HET高性能抗滑表层在特长隧道路面抗滑处治中的应用

李 斌

(广东省南粤交通龙怀高速公路管理中心，广东 英德 513000)

0 引言

广东省交通集团有限公司组织研究开发了HET系列高性能抗滑表层技术，其由特制的HET高性能粘结层和1.0～3.0cm的HET高性能沥青混合料组成，具有抗高温、抗水损、抗老化、抗疲劳开裂等优良性能，尤其在路面抗滑性能提升方面优势明显。HET系列高性能抗滑表层技术已在我省惠清、花莞、云茂等新建高速公路路面、桥面铺装、隧道路面等多个不同工况路段，以及汕梅、广清高速公路等多个养护工程薄层罩面中得到了应用，效果良好。

连英高速公路金门隧道长6.48km，双线四车道，设计行车速度100km/h，采用水泥混凝土路面结构。建成通车后，隧道路面抗滑性能快速衰减。为提升金门隧道的行驶安全性，以及改善行车舒适性，于2021年采用HET高性能抗滑表层技术对金门隧道西行方向进行加铺罩面。另根据调研，路面养护中，隧道水泥路面加铺沥青层厚度一般为1.0～2.0cm，较薄的沥青层对路面的平整度改善有限，且在加铺后1～2年即出现反射裂缝，耐久性不足。经设计计算分析，本次加铺推荐采用2.5cm HET-Y(C)型高性能抗滑表层，其结构见表1所示。

表1 金门隧道路面加铺结构

1 HET-Y(C)混合料设计

1.1 原材料

采用河源芙蓉石场5～10mm粗集料、0～3mm的机制砂以及佛山市三水区南山镇宏达石仔加工场的矿粉、北京天成肯特莱科技有限公司生产的絮状木质纤维进行配合比设计，胶结料采用广东华路交通科技有限公司研发的HET专用特种沥青，其技术指标见表2。

由表2可见，HET专用特种沥青60℃动力粘度为50万Pa·s，135℃运动粘度仅2.38Pa·s，粘韧性为30N·m。从关键指标看，该沥青性能优良，具有较好的高温性能，且具有较好的施工和易性，以及使用过程中的耐疲劳性能。

1.2 配合比设计

HET在级配选择时，优先采用增强型骨架结构体系，利用石料嵌挤形成的稳定骨架抵抗行车荷载，沥青胶浆对矿料空隙的进行部分填充以形成半开级配结构，同时外掺0.3%(沥青混合料质量)纤维稳定剂增强沥青混合料的抗裂性能。采用马歇尔设计方法对HET-Y(C)改性沥青混合料的配合比进行设计，级配曲线如图1所示。双面击实50 次成型马歇尔试件，击实温度为170℃～180℃。采用体积法测定其毛体积密度，试验结果见表3，体积指标均满足设计要求。

图1 两种混合料的级配曲线

表3 沥青混合料体积及性能技术指标

1.3 混合料的性能

1.3.1 高温稳定性

基于车辙试验评价HET-Y(C)改性沥青混合料的高温稳定性，以车辙动稳定度及车辙深度作为评价指标，试验结果见表4。试验结果表明，HET-Y(C)改性沥青混合料的高温抗变形能力较强，70℃的车辙动稳定度大于5 000次/mm，如此的空隙结构还能保持优良的抗车辙性能，得益于混合料增强型骨架的设计、HET专用特种沥青的高粘结性能以及混合料中纤维稳定剂的稳定、增强作用，优良的材料及结构设计确保了HET-Y(C)改性沥青混合料整体强度以及耐高温的性能。

二是四萼猕猴桃与中华猕猴桃嫁接亲合力好，成活率可以达到70%以上，根系发达，有“小脚”现象，抗根腐病、溃疡病效果好，嫁接的苗木生长比较旺盛，适宜在南方栽培。

表4 沥青混合料车辙试验结果

1.3.2 水稳定性

基于浸水马歇尔飞散试验评价沥青混合料的抗水损坏性能，试验结果见表5。试验结果表明，HET专用特种沥青、纤维稳定剂的使用，马歇尔试件空隙率14.5%的条件下，试件的飞散损失仅为1.61%，说明HET-Y(C)改性沥青混合料在力、水、温耦合作用下具有较强的粘聚性能及强度，能够较好地抵抗水、温对其结构的破坏。

1.3.3 抗裂性能

水泥路面加铺的沥青磨耗层抗裂性能的优劣，是确保其功能及耐久性能的关键。基于半圆弯曲试验对HET-Y(C)改性沥青混合料、PG76改性沥青GAC-16沥青混合料(油石比4.8%、空隙率4.0%)、PG76改性沥青OGFC-13沥青混合料(油石比5.3%、空隙率20.0%)的抗裂性能进行评价，采用断裂能Gf、柔性指数FI作为评价指标。Gf表征沥青混合料裂缝扩展过程中所需的能量，其值越大表明抗裂性能越好；FI表征沥青混合料开裂过程中裂缝的扩展速率，其值越大表明扩展速度越慢。

试验结果如图2和图3所示，可以看出，HET-Y(C)改性沥青混合料Gf、FI指标均高于GAC-16、OGFC-13的，这说明HET改性沥青混合料的抗裂性能更优，出现裂缝时，扩展速度更慢。这是由于HET-Y(C)混合料中高粘、高弹的沥青、粉料组成的胶浆将石料牢牢地粘固在一起，同时纤维在混合料中又起到稳定、加筋的作用，这使得HET-Y(C)混合料的柔韧性、粘弹性相比更优，更能抵抗裂缝的出现及扩展，具有更优的抗裂性能。

图2 断裂能Gf试验结果

图3 柔性指数FI试验结果

2 施工工艺

2.1 旧路处治

由于在长期半封闭的环境下行车，洞内水泥路面表面已存在黑黄色的光滑油膜，高压水枪难以冲洗干净，且该油膜不利于水泥路面与HET抗滑表层之间的有效黏结。因此采用BLASTRAC 2-4800DH抛丸机对原水泥路面进行抛丸处治(图4)。为确保层间的有效黏结，要求抛丸后的路表构造深度不小于0.8mm，摆值不小于45BPN。实际抛丸后，路面构造深度在0.95～1.10mm之间，路面摆值处于75～80BPN之间，抛丸效果良好(图5)。

图4 车载式抛丸机

图5 抛丸效果

对于老化的嵌缝材料，更换为改性热沥青封缝，对于板块胀缝、缩缝、吭边等大于1cm的，采用沥青砂进行回填。此处，原设计沥青砂采用河砂，实际施工中，河砂拌合乳化沥青后，粘聚成团，无法进行回填，本项目改进为采用1.18～2.36mm的集料代替河砂，施工效果更好。

2.2 混合料的生产

采用HDG3000型间歇式沥青混合料搅拌设备，混合料拌合温度为175℃～185℃，拌合时间为60s。混合料色泽较黑亮，搅拌均匀，无纤维成团及混合料花白现象，混合料搅拌效果较好。在增加木质素纤维的情况下，拌合时间较一般的半开级配沥青混合料仅延长了5s，说明HET-Y(C)型沥青混合料加工较为容易。

2.3 混合料的摊铺

施工采用2台福格勒SF1800-3L型履带式沥青摊铺机成梯队作业。为确定摊铺速度，HET-Y(C)的摊铺设计了4、6、8、10、12m/min五种速度。从现场摊铺效果看，摊铺速度12m/min左右时，混合料摊铺面出现少量拉毛、拉裂及小坑洞等现象；摊铺速度10m/min左右时，1台压路机明显跟不上摊铺速度，因此，摊铺速度不宜大于10m/min；摊铺速度6～8m/min左右时，混合料摊铺面较均匀，粗骨料搭接紧密，能形成较好的骨架结构，摊铺表面未出现拉毛、拉裂及小坑洞等现象。另因目前运输车仅能装载15～20t混合料，在摊铺速度小于6m/min左右时，混合料等待时间延长，当环境温度较低时，混合料存在温度降低至不可接受范围的风险。建议HET-Y(C)沥青混合料的摊铺速度控制在6～8m/min，如图6所示。

图6 6～8m/min摊铺速度的摊铺效果

2.4 混合料的碾压

配备了两台BOMAG 120A(13t)压路机、一台BOMAG 3t小压路机，小压路机用于对边部进行补充碾压。试验段设计了三种碾压工艺方案(表5)。从外观看，方案2(静压4遍)比方案1(静压3遍)的碾压效果好，多1遍复压确保了混凝土的密实性及均匀性，更加平整；方案3在初压中采取前静后振1遍，前进方向静压对松散混合料的骨料进行了重新排列以及初步压实，后退振动使混合料内部粗集料相互挤压形成稳定的骨架结构，初压阶段混合料的压实度即可达到90%以上，且从工后检测的平整度、构造、抗滑等数据及分布均匀性看，该碾压工艺较为合理，铺筑的效果较佳。

表5 混合料碾压工艺

2.5 粘层油的洒布

HET粘层油采用HET专用高粘改性乳化沥青，采用同步喷洒工艺，乳化沥青加热到60℃～70℃时，乳化沥青能够均匀喷出，且不堵塞喷头。洒布量为0.6kg/m2时，喷洒出的乳化沥青未能有效覆盖构造深度为0.8～1.2mm的水泥混凝土基面；洒布量调整为0.9kg/m2时，粘层油洒布均匀，能有效覆盖基面构造，不流淌，如图7所示。考虑到乳化沥青在覆盖沥青混合料后，破乳速度变慢，因此建议粘层油洒布按0.9kg/m2控制，兼顾乳化沥青的破乳和粘结效果。

图7 0.9kg/m2粘层油洒布的外观

3 施工质量检测及评价

3.1 平整度

采用G3高精度手推式断面仪(图8)对HET平整度进行检测。G3是通过安装在滚动平台上的三轴加速度计对纵断面的相对高程进行测量，通过计算得到国际平整度指数IRI(m/km)，测试结果如图9所示。从测试结果看，IRI(m/km)分布在0～1之间的占比85%，IRI(m/km)分布大于2的占比仅为4%，测试路段的平整度数据整体较为均匀，路面平整度较好。

图8 G3高精度手推式断面仪

图9 IRI分布情况

3.2 表面构造

铺砂法测试结果表明，HET-Y(C)构造深度平均值为1.22mm，且纵横向构造深度差值仅在0.1mm之内，即HET表面均匀，纹理粗糙。

TM2路面激光纹理仪使用线扫描激光器对路面进行扫描，通过测量的高程来计算平均断面构造深度MPD，通过数据处理可评价路面纹理的构造及均匀性。对加铺沥青罩面进行测试，主车道、超车道位置各测试两道，取10mMPD平均值进行统计分析，分析结果如图11所示。图11表明，HET路面的构造粗糙，分布均匀；MPD在1.15～1.25mm区间内的占比85%，小于1.05mm的仅占4.5%。

图10 路面激光纹理仪测试

图11 MPD分布情况

3.3 层间粘结性能

采用层间拉拔仪对试验段路面层间粘结强度进行测试。抽检的5个测点取得的芯样均显示粘结层水泥板被拉断而粘结层未断裂，如图12、图13所示，表明粘结层拉拔强度已超过水泥路面表层(抛丸后)的黏结能力，其具体的黏结强度需借助室内试验获取。因此从现场进行粘层油取样，于室内标准环境下进行补充拉拔试验，得到20℃条件下的拉拔强度为0.62MPa。

图12 芯样粘结层断面之一

图13 芯样粘结层断面之二

3.4 抗滑性能

通车7d后，采用横向力测试车对HET-Y(C)罩面进行测试。HET-Y(C)高性能抗滑表层在通车7d后，主、超车道横向力系数分别为74.5、76.8，说明其初始抗滑性能较好。其抗滑耐久性仍需长期跟踪观测。

4 结语

依托连英高速公路金门隧道水泥混凝土路面加铺HET-Y(C)高性能抗滑表层工程项目，对HET-Y(C)高性能抗滑表层从原材料、配合比设计、施工工艺及适用性等方面进行总结与分析，得到如下结论：

(1)HET-Y(C)沥青混合料的高温抗车辙性能、水稳定性及抗裂性能优异，从混合料性能看，适合用于水泥混凝土路面的加铺。

(2)HET-Y(C)施工工艺较为简单，混合料抗离析，碾压后路面粗糙，纹理分布均匀，路面平整舒适，抗滑性能优良。

(3)采用HET-Y(C)高性能抗滑表层技术应用于特长隧道水泥混凝土路面的加铺，能有效地改善行车舒适性及安全性，适用性好，具有良好的社会效益及经济效益。