河北张承高速公路桥面加铺微罩面技术的应用

王治强

(河北省高速集团有限公司张承分公司 张家口市 075000)

1 技术应用背景

新建路面在通车运营3～6年后，在交通荷载与自然因素的影响下，道路表面层将逐渐出现沥青粘结料老化、细料剥落、轻微车辙和局部开裂等路面中早期病害现象。传统的公路养护是在路面病害发展到一定程度，严重影响道路交通时，才对路面进行一系列的大中修养护维修。近年来，预防性养护的理念在行业内逐渐普及，该理念是指在不改变原路面结构基础的情况下，对路面进行有计划的超前养护维修，从而可以有效地预防路面病害，从路面全寿命周期角度降低路面管理费效比的养护思路。

在各类预养护技术中，厚度低于2.5cm的超薄沥青罩面预养护技术在国内外得到广泛应用[1-2]。孙培等人通过研究认为，应采用较高掺量的SBS改性沥青以保证超薄沥青的抗剪性能和其他路用性能[3]。目前市场上也大多是以Novachip超薄磨耗层为代表的热拌沥青超薄罩面为主。然而，目前热拌超薄罩面技术体系由于过高的施工温度，不仅容易发生混合料短期老化，造成性能下降，而且施工和易性较差，容易造成欠压实[4]。谭忆秋等人也强调了超薄罩面技术应当注重其低温性能[5]。因此，温拌薄层技术在施工可操作性、应对场景多样性上具有较大的优点，值得推广应用。此外，河北属于北方低温地区，更有必要发展可低温施工的路面预养护技术。

微罩面是通过传统摊铺设备，将专用改性沥青混合料快速摊铺成型的预养护技术方案。其拌和温度为110～140℃，施工碾压温度可低至70℃。施工过程中沥青气味小、施工操作和易性好，易于摊铺碾压。此外，微罩面施工采用专用粘层油材料和喷洒设备，在保证路面粘结性能的前提下，解决了粘结有效性和路面泛油等潜在风险。

河北省高速集团有限公司张承张家口分公司于2016年在张承高速张家口至崇礼段上进行了桥面加铺1cm微罩面技术的试验段项目，通过4年的跟踪观测，验证了该技术能够较好地解决与预防沥青桥面的裂缝、松散、麻面等病害。2019年，针对张承高速标段K16+635～K62+078的桥面铺装(52座桥，双向)持续出现微裂缝发育与麻面掉粒等前期病害，按照公路“常养常新”的超前预防性养护理念，采用了铣刨原桥面铺装1cm后加铺1cm微罩面的处治方案。在不增加恒载与标高的情况下，实现桥面的快速化、高效化、轻量化预养护目的。

下面介绍微罩面技术的原理及指标要求，对河北张承高速张家口至崇礼段桥面两次微罩面项目的施工过程与后评估结果进行分析，从施工工艺、质量监控、验收标准、技术后评估及经济效益等方面，总结微罩面技术在北方低温地区高速公路桥面的应用经验。

2 微罩面工艺简介

2.1 微罩面结构

微罩面的结构由表面磨耗层和粘结防水层组成，如图1所示。表面磨耗层采用专用有机硅改性沥青及OGFC-5级配，使其在0.7～1.5cm的厚度条件下仍可采用热拌沥青混合料施工设备与工艺摊铺及碾压；粘结防水层能够保证微罩面与原路面结合紧密，确保微薄层与原路面有效粘结，同时防止雨水下渗。

图1 微罩面的结构

2.2 微罩面原理

专用微罩面沥青胶结料的特点：

(1)使用有机硅作为改性剂可以显著提高沥青的耐老化性能。

(2)有机硅的加入能显著提高沥青的粘附性和憎水性，有效提高沥青与骨料的粘附力。

(3)有机硅改性沥青在低温下具有良好的柔韧性，并且微罩面沥青混合料是一种“富油型”结构，可以进一步提高路面的低温性能，有效避免低温冻融病害的出现。

(4)通过加入温拌剂，显著降低了改性沥青的粘度，大幅度降低沥青混合料的拌和、摊铺及碾压温度。

粘结防水层中加入了非离子型表面活性剂，大幅降低了粘层油表面张力，一方面提高了材料的渗透性，另一方面提高了与原沥青或水泥路面的粘结性。

3 项目实施总结

3.1 2016年微罩面试验段

3.1.1性能后评估

2016年9月23日在K16+322里东窑一号大桥，K15+245水泉沟一号大桥双幅桥梁面层进行试验段的施工。微罩面施工后，每月对桥面状况进行一次查看，长期的后评估表明两座大桥的路面使用性能良好，无路面病害出现。2017年9月底(项目实施一年后)对路面的摩擦系数、构造深度以及渗水系数进行了检测，检测数据汇总如表1。

表1 2016年微罩面试验段落地一年后检测指标

从检测数据可以发现，微罩面厚度在0.9～1.2cm之间，平均厚度1.05cm，大于1.0cm的设计厚度；微罩面构造深度在0.516～0.569mm之间，平均为0.542mm，高于规范的规定值0.45mm；微罩面在服役一年后摩擦系数仍然在76.9～81.7之间，平均值高达78.8，明显高于规范规定值55，可见微罩面可长期保持优异的抗滑性能；渗水系数在112～122ml/min之间，平均为117ml/min，微罩面仍具有一定的排水效果，这是由于微罩面采用OGFC-5级配，具有一定排水、降噪的功能。从目前项目现状来看，经过四个四季温差变化(最低温度可达-35℃)和行车荷载的作用，截止2020年12月还未出现明显病害,因此微罩面具有良好的耐久性。

3.1.2经济效益测算

为了测算微罩面的技术经济效益，根据河北张家口地区的地材价格及微罩面技术试验段的实际费用，对比了传统铣刨加铺4cm与微罩面技术的费用成本，结果如表2所示。

表2 传统铣刨加铺4cm与微罩面技术的费用成本差异分析

试验段两桥面摊铺数量为20000m2，按照每平米节约15元来算，可节约资金30万元，降低成本超过29%。此外，由于1cm微罩面摊铺厚度仅为4cm路面的四分之一，可减少珍贵石料与沥青消耗60%以上，具有出色的绿色与环保效益。

3.2 2019年微罩面项目

鉴于2016年微罩面试验段良好的使用情况，2019年5月张承高速公路在张家口至崇礼段桥面病害治理中进行了大规模的微罩面工程，实施面积为237111.5m2。为了形成该技术的成套施工工法，对本项目的主要环节和实验检测情况进行了分析。

3.2.1原材料

(1)原材料的选用

集料使用张家口宣化某石料厂生产的玄武岩和宣化某建材有限公司生产的机制砂；沥青使用上海群康沥青科技股份有限公司生产的有机硅改性沥青。粘层油使用上海群康沥青科技股份有限公司生产的微罩面专用粘层油。

(2)原材料准备

原材料检测结果如表3、表4所示，改性沥青、集料、矿粉均满足要求。

表3 有机硅改性沥青检测结果

表4 微罩面矿料检测结果

3.2.2配合比设计

微罩面OGFC-5 沥青混合料级配及配合比设计方案如表5～表7所示。

表5 微罩面OGFC-5 沥青混合料级配

表6 微罩面OGFC-5 沥青混合料设计目标配合比

表7 微罩面OGFC-5 沥青混合料设计生产配合比

3.2.3施工工艺流程

微罩面施工工艺流程如图2所示。

图2 微罩面施工工艺流程

3.2.4施工关键环节

经总结，微罩面的施工存在以下几个关键环节：

(1)控制出料温度为110～140℃。试验段沥青混合料出厂温度在131℃左右，出料运到现场摊铺前温度为124℃，温度降低10℃左右，运输期间和等待卸料时间为5个小时，平均温降速率为2℃/h，完全能够达到设计要求以及现场施工温度要求。

(2)控制粘层油洒布量。微罩面粘层洒布量设计为0.1～0.3kg/m2，经过实际测定洒布量为0.15kg/m2，满足相关规范及设计要求。对于没有喷洒到位的局部地方，采用人工进行找补涂刷，保证洒布质量。

(3)控制松铺系数为1.2。通过现场实测松铺系数结果看(如表8所示)，如果要控制1.0 cm的厚度，摊铺松铺系数控制在1.2比较合适。

(4)控制碾压温度>70℃，严禁压路机开启振动。通过试铺，压路机组合决定采用一台12t双钢轮压路机和一台3t双钢轮压路机进行组合碾压，可以满足施工需求，为了保证碾压效果，碾压温度确定控制在70℃以上较好。

表8 1cm厚OGFC-5微罩面面层压实系数计算表

3.2.5微罩面的验收检测结果

按照技术要求，对微罩面项目段的验收结果如表9所示，结果表明本项目的微罩面实施能够满足设计文件的各项指标，达到验收标准。

4 结语

介绍了微罩面技术的原理及指标要求，通过对河北张承高速公路桥面2016年、2019年两次微罩面项目的施工过程与后评估结果进行分析，从施工工艺、质量监控、验收标准、技术后评估及经济效益等方面总结了微罩面技术在北方低温地区高速公路桥面的应用经验。

表9 微罩面验收检测结果

河北张承高速公路桥面2016年微罩面试验段的长期后评估与性能追踪表明，微罩面具有良好的抗滑、耐久性、排水及降噪性能。经过2019年超过20万平的微罩面项目经验总结，提出要对施工过程中的出料温度、粘层油洒布量、松铺系数、碾压温度等指标进行全过程监控，才能充分地把控1.0cm微罩面的施工质量。

微罩面工艺在张承高速公路张家口至崇礼段的有效实施，为北方地区运营高速公路在路面、桥面的预防性养护方面起到了引导和示范的作用，达到了降本增效的目的，同时因减少了铣刨的环节，避免了铣刨料对环境的污染，减少了碳排放量，符合当下节能减排、绿色发展的要求。