超粘磨耗層在高速公路預(yù)防性養(yǎng)護(hù)中的應(yīng)用

黃競(jìng)金

(廣西新發(fā)展交通集團(tuán)有限公司,廣西 南寧 530029)

0 引言

常規(guī)微表處養(yǎng)護(hù)技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中存在著與原路面粘結(jié)效果較差、粒料易脫落、行駛噪音大、抗滑性能衰減快、耐久性差等問(wèn)題[1]?；诖吮尘?綜合了微表處及超粘磨耗層兩種特點(diǎn)的超粘磨耗層預(yù)防性養(yǎng)護(hù)技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。從技術(shù)特點(diǎn)來(lái)看,超粘磨耗層在粘附性、耐久性、防水性、抗裂能力等方面實(shí)現(xiàn)了較為顯著的提升,能夠解決常規(guī)微表處存在的應(yīng)用問(wèn)題,有效延長(zhǎng)路面服役壽命[2-3]。

目前針對(duì)超粘磨耗層的研究主要聚焦在其施工應(yīng)用效果方面,如廖江林[4]對(duì)超粘磨耗層進(jìn)行長(zhǎng)期跟蹤檢測(cè)發(fā)現(xiàn),修復(fù)路段在通車(chē)行駛8～10個(gè)月后仍處于良好的道路使用性能。黃文通等[5]對(duì)施工完成的超粘磨耗層進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)拉拔、扭剪等試驗(yàn),證明超粘磨耗層具備良好的路用性能。雖然針對(duì)超粘磨耗層已經(jīng)開(kāi)展了一定程度的工程應(yīng)用,但仍處于初級(jí)推廣應(yīng)用階段,從業(yè)人員對(duì)其應(yīng)用流程及施工效果普遍還不熟悉。為進(jìn)一步強(qiáng)化超粘磨耗層的應(yīng)用推廣,本文依托廣西某高速公路預(yù)防性養(yǎng)護(hù)施工項(xiàng)目,對(duì)其在預(yù)防性養(yǎng)護(hù)施工中的應(yīng)用進(jìn)行綜合分析,為超粘磨耗層在高速公路預(yù)防性養(yǎng)護(hù)中的推廣應(yīng)用提供參考依據(jù)。

1 工程概況

廣西某高速公路于2015年建成通車(chē),設(shè)計(jì)為雙向四車(chē)道,設(shè)計(jì)時(shí)速為120 km/h,路基寬度為26 m,路面為瀝青混凝土路面。由于日益增長(zhǎng)的交通量,在運(yùn)營(yíng)數(shù)年后雖然道路整體結(jié)構(gòu)良好,但路表面出現(xiàn)了路面集料輕微松散脫粒、瀝青膜剝落、路面輕微網(wǎng)裂等病害。為盡可能減少維修養(yǎng)護(hù)成本,有效提升路面的服役壽命,該高速公路運(yùn)營(yíng)管理方?jīng)Q定采用預(yù)防性養(yǎng)護(hù)技術(shù)對(duì)道路進(jìn)行修復(fù)。原路面路況檢測(cè)結(jié)果如表1所示。

表1 原路況檢測(cè)結(jié)果表

從表1的檢測(cè)結(jié)果來(lái)看,路面整體抗滑構(gòu)造衰減較大,擺值與構(gòu)造深度均已超出規(guī)范使用要求,同時(shí)滲水系數(shù)及平整度也接近規(guī)范上限值。結(jié)合外部整體觀察,路面整體路況沒(méi)出現(xiàn)大的破壞病害,整體路況具備實(shí)施超粘磨耗層的基礎(chǔ)。同時(shí),考慮到超粘磨耗層路用性能較好,且其攤鋪厚度較薄(成型厚度普遍為1.1～1.3 cm),采用該技術(shù)進(jìn)行預(yù)防性養(yǎng)護(hù)修復(fù)不需要對(duì)原路面進(jìn)行銑刨,可以避免因攤鋪厚度過(guò)大而產(chǎn)生附屬設(shè)施改造的費(fèi)用。綜合考慮,高速公路運(yùn)營(yíng)管理方?jīng)Q定于2019年對(duì)該路段實(shí)施超粘磨耗層進(jìn)行預(yù)防性養(yǎng)護(hù)修復(fù)。

2 原材料

2.1 改性乳化瀝青

超粘磨耗層采用的是慢凝快裂型乳化瀝青,其質(zhì)量是決定瀝青混合料性能優(yōu)劣的關(guān)鍵。該改性乳化瀝青的主要性能檢測(cè)指標(biāo)如表2所示。

表2 改性乳化瀝青檢測(cè)結(jié)果表

2.2 集料

集料采用輝綠巖,粒徑規(guī)格主要包括0～3 mm、3～5 mm以及5～10 mm三檔,其主要性能檢測(cè)指標(biāo)如表3所示。

表3 粗、細(xì)集料性能指標(biāo)檢測(cè)結(jié)果表

2.3 填料及拌和用水

填料選用復(fù)合硅酸鹽水泥PC.42.5,拌和用水為常規(guī)自來(lái)水。

3 超粘磨耗層配合比設(shè)計(jì)

超粘磨耗層的配合比設(shè)計(jì)與常規(guī)AC型瀝青混合料設(shè)計(jì)存在明顯差異,所引用的相關(guān)試驗(yàn)指標(biāo)也不同,具體設(shè)計(jì)流程如圖1所示。

3.1 礦料級(jí)配設(shè)計(jì)

超粘磨耗層的礦料級(jí)配設(shè)計(jì)是參照微表處的礦料級(jí)配為基礎(chǔ)進(jìn)行設(shè)計(jì)的。微表處在規(guī)范中主要分為MS-2和MS-3兩種級(jí)配類(lèi)型,而高速公路主要涉及的是MS-3型,因此超粘磨耗層主要是在MS-3型級(jí)配基礎(chǔ)上進(jìn)行礦料級(jí)配設(shè)計(jì),具體結(jié)果如圖2所示。

圖2 超粘磨耗層礦料級(jí)配設(shè)計(jì)范圍曲線圖

3.2 最佳油石比的確定

瀝青混合料的油石比是質(zhì)量控制的關(guān)鍵指標(biāo)之一,過(guò)大的油石比不僅不利于經(jīng)濟(jì)成本,同時(shí)容易導(dǎo)致路面出現(xiàn)泛油病害,而油石比過(guò)低則會(huì)使瀝青與集料間缺乏足夠粘結(jié),容易導(dǎo)致路用性能降低。項(xiàng)目參考同類(lèi)型施工經(jīng)驗(yàn),以0.3%為增長(zhǎng)間隔,在6.2%～7.4%的油石比范圍內(nèi)選取五種油石比制備瀝青混合料,對(duì)制備的瀝青混合料分別進(jìn)行1 h濕輪磨耗試驗(yàn)、負(fù)荷輪粘砂試驗(yàn)以及輪轍變形試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果如圖3所示。

圖3 不同油石比下1 h濕輪磨耗試驗(yàn)及負(fù)荷輪粘附砂量試驗(yàn)結(jié)果曲線圖

超粘磨耗層稀漿混合料的油石比上下限值分別是由負(fù)荷輪粘附砂量值及1 h濕輪磨耗值綜合確定的。如圖3所示,從變化趨勢(shì)來(lái)看,伴隨著油石比的不斷增加,稀漿混合料的負(fù)荷輪粘附砂量值不斷增大,而1 h濕輪磨耗損失值會(huì)逐漸減小,這主要是因?yàn)橛褪仍龃笫沟脼r青用量增多,集料間的粘結(jié)性得到強(qiáng)化。從數(shù)據(jù)分析,1 h濕輪磨耗損失值的規(guī)范上限值為540 g/m2,以此為目標(biāo)值對(duì)曲線進(jìn)行擬合求解,推算出油石比>6.5%時(shí)可滿足規(guī)范要求。負(fù)荷輪粘附砂量值規(guī)定的上限為450 g/m2,采用同樣擬合確定的方法可推算油石比<7.2%時(shí)可滿足規(guī)范要求。

圖4 不同油石比下輪轍寬度變形試驗(yàn)結(jié)果曲線圖

輪轍寬度變形率反映了瀝青混合料抵抗車(chē)轍破壞變形的能力,規(guī)范中規(guī)定稀漿混合料的輪轍寬度變形率應(yīng)≤5%。如圖4所示,不同油石比下的輪轍寬度變形率均滿足規(guī)范要求,這說(shuō)明各油石比條件下的瀝青混合料均具備良好的抗車(chē)轍變形能力。從輪轍寬度變形率的變化趨勢(shì)來(lái)看,隨著油石比增大,其值呈現(xiàn)出先減小后增大的變化趨勢(shì),油石比為6.8%時(shí)出現(xiàn)最小值。油石比較小時(shí),瀝青混合料會(huì)因?yàn)槿鄙僮銐虻臑r青導(dǎo)致粘結(jié)強(qiáng)度不足,而油石比較大時(shí),瀝青混合料內(nèi)部的自由瀝青過(guò)多,集料間更容易發(fā)生滑動(dòng)變形,兩種情況下都無(wú)法保證混合料具備良好的抵抗車(chē)轍破壞變形的能力。

結(jié)合各項(xiàng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)來(lái)看,油石比為6.5%～7.2%時(shí)均可滿足規(guī)范要求;考慮到經(jīng)濟(jì)成本,選定6.5%作為最佳油石比。

3.3 水泥和水摻量的確定

適量的水泥和水可以保證改性乳化瀝青混合料具備一個(gè)有效的成型狀態(tài),因此規(guī)范采用稀漿混合料拌和試驗(yàn)對(duì)水泥和水的摻量進(jìn)行綜合確定。拌和試驗(yàn)所用礦料總量為100 g,結(jié)合確定的油石比以及乳化瀝青含量可計(jì)算出需加入10 g改性乳化瀝青。采用單因素控制法,結(jié)合常規(guī)摻量控制經(jīng)驗(yàn),將水泥和水分別以礦料總質(zhì)量為基準(zhǔn)外摻一定比例進(jìn)行拌和試驗(yàn),以確定其最佳摻量。具體試驗(yàn)結(jié)果如表4所示。

表4 不同水泥和水摻量下的拌和試驗(yàn)結(jié)果表

如表4所示,水泥摻量作為單一變量時(shí),水泥摻量增加會(huì)導(dǎo)致稀漿混合料的可拌和時(shí)間減少。這是因?yàn)樗啾旧碓谟兴畻l件下會(huì)產(chǎn)生水化反應(yīng),而水泥摻量增多加劇了水化反應(yīng)程度從而消耗了更多的水,導(dǎo)致稀漿混合料中的水分不足,在性能上體現(xiàn)為流動(dòng)性下降及可拌和時(shí)間的減少。而當(dāng)水摻量作為單一變量時(shí),水摻量的增加會(huì)導(dǎo)致稀漿混合料的可拌和時(shí)間增加。這主要是因?yàn)樵谄渌淞喜蛔兊那闆r下,稀漿混合料整體需要的用水量是有限的,而水摻量不斷增加會(huì)導(dǎo)致稀漿混合料變稀,因而稀漿混合料整體的流動(dòng)性會(huì)增加,可拌和時(shí)間也會(huì)相應(yīng)增加。從數(shù)據(jù)結(jié)果分析,規(guī)范限定稀漿混合料的可拌和時(shí)間上限值為120 s,當(dāng)水泥摻量作為單一變量時(shí),只有1%水泥摻量滿足規(guī)范要求,因此采用該摻量為水泥摻量。當(dāng)水摻量作為單一變量時(shí),雖然不同水摻量條件下的可拌和時(shí)間均滿足規(guī)范要求,但是從實(shí)際稀漿混合料的拌和效果來(lái)看,只有6%水摻量條件下拌和的稀漿混合料具備良好的成漿效果,8%和10%水摻量條件下拌和的稀漿混合料都過(guò)于濕潤(rùn),因此水摻量宜采用6%。綜合考慮,確定超粘磨耗層稀漿混合料的質(zhì)量配合比為礦料∶乳化瀝青∶水泥∶水=100∶10∶1∶6。

3.4 配合比檢驗(yàn)

為確保超粘磨耗層具備良好的路用性能,采用確定好的配合比拌制瀝青混合料并分別進(jìn)行性能檢驗(yàn),具體試驗(yàn)結(jié)果如表5所示。

表5 超粘磨耗層混合料性能試驗(yàn)結(jié)果表

大部分性能指標(biāo)的意義已經(jīng)在上文中進(jìn)行了闡釋,此外還增加了粘聚力指標(biāo),該指標(biāo)與稀漿混合料的初凝時(shí)間以及交通開(kāi)放時(shí)間有關(guān),是重要的施工控制指標(biāo)。如表5所示,確定配合比拌和的稀漿混合料均滿足各項(xiàng)試驗(yàn)指標(biāo)的限定要求值,說(shuō)明該配合比具備良好的性能,滿足超薄磨耗層的使用要求。

4 路用性能跟蹤檢測(cè)

為驗(yàn)證超粘磨耗層的實(shí)施效果及其耐久性,對(duì)高速公路超粘磨耗層實(shí)施完成后及運(yùn)營(yíng)三年后均進(jìn)行了相關(guān)路用性能檢測(cè),具體檢測(cè)結(jié)果如表6所示。

表6 超粘磨耗層路用性能跟蹤檢測(cè)結(jié)果表

從表6數(shù)據(jù)來(lái)看,超粘磨耗層實(shí)施完成后,原路面病害被有效消除,路面的抗滑性能也得到顯著提升,路面封水性及平整性也達(dá)到了較好的水平。經(jīng)過(guò)三年運(yùn)營(yíng)后,各項(xiàng)性能雖然出現(xiàn)了一定衰減,但仍能滿足規(guī)范要求。結(jié)合路面現(xiàn)場(chǎng)觀察來(lái)看,未發(fā)現(xiàn)如脫皮、輪跡帶泛油、松散、麻面、車(chē)轍等病害。綜合各項(xiàng)應(yīng)用效果來(lái)看,超粘磨耗層不僅對(duì)路面的預(yù)防性養(yǎng)護(hù)效果良好,而且具備良好的耐久使用性。

5 結(jié)語(yǔ)

從超粘磨耗層預(yù)防性養(yǎng)護(hù)工程實(shí)施效果來(lái)看,超粘磨耗層除了能夠?qū)υ访娌『M(jìn)行有效恢復(fù)外,在抗滑性能、路面封水性及平整性等方面也能實(shí)現(xiàn)顯著提升。除此之外,通過(guò)三年后的跟蹤檢測(cè),其各項(xiàng)指標(biāo)仍滿足路用要求,具備良好的耐久性,說(shuō)明該技術(shù)具備良好的應(yīng)用推廣價(jià)值。需要強(qiáng)調(diào)的是,針對(duì)超粘磨耗層這種新型預(yù)防性養(yǎng)護(hù)技術(shù)的使用,施工人員必須加強(qiáng)對(duì)該技術(shù)的了解,尤其要關(guān)注瀝青混合料的配合比設(shè)計(jì)以及施工應(yīng)用的差異化特性,這樣才能確保超粘磨耗層在實(shí)際施工中得到合理應(yīng)用。