超薄罩面技術(shù)在水泥路面養(yǎng)護(hù)中的應(yīng)用

冼振光,馬乃富,楊德勝,黃 峰

(1.廣西新平高速公路有限公司,廣西 桂林 541002;2.重慶市智翔鋪道技術(shù)工程有限公司,重慶 400067)

0 引言

超薄罩面使用改性瀝青與集料、礦粉、纖維等拌和,經(jīng)過壓路機(jī)碾壓在原路面表面攤鋪形成瀝青混凝土薄層,其厚度通?！?5 mm[1]。超薄罩面攤鋪厚度薄,施工速度快,能夠節(jié)約大量的建筑材料,是一種低成本和高效的路面預(yù)防養(yǎng)護(hù)技術(shù)[2-3]。

我國公路的預(yù)防養(yǎng)護(hù)大多是針對瀝青路面進(jìn)行,而對于提升水泥路面抗滑性能、平整度等方面,目前還沒有較多的研究和工程經(jīng)驗,將瀝青路面預(yù)防養(yǎng)護(hù)技術(shù)應(yīng)用在水泥路面具有一定的可行性[4-6]?！豆匪嗷炷谅访骛B(yǎng)護(hù)技術(shù)規(guī)范》(JTJ073.1-2001)提出,當(dāng)水泥路面出現(xiàn)較大范圍磨損和露骨時,可在水泥路面加鋪厚度為1.0～1.5 mm的瀝青混凝土磨耗層。然而該規(guī)范出版時間較早,提出的瀝青混凝土級配較為單一,沒有對膠結(jié)料做技術(shù)要求,無法滿足目前高等級水泥路面對路面抗滑、滲水、平整度、耐久性的要求[7]。

隨著超薄罩面技術(shù)的發(fā)展,采用骨架密實型、骨架間隙型和改性瀝青形成的超薄罩面技術(shù)被不斷用于高等級公路的預(yù)防養(yǎng)護(hù)[8-9]。超薄罩面大多應(yīng)用在瀝青路面上,對路面的抗滑和平整度改善顯著,通常能夠使路面的構(gòu)造深度達(dá)到0.75 mm以上,同時具有較好的耐久性和抗裂性能[10-11]。與瀝青路面相比,水泥路面屬于剛性路面結(jié)構(gòu)且面層具有均勻分布的縮縫與脹縫,超薄罩面在層間粘結(jié)性能、抗反射開裂性能、施工工藝等方面均有較多的差異,如何防止水泥路面加鋪超薄罩面后產(chǎn)生反射裂縫、脫層等病害是保證施工質(zhì)量的關(guān)鍵。本文基于2020年實施的廣西三柳高速公路K56+840～K62+084路段超薄罩面工程,對水泥路面加鋪超薄罩面的路面結(jié)構(gòu)、材料、施工工藝和后期服役性能等進(jìn)行記錄和分析,為水泥路面加鋪超薄罩面提供技術(shù)參考。

1 加鋪方案

三柳高速公路位于廣西壯族自治區(qū)北部,北起三江縣南接柳州市,全長168.729 km。本次試驗段位于上行K56+840～K62+084段,原路面結(jié)構(gòu)為:30 cm水泥混凝土面板+3 cm橡膠瀝青混凝土+透層+20 cm 5%水泥穩(wěn)定碎石基層+18 cm 4%水泥穩(wěn)定碎石底基層+20 cm級配碎石墊層,總厚度為91 cm。本研究采用EMC-13、EMC-10、AC-8、AC-8(纖維)、Thus-20共5種級配的瀝青混合料進(jìn)行加鋪,層間粘結(jié)劑采用溶劑型粘結(jié)劑和改性乳化瀝青。EMC-10、EMC-13、AC-8、AC-8(纖維)為骨架密實型級配,Thus-20為骨架間隙型,均具有良好的表面抗滑性能,構(gòu)造深度>0.75 mm。

2 基面處治工藝

2.1 裂縫處治

裂縫是影響超薄罩面使用壽命的主要病害,根據(jù)水泥路面裂縫的損壞程度制定如下處治方案:

(1)對于縫寬<1.5 cm的裂縫,先進(jìn)行清縫,然后用填縫料進(jìn)行封縫。清縫時,縫壁應(yīng)垂直,如縫寬<0.5 cm,則擴(kuò)縫寬度為0.6～1.0 cm,深度為2.5～3.0 cm,如縫寬>0.5 cm,則擴(kuò)縫寬度為1.0～2.0 cm,深度為3.0～3.5 cm。

(2)當(dāng)縫寬>1.5 cm時,若裂縫處無破碎,在不影響行車安全及舒適性的前提下可按方案(1)的方法進(jìn)行處理。若裂縫處棱角掉塊嚴(yán)重,板下有脫空現(xiàn)象,影響行車安全和舒適性,則根據(jù)板內(nèi)其他破損情況分別按板角修補(bǔ)、板邊修補(bǔ)或換板修補(bǔ)等方案進(jìn)行修復(fù)。

2.2 接縫處治

水泥路面接縫包括縮縫和脹縫,縮縫寬度為5～7 mm,脹縫寬度為20～30 mm。該項目設(shè)計了兩種接縫處治方案和三種灌縫材料,處治方案如下:

方案一:對路面進(jìn)行精銑刨后使用切縫機(jī)進(jìn)行清縫,然后填入灌縫材料。

方案二:使用切縫機(jī)清除接縫內(nèi)4 cm深度的舊填縫料,然后灌入早強(qiáng)水泥漿;水泥砂漿養(yǎng)生6～8 h后進(jìn)行精銑刨,然后對接縫進(jìn)行切縫并填入灌縫料。

方案一精銑刨后路面接縫邊緣存在破損和接縫擴(kuò)寬的情況,原路面接縫由5～8 mm擴(kuò)寬至50～60 mm。采用早強(qiáng)水泥漿對接縫進(jìn)行預(yù)灌縫補(bǔ)強(qiáng)后,再進(jìn)行精銑刨,能夠避免接縫損壞。

灌縫材料采用聚氨酯、瀝青膠砂、環(huán)氧膠砂、聚氨酯膠砂,材料的技術(shù)特點如表1所示。

表1 灌縫材料的技術(shù)特點和應(yīng)用效果表

2.3 抗裂措施

瀝青路面使用的層間抗裂材料包括土工格柵、土工布、抗裂貼等,由于基面為水泥混凝土,常規(guī)的土工格柵和土工布無法與基面固定,因此,該項目采用抗裂貼。瀝青路面的抗裂貼厚度一般為2～3 mm,過大的厚度不利于超薄罩面加鋪后的平整度;同時由于超薄罩面厚度較薄,在攤鋪瀝青混合料時攤鋪機(jī)對抗裂貼推擠作用較強(qiáng),因此抗裂貼厚度過大容易出現(xiàn)推移的現(xiàn)象。為解決上述問題,采用定制的聚酯玻纖加強(qiáng)格柵抗裂貼,技術(shù)指標(biāo)如表2所示。

表2 抗裂貼技術(shù)指標(biāo)表

3 層間粘結(jié)方案

層間粘結(jié)劑使用溶劑型粘結(jié)劑和改性乳化瀝青,溶劑型粘結(jié)劑由樹脂、瀝青、溶劑等混合而成,具有二階反應(yīng)特征。溶劑型粘結(jié)劑撒布固化后在路面形成一層質(zhì)地較硬的薄層,具有不粘輪的特點,經(jīng)過加鋪混合料的高溫使其融化達(dá)到層間粘結(jié)的效果,適用于EMC-10、EMC-13、AC-8、AC-8(纖維)等異步施工的超薄罩面。溶劑型粘結(jié)劑撒布量為0.3～0.5 kg/m2,采用自主設(shè)計的車載式撒布車,施工效率為11 000 m2/h。改性乳化瀝青用于同步施工的Thus-20罩面的粘結(jié)層,撒布量為0.7～0.9 kg/m2。溶劑型粘結(jié)劑的技術(shù)指標(biāo)如表3所示。

表3 溶劑型粘結(jié)劑技術(shù)指標(biāo)表

4 超薄罩面技術(shù)

4.1 配合比設(shè)計

EMC-13、EMC-10、AC-8、AC-8(纖維)使用高彈改性瀝青為膠結(jié)料,Thus-20使用Thus Binder改性瀝青,技術(shù)指標(biāo)如表4所示。超薄罩面的級配范圍如表5所示。

表4 超薄罩面瀝青技術(shù)指標(biāo)表

表5 超薄罩面級配范圍表

經(jīng)過馬歇爾試驗確定最佳油石比,EMC-10為5.5%,EMC-13為4.8%,AC-8為5.8%,AC-8(纖維)為6.2%,Thus-20為5.2%,對混合料馬歇爾指標(biāo)、高溫性能、低溫性能、水穩(wěn)定性、孔隙率等指標(biāo)進(jìn)行測試,結(jié)果如表6所示。

表6 超薄罩面路用性能測試結(jié)果表

4.2 超薄罩面施工

4.2.1 混合料生產(chǎn)

超薄罩面瀝青混合料的生產(chǎn)工藝與普通熱拌改性瀝青混合料的生產(chǎn)一致,由于超薄罩面攤鋪厚度較薄,混合料級配的波動對超薄罩面路用性能影響十分顯著,這是目前大部分密實型超薄罩面滲水無法滿足要求的原因之一。因此,在生產(chǎn)混合料前必須對拌和站計量系統(tǒng)進(jìn)行標(biāo)定,嚴(yán)格控制每一盤料的生產(chǎn)。混合料的干拌時間為8～10 s,濕拌時間為40～45 s,集料加熱溫度為185±5 ℃,瀝青加熱溫度為145±5 ℃,混合料拌和溫度為155±5 ℃。對AC-8(纖維)瀝青混合料,將纖維制成固定質(zhì)量的包裝,然后在生產(chǎn)時人工投入拌和鍋與骨料進(jìn)行干拌,然后加入瀝青拌和均勻。對Thus-20瀝青混合料,集料加熱溫度為195±5 ℃,瀝青加熱溫度為160±5 ℃,混合料拌和溫度為175±5 ℃,同時應(yīng)延長混合料濕拌時間8～10 s,以提高改性劑與瀝青的融合度。

4.2.2 混合料的攤鋪、碾壓

EMC-13、EC-10、AC-8和AC-8(纖維)均采用異步式攤鋪工藝,采用雙機(jī)聯(lián)鋪,前后攤鋪機(jī)縱向間距為10～15 m,橫向熱接縫搭接寬度為3～5 cm,攤鋪速度為5～8 m/min,Thus-20采用同步攤鋪。攤鋪時的連續(xù)性對超薄罩面的平整度影響極大,因此在施工時需待料車多于4輛后方可開始攤鋪,施工時應(yīng)連續(xù)攤鋪。

受到加鋪層厚度和水泥基面剛度的影響,超薄罩面壓實較為困難,對壓實后的罩面性能進(jìn)行檢測,結(jié)果如表7所示。從表7可以看出,EMC-13滲水系數(shù)為314.9 mL/min,IRI為1.29 mm,導(dǎo)致EMC-13滲水系數(shù)過大和平整度較差的原因主要是混合料粒徑較大,而罩面攤鋪厚度較薄,混合料中的粗顆粒在輪碾作用下的偏轉(zhuǎn)和位移較小,混合料難以達(dá)到較高的壓實度,對EMC-10使用了“鋼-膠-鋼”和“膠-鋼”兩種壓實工藝,“鋼-膠-鋼”初壓和終壓為鋼輪,復(fù)壓為膠輪,“膠-鋼”為初壓和復(fù)壓均采用膠輪壓路機(jī),重壓采用鋼輪壓路機(jī)收輪跡。對比不同壓實工藝的EMC-10超薄罩面可知,使用“膠-鋼”的碾壓工藝能夠減小超薄罩面的滲水系數(shù),對路面的抗滑性能和平整度有不利影響。AC-8采用常規(guī)的“鋼-膠-鋼”碾壓工藝,除滲水系數(shù)較大之外,其他指標(biāo)均較優(yōu)。AC-8(纖維)相比AC-8的滲水系數(shù)更小,主要原因是初壓和復(fù)壓采用鋼輪壓路機(jī)振動壓實提高了壓實功,此外還有混合料油石比和纖維的填隙作用。通過Thus-20的壓實效果可以看出,Thus-20滲水系數(shù)和構(gòu)造深度均較大,這是由于其級配為大孔隙的開級,混合料設(shè)計孔隙率為12.6%。此外,Thus-20平整度較差,其原因主要是Thus-20采用同步攤鋪工藝施工,攤鋪機(jī)的乳化瀝青罐容量約為2～3 t,在施工時攤鋪寬度為4.5 m,每攤鋪700 m即需減速或停機(jī)加注乳化瀝青,對超薄罩面的平整度影響極大。

表7 超薄罩面壓實工藝及路用性能檢測結(jié)果表

綜上所述,對于骨架密實型級配超薄罩面,采用鋼輪進(jìn)行初壓,膠輪壓路機(jī)進(jìn)行復(fù)壓和鋼輪壓路機(jī)收輪跡能夠獲得較好的平整度和構(gòu)造深度。同步攤鋪工藝能夠解決乳化瀝青粘輪的問題,但是由于乳化瀝青破乳時間短導(dǎo)致層間殘留較多的水分在通車后緩慢蒸發(fā),主要適用于大孔隙的瀝青混合料?，F(xiàn)有的同步攤鋪機(jī)在對單車道封閉施工時施工機(jī)械需呈縱向隊列加注乳化瀝青,加注過程需減速或停機(jī),影響混合料攤鋪的連續(xù)性,導(dǎo)致超薄罩面平整度不足。

5 應(yīng)用效果評估

于通車后6個月對路面的RQI、SRI、RDI和滲水系數(shù)進(jìn)行檢測,如下頁表8所示。從表8可以看出,經(jīng)過6個月的通車運(yùn)行,超薄罩面的RQI、SRI、RDI均保持在較優(yōu)水平,除AC-8滲水系數(shù)較大之外,其他超薄罩面滲水系數(shù)均滿足設(shè)計要求。

表8 通車6個月后路用性能檢測結(jié)果表

6 結(jié)語

針對水泥路面提升表面平整度和抗滑性能等功能的需要,提出采用超薄罩面對水泥路面進(jìn)行加鋪,結(jié)合基面處治工藝,快速、高效地完成了水泥路面養(yǎng)護(hù)工程。通過對病害處治、接縫灌縫、抗裂處治等進(jìn)行方案設(shè)計,有效提高了超薄罩面的抗裂性能。針對不同級配的瀝青混合料進(jìn)行配合比設(shè)計、混合料生產(chǎn)、混合料攤鋪碾壓,總結(jié)了超薄罩面的施工工藝。通過對路面性能進(jìn)行觀測,驗證了5種級配的超薄罩面在水泥路面上的長期使用效果。超薄罩面具有良好的平整度、抗滑性能,在通車6個月后路面各項性能指標(biāo)均保持在較優(yōu)水平,鋪裝層整體質(zhì)量良好。超薄罩面在三柳高速公路水泥路面上的成功應(yīng)用為我國水泥路面預(yù)防養(yǎng)護(hù)提供了一定的借鑒作用。