高黏高彈超薄罩面在公路瀝青路面更新改造中的應(yīng)用探究

翁開翔

（深圳市特區(qū)建工集團(tuán)有限公司，廣東 深圳 518034）

0 引言

隨著社會經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，公眾對出行環(huán)境的要求越來越高，瀝青路面作為一種柔性路面結(jié)構(gòu)，不僅具有良好的行車舒適性，還能夠提供一個(gè)安全的行車環(huán)境，因而成為公路建設(shè)的首選方案。然而，隨著瀝青路面使用年限的增加，路面會出現(xiàn)開裂、變形、坑槽等病害，同時(shí)在陽光、雨水等綜合環(huán)境作用下，瀝青路面也會出現(xiàn)表面泛白、松散掉粒等問題，行車安全性及行車舒適性均會下降，因此公路路面尤其瀝青路面需要更新。

傳統(tǒng)的瀝青路面更新技術(shù)手段主要是銑刨翻新，即將原有的瀝青路面銑刨單層或多層后，重新鋪筑瀝青混凝土結(jié)構(gòu)層，能夠較為徹底地處治瀝青路面的結(jié)構(gòu)性病害。對于城市國省道干線，大部分瀝青路面結(jié)構(gòu)狀況良好，但路面老化、泛白、表面松散掉粒及抗滑不足等問題比較顯著，在這種情況下采用銑刨翻新技術(shù)手段顯然不適用。超薄罩面作為公路預(yù)防性養(yǎng)護(hù)手段技術(shù)[4]，采用高黏高彈特種改性瀝青作為膠結(jié)料，通過在原路面加鋪一層1.5cm厚的瀝青磨耗層，能夠提供良好的抗滑特性和行駛舒適性，同時(shí)可對原路面結(jié)構(gòu)起到保護(hù)作用，從而實(shí)現(xiàn)對路面的養(yǎng)護(hù)。近年來，超薄罩面逐漸應(yīng)用于公路瀝青路面更新改造，具有施工快速、節(jié)省材料、更新改造效率高等特點(diǎn)。本文結(jié)合省道360線深鹽路瀝青路面更新改造試驗(yàn)段項(xiàng)目，研究超薄罩面材料特性和施工工藝，評價(jià)其在公路瀝青路面更新應(yīng)用中的優(yōu)勢。

1 材料

1.1 瀝青材料

瀝青選擇項(xiàng)目所用高黏高彈特種改性瀝青，為了研究高黏高彈特瀝青與普通改性瀝青、普通高黏瀝青相比的技術(shù)優(yōu)勢，本文選取SBS 1-D普通改性瀝青和普通高黏瀝青進(jìn)行對比分析，三種瀝青的技術(shù)指標(biāo)如表1所示。

表1 三種瀝青的技術(shù)指標(biāo)對比

表1列出了三種瀝青的技術(shù)指標(biāo)，可以看出，高黏高彈特種改性瀝青的高溫、低溫、彈性恢復(fù)及抗老化性能指標(biāo)均顯著優(yōu)于普通改性瀝青和普通高黏瀝青，尤其是60℃動(dòng)力黏度指標(biāo)，超過500000Pa·s，遠(yuǎn)高于高黏瀝青大于20000Pa·s的技術(shù)指標(biāo)要求。

1.2 混合料配合比

根據(jù)設(shè)計(jì)要求，超薄罩面混合料采用開級配方案設(shè)計(jì)，用以提升超薄罩面的功能性，包括抗滑和排水特性，同時(shí)也能降低行車噪聲，提升行車舒適性。將混合料目標(biāo)空隙率設(shè)定為15%，油石比設(shè)定為7%，采用馬歇爾設(shè)計(jì)方法，選擇三組初試級配，拌和并成型馬歇爾試件，在175℃條件下雙面擊實(shí)50次成型試件，測試試件的空隙率，選擇最接近15%目標(biāo)空隙率的一組進(jìn)行性能驗(yàn)證試驗(yàn)，所有性能指標(biāo)滿足設(shè)計(jì)要求即可定為設(shè)計(jì)級配。

項(xiàng)目所用原材料石料為輝綠巖3mm～5mm和5mm～8mm粗集料、石灰?guī)r0mm～3mm細(xì)集料及礦粉，根據(jù)設(shè)計(jì)要求進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)為33:45:15:7?；旌狭嫌褪葹?.0%，為了提升超薄罩面混合料的柔韌性，在混合料中添加重量比例為0.3%的聚酯纖維作為增韌劑。超薄罩面混合料最終的級配范圍如表2所示。

表2 超薄罩面混合料設(shè)計(jì)級配通過率

2 混合料性能測試

根據(jù)前述設(shè)計(jì)級配，分別以SBS Ⅰ-D普通改性瀝青、普通高黏瀝青和高黏高彈改性瀝青為膠結(jié)料在室內(nèi)拌和成型混合料試件，測試并比較混合料的路用性能，根據(jù)規(guī)范進(jìn)行馬歇爾穩(wěn)定度試驗(yàn)，凍融劈裂試驗(yàn)、肯塔堡飛散試驗(yàn)、車轍試驗(yàn)，用以評價(jià)超薄罩面混合料的強(qiáng)度、水穩(wěn)定性、抗松散性能及抗高溫變形能力，并比較不同瀝青膠結(jié)料在混合料層面的性能差異。以上試驗(yàn)均進(jìn)行三次平行試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果取平均值，并以誤差棒代表數(shù)據(jù)波動(dòng)情況。

2.1 馬歇爾穩(wěn)定度試驗(yàn)

根據(jù)規(guī)范JTG E20公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程（以下簡稱“規(guī)范”）中的T 0709測試方法對3種瀝青混合料試件進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)的馬歇爾試驗(yàn)和浸水馬歇爾試驗(yàn)檢測，并計(jì)算出混合料的殘留穩(wěn)定度，其中馬歇爾穩(wěn)定度評價(jià)的是混合料的整體強(qiáng)度，殘留穩(wěn)定度評價(jià)的是混合料的水穩(wěn)定性。3種瀝青混合料的標(biāo)準(zhǔn)馬歇爾穩(wěn)定度、浸水馬歇爾穩(wěn)定度及殘留穩(wěn)定度試驗(yàn)結(jié)果如圖1所示。

圖1 3 種瀝青混合料的馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)測試結(jié)果可以看出，高黏高彈改性瀝青混合料的馬歇爾強(qiáng)度及浸水馬歇爾穩(wěn)定度均優(yōu)于普通改性瀝青和普通高黏瀝青，其穩(wěn)定度結(jié)果分別約為普通改性瀝青混合料和普通高黏瀝青混合料的兩倍和1.5倍，并且殘留穩(wěn)定度也高于普通改性瀝青和普通高黏瀝青，達(dá)到97.2%，遠(yuǎn)高于規(guī)范大于85%的技術(shù)要求。上述試驗(yàn)結(jié)果表明不論是整體強(qiáng)度還是水穩(wěn)定性，高黏高彈改性瀝青均有優(yōu)異的表現(xiàn)。

2.2 凍融劈裂試驗(yàn)

根據(jù)規(guī)范T 0729測試方法，對3種混合料進(jìn)行凍融劈裂試驗(yàn)，以劈裂強(qiáng)度比（TSR）指標(biāo)來評價(jià)混合料的水穩(wěn)定性，測試結(jié)果如圖2所示，從劈裂強(qiáng)度和TSR兩個(gè)指標(biāo)來看，高黏高彈特種改性瀝青混合料結(jié)果均優(yōu)于普通改性瀝青和普通高黏瀝青，高黏高彈瀝青混合料的TSR結(jié)果達(dá)92.4，遠(yuǎn)高于規(guī)范要求大于80%的技術(shù)要求。而普通改性瀝青和普通高黏瀝青的TSR結(jié)果均低于80%，說明對于開級配的超薄罩面混合料，普通改性瀝青和普通高黏瀝青的水穩(wěn)定性能無法滿足要求。

圖2 3 種瀝青混合料的凍融劈裂試驗(yàn)結(jié)果

圖3 3 種瀝青混合料的肯塔堡飛散試驗(yàn)結(jié)果

2.3 肯塔堡飛散試驗(yàn)

根據(jù)規(guī)范T 0733肯塔堡飛散試驗(yàn)方法對三種瀝青混合料進(jìn)行測試，通過飛散試驗(yàn)前后試件的質(zhì)量變化來計(jì)算飛散損失，用以評價(jià)混合料的抗松散脫粒的性能，飛散損失結(jié)果越小則表明混合料的抗松散性能越好，對于開級配瀝青混合料規(guī)范要求飛散損失要低于20%。3種瀝青混合料的肯塔堡飛散損失結(jié)果如，3所示，可以看出雖然3種瀝青混合料的飛散損失均低于20%，滿足規(guī)范要求，而高黏高彈改性瀝青混合料的飛散損失僅為2.6%，遠(yuǎn)低于普通改性瀝青和普通高黏瀝青，說明其抗松散性能非常優(yōu)異。由于超薄罩面用于路面是一層功能性磨耗層，其抗松散性能尤為重要，從肯塔堡飛散試驗(yàn)結(jié)果可以看出，采用高黏高彈特種改性瀝青混合料能夠確保超薄罩面的使用耐久性。

2.4 車轍試驗(yàn)

根據(jù)規(guī)范T 0719試驗(yàn)方法測試三種瀝青混合料的動(dòng)穩(wěn)定度，用以評價(jià)混合料的抗高溫變形能力，結(jié)果如圖4所示，可以發(fā)現(xiàn)對于普通改性瀝青，混合料的動(dòng)穩(wěn)定度為2823次/mm，低于規(guī)范要求的3000次/mm，這是由于超薄罩面混合料的粒徑較小，同時(shí)空隙率較大，造成混合料的抗高溫變形能力較差。對于普通高黏瀝青和高黏高彈改性瀝青混合料動(dòng)穩(wěn)定度均高于3000次/mm，且高黏高彈瀝青混合料的動(dòng)穩(wěn)定度高達(dá)7862次/mm，3種瀝青膠結(jié)料性能差異最大的為60℃動(dòng)力黏度指標(biāo)，因此可通過提升瀝青膠結(jié)料的60℃動(dòng)力黏度指標(biāo)來彌補(bǔ)由于粒徑變小或空隙率變大造成的混合料抗高溫性能下降的問題。

圖4 3 種瀝青混合料的車轍試驗(yàn)結(jié)果

3 超薄罩面試驗(yàn)段施工

深鹽路作為深南大道的東沿線，是省道360線核龍段的重要組成部分，也是鹽田區(qū)最重要的交通干道，原路面為瀝青路面結(jié)構(gòu)，隨著使用年限的增加，瀝青路面在車輛荷載及陽光、雨水等環(huán)境的綜合作用下出現(xiàn)路面老化、泛白、細(xì)集料流失等現(xiàn)象，同時(shí)也帶來路面抗滑性能不足、行車舒適性下降和行車噪聲大等問題，原路面如圖5所示。為了探究超薄罩面在公路瀝青路面中的適用性，選取其中一段瀝青路面進(jìn)行超薄罩面試驗(yàn)段加鋪。

圖5 深鹽路原瀝青路面

3.1 原路面處理

經(jīng)過評估，原瀝青路面結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)良好，無明顯結(jié)構(gòu)性病害，部分車道存在輕微車轍，深度在1cm以內(nèi)，因此超薄罩面加鋪前需要對原路面進(jìn)行銑刨拉毛處理，確保原路面結(jié)構(gòu)平整。拉毛后的路面需要進(jìn)行清掃、吹風(fēng)，確保路面干凈無灰塵。

3.2 粘結(jié)層灑布

原路面清掃完成后即可灑布超薄罩面專用黏結(jié)層，與傳統(tǒng)乳化瀝青黏結(jié)層不同，超薄罩面專用黏結(jié)層灑布完成后無需破乳即可施工，黏結(jié)層灑布量為0.25kg/m2，也要低于傳統(tǒng)乳化瀝青。

3.3 超薄罩面攤鋪、碾壓施工

超薄罩面施工設(shè)備均為傳統(tǒng)瀝青路面施工設(shè)備，主要包括普通瀝青攤鋪機(jī)和雙鋼輪壓路機(jī)。與傳統(tǒng)瀝青施工工藝不同的是，超薄罩面瀝青混合料攤鋪速度較快，可達(dá)6m/min～8m/min，并且碾壓過程僅需要鋼輪靜壓兩遍即可，不需要膠輪碾壓或振動(dòng)碾壓，施工過程如圖6所示。超薄罩面試驗(yàn)段約鋪3000m2，攤鋪施工從開始到結(jié)束共花費(fèi)約1.5小時(shí)，施工效率非常高。

圖6 超薄罩面施工

3.4 標(biāo)線恢復(fù)、開放交通

超薄罩面施工完成后半個(gè)小時(shí)后即可開始標(biāo)線恢復(fù)作業(yè)，路面溫度降低至50℃以下即可開放交通，一般施工完成后兩個(gè)小時(shí)具備通車條件。

3.5 施工總結(jié)

根據(jù)深鹽路超薄罩面試驗(yàn)段項(xiàng)目施工，對施工工藝及工序進(jìn)行總結(jié)，將時(shí)間節(jié)點(diǎn)匯總成時(shí)間線，試驗(yàn)段約3000m2，共計(jì)花費(fèi)5.5h完成，表明超薄罩面施工效率非常高，是公路瀝青路面更新的一種優(yōu)選技術(shù)方案。

4 結(jié)束語

本文通過對高黏高彈特種改性瀝青及混合料進(jìn)行性能測試，并結(jié)合深鹽路瀝青路面更新改造試驗(yàn)段項(xiàng)目，分析超薄罩面在公路瀝青路面更新改造中的技術(shù)優(yōu)勢，得出如下結(jié)論：高黏高彈特種改性瀝青的高溫、低溫、彈性恢復(fù)及耐老化性能均優(yōu)于SBS Ⅰ-D普通改性瀝青及普通高黏瀝青，其中60℃動(dòng)力黏度指標(biāo)尤為突出。高黏高彈特種改性瀝青混合料的整體強(qiáng)度、抗水損性能、抗松散性能及高溫抗車轍性能顯著優(yōu)于普通改性瀝青和普通高黏瀝青混合料，采用高黏高彈瀝青作為膠結(jié)料可確保超薄罩面的使用耐久性。超薄罩面技術(shù)采用傳統(tǒng)的瀝青施工工藝，具有施工快速，效率高等特點(diǎn)，是一種用于公路瀝青路面更新改造優(yōu)選的技術(shù)方案。