公路養(yǎng)護工程超薄磨耗層瀝青混凝土技術的應用

劉希成

（贛州市公路發(fā)展中心尋烏分中心,江西 尋烏 342200）

0 引言

NovaChip超薄磨耗層為1.5～2.5 cm厚的瀝青混凝土路面層，具有抗滑、降噪、抗車轍、抗磨耗、減少水霧等性能優(yōu)勢，對于舊路功能性恢復、預防性養(yǎng)護及交通量大、路面性能要求高的新建高等級公路均較為適用。NovaChip是超薄磨耗層技術之一，其作為路面表面層具備優(yōu)異的抗滑性能，能修復路面既有裂縫，提升路面平整度，并能有效延長路面使用壽命。當前國外學者對于NovaChip超薄磨耗層罩面的研究成果豐富，此項養(yǎng)護技術應用范圍也日益廣泛，但是國內(nèi)對于NovaChip超薄磨耗層養(yǎng)護技術的研究多集中于工程養(yǎng)護效果方面，對超薄磨耗層瀝青混凝土性能、配合比設計等研究較少[1]。通過該文分析，以期為NovaChip超薄磨耗層養(yǎng)護施工技術的推廣應用提供參考。

1 工程概況

某公路樁號K31+000～K137+850，線路長106.85 km，采用瀝青路面，雙向四車道設計，于2012年年底建成通車。該公路所在區(qū)域氣候條件惡劣，夏季高溫，冬季凍融循環(huán)天氣常見。根據(jù)對交通運行規(guī)模的統(tǒng)計，部分路段超載超限車輛多，貨車通行量大，對應路段先后出現(xiàn)坑槽、裂縫、唧漿等病害。

為提升路用性能，公路管理部門決定于2021年底對病害路段加鋪超薄磨耗層瀝青混凝土。病害路段交通量大，無法完全封閉交通，故采用半幅施工半幅封閉的方式。為加快施工進度，半幅施工時采用流水作業(yè)，按照1.5 cm厚度銑刨5 000 m長度，采用清水沖洗銑刨后的路面，晾曬至少24 h并確保路面完全干燥后用鼓風機將路面和縫隙中的雜物、塵土、松散顆粒徹底吹除，此后開始攤鋪，鋪筑厚度為2 cm的斷級配超薄磨耗層罩面。

2 原材料及配合比

2.1 原材料

公路養(yǎng)護中超薄磨耗層瀝青混凝土所使用原材料包括粗細集料、瀝青、礦粉、抗剝落劑等。

（1）集料：磨耗層因位于公路路面表層，直接承受交通荷載，耐磨方面有較高要求，故粗集料應使用白云石、玄武巖、破碎礫石、輝綠巖等高等級公路路面集料。該工程選用干燥潔凈、表面粗糙、無風化、耐磨性優(yōu)良的玄武巖，分5.6～8 mm、8～11.4 mm兩檔。細集料則使用干燥潔凈、無雜質(zhì)、無風化、粒徑4.75 mm以下的石灰?guī)r機制砂，分0～1.2 mm、1.2～2.5 mm兩檔。具體指標見表1。

表1 粗細集料性能

（2）瀝青：瀝青材料既要對集料有較好的握裹力，具備高黏附性，還要具備抗剝離性、防水性和抗磨耗性，故該工程選用超薄磨耗層專用的SBS改性瀝青，性能指標具體見表2。

表2 SBS改性瀝青性能

（3）礦粉：選用工程所在地光明石料廠石灰?guī)r礦粉，性能見表3。

表3 礦粉性能

（4）抗剝落劑：該工程使用AR78型固體抗剝落劑，按照瀝青用量的3‰摻加。

超薄磨耗層混合料為斷級配瀝青混合料[2]，其紋理與開級配磨耗層類似，可顯著提升路表層的耐磨性和抗滑性。結合類似工程施工經(jīng)驗，NovaChip磨耗層抗剪性能比其他級配優(yōu)異，且路用性能優(yōu)良，故該公路試驗段超薄磨耗層采用NovaChip級配。在攤鋪厚度的制約下，超薄瀝青混凝土主要以公稱粒徑在13 mm以內(nèi)的細粒式混凝土為主，級配具體見圖1。

2.2 配合比設計

采用應用較為廣泛的馬歇爾配合比設計方法進行該公路養(yǎng)護超薄磨耗層配合比設計，為驗證超薄磨耗層性能及配合比是否滿足《公路瀝青路面設計規(guī)范》（JTG/D50—2017）要求，還增加了飛散試驗和瀝青混合料析漏試驗。按照瀝青用量分別為4.5%、5.0%、5.5%、6.0%、6.5%成型試件，并進行馬歇爾試驗，試驗結果見表4。

表4 馬歇爾試驗結果

結合規(guī)范以及控制瀝青油膜厚度的考慮，應將最佳油石比確定為5.2%，并在該油石比下進行瀝青混合料飛散試驗和析漏試驗，試驗結果均符合規(guī)范。

3 路用性能驗證

高速公路超薄磨耗層在運行過程中同時受到交通荷載及自然因素的作用，這就對超薄磨耗層力學強度、抗磨耗性、耐久性、抗滑性及行車舒適性提出較高的要求。在施工方案設計階段，必須全面研究超薄磨耗層的高溫穩(wěn)定性、低溫抗裂性、水穩(wěn)性等路用性能。根據(jù)《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》（JTG/E20—2011）成型NovaChip試件，展開車轍試驗、浸水馬歇爾試驗、凍融劈裂試驗、滲水試驗等。

3.1 高溫穩(wěn)定性

將成型14 h的A、B、C三組標準車轍板試件放置在60 ℃烘箱中養(yǎng)護4 h，在60 ℃的溫度下展開車轍試驗，試驗荷載0.7 MPa。根據(jù)試驗結果，A、B、C三組試件動穩(wěn)定度分別為8 484次/mm、8 971次/mm、9 489次/mm，均值為8 981次/mm；車轍深度依次為1.56 mm、1.47 mm、1.45 mm，均值為1.48 mm。根據(jù)試驗結果，NovaChip試件動穩(wěn)定度高出規(guī)范值3 000次/mm，車轍板深度小，高溫穩(wěn)定性能優(yōu)異。

3.2 水穩(wěn)性

瀝青路面結構在水環(huán)境下經(jīng)過溫度脹縮及交通荷載的反復作用，水分將侵入瀝青和集料界面而形成水膜，并在水動力影響下，使瀝青膜從集料表面剝離，引發(fā)路面病害。評價超薄磨耗層瀝青混凝土水穩(wěn)性的方法主要是通過浸水馬歇爾試驗，制備兩組馬歇爾試件，分別在60 ℃水中養(yǎng)護30 min和48 h，檢測并比較兩組瀝青混凝土試件浸水前后力學性能的變動程度[3]。根據(jù)試驗結果，NovaChip試件的水穩(wěn)性均滿足規(guī)范。

3.3 低溫抗裂性

為驗證超薄磨耗層瀝青混合料低溫抗裂性，制備長×寬×高為40 mm×40 mm×250 mm、跨距200 mm的小梁試件，進行-10 ℃彎曲試驗。試驗在MTS810閉環(huán)電液伺服機上展開，并按照50 mm/min的速率加載。根據(jù)試驗結果，在-10 ℃的低溫下，超薄磨耗層瀝青混凝土彎拉應變?yōu)? 087 με，表明瀝青混合料具備較好的低溫抗裂性。

4 超薄磨耗層施工要點

4.1 底層處理

在加鋪超薄磨耗層瀝青混凝土罩面前必須全面檢測原路面外觀及內(nèi)部質(zhì)量，處理和修復原路面病害，具體而言：①對于寬度在0.6～1.3 cm之間的裂縫采用膨脹率達標的填縫料填補；對于寬度在1.3 cm以內(nèi)的裂縫通過瀝青砂填補后壓實即可；②深度在2 cm以上的坑槽、疲勞裂縫、網(wǎng)裂及局部積水等病害必須填補；③錯臺1 cm以上的區(qū)域應先通過壓漿填補脫空后再加鋪找平層處理；④在對舊路面銑刨處理前，應檢查精刨刨鼓、刀頭磨損等情況，并盡可能以較低速度銑刨，避免破壞原路面；⑤對于路面兩側或人工收縮縫兩側等銑刨機無法銑刨到的預留部位，應采用人工方式清掃。待原路面平整度和橫坡度均恢復后，通過清水徹底清洗路面，并晾曬24 h保證原路面清潔干燥，并無松散及不穩(wěn)定顆粒。

4.2 超薄磨耗層瀝青混凝土制備

混合料拌和前應進行拌和機計量系統(tǒng)的檢查和校準，并檢修機械傳動及傳送系統(tǒng)，確保運轉(zhuǎn)正常。根據(jù)實際生產(chǎn)能力及施工進度計劃調(diào)整、更換熱料倉篩網(wǎng)。

在冷料倉取料后采用水篩法進行篩分試驗[4]，根據(jù)試驗結果和設計級配調(diào)整冷料進料比、冷料上料器振幅、轉(zhuǎn)速及料門運轉(zhuǎn)角度。此后從熱料倉取料，進行篩分試驗，根據(jù)試驗結果和設計級配調(diào)整熱料倉進料比。最后通過旋轉(zhuǎn)壓實儀壓實后確定瀝青用量和體積性質(zhì)[5]。根據(jù)以上結果調(diào)整施工配合比。

該工程采用DJ4000型間歇式瀝青拌和機進行超薄磨耗層瀝青混凝土生產(chǎn)，集料和瀝青加熱溫度應控制在180～190 ℃和165～175 ℃之間，拌和溫度不超出170～180 ℃，拌和時間為30～45 s。制備好的超薄磨耗層瀝青混合料通過15 t自卸車運輸?；旌狭涎b車前，必須在車廂側面和底部均勻涂抹防黏劑。裝料期間車輛應前后移動，分次裝料，減少集料離析，裝車后采用雙層防雨布覆蓋車廂，起到防塵、保溫的效果。

4.3 攤鋪及碾壓

攤鋪施工前在原瀝青混凝土路面噴灑Novabond黏層油，噴灑量精確控制在1 L/m2，黏層油噴灑后5 s內(nèi)進行超薄磨耗層混合料攤鋪，攤鋪過程由專門的NovaPaver施工機械一次完成，該專用機械的使用能確保斷級配瀝青混合料和防水黏結層同步施工，一次成型。此時，乳化瀝青上升后裹覆熱拌瀝青混合料。待Novabond黏層油破乳后超薄磨耗層瀝青混凝土層便和原路面牢固黏結，隨后由壓路機碾壓成型。攤鋪溫度控制在150～170 ℃之間，攤鋪速度為9～12 m/min，攤鋪過程中螺旋布料應持續(xù)轉(zhuǎn)動，且混合料高度應至少達到布料器高度的2/3，防止混合料出現(xiàn)離析。

超薄磨耗層碾壓施工過程與SMA施工過程基本一致，NovaChip瀝青混凝土碾壓既要提升壓實度，又必須保證集料穩(wěn)定嵌擠，故該公路超薄磨耗罩面層碾壓施工僅通過1臺10～12 t雙鋼輪壓路機靜壓3遍，即初壓、復壓和終壓。為保證碾壓質(zhì)量，應在熱瀝青混凝土攤鋪完成且路面溫度降至120 ℃前緊跟壓實。壓路機不得在未碾壓成型及攤鋪后的熱瀝青層面停留、轉(zhuǎn)向和掉頭。

縱向接縫采用垂直接縫形式[6]，壓路機碾壓時應位于已經(jīng)壓實層面，先碾壓新鋪筑面層，再逐漸錯過新鋪筑面層后和新攤鋪混合料一起碾壓，最后進行縱向碾壓，保證接縫處混合料平順密實。

4.4 驗收標準

結合現(xiàn)行瀝青混凝土路面施工技術規(guī)范及驗收標準，該公路養(yǎng)護工程超薄磨耗層施工結束后應按照表5要求展開質(zhì)量檢測和驗收[7]。驗收結果表明，該公路路面NovaChip超薄磨耗層瀝青混凝土施工質(zhì)量符合驗收要求。

表5 超薄磨耗層施工質(zhì)量驗收要求

5 結論

綜上所述，NovaChip超薄磨耗層瀝青混凝土養(yǎng)護技術能快速恢復病害路面路用性能，但是無法解決結構性病害，故在磨耗層施工前必須徹底處理好原路面病害。因使用性能優(yōu)良的改性乳化瀝青黏結層、面層混合料及先進的NovaPaver施工機械，超薄磨耗層瀝青混凝土路面抗磨耗、抗滑、抗?jié)B水性能優(yōu)異，可有效防止降雨天氣下路面水膜的形成，提升路面平整度，工期短，能在不中斷交通情況下半幅施工并快速開放交通。