HET-Y(B)高性能超薄罩面在廣韶高速公路養(yǎng)護(hù)中的應(yīng)用

張琪元彤，豆瑩瑩，許新權(quán)，伍 宇

(1.廣東省路橋建設(shè)發(fā)展有限公司，廣州 510623；2.廣東交科技術(shù)研發(fā)有限公司，廣州 510550)

0 引言

近年來，隨著交通經(jīng)濟(jì)的快速增長，重載、超載車輛的交通量也隨之增加，加速了瀝青路面病害的發(fā)生，縮短了路面的服役期限[1-2]。為進(jìn)一步延長重交通高速公路的使用壽命，提升路面耐久、耐磨、降噪、抗高溫、抗開裂、抗水損害等性能，同時(shí)降低施工經(jīng)濟(jì)成本[3-4]，道路工作者開展了薄層罩面加鋪技術(shù)的研究，并逐步在實(shí)際工程中推廣應(yīng)用。

廣東省2005年以后開始研究和使用超薄薄層技術(shù)，用于矯正高速公路的裂縫和輕微車轍，以及抗滑能力不足等問題，如UTAC-10等[5-6]。由于相關(guān)工藝和技術(shù)不成熟，相關(guān)工程的技術(shù)效果不能令人滿意。在此背景下，廣東高速公路管理部門逐漸放棄了UTAC-10，轉(zhuǎn)而大量采用技術(shù)相對(duì)成熟的NovaChip技術(shù)。然而，由于NovaChip存在專利限制、施工成本高昂等問題，該技術(shù)在廣東的推廣應(yīng)用并不是很理想[7-8]。近年來，吳傳海[9]等針對(duì)廣東濕熱地區(qū)重載交通的環(huán)境，研發(fā)了HET(High Performance and Economical Thin Layer Techonology)系列抗滑耐久薄層，已在廣東多個(gè)新建道路及養(yǎng)護(hù)工程中得到了推廣應(yīng)用，并取得了良好的效果。

本文根據(jù)以往的理論研究及工程應(yīng)用，以廣韶高速公路養(yǎng)護(hù)工程為依托，著重對(duì)HET-Y(B)高性能經(jīng)濟(jì)薄層罩面混合料的配合比設(shè)計(jì)及路用性能進(jìn)行研究，通過現(xiàn)場施工對(duì)施工工藝及應(yīng)用效果進(jìn)行評(píng)價(jià)，期望更好地為HET系列薄層罩面的推廣應(yīng)用提供參考。

1 HET薄層罩面的優(yōu)點(diǎn)

根據(jù)近年來廣東省內(nèi)高速公路瀝青路面預(yù)防養(yǎng)護(hù)措施的應(yīng)用情況，主要針對(duì)薄層罩面的養(yǎng)護(hù)類型、加鋪厚度、使用年限、主要功能等進(jìn)行調(diào)研對(duì)比(表1)。

表1 不同類型的薄層罩面使用情況對(duì)比

經(jīng)調(diào)研對(duì)比，HET薄層罩面具有以下優(yōu)點(diǎn)：

(1)針對(duì)不同應(yīng)用場景，可量身定制。對(duì)于營運(yùn)公路提出了HET-Y型薄層罩面，針對(duì)不同工況及應(yīng)用場景分為2.0～2.5cm HET-Y(A)型、1.0～1.5cm HET-Y(B)型和2.0～2.5cm HET-Y(C)型[9]。

(2)性能優(yōu)良，經(jīng)濟(jì)耐久。HET混合料所用瀝青為自主研發(fā)的專用高粘彈改性瀝青，需滿足瀝青60℃動(dòng)力粘度≥350 000Pa·s的要求，HET薄層罩面使用壽命可達(dá)4～8年。

(3)施工便捷，路面質(zhì)量可有效控制。HET高性能瀝青混合料易于加工，施工和易性好，施工后路面質(zhì)量均勻、密實(shí)，性能優(yōu)異。

2 廣韶高速公路薄層罩面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案

京港澳高速公路粵境韶關(guān)甘塘至廣州太和段(簡稱“廣韶高速”)北起韶關(guān)甘塘，接京港澳高速公路粵境北段，起點(diǎn)樁號(hào)為K1951+840，終點(diǎn)樁號(hào)為K2150+420，全長198.58km。2005年9月對(duì)原六車道路基四車道路面進(jìn)行擴(kuò)建，2006年10月對(duì)全線進(jìn)行罩面大修，其中韶關(guān)段水泥砼路面進(jìn)行了白加黑工程，目前全線主要為瀝青路面。

經(jīng)過近幾年的持續(xù)養(yǎng)護(hù)維修，京港澳高速公路粵境韶關(guān)至廣州段路面狀況得到了較大幅度的提升，總體狀況良好。但局部路段仍存在坑槽密集、連續(xù)橫縱裂縫等病害，亟待處治解決。

近年來，廣韶高速交通量呈逐年快速遞增的趨勢，且重車比例大，在行車荷載及雨水作用下，部分瀝青路面出現(xiàn)了不同程度的病害，個(gè)別位置存在粗集料散失的情況。經(jīng)廣韶高速原路面病害狀況檢測，對(duì)車轍深度在10mm范圍內(nèi)的路段，設(shè)計(jì)加鋪1.0cm HET-Y(B)高性能超薄罩面，所采用的路面處治結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 路面處治結(jié)構(gòu)

3 HET-Y(B)超薄罩面配合比設(shè)計(jì)及性能要求

結(jié)合重交通高速公路薄層體系的主要功能需求和結(jié)構(gòu)性能，薄層體系一般對(duì)抗滑、密水、耐久和穩(wěn)定性能等有較高的技術(shù)要求[10-11]。采用馬歇爾配合比設(shè)計(jì)方法進(jìn)行骨架密實(shí)型HET-Y(B)瀝青混合料級(jí)配設(shè)計(jì)，通過適配的3組不同礦料初選級(jí)配，確定了最終的礦料合成級(jí)配組成和合成級(jí)配曲線，分別見表2和圖2所示。

圖2 HET-Y(B)礦料合成級(jí)配曲線

根據(jù)選定的級(jí)配，分別以6.3%、6.3%±0.3%的油石比進(jìn)行馬歇爾擊實(shí)試驗(yàn)。HET-Y(B)混合料的拌和溫度為175℃～185℃，擊實(shí)溫度為170℃～180℃，雙面擊實(shí)75次成型試件。通過測試馬歇爾試件的體積指標(biāo)確定最佳油石比為6.6%，其中顆粒木質(zhì)纖維摻量為瀝青混合料質(zhì)量的0.3%，同時(shí)對(duì)混合料的析漏損失和飛散損失進(jìn)行了測試，測試結(jié)果均滿足規(guī)范技術(shù)要求(表3)。

表3 HET-Y(B)混合料試驗(yàn)結(jié)果

通過對(duì)HET-Y(B)高性能瀝青混合料的水穩(wěn)定性、高溫穩(wěn)定性、低溫抗裂性和抗疲勞性能進(jìn)行綜合分析，提出了HET-Y(B)高性能瀝青混合料的技術(shù)要求(表4)。

表4 HET-Y(B)高性能瀝青混合料技術(shù)要求

4 施工工藝及工程應(yīng)用效果

4.1 施工工藝

4.1.1 混合料生產(chǎn)

HET-Y(B)高性能超薄罩面使用的是專用的高粘彈改性瀝青。不同于普通混合料的溫度，高粘彈改性瀝青混合料對(duì)溫度的要求較高，要求高粘彈改性瀝青混合料的生產(chǎn)溫度應(yīng)控制在185℃～195℃，瀝青加熱溫度控制在175℃～185℃，集料加熱溫度控制在190℃～210℃。施工單位在瀝青拌和樓設(shè)置專人測溫，對(duì)每一車混合料的溫度進(jìn)行檢測，并詳細(xì)、準(zhǔn)確地記錄，供拌和樓及時(shí)調(diào)整溫度使用?；旌狭仙a(chǎn)時(shí)設(shè)定合理的干拌和濕拌時(shí)間，對(duì)于高粘瀝青混合料的拌和時(shí)間相對(duì)于普通改性瀝青混合料應(yīng)適當(dāng)延長，干拌時(shí)間控制在15s～20s，濕拌時(shí)間控制在55s～60s，每一鍋瀝青混合料的拌和時(shí)間應(yīng)為70s～80s。采用直排式下料，料車裝料時(shí)不能堆太高，采用五點(diǎn)裝料法，避免混合料在車廂內(nèi)產(chǎn)生離析。

4.1.2 混合料攤鋪

HET-Y(B)高性能超薄罩面采用專用設(shè)備福格勒1800-3 SJ同步攤鋪機(jī)進(jìn)行施工，即瀝青混合料和乳化瀝青同步攤鋪,如圖3所示。該設(shè)備可一次性完成乳化瀝青噴灑、熱瀝青混合料攤鋪及熨平。

圖3 高性能薄層罩面現(xiàn)場同步攤鋪施工

瀝青混合料攤鋪前，必須調(diào)整好攤鋪機(jī)的各項(xiàng)施工參數(shù)，包括攤鋪系數(shù)、行走速度、螺旋高度以及夯錘的振搗頻率等關(guān)鍵參數(shù)，以滿足薄層路面良好的施工效果。根據(jù)現(xiàn)場路面的實(shí)際攤鋪效果，建議攤鋪速度為4～5m/min。為了使攤鋪機(jī)更均勻地布料，防止路面出現(xiàn)離析現(xiàn)象，可在攤鋪機(jī)兩側(cè)加裝螺旋葉片，使螺旋布料器末端距物料檔板的距離控制在20～30cm。攤鋪機(jī)的后部及兩側(cè)均設(shè)置灑布粘層油的噴嘴，混合料與粘層油同步施工,如圖4所示。薄層罩面的粘層油設(shè)計(jì)用量為1.0kg/cm2，路面灑布均勻。建議將改性乳化瀝青的溫度提升到70℃左右，四周的管道全部疏通，以提高粘層油灑布的均勻性，增強(qiáng)層間的黏結(jié)。

圖4 粘層油均勻?yàn)⒉?/p>

4.1.3 混合料碾壓

HET-Y(B)高性能瀝青混合料的和易性較好，混合料容易碾壓成型，一個(gè)作業(yè)面配備2臺(tái)13t雙鋼輪壓路機(jī)即可完成碾壓作業(yè)。經(jīng)施工現(xiàn)場采用不同的碾壓工藝進(jìn)行對(duì)比，碾壓效果分析見表5。

表5 薄層罩面碾壓工藝效果對(duì)比

1號(hào)碾壓工藝共4遍，碾壓效果良好，骨架結(jié)構(gòu)明顯，瀝青油膜保護(hù)較好，表面的光澤度良好；2～4號(hào)碾壓工藝均有過壓現(xiàn)象，其中3～4號(hào)碾壓工藝過壓明顯，導(dǎo)致路面發(fā)黃，油膜被刺破。最終推薦采用1號(hào)碾壓工藝進(jìn)行HET-Y(B)高性能經(jīng)濟(jì)薄層罩面的碾壓?，F(xiàn)場單幅路面、雙幅路面施工碾壓作業(yè)如圖5和圖6所示。

圖5 單幅路面施工碾壓作業(yè)

圖6 雙幅路面施工碾壓作業(yè)

4.2 工程應(yīng)用效果

在廣韶高速養(yǎng)護(hù)工程中，采用了1.0cm HET-Y(B)高性能超薄罩面，通過芯樣厚度、平整度、滲水系數(shù)、構(gòu)造深度等指標(biāo)對(duì)加鋪的HET-Y(B)超薄罩面性能進(jìn)行了測試，測試結(jié)果見表6。

由表6可知，HET-Y(B)厚度檢測輪跡帶位置攤鋪厚度為14～15mm，車道中間及車道外側(cè)厚度為13～14mm，實(shí)測厚度大于設(shè)計(jì)厚度。這主要是由于輪跡帶位置處原路面車轍較深，未經(jīng)車轍處治直接加鋪1.0cm HET-Y(B)不能滿足需求。根據(jù)工程應(yīng)用效果得出：車轍深度小于6mm時(shí)，采用1.0cm HET-Y(B)攤鋪效果稍好；車轍深度在6～10mm之間時(shí)，建議對(duì)車轍處治后再加鋪或采用1.2cm HET-Y(B)薄層罩面。試驗(yàn)路滲水系數(shù)共檢測6點(diǎn)，其中輪跡帶位置檢測3點(diǎn)，車道中間位置檢測3點(diǎn)，均滿足滲水系數(shù)≤120mL/min的設(shè)計(jì)要求。試驗(yàn)路碾壓情況良好，構(gòu)造深度基本為1.0mm左右，均滿足設(shè)計(jì)要求。

表6 HET-Y(B)試驗(yàn)路性能檢測試驗(yàn)結(jié)果

5 結(jié)論

以廣韶高速養(yǎng)護(hù)工程為依托，通過對(duì)HET-Y(B)高性能混合料配合比設(shè)計(jì)、路用性能評(píng)價(jià)、施工工藝及工后應(yīng)用效果分析，主要結(jié)論：

(1)原瀝青路面車轍深度小于6mm時(shí)，建議采用1.0cm HET-Y(B)薄層罩面；車轍深度在6～10mm之間時(shí)，建議對(duì)車轍處治后再加鋪或采用1.2～1.5cm HET-Y(B)薄層罩面。

(2)采用馬歇爾配合比設(shè)計(jì)方法，確定了HET-Y(B)高性能混合料礦料合成級(jí)配，得到最佳油石比為6.6%，其中顆粒木質(zhì)纖維摻量為混合料質(zhì)量的0.3%。經(jīng)過測試驗(yàn)證，混合料的路用性能滿足要求。

(3)通過工程應(yīng)用，對(duì)施工質(zhì)量關(guān)鍵的控制參數(shù)進(jìn)行了研究，形成HET-Y(B)高性能混合料生產(chǎn)、碾壓、攤鋪施工工藝。經(jīng)工后路面性能指標(biāo)檢測，工程應(yīng)用效果良好。