沥青路面预防性养护中同步薄层罩面技术的应用

郑永尤

（东莞粤惠建筑科技有限公司，广东东莞 523000）

0 引言

在行车反复碾压及环境等因素的综合作用下，高等级公路沥青路面会逐渐出现各种病害，一般情况下公路运行3～5a 后路面会出现老化、剥落、车辙、裂缝、磨光等功能性损坏，此时若不及时实施预防性养护，以上病害会持续扩展，引发严重的坑槽、车辙、唧浆、松散等结构性损坏，使沥青路面路用性能和寿命急剧下降。20 世纪90 年代，预防性养护施工技术开始在我国高等级公路中推广应用，根据路面功能性损坏的严重程度，预防性养护措施分为雾封层、沥青再生、微表处、薄层罩面等。其中，雾封层、沥青再生养护技术适用于沥青油膜磨耗、老化、渗水等轻微病害；微表处适用于沥青层剥落、轻微车辙等病害；薄层罩面技术则适用于沥青表面修复和深度在15mm 以内的轻度车辙等病害，并能显著提升沥青面层抗滑、排水、抗磨、降噪等性能，从而保证沥青路面使用寿命。

1 工程概况

某高速公路全线于2015 年8 月底建成通车，按照全封闭、全立交平原微丘区四车道高速公路设计，行车速度120km/h，路基宽28m，行车道设计宽度为4×3.75m，设计荷载为汽车-超20 级、挂车-120。在长期运行过程中，部分路段重载超限车辆持续增多，导致路段出现表面功能性病害，为解决这些问题，保证公路的使用寿命，必须对病害路段实施预防性养护。相关部门于2020 年初对该高速公路病害路段展开调研，按照先局部、后铺开的方式，于2020 年10 月对桩号K376+955—K383+410 试验段实施同步薄层罩面预防性养护，罩面层设计厚度为2.5cm。

2 原材料性能及配合比设计

2.1 原材料性能

同步薄层罩面混合料主要由聚合物改性乳化沥青、高黏SBS改性沥青、优质粗细集料及填料等材料按设计配合比制备而成。

（1）聚合物改性乳化沥青：试验段主要使用破乳速度快、黏结及防水性能优良的高性能聚合物改性乳化沥青，其性能检测结果详见表1。根据表中试验结果，聚合物改性乳化沥青混合料蒸发残留物残留水分含量、软化点、弹性恢复程度等均符合《公路工程养护技术规范》（JTG H10—2009），且比常用的黏层改性乳化沥青混合料性能更加优异[1]。

表1 聚合物改性乳化沥青性能检测结果

（2）高黏SBS改性沥青：该试验段同步薄层罩面改性乳化沥青混合料孔隙率在10%以上，且属于开级配骨架结构，为保证其具备较好的抗裂、抗车辙、抗疲劳、防渗等性能，应增大其裹覆集料油膜厚度、提高黏附性能，高黏SBS改性沥青结合料路用性能试验结果详见表2。根据试验结果，该结合料软化点、闪点、延度和弹性恢复等性能均满足规范要求，并优于常用SBS改性沥青。

表2 高黏SBS改性沥青结合料路用性能试验结果

（3）优质粗细集料及填料：该高速公路同步薄层罩面试验段所用集料均应符合《公路工程养护技术规范》（JTG H10—2009）关于抗滑表层性能质量要求，所用粗细集料均为闪长岩。为增强沥青结合料和粗细集料黏附性，提升同步薄层罩面混合料抗水损性能，应以水泥为填料。粗集料压碎值为6.1%、洛杉矶磨耗值10.6%、表观相对密度2.769、吸水率和坚固性分别为0.67%和2.06%、粒径大于9.5mm的针片状颗粒含量为4.6%、粒径小于0.075mm的颗粒含量为0.2%、软石含量1.23%、与沥青黏附等级为5级，均满足规范值；细集料表观相对密度2.768、粒径大于0.3mm的石料坚固性为16%、粒径小于0.075mm的颗粒含量为2.7%、砂当量65%、亚甲蓝值23g/kg、流动时间45s，符合规范要求。作为填料的水泥表观相对密度3.041、含水率0.1%、外观无团粒结块、亲水系数0.64、塑性指数3.45%、加热后无明显颜色变化，粒径小于0.6mm、粒径小于0.15mm及粒径小于0.075mm颗粒质量百分率分别为100%、99.7%和98.9%，满足规范要求。

2.2 配合比设计

采用马歇尔试验法进行同步薄层罩面混合料配合比设计，并应保证其析漏性能和体积指标等方面的特殊要求。该试验路段预防性养护施工主要使用SOAC-13高黏SBS改性沥青混合料，并在结合试验段交通运行及环境条件的基础上，参照NovaChip超薄磨耗层施工实践确定其级配范围。SOAC-13 高黏SBS 改性沥青混合料内粒径9.5mm以上颗粒含量和OGFC-13较为接近，且比密级配AC-13C 高，比断级配SMA-13 小；粒径4.75mm 以下筛孔通过率和密级配AC-13C下限十分接近，且比OGFC-13大，比断级配SMA-13小。结合集料实际筛分结果确定的SOAC-13 高黏SBS 改性沥青混合料矿料级配设计为：粒径10～15mm矿料∶粒径5～10mm矿料∶粒径3～5mm矿料∶粒径0～3mm矿料∶水泥=36∶33∶6∶22∶3。结合级配设计不难看出，SOAC-13高黏SBS改性沥青混合料为开级配骨架结构沥青混合料，其中粒径4.75mm以上粗集料和粒径2.36mm 以下细集料含量分别为68.9%和23.3%。考虑到目标空隙率在10%以上便能形成石-石接触型嵌锁结构[2]，故对其体积指标要求较高。

通过马歇尔设计方法，在4.3%～5.5%的油石比范围内，按照0.3% 的间隔设定4.3%、4.6%、4.9%、5.2%、5.5%等几档油石比，并在165℃的高温下双面击实50 次成型马歇尔试件，并进行马歇尔试验，试验结果具体见表3。综合考虑混合料毛体积密度、流值、油膜厚度、沥青饱和度、空隙率等指标取值结果及体积特性，选定5.0%的油石比。

表3 SOAC-13高黏SBS改性沥青混合料马歇尔试验结果

为进行SOAC-13高黏SBS改性沥青混合料配合比设计结果验证，以5.0%的最佳油石比制作混合料试件，并展开系列路用性能试验，试验结果显示，混合料渗水系数取1 304mL/min、表面构造深度为1.09mm、冻融劈裂残留强度比为94.5%、低温弯曲破坏应变为3 315με、车辙试验动稳定度取3 658次/mm、谢伦堡析漏损失0.08%，均满足规范要求。根据试验结果，SOAC-13高黏SBS改性沥青混合料析漏损失要求和断级配SMA-13完全一致，且渗水要求更高；混合料各项路用性能均满足规范要求[3]。

3 施工技术要点

3.1 施工前的准备

3.1.1 旧沥青路面处治

依据《公路工程养护技术规范》（JTG H10—2009）及同类工程施工经验，对旧路面裂缝、坑槽、唧浆等既有病害进行全面处治，为罩面层提供稳固的路面下承层支撑。

在摊铺施工前，还应将旧路面落叶及灰尘等彻底清除，并清除旧路面标线，在施工过程中随时清扫未摊铺路段动态垃圾，为加铺罩面层和旧沥青路面的充分黏结提供条件。还应铣刨处理摊铺起点与终点5m 范围内的旧路表，保证接头处罩面层和旧路表平顺连接。

3.1.2 施工设备选型

该试验段使用维特根SF-1800型专用同步摊铺机进行同步薄层罩面摊铺施工，该型号摊铺机可实现聚合物改性乳化沥青黏结层喷洒和薄层罩面高黏改性沥青混合料的同步摊铺，摊铺速度达到10～20m/min，通过试验段试铺确定施工参数。摊铺开始前，必须全面检查乳化沥青储罐、计量、喷洒系统以及受料斗、传送带、熨平板等零部件，确保摊铺机械性能状态良好。为确保同步薄层罩面的孔隙率，还应配合使用1 台13t重型双钢轮压路机碾压施工；此外，还应配备1台阿曼4000 型拌和楼、2 台背负式手持吹风机、2 辆ZL-50 型装载机、10辆15t自卸车、1台维特根铣刨机。

3.1.3 黏结层材料准备

为保证罩面层和旧路面良好黏结，必须使用性能良好的聚合物改性乳化沥青，为节省施工期间加热时间，确保施工过程顺利衔接，在施工开始前必须搅拌聚合物改性乳化沥青，并将其温度升高至60～80℃备用。

3.2 同步施工

改性沥青混合料同步薄层罩面施工工序与其他改性沥青混合料类似，但黏结层施工必须与混合料施工同步进行。

3.2.1 混合料拌和及运输

混合料拌和期间要加强各档集料与高黏改性沥青生产配合比以及温度控制，集料和高黏改性沥青加热温度分别控制在180～191℃和165～170℃之间，同步薄层罩面混合料拌和温度控制在170～180℃之间，拌和时间则应为40～45s/盘，并确保混合料拌和均匀，无结块、花白及离析等现象。

混合料运输应通过15t 自卸车，施工期间摊铺机前方应至少有2辆等候卸料的自卸车辆。运料车在每次装料前后必须彻底清扫，装料过程中应避免出现离析，装料后运输过程中要覆盖帆布保温、防尘，混合料到场温度应不低于165℃。

3.2.2 黏结层喷洒

当聚合物改性乳化沥青黏层在温度60～80℃之间进行喷洒，并精确计量喷洒量，该试验段黏结层喷洒量应控制在1.3～1.5L/m2，并结合路表面粗糙程度现场调整最佳喷洒量，对实际喷洒效果进行检测。每次同步摊铺前均应在25m长度段内试喷洒聚合物改性乳化沥青，同时观测聚合物改性乳化沥青洒布均匀程度以及是否存在花白，若出现花白料，则应及时调整喷头，保证洒布均匀。

3.2.3 混合料同步摊铺及碾压

在聚合物改性乳化沥青喷洒工艺调整好后开始薄层罩面同步摊铺，摊铺前应将摊铺机熨平板预热至不低于100℃，并彻底清理熨平板表面油污、尘土、杂物。自卸车挂空挡并在摊铺机推动下缓慢前行，同时向受料斗内卸料。在聚合物改性乳化沥青喷洒的同时进行罩面层高黏改性沥青混合料摊铺施工，摊铺过程中卸料车不得随意刹车。摊铺机按照13～15m/min 的施工速度前行，并应保证集料颗粒排列和罩面层厚度的均匀性。该试验段为单车道摊铺施工，为确保纵向接缝密实、平顺、美观，必须在摊铺过程中以人工方式向纵向接缝填补细料。

为缩短碾压作业段长度，压路机必须紧跟摊铺机碾压，并避免出现推移。该试验段采用1 台13t 双钢轮压路机静压3～4 遍，终压温度不低于90℃，并保证薄层罩面层拥有足够孔隙率。此外，压路机必须配备有刮板和皂液添加系统，避免未达到碾压密实状态的热沥青混合料黏轮，影响碾压效果。

4 应用效果

试验段同步薄层罩面养护施工结束后进行了施工效果检测与评价，检测结果显示（见表4），同步薄层罩面抗滑、降噪、排水等性能优良，能将路面雨水迅速排出，避免产生行车水雾，大幅提升了行车安全性。试验段预防性养护施工自2020 年9 月完成以来，同步薄层罩面路段整体性能良好，路用性能优越，同步薄层罩面技术使得旧沥青路面使用性能显著提高，既有病害得到有效遏制，取得了预期的养护效果。

表4 同步薄层罩面试验段施工效果检测结果

厚度为2.5cm 的同步薄层罩面单位造价为58 元/m2，厚4cm 的SMA-13造价为64元/m2，使用厚2.5cm 的同步薄层罩面养护施工比传统的处理方式节省造价10%，经济效益显著。

5 结语

通过对某高速公路试验段同步薄层罩面预防性养护施工过程的分析得出，同步薄层罩面改性沥青混合料磨耗层具备优异的抗滑、防水、降噪等路用性能，磨耗层厚度一般在15～25mm 之间，包括黏结层和罩面层，为增强磨耗层路用性能，黏结层主要采用快裂型高固含量聚合物改性乳化沥青，罩面层则为高黏SBS改性沥青和优质粗细集料制备而成的混合料。试验段施工结果表明，同步薄层罩面除具备优异的路用性能外，还能大幅节省工程造价，属于高性价比沥青路面预防性养护技术，可在我国高等级公路功能性病害处治方面推广应用。