試論超粘磨耗層技術(shù)在高速公路養(yǎng)護(hù)中的適用性

王海霞

山西晉北高速公路養(yǎng)護(hù)有限公司 山西太原 030000

當(dāng)前我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度較快，城市之間的聯(lián)系不斷加強(qiáng)，這對于高速公路有著更高的要求，需要其具備較強(qiáng)承載力，提升公路運(yùn)輸?shù)男屎唾|(zhì)量。但是我國大多高速公路沒有合理開展養(yǎng)護(hù)工作，特別是預(yù)防性養(yǎng)護(hù)，使得一些路面出現(xiàn)破損情況，通行服務(wù)水平與設(shè)計(jì)要求不符，不具備良好社會(huì)影響。當(dāng)前在瀝青路面中應(yīng)用超粘磨耗層技術(shù)，可改善高速公路狀況，提升路面的抗滑性能，解決路面中存在的溫度裂縫、疲勞裂縫以及輕微車轍等問題，使高速公路性能提升，同時(shí)還能夠節(jié)省養(yǎng)護(hù)維修成本。

1 超粘磨耗層技術(shù)特點(diǎn)

應(yīng)用超粘磨耗層技術(shù)時(shí)需要配備專用設(shè)備，并進(jìn)行瀝青灑布以及纖維切割摻入，拌和超粘磨耗冷拌混合料，同時(shí)攤鋪混合料，落實(shí)超粘磨耗層施工，這一連續(xù)施工工藝能夠?qū)B(yǎng)護(hù)瀝青道路的時(shí)間縮短。超粘磨耗層技術(shù)，基于微表處以及超薄磨耗層技術(shù)的結(jié)合開發(fā)出第三代冷拌冷鋪養(yǎng)護(hù)技術(shù)，第一代養(yǎng)護(hù)技術(shù)為稀漿封層，第二代養(yǎng)護(hù)技術(shù)為微表處技術(shù)，而超粘磨耗層技術(shù)的特征有以下幾點(diǎn)：

1.1 耐磨性強(qiáng)

應(yīng)用超粘磨耗層設(shè)備進(jìn)行施工，超粘磨耗冷拌骨料和摻入的乳化瀝青結(jié)合料以及纖維構(gòu)成交錯(cuò)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，在壓實(shí)成型之后，網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)會(huì)粘結(jié)、纏繞磨耗冷拌骨料，構(gòu)成一個(gè)復(fù)合力學(xué)嵌鎖體系，與微觀領(lǐng)域分子結(jié)構(gòu)物理模型相似，骨料與瀝青和纖維緊密相連，可限制骨料出現(xiàn)脫落和滑移等情況。從而使用超粘磨耗層技術(shù)進(jìn)行施工，可將路面耐磨性提升，進(jìn)一步延長公路的使用壽命。

1.2 粘附性強(qiáng)

在舊路面上應(yīng)用乳化瀝青，可構(gòu)成超強(qiáng)粘結(jié)層，并且粘結(jié)摻有纖維的微表處拌合料，舊路面裂縫中有乳化瀝青流入，并反向流入超粘磨耗的冷拌骨料縫隙中，構(gòu)成具有立體網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的粘結(jié)層。這樣能夠?qū)⑴f路面層和新鋪后膜層粘結(jié)性提高，避免有新鋪磨耗層脫落的情況出現(xiàn)。

1.3 防水性強(qiáng)

超粘磨耗層使用摻有纖維超粘磨耗冷拌結(jié)合料以及乳化瀝青進(jìn)行連續(xù)施工這一工藝，構(gòu)成物料互相作用的網(wǎng)絡(luò)纏繞結(jié)構(gòu)，連續(xù)灑布瀝青，提升封層密閉性。由于纖維大于表面積，在瀝青結(jié)合料之中具有較強(qiáng)吸附作用，可將其粘付力以及年度增加，防止瀝青流動(dòng)?？稍谠新访嫔蠘?gòu)成致密保護(hù)膜，將磨耗層防水性能加強(qiáng)。

1.4 應(yīng)力吸收、擴(kuò)散能力以及抗裂能力較強(qiáng)

在超粘磨耗層中，纖維的主要特性是抗拉伸強(qiáng)度以及彈性模量值較高，可將磨耗層抗剪、抗拉、抗沖擊以及抗壓等強(qiáng)度提升。超粘磨耗層的粘結(jié)層能夠作為應(yīng)力吸收中間層，在新瀝青面層與舊瀝青面層，或者是新建瀝青面層和新建路基間進(jìn)行鋪設(shè)，即可吸收攤鋪層之中應(yīng)力，或車輛荷載產(chǎn)生集中應(yīng)力，可再次分布與擴(kuò)散，將覆層承受張力減少，對產(chǎn)生的裂縫進(jìn)行有效抑制[1]。此外，其可對舊瀝青路面裂縫和路基反射應(yīng)力進(jìn)行吸收與擴(kuò)散，使舊瀝青路面裂縫中應(yīng)力集中情況消除，避免出現(xiàn)反射裂縫，防止受到過大車載負(fù)荷影響出現(xiàn)破壞路面的情況。

1.5 穩(wěn)定性強(qiáng)

在有較低溫度的情況下，瀝青路面耐磨層可選用超粘磨耗層進(jìn)行養(yǎng)護(hù)施工。其具有較高彈性模量值和較強(qiáng)延伸力，溫度變化產(chǎn)生的收縮拉應(yīng)力以及拉應(yīng)變沒有抗拉強(qiáng)度大，這可使面層低溫脆裂性降低，可對瀝青道路中經(jīng)常出現(xiàn)的龜裂縫以及低溫縮裂縫出現(xiàn)進(jìn)行抑制，將面層抗水損壞能力提高。

1.6 施工較為便捷

超粘磨耗層運(yùn)用專用設(shè)備，可將撒布瀝青切割摻入纖維的工作同時(shí)完成，拌和超粘磨耗冷拌混合料，攤鋪混合料，完成超粘磨耗層施工，這可將養(yǎng)護(hù)瀝青道路的時(shí)間大大縮短，為施工提供更加便利的條件。

2 超粘磨耗層技術(shù)的施工工藝

鋪筑超粘磨耗層的流程具體如下：①使用標(biāo)線器對攤鋪路線進(jìn)行控制。②在超粘磨耗層設(shè)備中裝上各種原材料，并開至施工起點(diǎn)，準(zhǔn)確對上走向控制線，接著對攤鋪箱寬度和厚度加以調(diào)整。③將超粘磨耗層設(shè)備輔助發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)，并打開纖維剪切機(jī)等料門控制開關(guān)，根據(jù)規(guī)定數(shù)量將纖維和各類原材料依次傳送至攪拌缸中快速拌和，使其形成稀漿混合料。同時(shí)通過分料器向各攤鋪箱內(nèi)分布，接著通過攤鋪箱內(nèi)攪籠均勻分布混合料制攤鋪箱全寬范圍中。④攤鋪設(shè)備啟動(dòng)后將乳化瀝青粘層同步噴灑，以每小時(shí)3.6km的速度緩慢均勻前行，操作人員結(jié)合現(xiàn)場具體施工情況加以控制和指揮。⑤需要人工在攤鋪后修整存在缺陷的位置，主要是對縱向接縫、起點(diǎn)以及終點(diǎn)等部位進(jìn)行修整。⑥完成攤鋪后，提起攤鋪箱對預(yù)料加以處理，同時(shí)清理攤鋪箱。結(jié)束每車料攤鋪工作后，需要及時(shí)清理潭鋪鄉(xiāng)。⑦在一定的時(shí)間養(yǎng)護(hù)后，使混合料達(dá)到相應(yīng)強(qiáng)度，這時(shí)可開放交通。

3 超粘磨耗層冷拌混合料配合比設(shè)計(jì)

3.1 礦料級(jí)配的選擇

根據(jù)框料公稱的最大粒徑不同，將冷拌乳化的瀝青混合料分為MS-Ⅱ型及MS-Ⅲ型。其中MS–Ⅱ型粒徑最大是4.75mm，在中等交通量的高速公路以及一級(jí)和二級(jí)公路罩面中比較適用；而MS-Ⅲ型粒徑最大是9.5mm，在高速公路車轍填充和一級(jí)公路罩面中比較適用。本文以某沿江高速其中一段作為參考，因?yàn)樗x擇的道路等級(jí)較高，需要將微表處和稀漿封層技術(shù)指南作為參考，并結(jié)合工程經(jīng)驗(yàn)選擇MS–Ⅲ型中職級(jí)配。

3.2 纖維摻量

上述提到，在乳化瀝青結(jié)合料中，摻加玻璃纖維可構(gòu)成交錯(cuò)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，在壓實(shí)成型之后，結(jié)合料網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)會(huì)纏繞粘結(jié)冷拌骨料，構(gòu)成復(fù)合力學(xué)嵌鎖體系。基于此研究纖維摻量的單因素變量，選擇0.1%，0.15%和0.2%，落實(shí)稀漿混合料的性能試驗(yàn)。通過試驗(yàn)可知，在纖維摻量為0.2%時(shí)，會(huì)使混合料的抗水損害性能變差，這是由于纖維吸附一部分瀝青使得集料表面瀝青膜厚度不足，這會(huì)降低其耐磨性能。相較于0.15%產(chǎn)量，纖維摻量為0.1%時(shí)，具有良好的混合料抗水損害性，在抗車轍性能上沒有明顯差別，從而可以選擇0.1%的纖維摻量。

3.3 油石比

當(dāng)濕輪磨耗值在1h和6d條件下不超過540g/m2與800g/m2，而粘砂值不大于450g/m2，將1h濕輪磨耗值不大于540g/m2瀝青最大用量當(dāng)做使用瀝青量的下限，接近450g/m2粘砂附量瀝青最小用量當(dāng)做瀝青用量上限[2]。獲得可選擇的油石比范圍，在這一范圍中合理選擇油石比，確?；旌狭显谶@一油石比情況下，各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)能夠滿足相應(yīng)要求。對超粘磨耗層的冷拌混合料來說，選用油石比對混合料浸水6d濕輪磨耗指標(biāo)進(jìn)行檢驗(yàn)，可用作填充車轍時(shí)，增加的負(fù)荷車輪試驗(yàn)進(jìn)行檢驗(yàn)的寬度變化率指標(biāo)。與要求不符時(shí)，需對油石比實(shí)驗(yàn)進(jìn)行調(diào)整，直到其與相關(guān)要求符合為止。

試驗(yàn)中選擇四個(gè)改性的乳化瀝青用量分別為9%，9.5%，10%和10.5%，其油石比對應(yīng)為6.11%，6.47%，6.84%和7.20%，開展1h濕輪磨耗以及負(fù)荷車輪粘砂試驗(yàn)，下表1為磨耗值和粘砂值的試驗(yàn)結(jié)果。從而可知6.14%~6.84%是最佳油石比范圍，可以選擇6.47%油石比，對6d濕輪磨耗指標(biāo)以及車轍試驗(yàn)寬度變化率的指標(biāo)進(jìn)行檢驗(yàn)。

表1 磨耗值和粘砂值的試驗(yàn)結(jié)果

4 超粘磨耗層的工程應(yīng)用和評估

在鋪筑某超粘磨耗層高速公路時(shí)，需要在鋪筑工作完成后進(jìn)行及時(shí)的觀測和跟蹤，對現(xiàn)場數(shù)據(jù)加以收集，檢驗(yàn)設(shè)計(jì)研究成果。同時(shí)根據(jù)具體交通量、路面病害特征、病害發(fā)展趨勢以及實(shí)際氣候條件，對高速公路養(yǎng)護(hù)中超粘磨耗層技術(shù)的適用性進(jìn)行分析。本文將對某沿江高速的其中一段作為依據(jù)，來分析該技術(shù)的應(yīng)用。

4.1 原路面狀況

該高速路段建成通車已15年，在這一期間沒有進(jìn)行過大修，只是采取了相應(yīng)策略養(yǎng)護(hù)病害路段。而目前路面表面呈現(xiàn)出裂縫、老化和坑槽等病害，在這之中裂縫更多的是橫向裂縫，寬度大約在5mm，使用灌封膠方法處理，但坑槽中多發(fā)生裂縫病害，主要是在出現(xiàn)裂縫后產(chǎn)生嚴(yán)重滲水問題，產(chǎn)生水損害，進(jìn)而出現(xiàn)坑槽。對于較小的坑槽病害，通常養(yǎng)護(hù)單位會(huì)使用冷補(bǔ)料均勻填補(bǔ)的措施來控制，但在該方法應(yīng)用一段時(shí)間后，這一病害將會(huì)繼續(xù)發(fā)展。針對這一情況，可在車道內(nèi)進(jìn)行超粘磨耗層全面鋪筑，由此合理治理與養(yǎng)護(hù)。

4.2 施工工藝

該高速路段，進(jìn)行超粘磨耗層施工流程為清掃路面和進(jìn)行超粘磨耗層一體化施工。施工主要內(nèi)容包括噴灑粘層和攤鋪混合料，使其成型。

4.3 評估應(yīng)用效果

在這一段高速路段上鋪筑超粘磨耗層三個(gè)月后，通過多功能檢測車檢測并評價(jià)這一路段應(yīng)用該技術(shù)的效果。檢測的主要指標(biāo)有車轍深度、路面平整度和摩擦系數(shù)。

4.3.1 路面性能方面

主要進(jìn)行鋪筑的路段有三個(gè)車道，以下將對這三個(gè)車道施工前后的平整度、車轍深度和橫向力系數(shù)等檢測指標(biāo)加以分析。在平整度方面，施工前第一車道為0.86，第二車道為1.08，第三車道為1.10，在施工后第一車道為0.94，第二車道為1.11，第三車道為1.09。在車轍深度方面，施工前第一車道為4.1，第二車道為5.1，第三車道為10，施工后第一車道為3.9，第二車道為5.6，第三車道為8.4。在橫向力系數(shù)方面，施工前第一車道為57，第二車道為54，第三車道為54，施工后第一車道為62，第二車道為62，第三車道為61。通過以上數(shù)據(jù)可知，在完成超粘膜層的鋪筑工作后，路面車轍深度以及平整度沒有較大變化。在這之中，因?yàn)樵韭访嫫秸容^為優(yōu)異，沒有進(jìn)行大幅度處治。根據(jù)檢測車轍深度的結(jié)果可知，超粘磨耗層技術(shù)在處治車轍方面不具備良好效果，但對有較大車轍深度的位置可發(fā)揮填補(bǔ)作用。而分析橫向力系數(shù)的結(jié)果可知，能夠明顯提升三個(gè)車道的抗滑性能。

4.3.2 處治路面病害效果

結(jié)合路面表觀狀況可知，進(jìn)行超粘磨耗層施工工作前路面存在集料輕微脫落情況以及嚴(yán)重的瀝青膜脫落情況，而應(yīng)用這一技術(shù)施工后能夠明顯恢復(fù)路面構(gòu)造，可完整覆蓋修補(bǔ)路面和病害路面。應(yīng)用這一技術(shù)能輕微改善車轍狀況，大約在10%左右，但不能獲得最佳的處治效果?？筛纳坡访婵够阅?，提升橫向力系數(shù)17%左右，以保證路面有良好抗滑性能。

4.4 適用性分析

根據(jù)路面應(yīng)用效果以及病害后期發(fā)展?fàn)顩r可知，超粘磨耗層技術(shù)在處治裂縫、表面病害以及提升抗滑性能上具有明顯效果，但在處治結(jié)構(gòu)性病害上效果較差，例如車轍病害。根據(jù)該技術(shù)特征和路段應(yīng)用效果提出其適用條件：①該技術(shù)適合應(yīng)用在沒有足夠抗滑能力或是表面老化的路面上；②可應(yīng)用在沒有足夠結(jié)構(gòu)強(qiáng)度路面上，選擇合理方法補(bǔ)強(qiáng)；③能夠修補(bǔ)磨耗型和壓密型車轍，在填補(bǔ)車轍后開展超粘磨耗層施工，針對失穩(wěn)型車轍可進(jìn)行銑刨處理；④嚴(yán)重網(wǎng)裂和表面坑槽的預(yù)先修補(bǔ)；⑤使用合理材料填補(bǔ)裂縫。

5 結(jié)語

本文主要對高速公路養(yǎng)護(hù)中應(yīng)用超粘磨耗層技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行分析，掌握該技術(shù)特征以及具體施工工藝，分析其配合比設(shè)計(jì)以及在具體工程中的應(yīng)用，最后對應(yīng)用效果加以評估，明確高速公路養(yǎng)護(hù)中該技術(shù)的適用性。根據(jù)技術(shù)特征和稀漿封層規(guī)范，可明確超粘磨耗層的兩種改性乳化瀝青技術(shù)指標(biāo)要求，合理設(shè)計(jì)超粘磨耗層的冷拌混合料配合比，明確纖維產(chǎn)量是0.1%。