HET高性能抗滑表層在特長(zhǎng)隧道路面抗滑處治中的應(yīng)用

李 斌

(廣東省南粵交通龍懷高速公路管理中心，廣東 英德 513000)

0 引言

廣東省交通集團(tuán)有限公司組織研究開(kāi)發(fā)了HET系列高性能抗滑表層技術(shù)，其由特制的HET高性能粘結(jié)層和1.0～3.0cm的HET高性能瀝青混合料組成，具有抗高溫、抗水損、抗老化、抗疲勞開(kāi)裂等優(yōu)良性能，尤其在路面抗滑性能提升方面優(yōu)勢(shì)明顯。HET系列高性能抗滑表層技術(shù)已在我省惠清、花莞、云茂等新建高速公路路面、橋面鋪裝、隧道路面等多個(gè)不同工況路段，以及汕梅、廣清高速公路等多個(gè)養(yǎng)護(hù)工程薄層罩面中得到了應(yīng)用，效果良好。

連英高速公路金門(mén)隧道長(zhǎng)6.48km，雙線(xiàn)四車(chē)道，設(shè)計(jì)行車(chē)速度100km/h，采用水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)。建成通車(chē)后，隧道路面抗滑性能快速衰減。為提升金門(mén)隧道的行駛安全性，以及改善行車(chē)舒適性，于2021年采用HET高性能抗滑表層技術(shù)對(duì)金門(mén)隧道西行方向進(jìn)行加鋪罩面。另根據(jù)調(diào)研，路面養(yǎng)護(hù)中，隧道水泥路面加鋪瀝青層厚度一般為1.0～2.0cm，較薄的瀝青層對(duì)路面的平整度改善有限，且在加鋪后1～2年即出現(xiàn)反射裂縫，耐久性不足。經(jīng)設(shè)計(jì)計(jì)算分析，本次加鋪推薦采用2.5cm HET-Y(C)型高性能抗滑表層，其結(jié)構(gòu)見(jiàn)表1所示。

表1 金門(mén)隧道路面加鋪結(jié)構(gòu)

1 HET-Y(C)混合料設(shè)計(jì)

1.1 原材料

采用河源芙蓉石場(chǎng)5～10mm粗集料、0～3mm的機(jī)制砂以及佛山市三水區(qū)南山鎮(zhèn)宏達(dá)石仔加工場(chǎng)的礦粉、北京天成肯特萊科技有限公司生產(chǎn)的絮狀木質(zhì)纖維進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)，膠結(jié)料采用廣東華路交通科技有限公司研發(fā)的HET專(zhuān)用特種瀝青，其技術(shù)指標(biāo)見(jiàn)表2。

由表2可見(jiàn)，HET專(zhuān)用特種瀝青60℃動(dòng)力粘度為50萬(wàn)Pa·s，135℃運(yùn)動(dòng)粘度僅2.38Pa·s，粘韌性為30N·m。從關(guān)鍵指標(biāo)看，該瀝青性能優(yōu)良，具有較好的高溫性能，且具有較好的施工和易性，以及使用過(guò)程中的耐疲勞性能。

1.2 配合比設(shè)計(jì)

HET在級(jí)配選擇時(shí)，優(yōu)先采用增強(qiáng)型骨架結(jié)構(gòu)體系，利用石料嵌擠形成的穩(wěn)定骨架抵抗行車(chē)荷載，瀝青膠漿對(duì)礦料空隙的進(jìn)行部分填充以形成半開(kāi)級(jí)配結(jié)構(gòu)，同時(shí)外摻0.3%(瀝青混合料質(zhì)量)纖維穩(wěn)定劑增強(qiáng)瀝青混合料的抗裂性能。采用馬歇爾設(shè)計(jì)方法對(duì)HET-Y(C)改性瀝青混合料的配合比進(jìn)行設(shè)計(jì)，級(jí)配曲線(xiàn)如圖1所示。雙面擊實(shí)50 次成型馬歇爾試件，擊實(shí)溫度為170℃～180℃。采用體積法測(cè)定其毛體積密度，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3，體積指標(biāo)均滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。

圖1 兩種混合料的級(jí)配曲線(xiàn)

表3 瀝青混合料體積及性能技術(shù)指標(biāo)

1.3 混合料的性能

1.3.1 高溫穩(wěn)定性

基于車(chē)轍試驗(yàn)評(píng)價(jià)HET-Y(C)改性瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性，以車(chē)轍動(dòng)穩(wěn)定度及車(chē)轍深度作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表4。試驗(yàn)結(jié)果表明，HET-Y(C)改性瀝青混合料的高溫抗變形能力較強(qiáng)，70℃的車(chē)轍動(dòng)穩(wěn)定度大于5 000次/mm，如此的空隙結(jié)構(gòu)還能保持優(yōu)良的抗車(chē)轍性能，得益于混合料增強(qiáng)型骨架的設(shè)計(jì)、HET專(zhuān)用特種瀝青的高粘結(jié)性能以及混合料中纖維穩(wěn)定劑的穩(wěn)定、增強(qiáng)作用，優(yōu)良的材料及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)確保了HET-Y(C)改性瀝青混合料整體強(qiáng)度以及耐高溫的性能。

二是四萼獼猴桃與中華獼猴桃嫁接親合力好，成活率可以達(dá)到70%以上，根系發(fā)達(dá)，有“小腳”現(xiàn)象，抗根腐病、潰瘍病效果好，嫁接的苗木生長(zhǎng)比較旺盛，適宜在南方栽培。

表4 瀝青混合料車(chē)轍試驗(yàn)結(jié)果

1.3.2 水穩(wěn)定性

基于浸水馬歇爾飛散試驗(yàn)評(píng)價(jià)瀝青混合料的抗水損壞性能，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表5。試驗(yàn)結(jié)果表明，HET專(zhuān)用特種瀝青、纖維穩(wěn)定劑的使用，馬歇爾試件空隙率14.5%的條件下，試件的飛散損失僅為1.61%，說(shuō)明HET-Y(C)改性瀝青混合料在力、水、溫耦合作用下具有較強(qiáng)的粘聚性能及強(qiáng)度，能夠較好地抵抗水、溫對(duì)其結(jié)構(gòu)的破壞。

1.3.3 抗裂性能

水泥路面加鋪的瀝青磨耗層抗裂性能的優(yōu)劣，是確保其功能及耐久性能的關(guān)鍵?；诎雸A彎曲試驗(yàn)對(duì)HET-Y(C)改性瀝青混合料、PG76改性瀝青GAC-16瀝青混合料(油石比4.8%、空隙率4.0%)、PG76改性瀝青OGFC-13瀝青混合料(油石比5.3%、空隙率20.0%)的抗裂性能進(jìn)行評(píng)價(jià)，采用斷裂能Gf、柔性指數(shù)FI作為評(píng)價(jià)指標(biāo)。Gf表征瀝青混合料裂縫擴(kuò)展過(guò)程中所需的能量，其值越大表明抗裂性能越好；FI表征瀝青混合料開(kāi)裂過(guò)程中裂縫的擴(kuò)展速率，其值越大表明擴(kuò)展速度越慢。

試驗(yàn)結(jié)果如圖2和圖3所示，可以看出，HET-Y(C)改性瀝青混合料Gf、FI指標(biāo)均高于GAC-16、OGFC-13的，這說(shuō)明HET改性瀝青混合料的抗裂性能更優(yōu)，出現(xiàn)裂縫時(shí)，擴(kuò)展速度更慢。這是由于HET-Y(C)混合料中高粘、高彈的瀝青、粉料組成的膠漿將石料牢牢地粘固在一起，同時(shí)纖維在混合料中又起到穩(wěn)定、加筋的作用，這使得HET-Y(C)混合料的柔韌性、粘彈性相比更優(yōu)，更能抵抗裂縫的出現(xiàn)及擴(kuò)展，具有更優(yōu)的抗裂性能。

圖2 斷裂能Gf試驗(yàn)結(jié)果

圖3 柔性指數(shù)FI試驗(yàn)結(jié)果

2 施工工藝

2.1 舊路處治

由于在長(zhǎng)期半封閉的環(huán)境下行車(chē)，洞內(nèi)水泥路面表面已存在黑黃色的光滑油膜，高壓水槍難以沖洗干凈，且該油膜不利于水泥路面與HET抗滑表層之間的有效黏結(jié)。因此采用BLASTRAC 2-4800DH拋丸機(jī)對(duì)原水泥路面進(jìn)行拋丸處治(圖4)。為確保層間的有效黏結(jié)，要求拋丸后的路表構(gòu)造深度不小于0.8mm，擺值不小于45BPN。實(shí)際拋丸后，路面構(gòu)造深度在0.95～1.10mm之間，路面擺值處于75～80BPN之間，拋丸效果良好(圖5)。

圖4 車(chē)載式拋丸機(jī)

圖5 拋丸效果

對(duì)于老化的嵌縫材料，更換為改性熱瀝青封縫，對(duì)于板塊脹縫、縮縫、吭邊等大于1cm的，采用瀝青砂進(jìn)行回填。此處，原設(shè)計(jì)瀝青砂采用河砂，實(shí)際施工中，河砂拌合乳化瀝青后，粘聚成團(tuán)，無(wú)法進(jìn)行回填，本項(xiàng)目改進(jìn)為采用1.18～2.36mm的集料代替河砂，施工效果更好。

2.2 混合料的生產(chǎn)

采用HDG3000型間歇式瀝青混合料攪拌設(shè)備，混合料拌合溫度為175℃～185℃，拌合時(shí)間為60s。混合料色澤較黑亮，攪拌均勻，無(wú)纖維成團(tuán)及混合料花白現(xiàn)象，混合料攪拌效果較好。在增加木質(zhì)素纖維的情況下，拌合時(shí)間較一般的半開(kāi)級(jí)配瀝青混合料僅延長(zhǎng)了5s，說(shuō)明HET-Y(C)型瀝青混合料加工較為容易。

2.3 混合料的攤鋪

施工采用2臺(tái)福格勒SF1800-3L型履帶式瀝青攤鋪機(jī)成梯隊(duì)作業(yè)。為確定攤鋪速度，HET-Y(C)的攤鋪設(shè)計(jì)了4、6、8、10、12m/min五種速度。從現(xiàn)場(chǎng)攤鋪效果看，攤鋪速度12m/min左右時(shí)，混合料攤鋪面出現(xiàn)少量拉毛、拉裂及小坑洞等現(xiàn)象；攤鋪速度10m/min左右時(shí)，1臺(tái)壓路機(jī)明顯跟不上攤鋪速度，因此，攤鋪速度不宜大于10m/min；攤鋪速度6～8m/min左右時(shí)，混合料攤鋪面較均勻，粗骨料搭接緊密，能形成較好的骨架結(jié)構(gòu)，攤鋪表面未出現(xiàn)拉毛、拉裂及小坑洞等現(xiàn)象。另因目前運(yùn)輸車(chē)僅能裝載15～20t混合料，在攤鋪速度小于6m/min左右時(shí)，混合料等待時(shí)間延長(zhǎng)，當(dāng)環(huán)境溫度較低時(shí)，混合料存在溫度降低至不可接受范圍的風(fēng)險(xiǎn)。建議HET-Y(C)瀝青混合料的攤鋪速度控制在6～8m/min，如圖6所示。

圖6 6～8m/min攤鋪速度的攤鋪效果

2.4 混合料的碾壓

配備了兩臺(tái)BOMAG 120A(13t)壓路機(jī)、一臺(tái)BOMAG 3t小壓路機(jī)，小壓路機(jī)用于對(duì)邊部進(jìn)行補(bǔ)充碾壓。試驗(yàn)段設(shè)計(jì)了三種碾壓工藝方案(表5)。從外觀(guān)看，方案2(靜壓4遍)比方案1(靜壓3遍)的碾壓效果好，多1遍復(fù)壓確保了混凝土的密實(shí)性及均勻性，更加平整；方案3在初壓中采取前靜后振1遍，前進(jìn)方向靜壓對(duì)松散混合料的骨料進(jìn)行了重新排列以及初步壓實(shí)，后退振動(dòng)使混合料內(nèi)部粗集料相互擠壓形成穩(wěn)定的骨架結(jié)構(gòu)，初壓階段混合料的壓實(shí)度即可達(dá)到90%以上，且從工后檢測(cè)的平整度、構(gòu)造、抗滑等數(shù)據(jù)及分布均勻性看，該碾壓工藝較為合理，鋪筑的效果較佳。

表5 混合料碾壓工藝

2.5 粘層油的灑布

HET粘層油采用HET專(zhuān)用高粘改性乳化瀝青，采用同步噴灑工藝，乳化瀝青加熱到60℃～70℃時(shí)，乳化瀝青能夠均勻噴出，且不堵塞噴頭。灑布量為0.6kg/m2時(shí)，噴灑出的乳化瀝青未能有效覆蓋構(gòu)造深度為0.8～1.2mm的水泥混凝土基面；灑布量調(diào)整為0.9kg/m2時(shí)，粘層油灑布均勻，能有效覆蓋基面構(gòu)造，不流淌，如圖7所示。考慮到乳化瀝青在覆蓋瀝青混合料后，破乳速度變慢，因此建議粘層油灑布按0.9kg/m2控制，兼顧乳化瀝青的破乳和粘結(jié)效果。

圖7 0.9kg/m2粘層油灑布的外觀(guān)

3 施工質(zhì)量檢測(cè)及評(píng)價(jià)

3.1 平整度

采用G3高精度手推式斷面儀(圖8)對(duì)HET平整度進(jìn)行檢測(cè)。G3是通過(guò)安裝在滾動(dòng)平臺(tái)上的三軸加速度計(jì)對(duì)縱斷面的相對(duì)高程進(jìn)行測(cè)量，通過(guò)計(jì)算得到國(guó)際平整度指數(shù)IRI(m/km)，測(cè)試結(jié)果如圖9所示。從測(cè)試結(jié)果看，IRI(m/km)分布在0～1之間的占比85%，IRI(m/km)分布大于2的占比僅為4%，測(cè)試路段的平整度數(shù)據(jù)整體較為均勻，路面平整度較好。

圖8 G3高精度手推式斷面儀

圖9 IRI分布情況

3.2 表面構(gòu)造

鋪砂法測(cè)試結(jié)果表明，HET-Y(C)構(gòu)造深度平均值為1.22mm，且縱橫向構(gòu)造深度差值僅在0.1mm之內(nèi)，即HET表面均勻，紋理粗糙。

TM2路面激光紋理儀使用線(xiàn)掃描激光器對(duì)路面進(jìn)行掃描，通過(guò)測(cè)量的高程來(lái)計(jì)算平均斷面構(gòu)造深度MPD，通過(guò)數(shù)據(jù)處理可評(píng)價(jià)路面紋理的構(gòu)造及均勻性。對(duì)加鋪瀝青罩面進(jìn)行測(cè)試，主車(chē)道、超車(chē)道位置各測(cè)試兩道，取10mMPD平均值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，分析結(jié)果如圖11所示。圖11表明，HET路面的構(gòu)造粗糙，分布均勻；MPD在1.15～1.25mm區(qū)間內(nèi)的占比85%，小于1.05mm的僅占4.5%。

圖10 路面激光紋理儀測(cè)試

圖11 MPD分布情況

3.3 層間粘結(jié)性能

采用層間拉拔儀對(duì)試驗(yàn)段路面層間粘結(jié)強(qiáng)度進(jìn)行測(cè)試。抽檢的5個(gè)測(cè)點(diǎn)取得的芯樣均顯示粘結(jié)層水泥板被拉斷而粘結(jié)層未斷裂，如圖12、圖13所示，表明粘結(jié)層拉拔強(qiáng)度已超過(guò)水泥路面表層(拋丸后)的黏結(jié)能力，其具體的黏結(jié)強(qiáng)度需借助室內(nèi)試驗(yàn)獲取。因此從現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行粘層油取樣，于室內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境下進(jìn)行補(bǔ)充拉拔試驗(yàn)，得到20℃條件下的拉拔強(qiáng)度為0.62MPa。

圖12 芯樣粘結(jié)層斷面之一

圖13 芯樣粘結(jié)層斷面之二

3.4 抗滑性能

通車(chē)7d后，采用橫向力測(cè)試車(chē)對(duì)HET-Y(C)罩面進(jìn)行測(cè)試。HET-Y(C)高性能抗滑表層在通車(chē)7d后，主、超車(chē)道橫向力系數(shù)分別為74.5、76.8，說(shuō)明其初始抗滑性能較好。其抗滑耐久性仍需長(zhǎng)期跟蹤觀(guān)測(cè)。

4 結(jié)語(yǔ)

依托連英高速公路金門(mén)隧道水泥混凝土路面加鋪HET-Y(C)高性能抗滑表層工程項(xiàng)目，對(duì)HET-Y(C)高性能抗滑表層從原材料、配合比設(shè)計(jì)、施工工藝及適用性等方面進(jìn)行總結(jié)與分析，得到如下結(jié)論：

(1)HET-Y(C)瀝青混合料的高溫抗車(chē)轍性能、水穩(wěn)定性及抗裂性能優(yōu)異，從混合料性能看，適合用于水泥混凝土路面的加鋪。

(2)HET-Y(C)施工工藝較為簡(jiǎn)單，混合料抗離析，碾壓后路面粗糙，紋理分布均勻，路面平整舒適，抗滑性能優(yōu)良。

(3)采用HET-Y(C)高性能抗滑表層技術(shù)應(yīng)用于特長(zhǎng)隧道水泥混凝土路面的加鋪，能有效地改善行車(chē)舒適性及安全性，適用性好，具有良好的社會(huì)效益及經(jīng)濟(jì)效益。