EMC-13超薄罩面混合料在南北高速公路的应用分析

2022-10-22许秋香潘昊宇

西部交通科技 2022年7期

许秋香，潘昊宇

(1.广西北部湾投资集团有限公司沿海高速公路分公司，广西钦州 535000；2.广西交科集团有限公司，广西南宁 530007)

0 引言

南宁至北海高速公路(以下简称“南北高速公路”)南宁至南间段全长43.466 km，路线起于南宁那马镇，途经大塘镇、南晓镇，终于钦州市南间村，为双向六车道高速公路，设计行车速度120 km/h，是国家高速公路网兰海高速公路的其中一段。项目于1996年开工建设，1998年6月建成通车。2012年开始改扩建工程，改造为双向八车道高速公路。2015年南钦防一期改扩建工程完工。改造后，其路面面层由水泥混凝土路面变为改性沥青SMA-13。该路段位于北回归线南侧，属湿润的亚热带季风气候，年均降雨量达1 304.2 mm，平均相对湿度为79%，气候炎热潮湿。兰海高速公路南宁至南间段自改扩建以来，重载交通增加显著，近两年来，路况检测数据显示，南宁到南间路段存在一定的抗滑衰减，部分路段存在不同程度的车辙病害。为了寻求科学的治理方案，并积累治理路面病害经验，选取南北高速公路K2044～K2045下行线引进EMC-13超薄罩面工艺治理路面抗滑性能下降和路面轻微车辙。EMC是一种以易密实高弹改性沥青作为胶结料，优质碎石作为骨料，采用骨架密实型级配的新型高性能沥青路面预防性养护技术和薄层加铺技术。EMC具有10型和13型两种级配。其中，10型罩面最低厚度为1.2 mm，13型罩面最低厚度为1.6 mm。结合重载交通特性，试验段采用13型罩面。施工工艺为原路面面层精铣刨18 mm(试验段20 mm)；加铺18 mm易密实高弹超薄罩面EMC-13。

1 原材料及配合设计

1.1 沥青

EMC-13超薄沥青混合料采用易密实高弹改性沥青作为胶结料[1]。易密实高弹改性沥青由EMC易密实高弹改性剂与SBS复合改性而得，其技术指标和检测结果见表1所示。由表1可以看出，易密实高弹改性沥青具有较高软化点，能够适应南宁地区的高温气候；135 ℃运动黏度仅为规范要求的2/3，可以保证在薄层罩面温度散失较快时的压实度[2-4]；5 ℃延度高达60 cm以上，超过规范要求3倍；25 ℃弹性恢复率几乎为100%，保证了薄层罩面在重载交通下的疲劳抗裂性能。

表1 易密实高弹改性沥青技术指标表

1.2 集料与级配

EMC-13超薄罩面的粗、细集料均采用辉绿岩碎石，技术指标见表2～3。填料采用石灰岩矿粉，技术指标见表4，级配组成见表5。

表2 粗集料技术指标表

表3 细集料技术指标表

表4 矿粉技术指标表

表5 EMC-13混合料颗粒筛孔通过百分率表

通过级配的设计计算，得到EMC-13超薄罩面沥青混合料各档集料的比例为：10～15 mm∶5～10 mm∶0～5 mm∶矿粉=33∶35∶27∶5。

1.3 最佳油石比

确定级配后，采用马歇尔试验方法设计最佳油石比。EMC-13超薄罩面沥青混合料的油石比选用4.6%、4.9%、5.2%，测试不同油石比下混合料马歇尔试件的体积结构参数，见表6。

表6 不同油石比下的沥青混合料马歇尔试件的结构参数表

根据表6中的空隙率等体积参数试验结果，最终确定EMC-13最佳油石比为4.9%。

2 路用性能室内试验及结果

依据EMC-13超薄罩面在南北高速公路的使用环境，选择对其高温稳定性、水稳定性和抗滑性能等关键路用性能进行试验研究[5]。

2.1 高温稳定性

为研究南北高速公路路面精铣刨后加铺EMC-13薄层罩面的高温稳定性，成型了双层车辙试件，上层为2.0 cm EMC-13混合料，下层为3 cm改性SMA-13混合料。同时，作为对比，进行了单层5 cm EMC-13车辙试验和单层5 cm改性SMA-13车辙试验。由于EMC-13混合料具有强度随龄期增长的特点，还进行了不同龄期的对比试验。试验结果见表7。

表7 混合料车辙试验结果表

由表7试验结果可知：(1)EMC-13具有明显的动稳定度随龄期增长的特点；(2)5 cm厚度的EMC-13动稳定度约为SMA-13的70%，而2 cmEMC-13+3 cmSMA-13的复合结构动稳定度与5 cm厚度的SMA-13动稳定度基本相同，表明EMC-13更适合作为薄层罩面；(3)南北高速公路对原SMA-13路面精铣刨后加铺2 cmEMC-13的动稳定度达到了SMA-13的性能，满足南北高速公路所处高温地区的使用要求。

2.2 水稳定性

南宁地区潮湿多雨，为验证EMC-13超薄罩面在多雨气候下的耐久性，本文采用多次循环的浸水飞散试验对EMC-13的水稳定性进行研究。试验结果如表8所示。

表8 多次循环浸水飞散试验结果表

由表8试验结果可知，EMC-13的3次循环浸水飞散损失率符合技术要求。同时，随着循环次数的增加，EMC-13的飞散损失增加幅度更小，表示EMC-13混合料基本适应南北高速公路地段的多雨气候[6]。

2.3 抗滑性能

南北高速公路路面加铺EMC-13超薄罩面的主要目的是提高原路面的抗滑性能，保证行车安全。抗滑性能是需要长期保持的基本路用性能[7]，为此，本文试验采用重庆智详公司自主研发的沥青混合料抗滑性能试验仪对EMC-13的抗滑性能的衰减特性进行了研究，其试验原理为采用汽车轮胎制作的橡胶模块，在规定的压力下，在成型的沥青混合料车辙试件上往复摩擦运动，模拟路面在轮胎作用下摩擦系数的衰减。考虑到南北高速公路的重载交通，试验中在橡胶块上施加了1.5倍标准胎压，即1.05 MPa。试验结果如表9所示。

表9 抗滑性能衰减试验结果表

由表9可知，在重荷载下，EMC-13抗滑性能衰减速度先快后慢，后期逐渐趋于稳定。

3 现场施工实测项目检测数据

表10 现场施工实测项目(1)检测数据表

表11 现场施工实测项目(2)检测数据表

由表10～11可知，EMC-13现场施工实测项目检测数据均大于设计要求。

4 工后路况检测数据

表12 2021年路况检测数据表

由表12可知，在重荷载下，EMC-13工后初期的路况检测数据符合规范要求，但是由于完工时间较短，还需要后期不断进行监测。

5 外观质量

5.1 施工现场外观质量

表面大部分平整、密实，无明显泛油、松散，小部分路段粗、细骨料出现离析，接缝处平顺。现场施工质量符合设计要求。

5.2 工后现场外观质量

项目完工3个月后进行现场观察发现：路面平整、密实，部分路段粗、细骨料离析现象未发展，现场无明显坑槽、松散情况，部分路段车轮迹带出现轻微泛油现象。据分析，试验段属于长上坡路段，施工车道为3、4车道，即重载交通车道，而重载车辆爬坡速度慢，造成车轮迹带位置持续的重载荷载作用时间长，加上南方高温气候，造成车轮迹带位置沥青泛油。