常溫樹脂瀝青極薄罩面預(yù)養(yǎng)護技術(shù)應(yīng)用研究

朱益兵

(蘇交科集團股份有限公司，江蘇 南京 210000)

1 背 景

隨著公路建設(shè)的蓬勃發(fā)展、使用時間的增長，越來越多的瀝青路面的各種表面功能逐漸減弱，嚴重影響到過往車輛通行的安全性和舒適性。瀝青路面預(yù)防性養(yǎng)護是維護現(xiàn)有公路路面性能、延緩瀝青路面常見病害發(fā)展、保持或改善瀝青路面的功能狀況的一種有成本相對較低的主動性處置養(yǎng)護策略，能夠降低路面病害向更深層次發(fā)展的風險，保持道路平整度、提高道路質(zhì)量、降低道路周期壽命成本、延長大中修期限。

預(yù)防性養(yǎng)護起源于20世紀80年代，隨著新技術(shù)、新材料、新工藝的不斷出現(xiàn)，預(yù)防性養(yǎng)護技術(shù)在國內(nèi)外均得到了很好的發(fā)展。路面預(yù)防性養(yǎng)護工程主要有裂縫處理類、封層類、罩面類、再生類四類，厚度一般不超過4 cm，其中磨耗層和就地熱再生使用頻率最高，磨耗層是江蘇省特色預(yù)防性養(yǎng)護技術(shù)，各地根據(jù)地方路段病害狀況使用功能性的罩面技術(shù)。

目前常用的預(yù)防性養(yǎng)護措施中，1 cm超薄罩面必須采用專有設(shè)備、造價相對較高，其耐久性及舒適度亦欠佳，傳統(tǒng)熱拌薄層罩面由于施工厚度較薄，溫度散失較快，往往需要較高的拌和與攤鋪溫度以保證壓實質(zhì)量，造成較大的溫室氣體排放，污染環(huán)境，加速了瀝青老化。如何通過調(diào)整材料組成和施工工藝，實現(xiàn)采用普通施工機具進行1～2 cm的超薄罩面在常溫條件下的攤鋪，其耐久性、抗裂性、行駛舒適性、經(jīng)濟性優(yōu)于常用的預(yù)養(yǎng)護措施，是提高公路預(yù)養(yǎng)護措施技術(shù)水平的一個研究方向。

2 技術(shù)特點

常溫樹脂瀝青極薄罩面技術(shù)針對目前熱拌類薄層罩面預(yù)防性養(yǎng)護技術(shù)易產(chǎn)生大量的能耗和污染氣體排放，且存在混合料熱老化、施工時溫度散失快導(dǎo)致路用性能不足等問題，冷拌冷鋪的微表處類技術(shù)存在施工工藝復(fù)雜、平整度欠佳等問題開發(fā)的一種低碳、節(jié)能的環(huán)保型極薄預(yù)養(yǎng)護技術(shù)，由優(yōu)質(zhì)集料和常溫樹脂改性瀝青組成，厚度可達1～2 cm，相比于傳統(tǒng)的溫拌或熱拌瀝青混合料，具有中溫拌和、低溫施工、存儲時間長、路用性能優(yōu)良、節(jié)能減排效果顯著等諸多優(yōu)點在，施工過程中消耗的能源和排放的有害氣體更少，且能在低溫和負溫條件下施工，解決了瀝青路面一般只能在高溫季節(jié)施工的技術(shù)難題，實現(xiàn)了瀝青路面在特殊環(huán)境(主要是低溫)特殊條件(路面周邊無熱拌站)下的修筑及養(yǎng)護。

2.1 技術(shù)原理[1]

常溫樹脂瀝青混合料是可在110 ℃左右的中溫條件拌和施工的混合料，該混合料由常溫樹脂改性瀝青與礦料組成，常溫樹脂瀝青是由SBS改性瀝青與常溫樹脂改性劑復(fù)合改性而成，改性后的常溫樹脂瀝青呈液態(tài)從而達到中溫拌和施工的目的。常溫樹脂改性劑是以從甲基苯乙烯類高分子材料中提取的甲基苯乙烯類嵌段共聚物與環(huán)氧樹脂、環(huán)氧樹脂固化劑等材料按一定比例通過膠體研磨、高速剪切的工藝加工制作而成的成品聚合物溶液，顏色呈褐色，密度為0.8～1 g/cm3。

常溫樹脂瀝青是在SBS改性瀝青中加入樹脂改性劑，經(jīng)過攪拌后使樹脂改性劑熔融或分散在瀝青中，提高瀝青膠結(jié)料在中溫條件下的施工和易性，使瀝青及瀝青混合料在較低溫度條件下仍具有一定的可施工性。經(jīng)過一定養(yǎng)生時間后，由于常溫樹脂瀝青含中有一定量的環(huán)氧樹脂和環(huán)氧固化劑，瀝青混合料在攤鋪碾壓后經(jīng)過逐漸固化，強度上升，從而到達提高瀝青混合料路用性能的目標，其力學(xué)強度及其路用性能能夠達到與常規(guī)的聚合物改性瀝青的標準要求，如低溫抗裂性能、抗水損害性能及抗疲勞開裂性能等等，實現(xiàn)的極薄罩面預(yù)防性養(yǎng)護技術(shù)具有可儲存時間長、可施工溫度低、混合料性能和路用性能優(yōu)良、節(jié)能環(huán)保效果顯著等諸多優(yōu)點。

2.2 主要技術(shù)特點

(1)低碳、節(jié)能、環(huán)保。常溫樹脂瀝青混合料可在110 ℃左右中溫條件下拌合、攤鋪，拌合時減少能源的使用，施工時能夠減少溫室氣體的排放。

(2)低溫不開裂、高溫不泛油。常溫樹脂瀝青混合料柔性強、高溫穩(wěn)性好；不易產(chǎn)生車轍、推移、擁包、龜裂等病害。

(3)抗滑性好、荷載能力強。常溫樹脂瀝青極薄罩面具有優(yōu)良的抗滑性和荷載能力，且塑性高、與原路面粘附性強。

(4)可快速開放交通。常溫樹脂瀝青極薄罩面施工碾壓完成降溫后即可開放交通，實現(xiàn)即鋪即通，路面強度會在自然條件下養(yǎng)生固化，逐漸達到最佳性能，無需傳統(tǒng)微表處預(yù)養(yǎng)護罩面技術(shù)的養(yǎng)生時間要求。

(5)施工不受季節(jié)限制。常溫樹脂瀝青極薄罩面施工不受季節(jié)、溫度條件的限制，克服熱拌瀝青混合料施工降溫快、易發(fā)生質(zhì)量問題等缺陷。

2.3 適用范圍

由于常溫樹脂瀝青極薄罩面技術(shù)具有上述諸多優(yōu)點，適用于交通量大的高速公路、城市的高架道路、快速汽車專用道等各級公路的養(yǎng)護工程中原路面結(jié)構(gòu)強度足夠、路表狀況尚好的段落，適用的路面損壞類型和程度包括：泛油，磨光，不規(guī)則裂縫，輕微車轍、松散、擁包以及水損害，可以有效解決原路面出現(xiàn)的車轍病害和破損病害，對路面平整度較差及抗滑能力不足狀況有很好的改善作用；還可以應(yīng)用于有標高限制要求的水泥路面、橋面及隧道路面養(yǎng)護中。

3 技術(shù)應(yīng)用

3.1 瀝青混合料設(shè)計[2]

集料采用玄武巖或輝綠巖集料。常溫樹脂瀝青采用SBS改性瀝青添加常溫樹脂瀝青改性劑加工而成。改性劑的摻量根據(jù)基質(zhì)瀝青檢測結(jié)果、當?shù)氐臍夂?、項目交通量情況以及室內(nèi)試驗檢測進行確定，一般摻量7%～15%，對于粘度較高的基質(zhì)瀝青建議選高值，降溫梯度受到自然或工作環(huán)境限制時采用低值。

圖1 合成級配圖

常溫樹脂極薄罩面瀝青混合料的設(shè)計特點是半開級配形式，最大公稱粒徑為13.2 mm，其成型方法為馬歇爾擊實法，雙面擊實100次，擊實溫度90～110 ℃。配合比設(shè)計時采用礦料最緊密法作為極薄罩面混合料的配合比設(shè)計方法，即：根據(jù)混合料空隙率的要求，在滿足其他體積參數(shù)的基礎(chǔ)上，由混合料中集料嵌擠最緊密狀態(tài)對應(yīng)的油石比確定最佳油石比，并對設(shè)計的瀝青混合料進行水穩(wěn)定性、高溫性能和低溫性能等路用性能進行一系列的驗證。圖1為礦料合成級配圖。

設(shè)計的常溫樹脂改性瀝青混合料馬歇爾擊實試驗、抗水損害試驗、耐高溫和低溫試驗均滿足相關(guān)的技術(shù)要求，相應(yīng)的混合料性能檢測結(jié)果見表1。級配設(shè)計結(jié)果為m(1#粗集料)∶m(2#粗集料)∶m(3#粗集料)∶m(細集料)∶m(礦粉)=46.5%∶17.0%∶6.0%∶26.0%:4.5%，油石比為4.8%，其中樹脂改性劑與SBS 改性瀝青的比例為m(樹脂改性劑)∶m(SBS改性瀝青)=1∶9。

表1 瀝青混合料設(shè)計結(jié)果

3.2 工程應(yīng)用

為了進一步驗證常溫樹脂改性瀝青混合料的路用性能，為今后的路面預(yù)防性養(yǎng)護技術(shù)的研究提供理論數(shù)據(jù)和實踐經(jīng)驗的支持，根據(jù)瀝青混合料設(shè)計及室內(nèi)性能評價的結(jié)果進行了極薄罩面預(yù)養(yǎng)護試驗路鋪筑和后續(xù)的跟蹤觀測。

(1)工程概況

試驗段依托工程為233國道溧陽段養(yǎng)護工程?，F(xiàn)階段233國道溧陽段存在大面積的泛油病害，紅綠燈交叉口車轍相對較差，其中泛油為的主要病害，嚴重影響行駛安全及舒適性。試驗段長度約500 m，包含1個紅綠燈道口。

(2)試驗路的施工及現(xiàn)場檢測[3]

①混合料生產(chǎn)

在試驗段鋪裝前，依據(jù)室內(nèi)混合料配合比設(shè)計結(jié)果進行了生產(chǎn)配比的調(diào)試和拌合樓試拌等前期工作。

本次試驗段使用的常溫樹脂改性瀝青采用SBS改性瀝青和常溫樹脂改性劑現(xiàn)場加工。先將SBS改性瀝青加熱至140 ℃左右，然后按照比例加入常溫樹脂改性劑勻速攪拌60 min。

混合料拌和采用的瑪連尼4000型間歇式拌合樓，生產(chǎn)時由計算機全程自動控制。拌和時先稱入足量的礦料和礦粉干拌約8 s，加入復(fù)合瀝青濕拌約30 s，總拌合時間約為50～60 s，以瀝青混合料拌和均勻為度。常溫樹脂瀝青超薄罩面的施工溫度按照表2要求進行控制。經(jīng)檢測，混合料的出廠溫度基本控制在115 ℃附近。

②現(xiàn)場施工

為減少原路面泛油的不利影響，攤鋪前先對原路面進行了1 cm的精銑刨拉毛處理，清掃后按照要求均勻噴灑了瀝青粘結(jié)層。

在攤鋪機按照非接觸式平衡梁以控制攤鋪厚度及罩面的平整度，松鋪系數(shù)采用1.4。通過對瀝青路面攤鋪監(jiān)控系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)分析來看，攤鋪速度控制為2.0 m/min左右，基本保持勻速攤鋪，現(xiàn)場混合料攤鋪溫度控制在100～110 ℃之間。

表2 常溫樹脂瀝青超薄罩面施工溫度 單位: ℃

現(xiàn)場碾壓時配備了2臺雙鋼輪壓路機、2臺膠輪壓路機，初壓采用1臺雙鋼輪壓路機前靜后振全幅碾壓2遍，復(fù)壓采用2臺膠輪壓路機全幅碾壓6遍，終壓雙鋼輪壓路機靜壓1～2遍。壓實完成后路表溫度降低到55 ℃以下即開放交通。

③工后檢測

工后檢測的目的是為檢驗與配合比設(shè)計時的偏差。室內(nèi)對常溫樹脂改性瀝青混合料進行了馬歇爾試驗和抽提篩分試驗，并進行了殘留穩(wěn)定度和動穩(wěn)定度試驗，結(jié)果見圖2，試驗結(jié)果均滿足要求。

圖2 瀝青混合料抽提試驗結(jié)果

試驗段攤鋪結(jié)束后第2 d，采用隨機抽檢的方式對現(xiàn)場進行了滲水系數(shù)、厚度和壓實度的檢測，結(jié)果均滿足要求，芯樣厚度均控制在2.0 cm以內(nèi)。

④后續(xù)性能跟蹤觀測

通車后保持每個季度對罩面整體路況按季度進行了跟蹤觀測。通過1年半后未發(fā)現(xiàn)試驗段落出現(xiàn)水損害、擁包、波浪、車轍、剝落等病害，路面整體狀況良好。

4 效益分析

常溫樹脂超薄罩面技術(shù)作為一種瀝青路面預(yù)防性養(yǎng)護技術(shù)，為了更直觀的了解其社會經(jīng)濟效益，結(jié)合江蘇省公路養(yǎng)護實際情況，通過對比微表處、Novachip、銑刨重鋪等養(yǎng)護技術(shù)路面壽命周期內(nèi)養(yǎng)護費用和節(jié)能減排效益，分析常溫樹脂超薄罩面技術(shù)的經(jīng)濟效益和社會效益。分析比較時路面壽命周期按照15年，交通量按照中重交通級別進行。按照江蘇省國省干線瀝青路面目前路況及道路質(zhì)量衰減率，預(yù)計道路在運行至6～7年后需要開始養(yǎng)護大中修，如養(yǎng)護技術(shù)采用微表處在路面壽命周期內(nèi)約需要實施4次，如養(yǎng)護技術(shù)采用Novachip、銑刨重鋪和常溫樹脂超薄罩面在路面壽命周期內(nèi)約需要實施2次。

4.1 社會效益

常溫樹脂超薄罩面技術(shù)能夠延長傳統(tǒng)技術(shù)養(yǎng)護維修周期，路面質(zhì)量使用技術(shù)指標高于同地域的普通瀝青路面，車轍、裂縫、坑槽等早期損壞現(xiàn)象很少，預(yù)期可減少道路日常養(yǎng)護維修及大修的次數(shù)、縮短養(yǎng)護時間，保證路用性能的同時能夠?qū)崿F(xiàn)中溫拌和、低溫施工的效果，減少CO、SO2、NO2、煙氣等有毒氣體的排放，減少施工過程中對施工人員及周圍居民的傷害，也可在冬季施工，提高了施工效率，有利于公路網(wǎng)的快速建設(shè)完善。同時，其允許快速開放交通的特點，方便出行，較為適合在不同等級公路及城市道路建設(shè)與養(yǎng)護中應(yīng)用，滿足居民對空氣質(zhì)量和環(huán)境的要求，具有良好的社會效益。

4.2 經(jīng)濟效益

常溫樹脂超薄罩面造價約為45元/m2，在路面壽命周期內(nèi)預(yù)計實施2次，全壽命周期養(yǎng)護成本約為90元/m2，折算每年養(yǎng)護費用為6元/m2，與傳統(tǒng)微表處技術(shù)費用相當，低于熱拌薄層Novachip、SMA-10、銑刨重鋪。與傳統(tǒng)的熱拌薄層罩面Novachip方案全壽命周期120元/m2，折算每年養(yǎng)護費用為8.1元/m2，可以節(jié)約26%左右工程造價，較傳統(tǒng)的銑刨重鋪技術(shù)全壽命周期160元/m2可以節(jié)約40%左右，經(jīng)濟效益顯著。

圖3 不同技術(shù)折算每年的養(yǎng)護費用對比

4.3 環(huán)保效益

常溫樹脂超薄罩面實施1次時的碳排放當量統(tǒng)計結(jié)果與同步碎石封層技術(shù)相當，均高于霧封層、微表處類冷拌技術(shù)，但較傳統(tǒng)的熱拌薄層罩面和銑刨重鋪技術(shù)分別低約17%、63%。路面壽命周期內(nèi)折算每年碳排放當量統(tǒng)計結(jié)果略高于同步碎石封層技術(shù)，但較傳統(tǒng)的熱拌薄層罩面和銑刨重鋪技術(shù)分別低約19%、26%。主要是在原材料生產(chǎn)和混合料拌合過程中大幅降低施工溫度，從而達到減少能源消耗和降低碳排放，在整個施工過程中，基本不產(chǎn)生毒害廢棄物，減少對環(huán)境的污染，環(huán)保效益顯著，符合“十三五”期間“節(jié)能減排”基本國策。

圖4 不同技術(shù)折算每年能耗和碳排放統(tǒng)計

5 結(jié) 論

以233國道溧陽段養(yǎng)護工程為依托，結(jié)合常溫樹脂瀝青超薄罩面試驗段路用性能檢測結(jié)果以及效益分析，得出以下結(jié)論。

(1)常溫樹脂瀝青混合料具有良好的低溫抗裂性能、抗水損害性能及抗疲勞開裂性能，滿足相應(yīng)規(guī)范要求，在江蘇地區(qū)具有良好的適用性。

(2)常溫樹脂超薄罩面采用常規(guī)機械設(shè)備進行施工，拌合、攤鋪、碾壓，施工溫度較常規(guī)熱拌改性瀝青混合料可降低50 ℃左右，施工基本不受季節(jié)、溫度等條件的限制。

(3)從應(yīng)用效果看，試驗段通車1年半后路面整體狀況良好；從工程壽命周期看，具有較好的經(jīng)濟效益和社會效益。

常溫樹脂超薄罩面預(yù)防性養(yǎng)護技術(shù)具有顯著工程性質(zhì)和社會經(jīng)濟效益，符合當前實現(xiàn)節(jié)能減排與環(huán)境保護的發(fā)展趨勢，具有廣闊的應(yīng)用前景，可以在瀝青路面預(yù)防性養(yǎng)護中進行推廣應(yīng)用，豐富瀝青路面預(yù)防性養(yǎng)護技術(shù)方案，對提高公路瀝青路面養(yǎng)護技術(shù)水平具有重要意義。