滲固磨耗層技術(shù)在高速公路養(yǎng)護(hù)中的應(yīng)用

李帥

（河北省高速公路集團(tuán)有限公司青銀分公司，石家莊 050021）

1 引言

目前，道路建設(shè)和養(yǎng)護(hù)是行業(yè)發(fā)展兩大主題，道路養(yǎng)護(hù)是緩解工程資金短缺和延長道路使用壽命的有效方法之一。目前,我國道路養(yǎng)護(hù)技術(shù)主要包括霧封層技術(shù)、微表處技術(shù)、銑刨罩面技術(shù)等。本文在現(xiàn)有道路養(yǎng)護(hù)技術(shù)的基礎(chǔ)上，結(jié)合再生霧封層技術(shù)和微表處技術(shù)，提出了一種新型的道路養(yǎng)護(hù)技術(shù)——滲固磨耗層技術(shù)。該技術(shù)為未來高速公路的養(yǎng)護(hù)提供了新的方向。

2 磨耗層配合比設(shè)計(jì)

磨耗層混合料主要是由瀝青、粗細(xì)集料、改性劑、添加劑組成，各個(gè)組成成分對磨耗層的路用性能產(chǎn)生不同影響。

2.1 原材料

2.1.1 乳化瀝青

本次試驗(yàn)路段采用的為90#基質(zhì)石油瀝青，乳化劑選用的是慢裂快凝型陽離子瀝青乳化劑。本次用的改性乳化瀝青蒸發(fā)殘留物軟化點(diǎn)≥62℃，延度（5℃）≥90 cm，BCR蒸發(fā)殘留物的軟化點(diǎn)不低于57℃。

2.1.2 粗細(xì)集料

本文粗集料選用的為玄武巖，細(xì)集料部分也選用玄武巖，磨耗層厚度為集料粒徑最大值，為得到集料的性能指標(biāo)，對其進(jìn)行性能檢測試驗(yàn)。按照規(guī)范對微表處的集料進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)，合成級(jí)配見表1。

表1 集料的級(jí)配范圍

2.1.3 改性劑

本次試試驗(yàn)路段采用陽離子丁苯膠乳型改性劑，該型號(hào)改性劑具有改善蒸發(fā)殘留物的功效[1]。此外，這種改性劑還具有顯著的瀝青混合料高溫穩(wěn)定性及低溫抗裂性改善性能，而且對微表處的瀝青混合料在水平方向的黏結(jié)力也有改善作用，從而可增強(qiáng)豎直方向上的黏結(jié)力，使得集料間的連接更為密實(shí)。

2.1.4 添加劑

本次試試驗(yàn)路段采用水泥添加劑，由于水泥具有和易性、吸水性，其在凝結(jié)固化時(shí)仍然具有一定的強(qiáng)度，是一種剛性材料，與瀝青結(jié)合可以提高路面強(qiáng)度。并且，水泥發(fā)生水化反應(yīng)時(shí)的生成物可以阻隔瀝青混合料內(nèi)部的空隙，形成密實(shí)結(jié)構(gòu)。

2.1.5 水

本次試驗(yàn)攤鋪使用的水為自來水，因?yàn)樵谖⒈硖幉捎玫乃畱?yīng)不含有工業(yè)殘留物質(zhì)及金屬類化合物等會(huì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的雜質(zhì)。即使自來水中含有少量的礦物質(zhì)，但考慮到其對瀝青的影響較小且成本低的原因，采用自來水作為試鋪所用的水。

2.2 磨耗層礦料級(jí)配試驗(yàn)

結(jié)合工程實(shí)際經(jīng)驗(yàn)及規(guī)范要求，本文采用5組不同級(jí)配（級(jí)配1、級(jí)配2、級(jí)配3、級(jí)配4、級(jí)配5）制備磨耗層混合料，并進(jìn)行礦料的配合比設(shè)計(jì)驗(yàn)證，合成級(jí)配見表2。

表2 磨耗層礦料設(shè)計(jì)級(jí)配

對上述5種級(jí)配混合料進(jìn)行成型試樣，通過強(qiáng)度試驗(yàn)可知，5種級(jí)配都符合路面承載強(qiáng)度要求，并對比試樣外表，發(fā)現(xiàn)級(jí)配1成型試樣的效果較好，呈黑色，外表密實(shí)，不泛油，也沒有大粒徑集料裸露。綜合對比考慮后，級(jí)配1更符合試驗(yàn)的現(xiàn)場路面攤鋪要求。

2.3 可拌和時(shí)間試驗(yàn)

在進(jìn)行微表處施工時(shí)，對拌和時(shí)間有著明確的要求，若時(shí)間過長，交通開放的時(shí)間就要延后，若時(shí)間過短，可能造成攤鋪時(shí)不符合規(guī)范要求[2]。混合料受乳化瀝青的影響，而溫度對乳化劑的影響較為顯著，因此，需要考慮溫度對可拌和時(shí)間的影響[3]。利用最佳配合比的級(jí)配，模擬不同溫度（25℃、40℃、50℃）環(huán)境下可拌和時(shí)間的變化規(guī)律（見圖1），研究溫度對混合料可拌和時(shí)間的影響。

圖1 不同溫度環(huán)境下可拌和時(shí)間的變化規(guī)律

由圖1可知，在最佳配合比下，溫度若超過50℃，可拌和時(shí)間可能不符合規(guī)范，且在40~50℃，可拌和時(shí)間減短明顯，即拌和水的蒸發(fā)越快。

水泥和水都是本次試驗(yàn)路段采用混合料的添加劑，水泥作為一種剛性材料，可以改善路面的抗壓強(qiáng)度[4]。同時(shí)，水泥也具有和易性，對乳化瀝青的性質(zhì)也有著顯著影響。因此，需要研究水泥和水的摻量對可拌和時(shí)間的影響。

控制環(huán)境溫度為25℃，在水泥摻量分別為1%、3%、5%時(shí)做3組平行試驗(yàn)，研究其對混合料可拌和時(shí)間的影響（見表3）。

表3 水泥摻量對可拌和時(shí)間的影響

控制環(huán)境溫度和水泥摻量兩者為常量，改變水的摻量（5%、6%、8%）做3組平行實(shí)驗(yàn)，研究混合料可拌和時(shí)間在不同的水摻量條件的影響（見表4）。

表4 水摻量對可拌和時(shí)間的影響

通過試驗(yàn)還可得到：骨料級(jí)配越接近上限，水分吸收越快，則攤鋪時(shí)表面更干燥。

3 滲固磨耗層的工程應(yīng)用

3.1 工程概況

某工程試驗(yàn)路段標(biāo)段為K2+300~K2+800，是省內(nèi)南北連接的主要干道，同時(shí)也是與其他省份相接的主要干道?，F(xiàn)對該實(shí)驗(yàn)路段進(jìn)行路面改造，利用滲固磨耗層技術(shù)改善其路用性能，其施工流程為：封閉交通→清潔路面→病害處理→噴灑滲固劑→攤鋪磨耗層→接縫收邊→初期養(yǎng)護(hù)→開放交通。

3.2 病害處理

瀝青路面的設(shè)計(jì)年限通常約為10 a，但由于施工、氣候和交通荷載等因素的影響，路面在2~3 a內(nèi)就會(huì)出現(xiàn)不同程度的破壞。

面層和基層受到損害，需要根據(jù)病害情況和輪廓挖除并修補(bǔ)路面。發(fā)現(xiàn)瀝青路面有不小于4 mm的裂縫時(shí)，應(yīng)該采用灌縫處理，剔除縫內(nèi)雜物并灌入瀝青。對于發(fā)生沉陷的嚴(yán)重裂縫，應(yīng)將基層和面層開挖后回填混凝土，最后攤鋪瀝青混合料。對于深度不小于2 cm的車轍，將面層刨銑干凈后，再攤鋪瀝青混合料。

3.3 施工方法

3.3.1 封閉交通

與當(dāng)?shù)亟煌ㄟ\(yùn)輸部門協(xié)商，確定合理的交通管制方案，分段鋪設(shè)。

3.3.2 清潔路面

采用灑水車沖洗路面有泥土的區(qū)域，同時(shí)采用大功率的吹風(fēng)機(jī)清掃路面，并沿途保護(hù)路面上的雨水井蓋、檢查井蓋、路緣石等設(shè)施。在施工之前，要保證路面處于干燥狀態(tài)且路表溫度在15℃以上。

3.3.3 噴灑滲固劑在路面病害預(yù)處理之后，需要事先測算的滲固劑灑布量，再利用灑布車進(jìn)行噴灑滲固劑的工作。為了確定灑布車的噴灑速度和噴灑量，需要進(jìn)行滲固劑的試噴。天氣因素對乳化瀝青破乳速率有著顯著的影響，因此，選擇在晴天進(jìn)行噴灑工作。滲固劑作為一種再生材料需要在噴灑后養(yǎng)護(hù)一段時(shí)間，且為了減少對交通運(yùn)行的影響，應(yīng)避免一次性完成噴灑工作，可以分段施工。

3.3.4 攤鋪微表處

在目測瀝青全部破乳發(fā)黑后，施工設(shè)備選用美國生產(chǎn)的M210型車輪攤鋪機(jī)。通過路面車道寬度和滑道高度調(diào)整參數(shù)，按配合比拌和好的混合料倒入料斗內(nèi)，并保持?jǐn)備佨嚢?.2 km/h的速度勻速前進(jìn)以保證攤鋪速度和攤鋪量一致。攤鋪?zhàn)鳂I(yè)時(shí)，需要現(xiàn)場技術(shù)人員站在攤鋪槽兩端，使用鐵鍬進(jìn)行收邊。攤鋪完一段，攤鋪車開走后對攤鋪槽進(jìn)行人工清潔。

3.3.5 初期養(yǎng)護(hù)

混合料攤鋪后等待水分蒸發(fā)以保證路面具備一定強(qiáng)度后即可開放交通。路面溫度控制在約16℃。施工時(shí)如若時(shí)晴天，3 h后即可開放交通。在車輛碾壓后，集料會(huì)更為緊實(shí)。

4 結(jié)語

基于滲固磨耗層技術(shù)，依托某試驗(yàn)路面養(yǎng)護(hù)工程，綜合研究滲固磨耗層新工藝的路用性能，確定了磨耗層的級(jí)配比和添加劑的摻量。研究發(fā)現(xiàn)，滲固磨耗層技術(shù)在高速公路瀝青路面養(yǎng)護(hù)工程中應(yīng)用效果良好，作為一種組合式養(yǎng)護(hù)技術(shù)，結(jié)合了霧封層和微表處的優(yōu)勢，推動(dòng)了新型技術(shù)在道路養(yǎng)護(hù)工程中的應(yīng)用。