PG 82 SBS改性沥青GAC-16罩面在高速公路养护中的应用研究

吴月红

（佛山市建盈发展有限公司，广东 佛山 52800)

在高温多雨的广东地区，高温车辙和水损害是沥青路面易发的主要两种病害，尤其是在重载交通路段，这会大幅降低道路的使用寿命，增加路面的养护维修投入，而且会提升交通事故发生的可能性。为解决这一问题，目前主要从沥青胶结料与沥青混合料级配这两方面进行研究。PG 82 SBS改性沥青具有较高的PG等级，从而使其混合料具有良好的抗车辙能力。[1-2]而且，相比于普通沥青路面，PG 82 SBS改性沥青路面的疲劳寿命明显提升。[3-4]改性新型沥青混凝土GAC-16 与普通AC 型沥青混凝土相比，前者具有更好的密实结构，抗高温车辙性能及抗滑性能更优，而且GAC-16 型沥青混凝土具有良好的抗渗性。[5]同时，GAC-16型沥青混凝土也经常用于路面养护的加铺方案。[6-7]PG 82 SBS改性沥青与GAC-16型沥青混凝土的应用可以有效地减轻广东地区沥青路面的车辙与水损病害。将两者同时应用于道路的养护维修工程中来，有利于进一步延长路面的使用寿命，进而创造更大的经济效益。

1 工程概况

广东阳茂高速公路为国道主干线同江至三亚高速公路广东境内的组成部分，2004 年建成通车，所属地区气候条件为亚热带季风气候，夏季高温多雨，路面最高温度可达70℃。2007～2009年在全线实施了2 cm 超薄磨耗层和1 cm 微表处预防性养护措施，及时有效保护路面。随着路段车流量快速增加，预防性养护逐步达到使用寿命期，路面出现松散剥落、密集裂缝、抗滑性能偏低、坑槽和破损增多等问题。2013～2017 年为确保路面保持良好使用情况对全线路面加铺了4 cm AC-16罩面，提升道路服务水平。随着路面使用年限增长，加铺的AC-16罩面出现裂缝、抗滑偏低、坑槽等问题，如图1所示。2018年11月对存在连续坑槽、路面损坏状况指数PCI值偏低的路段采用了铣刨重铺4 cm GAC-16 罩面处理，12月完工。

图1 原路面病害图

2 PG 82 改性沥青GAC-16 型沥青混合料配合比设计

2.1 目标配合比

2.1.1 目标配合比原材料性能

根据研究者考虑广东地区特定的气候条件而得出的PG 82 SBS 改性沥青技术要求，[2]对本养护项目所用PG 82-10 SBS改性沥青胶结料进行测试。测试结果表明，PG 82 SBS 改性沥青性能符合技术要求，如表1所示。

表1 PG 82 SBS改性沥青基本性能

GAC-16 型沥青混合料采用石灰岩材质碎石、辉绿岩机制砂、石灰岩矿粉及P.O.42.5普通硅酸盐水泥，各材料性能如表2 所示。集料各项性能满足规范《公路沥青路面施工技术规范》（JTG F40—2004）[8]的技术要求。

表2 集料与填料性能指标表

2.1.2 目标配合比最佳油石比确定

根据原材料筛分及检测结果，按照GAC-16级配设计范围进行本项目PG 82 SBS 改性沥青GAC-16 型沥青混合料目标合成级配及其曲线的设计，分别如表3和图2所示。

图2 目标配合比矿料级配曲线

表3 目标配合比矿料级配

根据《公路工程沥青与沥青混合料试验规程》（JTG E20—2011）[9]进行室内马歇尔试验确定PG 82 SBS 改性沥青GAC-16 型沥青混合料目结果如表4所示。

表4 目标配合比设计试验结果

2.2 生产配合比

2.2.1 生产配合比原材料性能

根据实验室目标配合比设计结果，集料经拌合楼烘干、除尘及筛分等工序后进行检测，测试结果如表5 所示。并根据此确定生产配合比合成级配如表6及图3所示。

表5 生产配合比矿料性能表

表6 生产配合比矿料级配

图3 生产配合比矿料级配曲线

2.2.2 生产配合比最佳油石比确定

按照生产配合比级配设计结果进行室内马歇尔试验，确定4.65%为生产配合比最佳油石比，混合料试验结果如表7所示。可以看出，采用PG 82 SBS改性沥青作为胶结料的GAC-16 型沥青混合料在60℃条件下的动稳定度接近10000次/mm，说明其具有较好的高温稳定性，在高温环境下抵抗永久变形的能力较强。另外，冻融劈裂比及残留稳定度分别为93.0%和93.9%，这体现了PG 82 SBS改性沥青GAC-16 型沥青混凝土良好的水稳定性。结合高温性能及水稳性，可以得出PG 82 SBS改性沥青GAC-16 型沥青混凝土较为满足广东地区高温多雨环境对路面性能的要求。

表7 生产配合比设计试验结果

3 路面施工

3.1 路面铣刨

为有效保证罩面使用寿命，项目实施了严抓原路面病害的全面和彻底处治的措施。进行罩面养护工程施工前，联合设计、监理和施工单位先对原路面进行视频摄像，然后对病害进行调查，现场标识病害处治的范围和深度。然后采用铣刨机，对病害较严重，存在连续纵缝、连续坑槽的AK 3337 + 000 ～AK 3338 + 000及BK 3345 + 000～BK 3349 + 000路段共计5.0 km进行铣刨，铣刨施工过程如图4所示。

图4 路面铣刨施工图

3.2 混合料拌和及运输

采用产量不少于240 t/h，热贮料仓为60 t 以上的沥青混合料拌和楼进行养护项目所需的PG 82 改性沥青GAC-16 沥青混合料，生产能力满足养护项目用料需求。混合料均匀，无花白料。使用装载量在15 t以上沥青混凝土运输车将混合料运输至施工现场。同时，采取有效措施控制混合料的温度和离析。一方面在拌和机出料料口安装红外线感应器，监测出料温度；另一方面混合料运输过程采用了2 层毛毯覆盖保温；最后混合料到施工现场监理单位进行温度监测，温度达到要求才允许施工。对混合料离析进行控制，运料车在拌和楼上装料时，多次前后移动位置平衡装料来减少离析情况。

3.3 摊铺碾压

对需要进行罩面养护的路段进行维修，铺设碎石封层，侧面洒铺改性热沥青粘层（0.6～0.8 km/m2），然后回填4 cm SBS 改性GAC-16 沥青混合料。使用摊铺宽度为7.5 m 的沥青混合料摊铺机，进行PG 82 改性沥青GAC-16 沥青混合料的摊铺施工。为防止混合料离析现象的出现，现场施工时，要控制好摊铺机缓慢、均匀、连续不间断地摊铺，不随意变换速度或中途停顿，提高平整度，摊铺速度不得超过3m/min。通过13 t双钢轮带振动双钢轮压路机进行罩面混合料的静压及振动压实，然后采用3 t 胶轮压路机进行复压，如图5 所示。回填压实后，在接缝处设置宽40 cm （新路面25 cm） 改性乳化沥青雾封层，用量为0.3～0.5 km/m2，在铣刨重铺的新旧路段起讫横截面采用压缝带粘贴及表明涂刷防水层。

图5 PG 82SBS改性沥青GAC-16罩面摊铺碾压施工图

4 路面检测

4.1 施工完成近期检测结果

罩面养护工程完工后，于2019年4月对养护工程进行路面破损、平整度、车辙、抗滑性能及抗渗水性能等进行统计检测。

4.1.1 病害统计

对罩面养护路面的裂缝、坑槽、松散、泛油及修补情况进行了全面的调查统计，结果如表8所示。罩面养护路面在全线通车将近半年后，并未发现龟裂、块状裂缝、纵向裂缝、坑槽、松散剥落及泛油等病害，只存在极少的小型横向裂缝以及小面积的修补。这说明PG 82 SBS 改性沥青GAC-16 罩面可以有效预防反射裂缝的产生。同时，采用接缝侧面贴压缝带和表明涂刷防水层对罩面冷接缝进行涂刷处理效果良好，接缝部位并无坑槽病害。其中，路面破损率DR较低，路面损坏状况指数PCI均大于95%，等级评价均为优等。

表8 养护路面病害情况统计表

4.1.2 平整度

养护路面平整度检测情况如表9 所示，罩面养护路面的平整度测试合格率为100%，其中国际平整度指数IRI最高为1.5，路面行驶质量指数RQI都在90%以上，等级评价均为优等。

表9 养护路面平整度检测统计表

4.1.3 车辙

根据表10所示的车辙检测结果得知罩面养护路面的车辙深度较低，平均车辙深度RD 不超过5.0，车辙深度指数RDI均大于90%，等级评价均为优等。较好的抗车辙能力可以归因于PG 82 SBS改性沥青GAC-16罩面粘结剂优异的高温稳定性以及GAC-16的骨架密实型结构两者的共同作用。[4]

表10 养护路面车辙检测统计表

4.1.4 横向力系数

如表11所示，通过横向力系数SFC及路面抗滑性能指数SRI评价出罩面养护路面的抗滑性能等级均处于优良等级。罩面较好的抗滑性可以保证高速行车时的安全性，特别是在路面雨水较多的情况下。

表11 养护路面横向力检测统计表

4.1.5 路面结构强度

在弯沉检测过程中，采用新建路面设计弯沉值22.7 mm （0.01 mm） 为标准，罩面养护路面的代表弯沉值除了BK3348+000～BK3349+000路段略大于设计弯沉值，其余路段弯沉值均小于设计弯沉值，如表12所示。通过结构强度系数SSI及路面结构强度指数PSSI得到路面结构强度均处于优良等级。

表12 养护路面弯沉检测统计表

4.1.6 抗渗水性能

采用路面渗水仪进行罩面养护路面抗渗水性能的检测，要求渗水系数不大于100 mL/min。从表13路面渗水系数检测结果可以看出路面基本上不渗水，这将有利于保护集料之间的有效黏结。因为雨水深入沥青混合料内部后，在行车过程中引起的动水压力作用下会对沥青混合料产生冲刷作用，从而损害集料之间的黏结。

表13 养护路面抗渗水性检测统计表

根据对路面破损、平整度、车辙和抗滑性能及抗渗水性能等进行检测和统计的结果，可以得出PG82 SBS 改性沥青GAC-16 罩面高温稳定性好、预防裂缝反射、抗车辙和封水效果都较为理想，性价比较高，在大交通量和重载交通路段值得推广使用。

4.2 路面长期性能检测结果

为评价PG 82 SBS 改性沥青GAC-16 罩面的长期使用性能，在2020年6月对罩面工程进行路面破损、平整度、车辙、抗滑性能及抗渗水性能进行检测。

4.2.1 破损情况

对于罩面养护路面的破损情况，存在少量龟裂、块状裂缝及横纵向裂缝，总修补面积约200 m2，较仅有几处出现小区域的松散剥落，并无产生泛油病害。同时，采用接缝侧面贴压缝带和表面涂刷防水层对罩面冷接缝进行涂刷处理部位出现的坑槽病害极少。路面破损率DR总体较低，路面损坏状况指数PCI 大部分在85%左右，评价等级为良。

4.2.2 平整度、车辙及抗滑性能

罩面养护路面的平整度测试合格率为100%，其中国际平整度指数IRI 最高为3.5，路面行驶质量指数RQI都在80%以上，等级评价大部分为良，少数为优等。

车辙深度检测结果显示，养护路面的平均车辙深度RD 不超过10.0 mm，车辙深度指数RDI 小于80%的极少，表明路面整体具有较好的抗车辙能力。

检测路段横向力系数SFC平均数大于40的占95%以上，得到绝大部分路段具有良好的抗滑性能。

根据养护路面投入使用将近三年之后的路面破损情况、平整度、车辙和抗滑性能检测结果，可以得到路面还是具有较好的使用性能，可以满足道路的正常使用。这说明PG82 SBS 改性沥青GAC-16 罩面在炎热多雨地区具有较好的长期使用性能，值得将其推广于养护工程中。

5 经济性分析

对处于高温多雨地区，而且存在较多重载车辆的路面而言，若采用普通沥青混合料或是SBS改性沥青混合料进行罩面养护时，罩面一般会在两年左右遭到较为严重的破坏，进而需要对整条养护路面重新开展养护工程或者对道路进行铣刨重铺。对于PG82 SBS 改性沥青GAC-16 罩面而言，将近三年的使用并未出现大范围的病害，还是可以满足正常的使用，仅需要对道路的少数局部进行修补养护。这可以避免大范围的养护工程或者铣刨重铺而投入的资金，其中包括施工材料费用、车辆的运营费、施工仪器及施工队伍花费等。一般，对4 km的双向8车道交通高速公路进行4 cm罩面大中修养护工程需投入将近1千万的花费，若是进行铣刨重铺将会花费更多。PG82 SBS 改性沥青GAC-16 罩面的预计使用寿命至少有四年， 这意味着采用PG82 SBS 改性沥青GAC-16 罩面的过程中可以减少一次大中修养护工程的投入。以本文所述项目为例，可以节省约1250 万元的投入。这可以降低道路的建设成本，进而创造更大的社会经济价值。

6 结论

采用PG 82 SBS改性沥青GAC-16罩面对广东阳茂高速中存在连续坑槽、破损PCI值偏低路段进行养护，并在完工后约半年进行路面质量检测，得出以下结论：①PG82 SBS改性沥青GAC-16罩面具有较好的高温稳定性及优异的抗渗水性能，适合广东地区高温多雨的环境；②PG82 SBS改性沥青GAC-16 罩面可以有效预防反射裂缝的产生，对于推广PG82 改性沥青GAC-16型沥青混合料在道路养护工程的应用具有重大作用；③G82 SBS改性沥青GAC-16 罩面具有较好的抗滑性能及路面结构强度；④采用接缝侧面贴压缝带和表面涂刷防水层对罩面冷接缝进行涂刷的处理措施具有良好效果。