超粘精罩面在公路沥青路面预防性养护的应用

2022-12-19张海俊

福建交通科技 2022年9期

■张海俊

（广东粤路勘察设计有限公司，广州 510000）

随着中国经济的高速发展，中国的公路工程建设取得了不俗的成绩。伴随着公路网建设的成熟和出行需要的提升，我国公路建设发展的方向已经从一味地追求规模里程向提高公路质量、延长现有公路寿命进行转型。有研究统计，我国正在运营的公路在投入使用的前中期，包括抗滑能力在内的多项路用性能下降很快。裂缝、坑槽、车辙等病害的出现为公共交通安全埋下了巨大隐患并且严重影响行车舒适性[1]。

预防性养护是在路面仍具有较好性能的时候对路面采取保养措施。根据路面结构寿命理论，在路面寿命下降的早期对路面进行保养可以更有效地延长路面使用寿命并大大减小路面养护费用。超薄磨耗层作为公路预养护的最新技术，为原路面提供了一层性能优异的抗滑降噪磨耗层，通过铺筑厚度为15～25 mm 的沥青混合料，可以有效修补原路面病害，提升原路面使用寿命。部分沥青薄层罩面具有较强的承载能力，能很好地适应较大的车辆荷载。同时，罩面层优异的抗滑降噪等性能，能有效提升行车安全性和舒适性。此外，该技术施工灵活，可以根据实际工程需求灵活调整罩面厚度，经济实惠，能以较低的成本为原路面延续较长的使用寿命[2]。在施工后可以快速开放交通，减少对交通的影响，带来良好的经济、社会、环境效益[3-6]。

1 NovaPave 超粘精罩面特点

NovaPave 超粘精罩面是一种集料最大粒径为10 mm、结构厚度为10～20 mm 的沥青罩面层。采用同步摊铺设备，同时喷洒超粘乳化沥青和摊铺超粘精罩面混合料，在温度降低至90℃之前采用钢轮压路机完成碾压，待罩面层温度降低至50℃时即可开放交通。所采用的超粘乳化沥青具有良好的粘结性能和耐久性能，可以使超粘精罩面与下承层实现良好粘结。

2 超粘精罩面混合料设计

本文基于广东省江门市G325 线市区段工程，根据其气候、环境、交通荷载等特点，对沥青、集料与层间粘结剂等原材料进行了选择，并对混合料的级配进行了设计。

2.1 沥青

考虑到应用工程的实际需求和效果最优化目标，本文选用了3 种沥青，分别是嵌段共聚物—纳米复合改性超粘韧沥青（以下简称超粘韧沥青）、Novabinder 和市场上某高粘沥青（以下简称高粘沥青）。对这3 种沥青进行了各项性能指标的试验，技术要求值参照JTG/T 5142-01-2021《公路沥青路面预防养护技术规范》，试验结果如表1 所示。从表1 可以看出，在3 种沥青中超粘韧沥青的所有指标试验结果均满足要求值，可为超粘精罩面提供良好的性能。

表1 沥青试验结果

2.2 集料

超粘精罩面要求采用耐磨耗性能好、粘附性能好、棱角性好的石料。采用玄武岩集料，其关键指标的试验结果见表2。从表2 可以看出，选用的玄武岩可以满足技术要求。

表2 集料试验结果

2.3 最佳油石比与生产级配设计

成型马歇尔试件，拌和温度为185℃，击实温度为175℃，双面击实50 次。混合料的体积指标与马歇尔试验结果见表3。根据式（1）计算得出混合料的马歇尔模数分别为13.13 kN/mm、13.10 kN/mm、17.96 kN/mm、16.37 kN/mm、14.50 kN/mm，其中油石比为5.5%时马歇尔模数最大。因此，超粘精罩面混合料的最佳油石比为5.5%。

表3 混合料体积指标与马歇尔试验结果

式中：T 为马歇尔模数（kN/mm）；MS 为试件的稳定度（kN）。

在试验路江门市G325 线市区段，铺筑厚度为20 mm 的超粘精罩面混合料，选择NovaPave -II 型的级配范围，合成级配如图1 所示。

图1 超粘精罩面合成级配

在5.5%油石比的前提下，按照合成级配曲线调试优化沥青混合料。根据标准试验结果，超粘精罩面空隙率为13.13%，稳定度为7.35 kN，流值为0.28 mm，马歇尔模数为26.5 kN/mm。

3 性能验证

为研究超粘精罩面性能，本次选取市场上某超薄磨耗层以及Novachip B 沥青薄层罩面进行马歇尔对比试验。根据试验结果，市场上某超薄磨耗层空隙率17.60%，马歇尔模数为15.60 kN/mm，Novachip B空隙率13.56%，马歇尔模数为21.91 kN/mm。

3.1 高温性能

采用JTG E20-2011《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》中的车辙试验（T0719-2011）对超粘精罩面、市场上某超薄磨耗层以及Novachip B 沥青薄层罩面作为对照组来进行试验。试验结果如图2 所示，3 种沥青薄层罩面试件的动稳定度均超过了5000 次/mm，其中，超粘精罩面的动稳定度达到了7000 次/mm。由此表明，超粘精罩面的高温抗车辙性能是非常优异的，比Novachip B 型沥青薄层的动稳定度提高了近40%。究其原因可能有2 个：一是超粘精罩面所用的高粘沥青具有更高的模量，使得其混合料的高温稳定性更加优异；二是由于超粘精罩面的马歇尔模数较高，空隙率小，骨架嵌锁效果较优。

图2 车辙试验结果

3.2 水稳定性能

采用标准马歇尔试验和冻融劈裂试验对超粘精罩面、市场上某超薄磨耗层以及Novachip B 沥青薄层罩面的水稳定性进行评价。标准马歇尔试验结果如图3 所示。试件的浸水残留稳定度按式（2）计算，结果见表4：

表4 浸水残留稳定度结果

图3 标准马歇尔试验结果

式中：MS0为试件的浸水残留稳定度（%）；MS1为试件浸水48 h 后的稳定度（kN）；MS 为试件浸水30 min 后的稳定度（kN）。

冻融劈裂试验采用标准马歇尔击实成型试件，劈裂强度数据及强度比如图4 所示。

图4 冻融劈裂试验结果

由上可知， 3 种薄层罩面沥青混合料试件的残留稳定度值及冻融劈裂试验残留强度比均满足规范要求的80%，其中超粘精罩面残留稳定度为92%，强度比为91%，均优于其他两者。

4 实际工程应用

4.1 关键施工工序

超粘精罩面主要用于沥青路面预防性养护和矫正性养护，不可作为结构补强层。施工前必须做好原路面标志标线的清理，并采用手提式鼓风机对原路面进行严密的清扫，以除去路面细小灰尘和颗粒、泥土、碎屑及可见水分，防止乳化沥青在喷洒过程中受到污染，确保超粘磨耗层与原路面更好地粘结。同时，对施工设备的检查同样重要。在洒铺之前需要保证每个喷头可以有效而均匀喷洒，保证摊铺机的进料口搅拌叶可以正常运行，保证压路机等其他设备可以正常工作。在起点过渡段超粘精罩面摊铺后须加上一层耐高温塑料膜，而后压路机进行压实作业，以确保压实作业不会影响后续路面外观。

待封路完成、工前清理完成、施工设备就位以及至少5 辆料车就位后方可开始施工。为了避免超载，单辆料车的质量应该控制在15～18 t 左右。开始施工后，应确保摊铺过程顺畅进行，非特殊情况中途不得中断。安排施工人员紧随摊铺机之后，对有缺陷的部位进行人工补料，应特别留意起终点的过渡段、原路面病害处（裂缝、坑槽等）。人工补料的同时，钢轮压路机紧随其后进行碾压作业，钢轮压路机应来回碾压6～8 次以确保路面压实度达到要求。钢轮压路机作业时应该在前轮进行喷水处理，避免粘轮现象的发生。完成施工后，继续养护约1～2 h 即可开放交通。应注意指引车辆不要在新铺面上进行急刹、起步以及停车等可能会损伤路面结构和平整度的操作。

4.2 路用性能评价

施工后进行摆值、构造深度与平整度的性能测试，结果如图5～7 所示。可以看出，原路面的路面摆值的均值只有52.7 BPN，超粘精罩面的施工后，全路段的平均摆值上升至72.7 BPN，较原路面提高约37%，有效提升了该路段的抗滑性能。原路面的平均构造深度为0.84，超粘精罩面的施工后，路面构造深度均值提升至1.15，较原路面提升了37%。原路面的平均平整度为1.9 mm，超粘精罩面的施工后，路面平整度均值下降至0.7 mm，较原路面提升了65%，有效提高了行车舒适性。