～170 ℃范圍，改性乳化瀝青噴灑的最理想溫度為70～80 ℃，灑布量為1.0～1.2 kg/m2。攤鋪機熨平板主振動夯錘和輔助振動夯錘頻率分別為3級和6級，熨平板整體平順，板間縫隙應(yīng)無拉痕；混合料高度基本位于螺旋布料器高度的2/3處，以便及時收回料斗內(nèi)攤鋪余料。

根據(jù)設(shè)計攤鋪速度將螺旋布料器調(diào)整至穩(wěn)定均衡的轉(zhuǎn)動狀態(tài)，兩側(cè)混合料高度應(yīng)不低于送料器高度的2/3，攤鋪機行進(jìn)速度應(yīng)控制在3.0～4.5 m/min以內(nèi)，勻速行駛。

極薄磨耗層碾壓施工采用12 t的BW202型雙鋼輪壓路機靜壓3遍，前兩遍碾壓速度為2～3 km/h，最后1遍碾壓速度為3.0～4.5 km/h。碾壓施工必須在路面混合料溫度降至120 ℃之前完成，待路表溫度降至50 ℃后開放交通。

3 施工質(zhì)量控制及檢測

公路路面極薄磨耗層養(yǎng)護(hù)施工質(zhì)量包括混合料級配、瀝青用量、攤鋪厚度、碾壓溫度、平整度和壓實度等?，F(xiàn)場溫度測試必須使用插入式溫度計，而非紅外線溫度計；瀝青用量和混合料級配必須在運輸車內(nèi)和攤鋪現(xiàn)場取樣檢測；攤鋪厚度應(yīng)在熨平板后方攤鋪全寬范圍檢測[4]。

瀝青混合料制備過程中每天均應(yīng)展開焚燒試驗、旋轉(zhuǎn)壓實試驗，瀝青含量、礦料級配等檢測結(jié)果的合格率均在96%及以上；瀝青混合料拌和均勻后不存在花白、離析、成團(tuán)結(jié)塊。極薄磨耗層施工質(zhì)量控制要求詳見表5。

表5 極薄磨耗層施工質(zhì)量控制要求

該公路路面極薄磨耗層施工結(jié)束后路表面平整均勻，無松散、泛油、離析及裂縫，缺陷面積之和不超出待檢測面積的0.03%。極薄磨耗層施工質(zhì)量檢測結(jié)果詳見表6，施工質(zhì)量完全滿足規(guī)范要求。

表6 極薄磨耗層施工質(zhì)量檢測結(jié)果

4 結(jié)論

工程應(yīng)用結(jié)果表明，極薄磨耗層設(shè)計級配所要求的最佳瀝青用量為4.8%，對應(yīng)的油膜厚度和混合料體積指標(biāo)均滿足規(guī)范；根據(jù)析漏試驗和水損害試驗結(jié)果，瀝青混合料中不產(chǎn)生多余自由瀝青，混合料具備較好的抗水損性能，且混合料級配滿足穩(wěn)定骨架結(jié)構(gòu)要求。該試驗路段于2020年2月鋪筑完成，經(jīng)過近1年的運營及跟蹤檢測，路用性能良好，表明極薄磨耗層預(yù)防性養(yǎng)護(hù)技術(shù)與常規(guī)瀝青路面施工技術(shù)相比，空隙率大，能顯著改善路面平整度和抗滑性能，提升行車安全性和舒適性。