超薄罩面层在城市道路提升改造工程中的应用*

郭林鹏,吴焕涛,余祥禹,刘晓鸿,吴诚云

(中建三局集团(深圳)有限公司,广东 深圳 518000)

0 引言

随着我国基础设施建设的蓬勃发展,重载车辆及其车流量也急剧增加。早期城市化进程中修筑的多数沥青混凝土路面虽然路面结构性完整,但其路用性能已大大降低。对于结构性完好、表面功能(平整度、抗滑性、舒适度等)降低的沥青路面,加铺1层沥青混凝土即可对其表面功能进行恢复;对于结构性受损的沥青路面,则需铣刨破损面层,重铺沥青,再进行表面罩面沥青。对于城市旧路提升改造工程,超薄罩面层技术的能耗低、排放低,效益费用比高,且满足提升道路性能,实现预防性养护功能,因此对超薄罩面层技术进行应用推广有利于推进我国城市旧路提升改造进程。本文对NovaPave超黏精罩面技术的应用进行推广。

1 钢超薄罩面层技术简介

2003年,我国引进了Novachip超薄磨耗层技术并进行了推广应用,同年,交通运输部公路科学研究所对超薄层沥青混凝土面层进行系统性技术研究,编制了《超薄沥青混凝土设计施工技术指南》。研究者在此基础上,开发了橡胶沥青超薄罩面层、SMA超薄罩面层等相关技术。

NovaPave超黏精罩面是由华南理工大学胡迟春教授团队研发的一种新型罩面材料,主要应用于高等级公路和城市道路路面的预防性养护,也可作为新建沥青路面的表面罩面层。作为超薄沥青罩面,沥青混合料采用连续型半开级配,形成的路面具有抗滑性能高、降噪效果好特点。

超薄罩面层是一种高性能沥青路面薄层,厚度为1.5～2.5cm,能解决路面裂缝、松散、轻微车辙等病害,处理路面渗水、路表贫油、抗滑性能降低等问题。该技术可用于沥青路面养护或新建路面表层,具有厚度薄、耗材少、施工快、耐久性强、养护效果好等特点。本文结合东莞滨海湾新区滨海湾大道(沙角段)提升改造工程中超薄罩面层沥青的应用,对其材料质量要求和路面性能进行研究。该工程路基完好,少量路段轻微沉陷,满足超薄沥青罩面施工要求,目前已完成试验段超薄罩面层沥青施工及检测。

2 超薄罩面层材料技术指标

2.1 沥青技术指标

超薄罩面层沥青与一般沥青混合料相比,具有较大空隙,且易受到日光、空气、水等自然因素影响。因此,磨耗层沥青不仅要有较强耐久性、高粘附性还要有较强抗剥离性。沥青采用嵌段共聚物-纳米复合改性超黏韧沥青。结合超薄罩面层性能和特点,得出超薄罩面层沥青技术指标,如表1所示。

表1 超薄罩面层沥青技术指标

嵌段共聚物-纳米复合改性超黏韧沥青高温黏度低,低温黏度高,高温下进行施工时流动性好,常温下开放交通其黏结强度高,克服了高黏沥青施工难问题。

2.2 集料技术指标

1)粗集料 粗集料在沥青混凝土中起到骨架作用,而集料规格又是沥青混凝土骨架的关键影响因素。结合滨海湾大道(沙角段)提升改造工程,粗集料采用玄武岩石料,严格控制针片状颗粒含量。技术参数符合表2要求。

表2 粗集料技术参数

2)细集料 细集料应洁净、干燥、无风化、无杂质,并有一定棱角。细集料各项指标在符合相关规范标准的同时,还应符合表3要求。

表3 细集料指标要求

3)填料 填料采用石灰岩等憎水性石料经磨细得到的矿粉,矿粉要求干燥、洁净。填料技术要求如表4所示。

表4 填料技术要求

4)集料级配 结合滨海湾大道(沙角段)提升改造工程实例,磨耗层采用2cm厚超薄沥青罩面,其级配应符合表5要求。

表5 磨耗层级配要求

2.3 黏层技术指标

超薄罩面层沥青罩面前应喷洒黏层油,黏层油采用嵌段共聚物-纳米复合改性超黏乳化沥青。各项指标均应符合NovaPave超黏精罩面黏层油标准,如表6所示。

表6 粘层油技术指标

嵌段共聚物采用SBS改性剂,掺入量约为普通改性剂的2倍。嵌段共聚物-纳米复合改性超黏乳化沥青延度和弹性恢复等指标均优于PCR,BCR等改性乳化沥青。

2.4 沥青混合料配合比

经试配,NovaPave超黏精罩面沥青混合料矿料采用比例为:7～11mm热料∶0～4mm热料∶矿粉=69∶27∶4, 所得的合成级配曲线处于设计值极限曲线范围内且接近级配中值曲线,同时也接近目标级配曲线。NovaPave超黏精罩面沥青混合料生产配合比级配曲线如图1所示。

图1 生产配合比级配曲线

选取目标配合比设计报告中的最佳油石比5.0%,再按±0.3%梯度共选取3种油石比,采用双面击实50次制备φ101.6mm×63.5mm尺寸试件,采用体积法测定其毛体积密度,计算其他体积指标,并运用马歇尔稳定仪测定其稳定度与流值。

根据试验结果,初步确定生产配合比最佳油石比为5.0%。

1)谢伦堡析漏试验 采用油石比为5.0%拌制NovaPave超黏精罩面沥青混合料,进行沥青混合料谢伦堡析漏试验,其平均析漏损失率为0.11%(见表7),满足NovaPave超黏精罩面性能指标要求中结合料析漏损失率≤0.3%的要求。

表7 谢伦堡析漏试验结果

2)肯塔堡飞散试验 采用油石比为5.0%拌制NovaPave超黏精罩面沥青混合料,进行沥青混合料肯塔堡飞散试验,其平均磨耗率为8.34%,满足NovaPave超黏精罩面性能指标要求中结合料飞散损失率≤10%的要求(见表8)。

表8 肯塔堡飞散试验结果

3)浸水马歇尔试验 采用油石比为5.0%拌制NovaPave超黏精罩面沥青混合料,进行沥青混合料浸水马歇尔试验,残留稳定度为94.36%,满足NovaPave超黏精罩面性能指标要求中残留稳定度>85%要求。

4)冻融劈裂试验 采用油石比为5.0%拌制NovaPave超黏精罩面沥青混合料,进行沥青混合料冻融劈裂试验,其残留强度比为91.64%,满足NovaPave超黏精罩面性能指标要求中残留强度比>80%的要求。

5)高温稳定性检验 采用油石比为5.0%拌制NovaPave超黏精罩面沥青混合料,进行沥青混合料车辙动稳定度试验,其动稳定度为7 197次/mm(见表9),满足NovaPave超黏精罩面性能指标要求中动稳定度≥5 000次/mm要求。

表9 高温稳定性检验结果

6)渗水性试验 采用油石比为5.0%拌制NovaPave超黏精罩面沥青混合料,进行沥青混合料渗水试验,其渗水系数为948mL/min(见表10),满足NovaPave超黏精罩面性能指标要求中渗水系数≥500mL/min的要求。

表10 渗水性试验结果

根据试验结果可知,东莞滨海湾新区滨海湾大道(沙角段)提升改造工程中采用NovaPave超黏精罩面沥青混合料满足相关技术指标要求,其最佳油石比为5.0%。

3 超薄罩面层质量控制

3.1 质量控制点

超薄罩面层质量控制首先从沥青和黏层原材料上控制。除控制原材料技术指标外,超薄罩面层沥青罩面对路面平整度要求高,罩面前应注重路面平整度并仔细清理路面杂物和积水。

城市道路提升改造工程一般涉及路面铣刨重铺沥青,然后才能整体进行超薄罩面层罩面,因此需注重病害处理后的路面平整度。黏层油洒布量应根据具体试验段进行确定,NovaPave超黏精罩面采用乳化沥青洒布和混合料摊铺一体完成工艺,需同步使用专用机械。以滨海湾大道(沙角段)提升改造工程为例,采用福格勒SUPER1800-3 SJ喷洒摊铺机,改性乳化沥青控制在60～80℃温度下喷洒,喷洒量控制在0.8～1.2L/m2,必须精确计量,以保证洒布均匀。

超薄罩面层沥青混合料摊铺温度控制在150～170℃,摊铺机行走速度保持在8～10m/min。摊铺后,采用双钢轮压路机碾压(静压)2次,碾压速度4km/h,初压温度应≥120℃,终压温度应≥90℃。施工完成后,待热拌沥青混合料自然冷却,表面温度<50℃,一般30min后可开放交通。

超薄罩面层沥青罩面后,平接缝应黏结紧密,压实充分,连接平顺。摊铺机在接近端部前约1m处将熨平板稍微抬起驶离现场,用人工将端部混合料铲齐后再碾压。纵接缝可采用冷接缝方式处理,新铺路面与已完成路面在接缝处搭接5cm,作为后铺部分的高程基准面。在后续碾压作业时,跨缝碾压,保证纵向接缝顺直。

3.2 应用实例

东莞滨海湾新区滨海湾大道(沙角段)提升改造工程试验段在进行超薄罩面层罩面施工后,在试验段使用2个月后进行路面技术状况监测。实施超薄罩面层后,该路段路面技术状况总体得到了全面提升,路面使用性能PQI由良提升至优。

4 结语

NovaPave超薄罩面层施工后道路路面使用性能PQI显著提高,且由于罩面层厚度仅为2cm,避免了路面高程提高导致的系列问题。随着我国城市道路老化,道路提升改造工程也提上日程,NovaPave超薄罩面使用性能优异,经济效益好,社会效益高,实例运用表现良好。