公路预防性养护极薄磨耗层的应用

邓浪秋

（龙门县地方公路管理站,广东 龙门 516800）

0 引言

沥青路面在运行过程中受到行车荷载及气候环境的综合影响，路用性能持续衰减。为保持路面良好的使用性能，必须在恰当的时机进行预防性养护。Thus系列极薄磨耗层罩面技术是近年来较为常见的一种高等级公路预防性养护技术，与Novachip超薄磨耗层类似，极薄磨耗层混合料设计阶段必须合理确定最佳油石比，并根据体积特性及油膜厚度等指标，充分考虑混合料空隙率较大的实际，提出合理的设计方案。为此，该文针对工程实际，对Thus-12极薄磨耗层混合料路用性能展开测试，并对施工控制要点展开分析探讨。

1 极薄磨耗层技术优势

Thus-12极薄磨耗层厚度通常在1.0～1.6 cm之间，其混合料沥青在复配改性后既能直接添加进沥青搅拌后使用，也能直接添加进拌和站拌和缸使用；Thus-Bond改性沥青采用主动抗水设计，可提供超强的黏结力和抗水性能，防止磨耗层脱落；采用Thus-Binder沥青混合料和Thus-Bond改性乳化沥青黏结层同步摊铺[1]，增强罩面层的黏结性和防水性，可快速开放交通；极薄磨耗层可明显改善路面抗滑性能，降雨天气减少行车水雾，避免车辆侧滑；其优良的间断开级配骨架结构具备优异的抗磨耗性能，可避免沥青路面表面功能过快衰减。

Thus-12极薄磨耗层罩面通常直接加铺在道路表面，养护施工简便，可快速开放交通；厚度薄且造价低，对道路附属设施几乎无影响，可有效避免路面养护过程对既有结构的扰动和破坏。

2 极薄磨耗层技术应用实例

2.1 工程概况

某公路起讫桩号K38+110～K72+000段原路面结构表层为Superpave12.5，在持续运行的十余年间，从未进行过路面大修，随着运行时间的延长及交通荷载的持续作用，路面抗滑性能明显下降，特别是位于长大纵坡路段的K42+400～K48+600段上行向。根据公路管理部门以及公路养护技术国家工程研究中心联合出具的该公路段路面构造深度检测评定报告，路面总体构造深度0.20～0.59 mm，其中上行向构造深度为0.20～0.47 mm，抗滑性能为中等偏次水平。为彻底解决该路段抗滑性能不足，交通事故逐年增多的问题，决定对该病害路段直接加铺1.5 cm厚的Thus-12沥青混合料极薄磨耗层。

2.2 原材料

公路极薄磨耗层施工所用材料主要有粗细集料、矿粉、沥青胶结料、改性乳化沥青等，极薄磨耗层设计的关键环节在于集料选择及级配设计。磨耗层厚度必须降低至12 mm以下，故对集料及矿粉等材料的强度、含泥量、磨耗等性能有较高要求。

（1）粗集料：极薄磨耗层铺筑于道路表层，直接承受轮载作用，对粗集料的耐磨性有较高要求。洛杉矶磨耗损失指标是表征粗集料抗磨性、耐久性、抗车辙性能的主要指标，故该工程选用质硬、清洁干燥、无风化、粒径在5～8 mm、洛杉矶磨耗损失为17.4%的辉绿岩，表观相对密度和毛体积相对密度分别为3.072和3.018，含泥量0.721%，吸水率0.78%，集料间隙率42.9%，性能满足规范要求。

（2）细集料：选用质硬、干燥洁净、无风化的辉绿岩，粒径在0～3 mm之间，表观相对密度和毛体积相对密度分别为2.741、2.705，吸水率1.73%，砂当量84%。

（3）矿粉：为保证矿粉与沥青胶结料较好黏结，该工程所用矿粉洁净干燥、具备一定筛孔通过率，表观密度为2.759 g/cm³，0.075 mm、0.6 mm筛孔通过率分别为95%和100%，加热后性能稳定、颜色无明显变化。

（4）改性乳化沥青：极薄磨耗层空隙率较大，所用改性乳化沥青必须具备较好的耐久性和黏结力，根据该工程交通荷载、气候条件、公路等级、集料级配，选用Thus-Bond改性沥青。该类型改性乳化沥青材料能提供超强的抗水性能和黏结力，防止磨耗层脱落，Thus-Bond改性沥青采用机械方式喷洒，快速破乳后便可开放交通。该工程所用Thus-Bond改性沥青25 ℃赛波特黏度为20～60 s，24 h储藏稳定性1.0%，1.18 mm筛上剩余量为0.05%，蒸馏固含量65%，破乳速度40 min。

（5）添加剂：在Thus-Bond改性沥青基础上复配添加剂，使添加剂与沥青材料中的不饱和键产生胶联反应，并同时生成网状共聚物，提升沥青材料与石料的黏附力，减少或避免行车碾压下混合料中沥青材料上浮而堵塞空隙。该工程按照沥青用量的1.5%掺加添加剂，掺加复配剂后沥青混合料性能检测结果详见表1，均满足规范。

表1 掺加复配剂后沥青混合料性能

2.3 矿料级配

为提升极薄磨耗层表面性能，并防止其表面性能快速衰减，极薄磨耗层沥青混合料采用2.36～4.75 mm处断级配和2.36 mm以下开级配组合设计，混合料级配要求见表2。

表2 混合料级配要求

2.4 最佳油石比

按照设计级配所对应的矿料组合，借鉴相关研究成果和设计经验，在极薄磨耗层油膜厚度限制下，应用油膜法[2]进行沥青用量的确定，得出合成矿料的表观相对密度为4.27 m2/kg，被集料所吸收的沥青结合料比例为0.23%，有效沥青用量在3.96%～5.28%之间，沥青膜有效厚度9～12 μm，预计最佳沥青用量4.2%～5.5%。

基于以上分析结果并结合该公路工程实际，分别按照3.5%、4.0%、4.5%、5.0%、5.5%的油石比成型标准击实马歇尔试件，所用矿料必须放置在105 ℃烘箱中烘干，改性沥青按照160～170 ℃的温度加热及140～150 ℃温度压实。待结束击实试验后将全部试模冷却12 h以上至室温。采用体积法[3]进行试件各项物理指标值的计算，并将不同油石比下各项物理指标的取值整理至表3。

表3 不同油石比下物理指标的取值

根据表中结果，当油石比在4.5%～5.5%范围内取值时试件各项性能指标均满足《公路沥青路面预防养护技术规范》（JTG/T 5142—01—2021）中对极薄磨耗层的要求。为进一步明确最佳油石比，以4.5%、4.8%及5.1%的油石比展开析漏试验，确定高温状态下沥青混合料中所析出自由沥青数量，并检测沥青混合料最大沥青用量。具体而言，按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTG E20—2011）的规定采用当前应用最为广泛的烧杯法，且析漏损失均值不超出0.2%为合格。根据试验结果，以4.8%为最佳油石比。

2.5 施工控制要点

该公路路面极薄磨耗层施工按照常规沥青混合料施工要求执行，所用沥青混合料通过实际生产能力至少为120 mt/h的间歇式热拌和站制备；为保证施工质量，摊铺设备必须能同步进行Thus-Bond改性沥青黏层喷洒和极薄磨耗层热拌混合料摊铺施工；通过双钢轮压路机碾压超薄磨耗层。现场还需配备1台具备加热功能的乳化沥青罐车，保证乳化沥青温度。

2.5.1 原路面处理

极薄磨耗层预防性养护罩面厚1.5 cm，在罩面施工前必须彻底处治原路面破损、裂缝等病害，对于宽度超出6 mm的裂缝必须灌缝处理，同时清除原路面标线；采用手推式路面吹风机彻底吹除路面杂物、尘土，保持路面干燥整洁。极薄磨耗层和原路面起点、终点、桥梁伸缩缝等接缝必须设置0.3%纵坡，并从接缝处向后延伸，按照1.5～0 cm的深度整幅渐变铣刨。

2.5.2 混合料制备

根据目标配合比调整生产配合比，在调整过程中，材料、筛网配置、加热温度、除尘强度等工艺必须与实际生产过程保持一致。混合料总干拌时间至少15 s，喷入沥青后湿拌时间至少50 s。拌制好的混合料存放于储料仓，当天必须用完，存放期间温度降幅不超出10 ℃。改性沥青具有较大黏度，对拌和温度要求也较高，集料温度应高出沥青温度30～40 ℃，混合料加热温度及出厂、摊铺温度按照表4进行控制。

表4 施工温度控制要求

2.5.3 摊铺、碾压

极薄磨耗层摊铺施工必须使用维特根集团福格勒同步摊铺机，该施工机械应多设计1个乳化沥青储罐和1套乳化沥青洒布系统，可同步进行改性乳化沥青黏结剂喷洒和极薄磨耗层沥青混合料摊铺施工。摊铺开始前进行摊铺机喷洒量的标定，保证精确度，沥青混合料摊铺施工温度应不超出160～170 ℃范围，改性乳化沥青喷洒的最理想温度为70～80 ℃，洒布量为1.0～1.2 kg/m2。摊铺机熨平板主振动夯锤和辅助振动夯锤频率分别为3级和6级，熨平板整体平顺，板间缝隙应无拉痕；混合料高度基本位于螺旋布料器高度的2/3处，以便及时收回料斗内摊铺余料。

根据设计摊铺速度将螺旋布料器调整至稳定均衡的转动状态，两侧混合料高度应不低于送料器高度的2/3，摊铺机行进速度应控制在3.0～4.5 m/min以内，匀速行驶。

极薄磨耗层碾压施工采用12 t的BW202型双钢轮压路机静压3遍，前两遍碾压速度为2～3 km/h，最后1遍碾压速度为3.0～4.5 km/h。碾压施工必须在路面混合料温度降至120 ℃之前完成，待路表温度降至50 ℃后开放交通。

3 施工质量控制及检测

公路路面极薄磨耗层养护施工质量包括混合料级配、沥青用量、摊铺厚度、碾压温度、平整度和压实度等。现场温度测试必须使用插入式温度计，而非红外线温度计；沥青用量和混合料级配必须在运输车内和摊铺现场取样检测；摊铺厚度应在熨平板后方摊铺全宽范围检测[4]。

沥青混合料制备过程中每天均应展开焚烧试验、旋转压实试验，沥青含量、矿料级配等检测结果的合格率均在96%及以上；沥青混合料拌和均匀后不存在花白、离析、成团结块。极薄磨耗层施工质量控制要求详见表5。

表5 极薄磨耗层施工质量控制要求

该公路路面极薄磨耗层施工结束后路表面平整均匀，无松散、泛油、离析及裂缝，缺陷面积之和不超出待检测面积的0.03%。极薄磨耗层施工质量检测结果详见表6，施工质量完全满足规范要求。

表6 极薄磨耗层施工质量检测结果

4 结论

工程应用结果表明，极薄磨耗层设计级配所要求的最佳沥青用量为4.8%，对应的油膜厚度和混合料体积指标均满足规范；根据析漏试验和水损害试验结果，沥青混合料中不产生多余自由沥青，混合料具备较好的抗水损性能，且混合料级配满足稳定骨架结构要求。该试验路段于2020年2月铺筑完成，经过近1年的运营及跟踪检测，路用性能良好，表明极薄磨耗层预防性养护技术与常规沥青路面施工技术相比，空隙率大，能显著改善路面平整度和抗滑性能，提升行车安全性和舒适性。