瀝青混凝土薄層罩面路用性能及施工技術(shù)研究

成發(fā)科+董彪

摘 要：為加快推廣瀝青混凝土薄層罩面的工程應(yīng)用，借助浸水馬歇爾試驗、凍融劈裂試驗、高溫車轍試驗以及層間剪切試驗，對瀝青混凝土薄層罩面的路用性能進(jìn)行了系統(tǒng)研究，同時結(jié)合實際工程，探討瀝青混凝土薄層罩面的施工技術(shù)。結(jié)果表明：瀝青混凝土薄層罩面的馬歇爾穩(wěn)定度、殘留穩(wěn)定度、劈裂強(qiáng)度比、凍融循環(huán)劈裂強(qiáng)度比均滿足規(guī)范要求；瀝青混凝土薄層罩面的應(yīng)用大幅度提升了高速公路的營運(yùn)服務(wù)能力。

關(guān)鍵詞：道路工程；瀝青混凝土；薄層罩面；路用性能

中圖分類號：U416.217 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

Research on Pavement Performance and Construction Technology of Ultrathin Asphalt Surfacing

CHENG Fake， DONG Biao

（Henan Transportation Research Institute Co. Ltd.， Zhengzhou 450006， Henan， China）

Abstract： In order to promote the application of ultrathin asphalt surfacing， Marshall immersion test， freezethaw splitting test， rutting test at high temperature and interlayer shear strength test were carried out to study the pavement performance of ultrathin asphalt surfacing. Combined with practical projects， the construction technology of ultrathin asphalt surfacing was discussed. The results show that the Marshall stability， residual stability， ratio of splitting strength and the ratio of retained tensile strength after ten cycles of freezing and thawing of the ultrathin asphalt surfacing all meet the requirements of specifications， and the service capacity of highway that adopts the ultrathin asphalt surfacing is greatly enhanced.

Key words： road engineering； asphalt concrete； ultrathin asphalt surfacing； pavement performance

0 引 言

隨著中國道路交通事業(yè)的快速發(fā)展，重載、超載現(xiàn)象日趨嚴(yán)重，瀝青路面的壽命衰減速度加快，直接影響到行車的舒適性和安全性。同時，高速公路路面的使用性能，如路面破損承載能力、抗滑能力等，在短時間內(nèi)急劇惡化，盡管有一部分路面具有較好的整體強(qiáng)度，但仍存在露骨、剝落、車轍和平整度差等表面功能性病害[13]。因此，如何改善已建高等級公路的使用功能是公路養(yǎng)護(hù)行業(yè)普遍關(guān)注的問題之一。中國研究者們提出了AK抗滑表層、多碎石瀝青混凝土SAC、瀝青瑪蹄脂碎石SMA、大空隙開級配瀝青磨耗層OGFC等抗滑路面級配類型，但這些抗滑路面級配類型只是改善了路面使用功能的一個或某幾個方面，并沒有真正全面地提高路面使用功能，具有一定的局限性。瀝青混凝土薄層罩面是采用專用機(jī)械將載有高粘改性乳化瀝青和間斷級配的改性熱拌瀝青混合料同步噴灑并攤鋪到路面上的一種薄層瀝青路面結(jié)構(gòu)，具有延長路面壽命、改善行駛質(zhì)量、校正表面缺陷、提高安全特性（包括抗滑與排水性能）、減小噪音、增加路面強(qiáng)度等優(yōu)點，是一種針對交通負(fù)載大、對路面性能要求高的高等級路面的養(yǎng)護(hù)方案。

本文對影響瀝青混凝土薄層罩面配合比設(shè)計的相關(guān)因素進(jìn)行分析，并確定其級配組成；在此基礎(chǔ)上，系統(tǒng)研究瀝青混凝土薄層罩面的力學(xué)性能、水穩(wěn)定性能、高溫穩(wěn)定性能以及抗凍性能；并討論瀝青混凝土薄層罩面的施工工藝，為其推廣應(yīng)用提供參考。

1 瀝青混凝土薄層罩面配合比設(shè)計

瀝青混凝土薄層罩面良好性能的發(fā)揮主要依賴其較高的空隙率、足夠的水穩(wěn)定性以及一定的力學(xué)強(qiáng)度。國外有關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)建議瀝青混凝土薄層罩面的空隙率為13%～18%；由于薄層罩面的空隙率較大，水分有可能會滯留在路面內(nèi)部，造成路面剝落，出現(xiàn)松散，因此混合料必須具備足夠的水穩(wěn)定性。

根據(jù)對混凝土薄層罩面的水穩(wěn)定性以及力學(xué)強(qiáng)度的要求，綜合考慮空隙率對薄層罩面級配的影響，確定礦料級配如表1所示。

2 瀝青混凝土薄層罩面路用性能研究

2.1 水穩(wěn)定性能

瀝青路面水損害是高速公路主要的破壞形式之一，由于瀝青混凝土薄層罩面較薄（2 cm），同時具有較高的空隙率，水分進(jìn)入路面后可能會長期滯留，對薄層罩面瀝青混合料具有較大的潛在威脅。為了評價瀝青混合料的水穩(wěn)定性，測定混合料試件在受到水損害前后的馬歇爾強(qiáng)度以及劈裂破壞的強(qiáng)度，具體試驗數(shù)據(jù)如表3、4所示。

由表3、4分析可得，Ⅰ型、Ⅱ型瀝青混合料穩(wěn)定度均大于10 kN，劈裂強(qiáng)度均大于0.5 MPa，滿足相關(guān)規(guī)范要求，表明超薄罩面瀝青混合料具有較好的力學(xué)性能；Ⅰ型、Ⅱ型瀝青混合料殘留穩(wěn)定度均大于

2.2 抗凍性能

瀝青混凝土薄層罩面空隙率一般大于10%，而小于18%，其內(nèi)部空隙結(jié)構(gòu)與開級配瀝青磨耗層具有較大差別，空隙連通狀況受限；同時由于薄層罩面攤鋪厚度較薄，水分進(jìn)入后容易滯留在混合料內(nèi)部，冬季低溫時節(jié)，水分的存在可能會引起路面凍脹[46]。因此，采用凍融循環(huán)劈裂試驗對瀝青混凝土薄層罩面的抗凍性能進(jìn)行測定，試驗結(jié)果如表5所示。

2.3 高溫穩(wěn)定性能

瀝青混合料是一種粘彈塑性綜合體，在高溫狀態(tài)下粘度會降低，路面抗剪能力下降，在外力作用下礦料會發(fā)生滑移、壓密，導(dǎo)致高溫變形，產(chǎn)生車轍。瀝青混凝土薄層罩面位于路面表面，對于車轍的形成具有重要的影響，薄層罩面應(yīng)具有良好的高溫穩(wěn)定性，以抵抗荷載作用下的永久變形。因此，借助車轍試驗對標(biāo)準(zhǔn)荷載作用下的試件抗變形能力進(jìn)行評價，具體試驗數(shù)據(jù)如表6所示。

由表6分析可得，Ⅰ型、Ⅱ型瀝青混合料動穩(wěn)定度均大于4 500 次·mm-1，表明Ⅰ型、Ⅱ型瀝青混合料都具有較好的高溫抗車轍能力。但是，由于超薄磨耗層一般鋪筑得較薄，車轍的形成往往是由于中面層的壓密、滑移引起，因此超薄磨耗層路面應(yīng)注意中面層瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性，以保證路面具有較高的抵御變形的能力。

3 瀝青混凝土薄層罩面施工技術(shù)研究

3.1 原路面處理措施

為保證瀝青混凝土薄層罩面的施工質(zhì)量，應(yīng)對原路面進(jìn)行處理，具體處置措施如下。

（1）原瀝青路面存在寬度大于3 mm的裂縫時，應(yīng)進(jìn)行灌縫處理。

（2）原瀝青路面存在破損（如坑槽、松散等）情況時，應(yīng)徹底修補(bǔ)。

（3）原瀝青路面存在擁包等隆起型病害時，應(yīng)事先進(jìn)行處理。

（4）原瀝青路面車轍深度小于5 mm，且路面較為粗糙時，無需進(jìn)行車轍處理；當(dāng)車轍深度小于5 mm，但路面較為光滑時，需進(jìn)行拉毛處置；當(dāng)車轍深度在10～15 mm時，應(yīng)用銑刨機(jī)進(jìn)行精銑刨處理；若車轍深度大于15 mm時，應(yīng)進(jìn)行車轍填充或銑刨拉毛找平。

（5）在進(jìn)行超薄磨耗層施工前，必須對原路面進(jìn)行清理（包括清除浮塵、泥土、碎屑及可見水分等）。

3.2 瀝青混凝土薄層罩面施工工藝

為保證施工質(zhì)量，瀝青混凝土薄層罩面攤鋪應(yīng)采用同步施工的方法，攤鋪機(jī)一次完成乳化瀝青噴灑、熱瀝青混合料攤鋪及熨平。高粘改性乳化瀝青噴灑后5 s內(nèi)需進(jìn)行熱瀝青混合料攤鋪。基于此，施工機(jī)具選用德國SUPER18002同步噴灑攤鋪機(jī)，如圖1所示。

瀝青混凝土薄層罩面采用同步施工的方法攤鋪，高粘改性乳化瀝青粘結(jié)料在60 ℃～80 ℃的溫度下噴灑，噴灑量必須精確計量，灑布均勻。高粘改性乳化瀝青灑布量宜控制在06～10 L·m-2，銑刨路面應(yīng)適當(dāng)增大灑布量，并結(jié)合現(xiàn)場具體路面情況進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。

瀝青混凝土薄層罩面混合料攤鋪溫度不得低于160 ℃，混合料攤鋪膨松系數(shù)控制在11。攤鋪機(jī)應(yīng)緩慢、均勻、不間斷地攤鋪，并用電加熱的熨平板熨平，攤鋪速度在15 m·min-1左右，輸出量應(yīng)與混合料的運(yùn)送量、成型能力相匹配[7]。

瀝青混凝土薄層罩面壓實工序主要為確保石料就位，使大顆粒石料形成嵌擠狀態(tài)，因此超薄磨耗層的壓實相對較為簡單，只需采用9～12 t的雙鋼輪壓路機(jī)靜壓2～3遍即可[89]。

3.3 瀝青混凝土薄層罩面工程實施效果

連霍高速公路商丘段是河南省的重要交通通道，屬于河南省高速公路主要骨架之一。由于通車時間較早，道路交通載荷重型化、交通密度增大、行車速度提高等因素，使得路面使用性能已經(jīng)開始逐漸衰減。為提高高速公路的服務(wù)能力，采用Ⅰ型瀝青混凝土薄層罩面進(jìn)行養(yǎng)護(hù)處理，鋪筑后路面效果如圖2所示。

在試驗路施工結(jié)束后，對其進(jìn)行了路面的平整度、構(gòu)造深度、摩擦系數(shù)和滲水系數(shù)檢測，并按照《聲環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 3096—2008）對試驗路進(jìn)行了噪聲檢測，檢測和觀測結(jié)果如表7所示。

從表7數(shù)據(jù)分析可得：與原路面相比，瀝青混凝土薄層罩面構(gòu)造深度增大了37.5%，摩擦系數(shù)提高了29.4%。由于乳化瀝青粘結(jié)層的封水作用使得下面層抗?jié)B水能力得到大幅提高，滲水系數(shù)減小了690%；同時瀝青混凝土薄層罩面具有較大的孔隙率，也使路面具有很好的排水能力，2種混合料的車轍填補(bǔ)率分別為840%和882%；此外，路面噪聲降低了8.4 dB，表明采用瀝青混凝土薄層罩面養(yǎng)護(hù)措施大幅提升了高速公路的服務(wù)水平[10]。

4 結(jié) 語

（1）本文所設(shè)計的2種瀝青混合料穩(wěn)定度均大于10 kN，劈裂強(qiáng)度均大于0.5 MPa，殘留穩(wěn)定度均大于85%，劈裂強(qiáng)度比均大于80%，表明超薄罩面瀝青混合料具有較好的力學(xué)性能以及水穩(wěn)定性能。

（2）2種瀝青混合料在10次凍融循環(huán)后的殘留劈裂強(qiáng)度比分別是52.6%和54.9%，大于規(guī)范中劈裂強(qiáng)度比不小于50%的技術(shù)要求，表明薄層罩面具有較好的抗凍性能。

（3）2種瀝青混合料動穩(wěn)定度均大于4 500 次·mm-1，表明Ⅰ型、Ⅱ型瀝青混合料具有較好的高溫抗車轍能力。

（4）提出了有針對性的瀝青混凝土薄層罩面原路面處置措施，并對粘層油灑布以及薄層罩面攤鋪施工要點進(jìn)行了分析。

（5）瀝青混凝土薄層罩面能夠有效地提高路面使用性能，降低行車噪聲，大幅提升高速公路服務(wù)能力。

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[責(zé)任編輯：王玉玲]