舊水泥面板薄層罩面鑿毛工藝、材料優(yōu)選研究

柴曉晶

（山西省長子公路管理段，山西長治 046600）

隨著高速公路路網(wǎng)的大范圍發(fā)展，山區(qū)和丘陵地區(qū)的高速公路也大面積覆蓋，高速公路收費站等特殊路段，仍使用水泥混凝土路面[1-2]，但現(xiàn)有部分水泥路面在車輛作用下已產(chǎn)生磨光，使行駛的車輛產(chǎn)生正向和側(cè)向滑移的風(fēng)險，嚴(yán)重危及到行車安全。目前處置磨光等病害路面的方式有：整塊換板，同時處理基層；用5%水泥穩(wěn)定碎石加鋪，再加鋪瀝青層；小面積用C15 水泥混凝土修補基層；只是表面抗滑不足的情況，加鋪微表處或超薄罩面瀝青層[3-6]。在水泥面板抗滑不足時，加鋪超薄磨耗層是一種性能好、較為經(jīng)濟的預(yù)防性養(yǎng)護技術(shù)，Novachip 技術(shù)是一種應(yīng)用廣泛的薄層加鋪技術(shù)，具有可以明顯改善路面抗滑、提高路面平整度、改善路面噪聲、提高路面抵抗?jié)B水性能的特點，廣泛應(yīng)用于舊瀝青路面、舊水泥路面的加鋪過程中[7]。橡膠瀝青用于薄層罩面方面也有出色的表現(xiàn)，可在表面防水和表面構(gòu)造深度上達到理想的平衡，同時抗滑能力高[8]。譚化等人[9]通過流變學(xué)對不同瀝青的線黏彈性區(qū)段進行了研究，認為PE/SBS/巖瀝青復(fù)合改性橡膠瀝青的高溫性能遠優(yōu)于普通瀝青和SBS 改性瀝青，采用脫硫膠粉改性性能更優(yōu)于普通膠粉改性。在實際應(yīng)用中，常用于超薄罩面的材料為SBS 改性瀝青，SBS改性瀝青既作為黏層油，又作為罩面混合料的拌和瀝青，但現(xiàn)實中薄層罩面短期破損還是非常嚴(yán)重。所以本文從抗滑不足的水泥面板表面處理方式、層間黏結(jié)材料、加鋪層瀝青性能及加鋪混合料的綜合性能方面進行評價，總結(jié)歸納出目前較優(yōu)的水泥混凝土路面薄層罩面的組合。

1 試驗方案

1.1 原材料

1.1.1 層間黏結(jié)原材料

層間黏結(jié)采用Novabond 改性乳化瀝青、SBS 改性乳化瀝青、普通70 號A 級瀝青、SBS 改性瀝青、橡膠瀝青，瀝青性能見表1—表3。

表1 Novabond改性乳化瀝青性能

表2 SBS改性乳化瀝青性能

表3 3種瀝青性能

1.1.2 薄層罩面用膠結(jié)料

采用Novabinder 改性瀝青、SBS 改性瀝青、橡膠瀝青、橡膠-SBS 復(fù)合改性瀝青作對比材料，優(yōu)選薄層罩面用瀝青。SBS 改性瀝青中SBS 內(nèi)摻4.5%；橡膠瀝青橡膠粉外摻20%（細度40 目）；橡膠-SBS 復(fù)合改性瀝青中，橡膠粉摻量為外摻15%（細度40 目），SBS 內(nèi)摻2%。各瀝青的性能見表3—表5。

表4 Novabinder改性瀝青性能

表5 橡膠-SBS復(fù)合改性瀝青性能

1.1.3 集料及礦粉

混合料用集料均為玄武巖集料，礦粉為石灰?guī)r磨細礦粉，集料及礦粉均滿足《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》（JTG F40—2004）規(guī)范要求。

1.2 試件制備方式

層間抗剪強度試驗采用斜面剪切試驗設(shè)備，加載設(shè)備采用MTS 試驗機，加載速度50 mm/min。試件采用車轍板成型的方法，先在舊水泥路面上切割300 mm×300 mm×50 mm 的水泥板，如水泥板底部不平或厚度略微不足，采用C30 普通混凝土補齊到厚50 mm，表面處理后，再在上面涂刷待測試的黏層材料，為使抗剪強度測試時黏層材料兩側(cè)均有50 mm 的厚度作為施力點，最后在涂刷黏結(jié)材料的表面加鋪5 cm AC-13 SBS 改性瀝青混合料。對成型后的復(fù)合車轍板試件，切割為100 mm×100 mm×100 mm 的立方體試件作為抗剪強度試驗試件。試驗設(shè)備及方法見圖1。

圖1 斜面剪切設(shè)備

層間黏結(jié)抗拉強度測試時，在水泥面板表面涂刷層間黏結(jié)材料，再在上面鋪筑20 mm 薄層罩面材料制作試件。隨后在制作好的試件表面通過取芯機鉆取直徑100 mm 瀝青圓環(huán)，此時，只鉆通薄層罩面材料及層間黏結(jié)材料，最后在薄層罩面材料表面粘接拉拔儀拉板，用于與拉拔儀的連接，施加拉拔力時，加載速度為1 mm/min。試驗設(shè)備及方法見圖2。

圖2 拉拔設(shè)備

1.3 試驗方案

1.3.1 層間水泥面板處治方法試驗

為了模擬水泥路面表面不同污染、光滑情況，先后選擇了水泥路面有浮漿污染、表面粗砂紙打磨、人工鑿毛、表面拋丸、表面刻槽（精銑刨）的處理工藝，采用抗拔和抗剪強度，研究各種處理工藝對黏結(jié)效果的影響。層間黏結(jié)瀝青選擇Novabond 改性乳化瀝青，灑布量0.7 L/m2，試驗溫度20 ℃?？辜魪姸仍囼炆蠈舆x用AC-13 SBS 改性瀝青混合料層，抗拉強度試驗上層采用2 cm AC-5 SBS 改性瀝青加鋪層，下層為不同處理方式處理過的舊水泥混凝土路面板。

1.3.2 層間黏結(jié)材料選擇試驗

分別選擇SBS 改性乳化瀝青、Novabond 改性乳化瀝青、普通70 號A 級瀝青、SBS 改性瀝青、橡膠瀝青作為層間黏結(jié)材料，在各自最佳劑量的情況下，測定各自材料的拉拔強度，試驗溫度為20 ℃。抗剪強度測試時，上層選用AC-13 瀝青混合料層，抗拉強度測試時，上層采用2 cm AC-5 SBS 改性瀝青加鋪層，下層為舊水泥混凝土路面，水泥混凝土表面處理為1.3.1 中選擇的最優(yōu)處治方法。

1.3.3 加鋪層瀝青性能比較試驗

薄層罩面加鋪層瀝青選擇Novabinder 改性瀝青、SBS 改性瀝青、橡膠瀝青、橡膠-SBS 復(fù)合改性瀝青，本文對加鋪瀝青的高溫性能采用動態(tài)剪切試驗，評價加鋪層瀝青的高溫性能，優(yōu)選合適的加鋪層用瀝青。

1.3.4 加鋪層瀝青混合料性能比較試驗

采用瀝青混合料高溫、低溫、水穩(wěn)性能評價方法，評價薄層罩面混合料的高溫抗車轍、低溫抗裂及抗水損壞性能。

2 試驗結(jié)果及分析

2.1 層間水泥面板處治方式比選

對舊水泥路面有浮漿污染、表面粗砂紙打磨、人工鑿毛、表面拋丸、表面刻槽的處理后，涂刷0.7 L/m2黏層油[10]，成型試件后，對試件取芯制作剪切和拉拔試件。拉拔試驗、剪切試驗結(jié)果見圖3。

圖3 不同舊水泥路面處理方式抗拉及抗剪強度

從圖3 可知，隨水泥路面表面處置方式的變化，層間抗剪強度與抗拉強度具有相近的變化趨勢。在光滑的水泥路面上，又有浮漿存在時，不管是黏結(jié)層抗拉還是抗剪，強度均最低；采用表面砂紙打磨后，黏結(jié)層抗拉及抗剪強度均有所提高；采用人工鑿毛的方式，黏結(jié)層抗拉及抗剪強度又有所提高；當(dāng)?shù)奖砻鎾佂韬捅砻婵滩酆螅そY(jié)層抗拉、抗剪強度得到大幅度的提升，拋丸的最大抗拉強度略優(yōu)于表面刻槽，表面刻槽的最大抗剪強度略優(yōu)于拋丸，加鋪層主要抵抗層間抗剪時，優(yōu)先選用表面刻槽。表面刻槽相當(dāng)于施工過程中的精銑刨，精銑刨可以在有效控制銑刨深度的情況下，銑掉較厚的水泥浮漿，又不破壞橋面板表面石子的棱角性，刨丸工藝只是能清除掉較薄的水泥浮漿，厚的水泥無法徹底清除。

2.2 層間黏結(jié)材料比選

本文對SBS 改性乳化瀝青、Novabond 改性乳化瀝青、普通70 號A 級瀝青、SBS 改性瀝青、橡膠瀝青在不同刻槽構(gòu)造深度的情況下，測試各種材料的抗拉強度，試驗溫度常溫，試驗結(jié)果見圖4。

圖4 不同構(gòu)造深度下不同黏層材料的抗拉強度

從圖4 可知，舊水泥路面采用不同程度的刻槽處理后，再采用5 種黏層瀝青黏結(jié)，在高構(gòu)造深度時，層間抗拉強度排序為，Novabond改性乳化瀝青＞橡膠瀝青＞SBS 改性瀝青＞SBS 改性乳化瀝青＞普通70 號A 級瀝青，當(dāng)水泥路面表面構(gòu)造深度從0.42 mm降低到0.23 mm時，Novabond 改性乳化瀝青的抗拉強度從0.95 MPa 均勻降低至0.63 MPa，其他黏層材料對構(gòu)造深度變化并不十分敏感。所以在高構(gòu)造深度時，選擇Novabond 改性乳化瀝青作為黏層為最佳選擇，而在實際施工過程中，構(gòu)造深度處理控制不可能非常準(zhǔn)確，此時，選擇橡膠瀝青為最佳選擇，其次為Novabond 改性乳化瀝青，再次為SBS 改性瀝青。

2.3 加鋪層瀝青比選

為提升高溫時段瀝青路面抗車轍性能，避免由于加鋪層的抗車轍性能不足而過早出現(xiàn)病害，本文對Novabinder 改性瀝青、SBS 改性瀝青、橡膠瀝青、橡膠-SBS復(fù)合改性瀝青采用動態(tài)剪切流變試驗，研究4 種薄層罩面瀝青的高溫性能。試驗結(jié)果見圖5、圖6。

圖5 不同瀝青車轍因子與溫度的關(guān)系

圖6 不同瀝青相位角與溫度的關(guān)系

從圖5、圖6 可知，4 種瀝青在58～82 ℃動態(tài)剪切過程中，表征瀝青在高溫時段抵抗車轍變形的車轍因子有明顯的區(qū)分，最優(yōu)的為橡膠瀝青，其次為橡膠-SBS 復(fù)合改性瀝青，Novabinder 和SBS 改性瀝青的抗車轍性能相當(dāng)，排到最后。當(dāng)?shù)?6 ℃高溫時，橡膠瀝青與橡膠-SBS 復(fù)合改性瀝青抗車轍性能相當(dāng)。從相位角來看，隨試驗溫度的提高，4 種瀝青的相位角均有所提升，表明黏性均有所提升，彈性均有所下降，但從總體高溫抵抗黏性變形方面排序，橡膠改性瀝青＞橡膠-SBS 改性瀝青＞Novabinder 改性瀝青＞SBS 改性瀝青。主要原因為橡膠瀝青具有更強的彈性恢復(fù)勢能，高溫線彈性區(qū)域彈性儲能高，最終表現(xiàn)為高車轍因子，低相位角的性能。同時橡膠粉與SBS 長鏈產(chǎn)生相互交纏，形成凝膠體，相互交聯(lián)形成穩(wěn)定的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，其高溫抗變形性能表現(xiàn)較為優(yōu)越。

2.4 加鋪層瀝青混合料比選

對用作超薄磨耗層的Novabinder改性瀝青、SBS改性瀝青、橡膠瀝青、橡膠-SBS 復(fù)合改性瀝青拌和混合料進行路用性能檢驗，各混合料合成級配見表6。Novabinder改性瀝青、SBS 改性瀝青、橡膠瀝青、橡膠-SBS 復(fù)合改性瀝青混合料設(shè)計油石比分別為4.8%、4.6%、4.5%、4.5%。

表6 4種薄層瀝青混合料合成級配 單位：%

4 種混合料的高、低溫，水穩(wěn)定性能見表7、表8。

表7 混合料動穩(wěn)定度及水穩(wěn)定性能試驗結(jié)果

表8 混合料低溫性能試驗結(jié)果

從表7、表8 可知，橡膠粉改性的兩種瀝青混合料動穩(wěn)定度均高于Novabinder 改性瀝青及SBS 改性瀝青拌和的混合料。同時，橡膠改性瀝青與橡膠-SBS 改性瀝青的動穩(wěn)定度相當(dāng)，Novabinder 改性瀝青與SBS 改性瀝青動穩(wěn)定度相當(dāng)。主要原因為添加橡膠粉后，橡膠粉使基質(zhì)瀝青由勻質(zhì)體變成了瀝青與膠粉兩項連續(xù)共混體，橡膠粉吸收瀝青輕質(zhì)組份后溶脹，在基質(zhì)瀝青中起到增稠、阻尼、限位的作用，使基質(zhì)瀝青的自由流動更加困難，在宏觀上表現(xiàn)為摻橡膠瀝青的混合料感溫性能降低，高溫抗車轍性能大幅度提升。此外，從水穩(wěn)定方面看，摻橡膠的基質(zhì)瀝青稠度明顯增加，裹覆集料的瀝青膜厚度增大，抗水損壞能力提升效果明顯。與此同時，由于橡膠顆粒低溫敏感性明顯低于普通瀝青、SBS 改性瀝青，所以，在低溫性能方面也表現(xiàn)出橡膠瀝青拌和的混合料最大彎拉應(yīng)變大幅度提高。

3 結(jié)論

a）舊水泥路面采用拋丸及精銑刨工藝均可達到很好的鑿毛效果，但精銑刨對薄層罩面的層間抗剪強度提升略占優(yōu)勢。

b）舊水泥路面薄層罩面選用層間黏結(jié)材料時，銑刨面構(gòu)造深度在0.42 mm 以上且較為均勻時，Novabond改性乳化瀝青作為黏層為最佳選擇；舊水泥路面構(gòu)造深度控制不是非常精確時，橡膠瀝青黏結(jié)性優(yōu)且隨構(gòu)造深度降低衰減最小，選擇橡膠瀝青為最佳選擇，其次為Novabond 改性乳化瀝青，再次為SBS 改性瀝青。

c）基于高溫性能舊水泥路面薄層罩面瀝青選擇排序為：橡膠瀝青＞橡膠-SBS 改性瀝青＞Novabinder 改性瀝青＞SBS 改性瀝青。

d）橡膠粉改性的兩種瀝青混合料動穩(wěn)定度均高于Novabinder 改性瀝青及SBS 改性瀝青拌和的混合料。薄層罩面混合料性能排序為：橡膠瀝青混合料＞橡膠-SBS 改性瀝青混合料＞Novabinder 改性瀝青混合料＞SBS改性瀝青混合料。