公路养护中渗固磨耗层的应用研究

2022-11-20李梦

交通世界 2022年25期

李梦

（廊坊市公路工程质量安全监督处，河北廊坊 065000）

1 工程概况

某公路工程采用双向六车道建设标准，设计速度为100km/h，路基宽43.5m，路面、路肩横坡分别为2%，路面弯沉值为194（0.01mm）。路面结构为：上面层Sup13细粒式沥青混凝土（4cm）+中面层Sup20中粒式沥青混凝土（6cm）+下面层Sup25粗粒式沥青混凝土（8cm）+乳化沥青下封层+水泥稳定碎石基层（36cm）+二灰土底基层（20cm）。自公路建成通车的15年来，从未开展过大中修，只对路面典型病害采取小修补措施。本工程采用渗固磨耗层施工技术，对路面实施预防性养护。

2 公路养护中渗固磨耗层的应用

2.1 渗固磨耗层材料

2.1.1 原材料选用

（1）渗固剂。本工程选用的渗固剂为再生封层乳液，试验检测其性能指标如下：25℃黏度为0.063Pa·s；芳香分含量为36%；闪点为252℃；TFOT黏度比为2.76；TFOT质量变化为-0.37%；筛上剩余量（1.18mm筛）为0.07%；表干时间为3h；终干时间为7h；黏度为5.8；蒸发残留物为65%；储存稳定性（1d）为0.2%；储存稳定性（3d）为1.5%。

（2）乳化沥青。本工程选用70#基质石油沥青、MQK阳离子乳化剂，乳化剂具有慢裂快凝的特点，能够发挥出改善沥青低温流动性、石料配伍性、混合料拌和时间、沥青破乳速度等作用。改性乳化沥青的技术指标实测值如下：蒸发残留物软化点实测值为61℃，满足技术规范要求的不小于53℃；延度（5°）实测值为120cm，满足技术规范要求的不小于20cm。

（3）粗集料。本工程采用粒径在3～10mm范围内的玄武岩作为粗集料，玄武岩具有强度高、耐磨性好、硬度大的特点，能够在乳化剂的辅助作用下改善自身裹覆性较差的不足[1]。粗集料的技术指标要求如下：石料压碎值小于26%；视密度大于2.6%；洛杉矶磨耗值小于28%；石料磨光值大于42%；细长扁平颗粒含量小于15%；软石含量小于3%；吸水率小于2.0%；黏附性不小于4级。

（4）细集料。本工程采用粒径在0～3mm范围内的玄武岩作为细集料。细集料的技术指标要求如下：视密度大于2.5g/cm³；坚固性不大于12%；含泥量不大于3.0%；砂当量不小于60%；棱角性不小于30s。

（5）改性剂。本工程采用SBR阳离子丁苯胶乳1468型改性剂，用于改善蒸发残留物的性能，提高沥青高温稳定性和低温抗裂性，并且还能够改善微表处混合料水平方向与竖向方向的黏结力，提高磨耗层混合料的整体性能。

（6）添加剂。本工程采用水泥添加剂，通过掺入添加剂改善混合料的流动性和沥青破乳速度，使混合料内部形成密实的整体结构，提高路面强度。

（7）水。本工程微表处使用的水为自来水，要求水质清洁，不含有金属物质和有害盐类物质，避免因水质问题引起磨耗层材料污染。

2.1.2 矿料级配试验

（1）在磨耗层材料的级配试验中，综合考虑本工程所在地的气候、天气条件等情况，选定以下5组矿料级配方案进行试验。具体包括：级配1，通过筛孔9.5mm、7.75mm、2.36mm、1.18mm、0.6mm、0.3mm、0.15mm、0.075m的质量百分比分别为100%、70%、45%、28%、19%、12%、7%、5%；级配2，通过筛孔质量百分比为100%、75%、53%、34%、22%、15%、10%、8%；级配3，通过筛孔质量百分比为100%、80%、60%、40%、25%、18%、12%、10%；级配4，通过筛孔质量百分比为100%、80%、65%、45%、30%、22%、15%、13%；级配5，通过筛孔质量百分比为100%、90%、70%、50%、34%、25%、18%、15%。

（2）根据5组矿料级配拌和磨耗层混合料，级配1-5的拌和时间分别为200s、270s、400s、170s、170s，5种试块均满足路面承载力要求。对比成型试样外表，根据目测情况判定级配1成型效果较好，外表密实，无大粒径石料突出，石料包裹性良好；级配2、级配3的成型效果较好，但是拌和时间过长，易出现细集料流动现象，影响磨耗层内部结构的稳定性；级配4、级配5的成型效果较差，集料较为干燥，乳化沥青破乳速度快。综合上述分析，本工程选取级配1作为矿料级配。

2.1.3 拌和时间试验

磨耗层施工从混合料拌和到摊铺用时宜控制在30～50s，混合料拌和时间过长会拖延交通开放时间，拌和时间过快会影响磨耗层摊铺质量[2]。本工程通过试验确定最佳的拌和时间。

（1）材料准备。拌和杯，容量为300～500mL；天平，精度大于1g；拌和勺；油毡；计时器。

（2）拌和时间。称量100g混合料，在搅拌杯中倒入适量水泥，进行拌和；再将混合料倒入锅内，加入乳化沥青、水，在湿拌3～8s时加快搅拌速度，搅拌时以锅中心为圆心进行均匀搅拌，模范拌和设备的拌和过程；搅拌到一定黏度后，即用力困难、石料无流动性时，记录拌和时间；继续拌和，直到混合料无法搅动时，记录拌和时间，此时间为拌和超时；搅拌30s后，将混合料摊铺到油毡上，摊铺厚度为8～10mm，在自然室温条件下静置24h，观察摊铺料的颜色变化。通过观察发现，试样颜色为黑色，说明集料配伍性良好。

（3）温度条件。分别在25℃、40℃、50℃条件下拌和混合料，分析温度对拌和时间的影响。当温度大于50℃时，拌和时间明显缩短，不符合技术规范对微表处混合料的拌和时间要求；当温度在40～50℃之间时，水蒸发加快，拌和时间相对较短。根据试验研究结果显示，最佳拌和温度为25℃以下，水掺量为2%，乳化沥青掺量为11.6g，此时能够达到最佳拌和时间，为120s。

2.2 施工工艺

渗固磨耗层的施工工艺流程为：路面路用性能分析→封闭交通→清理路面→路面病害处理→喷洒高渗透耐久再生乳液→1cm磨耗层施工→接缝收边→养护→施工质量检测。

2.2.1 路面调查

在公路养护前，对本工程试铺路段路面的使用情况进行调查研究，调查结果如下：

（1）K10+000—K16+000试铺路段路面破损指数为86.31，路面平整度指数为94.52，路面抗滑性能指数为88.36，对试铺路段路面综合评定结果为良。

（2）试铺路段出现不同程度的早期损坏，包括路面高低起伏、车辙、横向裂缝、网裂、沉陷、混凝土附着等。

2.2.2 病害预处理

（1）对路面面层和基层出现严重损坏的部位全部挖除，将病害部位挖成矩形修补框，最外侧轮廓向外拓宽1.0m，再回填混凝土，铺设沥青路面[3]。

（2）对宽度超过3mm的裂缝采用灌缝处理技术，清理裂缝内的灰尘、杂物，干燥裂缝，将热沥青灌入到裂缝内进行修补。

（3）对周围发生沉陷的裂缝，要开挖裂缝两侧的基面基层，再回填混凝土，摊铺沥青面层。

（4）对深度超过1.0cm的车辙采用刨铣法处理，刨铣干净上面层和中面层的混合料，重新摊铺混合料面层，摊铺厚度为10cm、

2.2.3 封闭交通

养护工程单位与当地交警等执法部门联系，共同制定封闭交通方案，本次养护工程涉及的封闭路段长约6公里；养护工程采用分段试铺工艺，在公路边缘位置摆放禁止通行的交通标志，夜间施工时沿线路布设反光标志[4]；施工现场分派交通指挥人员，每200m安排一名指挥人员，不允许车辆驶入养护车道。

2.2.4 路面清理

使用洒水车冲洗有泥土灰尘的路面，冲洗后用大功率吹风机集中归集杂质，再统一清除杂质；在冲洗前，对路面上检查井、雨水井、路缘石采取保护措施，保证清洗后的泥水能够沿着路面流入到中间绿化带，实现对水资源的有效利用；冲洗后，等路面干燥且路表温度不低于10℃后再进入下道施工工序。

2.2.5 喷洒渗固剂

使用智能洒布车喷洒渗固剂，根据测算的洒布量进行试喷，结合试喷情况对洒布量做出调整；智能洒布车沿着道路标线洒铺，要求一次性洒铺；在阳光充足的晴天，渗固剂的破乳时间较快，因此应确定最佳撒铺量，以保证预养护再生材料还原路面的效果[5]。

2.2.6 摊铺微表处

（1）在洒铺渗固剂30min后，目测沥青破乳发黑时摊铺微表处；使用M120型微表处摊铺车，调整摊铺箱宽度，保证摊铺宽度从路缘石开始覆盖路面。

（2）摊铺车的料箱内分别装入改性乳化沥青、玄武岩集料、水、水泥等混合料，根据设计图纸确定的参数调整摊铺槽的厚度和拱度，将摊铺器后浇板往后翻，其他面板向内翻，将摊铺厚度调整为1cm，使摊铺箱紧贴路面。

（3）在摊铺起点开动摊铺车，行进速度为1.3km/h，保持匀速前进，实施全宽范围内摊铺；摊铺作业中在摊铺槽两侧安排施工人员，及时对两边收边处理，收边工具为铁锹；摊铺完毕后，提起摊铺槽，人工清理胶板。

2.2.7 接缝处理

（1）在摊铺的接头部位用铁锹铲平，紧跟第二辆料车，将蓝色铁皮放置到接头处，铁皮纵向边缘对齐摊铺料边缘，在铁皮正下方停靠摊铺车，并在铁皮上放置摊铺槽；在摊铺车启动后拿走铁皮，以保证接缝平顺；接缝后，施工人员用铁锹铲走多余的混合料，在未完全破乳的微表处表面用扫帚清理堆叠的集料，保证横向接缝质量[6]。

（2）在处理纵向接缝时，从中央分隔带的一侧摊铺，待摊铺完毕后，向接缝处洒水，并促使摊铺箱接近已完成铺筑的车道，使新摊铺混合料自动黏结到已摊铺混合料上，完成纵向接缝；检查纵向接缝处是否存在搭接厚度不足或过厚的情况，由施工人员进行后续处理。

2.2.8 磨耗层养护

在混合料摊铺后封闭管理，待磨耗层中的水分完全自然蒸发，并要求磨耗层达到一定强度后再开放交通；本工程试铺时选在气温20～22℃的晴好天气，2h左右磨耗层基本干燥，随后开放交通，让车辆来回碾压集料，提高磨耗层的密实度[7]。

2.3 施工质量检测

本工程试验路段采用的渗固磨耗层在开放交通30d内的稳定性不佳，磨耗层表面出现粗集料飞散现象，局部沥青膜破损；在开放交通60d后，渗固磨耗层结构趋于稳定，此时检测路面各项性能指标[8]。

2.3.1 渗水系数

试验路段选取12个测点，测点间距为50cm，记录液面100mL下降到500mL的时间，检测结果如下：12个测点渗水系数平均值为8mL/min，标准差为1.54mL/min，满足相关技术规范不超过10mL/min的要求。由此表明，养护工程中的渗固磨耗层具有良好的防渗水性，能够减少路面水损害。

2.3.2 摩擦系数

试验路段选取12个测点，测点相距5m，采用摆式摩擦仪进行检测，测点的摩擦系数检测结果依次为59.3、52.6、54.4、54.7、51.2、60.2、61.4、54.1、58.9、55.2、60.5、61.2。所有检测点的摩擦系数均满足相关技术规范不小于45的要求，表明渗固磨耗层具备良好的抗滑性。

2.3.3 构造深度

试验路段选取三个车道进行检测，采用激光构造深度仪测量各车道，每个车道设118个测点，检测结果如下：第一车道平均构造深度为0.80mm，第二车道平均构造深度为0.81mm，第三车道平均构造深度为0.79mm；一共有测点354个，符合构造深度偏差允许值要求的测点为347个，合格率高达98%以上。由此表明，渗固磨耗层施工质量良好。

2.3.4 车辙深度

试验路段选取三个车道进行检测，采用激光断面仪检测路面车辙深度情况，每个车道设118个测点，检测结果如下：第一车道平均车辙深度为4.72mm；第二车道平均车辙深度为5.13mm；第三车道平均车辙深度为5.81mm；路面平均车辙深度为5.22mm，符合相关技术规范不超过10mm的要求。由此表明，渗固磨耗层具备良好的抗车辙能力。