超粘磨耗層技術在青藏公路養護中的應用研究

（中海瀝青股份有限公司，濱州 256600）

青藏公路穿越青藏高原腹地，全線平均海拔在4 000 沒以上，所經過地區海拔高、冰凍期長、太陽輻射強、晝夜溫差大。在極端的氣候條件和繁忙的交通作用下，青藏公路在服役過程中路面病害多發，需要及時進行養護。由于青藏公路沿線地區氣溫遠低于內陸水平，導致可施工時間較短，常規的養護技術已經無法滿足實際需要。

超粘纖維磨耗層技術是一種冷鋪冷拌類預防性養護技術，已在西方國家成功應用十多年，近幾年才引入國內。該技術結合了超薄磨耗層NovaChip 和微表處Micro-Surfacing 兩種技術的優點，采用超粘纖維磨耗層核心設備，同步完成高粘乳化瀝青灑布、玻璃纖維切割摻入、混合料拌和及超粘磨耗冷拌混合料攤鋪幾個過程[1]。所采用的連續施工工藝極大的縮短了養護施工時間，具有高粘附性、高耐磨性、高防水性、高穩定性等特點，還能有效防止攤鋪路面裂縫產生[2]。

本試驗結合青藏高原地區極端氣候的實際情況，開展了超粘磨耗層技術在青藏公路養護中的應用研究。

1 材料

1.1 改性乳化瀝青

青藏高原日照多，輻射強烈，溫差較大，在冷熱交替和雨雪作用下，瀝青路面易產生裂縫、集料剝落、松散等早期病害。為防止早期病害的發生，在改性乳化瀝青（拌和型）指標的制定上，應同時兼顧瀝青的高低溫性能。

結合公路瀝青路面施工技術規范與青藏高原氣候特征，改性乳化瀝青（拌和型）技術指標設計如表1所示。

表1 改性乳化瀝青（BCR）指標設計要求及檢測結果

超粘纖維磨耗層施工中，首先灑布一層乳化瀝青粘結料，然后同步攤鋪摻入纖維的冷拌混合料，灑布乳化瀝青粘結料首先可以提高乳化瀝青混合料與舊路面的粘結能力，同時流入舊路面的裂縫中，起到超強的防水粘結作用。

考慮青藏高原氣候特點，及冷拌混合料成型時間，選用改性噴灑乳化瀝青，其技術指標設計如表2所示。

表2 改性乳化瀝青（PCR）設計要求及檢測結果

設置0.1 ～0.6 kg/m2的PCR 噴灑量，檢測PCR 粘結層與原瀝青路面之間的粘結強度及噴灑PCR 后路面的滲水系數，結果如表3所示。

由表3 試驗結果可知，當PCR 噴灑量大于0.3 kg/m2時拉拔強度大于0.8 MPa，滿足技術要求。但隨著噴灑量的增加，在大于0.4 kg / m2之后，拉拔強度基本保持在一定的數值。路面滲水系數在高粘乳化瀝青噴灑量大于0.2 kg / m2后都是零，說明可以有效防止路表水下滲對原路面的破壞。因此，選擇高粘乳化瀝青噴灑量控制標準為0.3 ～0.5 kg / m2。

1.2 集料和填料

粗集料采用質地堅硬、形狀方正、有良好嵌擠能力的玄武巖碎石；細集料選擇潔凈、干燥的玄武巖機制砂，且有一定棱角。該項目超粘磨耗層所用集料技術指標要求及檢測結果如表4所示。

表3 不同噴灑量的冷拌冷鋪瀝青混合料粘結層性能

表4 集料技術要求及檢測結果

超粘磨耗層冷拌混合料中的活性填料主要為水泥，水泥可以改善混合料的成漿狀態、初凝時間、可開放交通時間及提高混合料的強度。填料添加量不超過礦料總質量的3%，水泥用量過大一方面會降低混合料的低溫抗裂性能，另一方面水化反應釋放出的熱量會降低混合料的施工和易性。通過對比不同水泥添加量的超粘磨耗層混合料的性能，最終確定該項目水泥添加量宜控制在1%～2%之間。

1.3 玻璃纖維

玻璃纖維在混合料中可以起到加筋、抗裂、降噪、改善成漿狀態及穩定等作用，有效提高瀝青混合料的高溫性能、低溫性能和耐久性能，是超粘磨耗層的重要材料。但玻璃纖維在改善瀝青混合料路用性能的同時，也對混合料的施工和易性產生影響，因此，超粘磨耗層技術的玻璃纖維添加量一般控制在0.1%～0.4%（占干礦料質量百分比）之間。在該項目中，通過測定不同纖維添加量條件下超粘磨耗冷拌混合料的性能，選擇纖維最佳添加比例為0.15%～0.2%。

2 配合比設計

2.1 級配確定

考慮到青藏公路地處高寒，且交通量大，運輸繁忙，超粘磨耗層須具備良好的抗滑性、高溫抗車轍能力及耐久性。以微表處MS-III型級配為基礎，結合SMA-10 瀝青馬蹄脂碎石混合料骨架密實結構的級配設計理念，對冷拌瀝青混合料的級配范圍進行設計。設計時以微表處MS-III 型級配下限所對應的2.36 mm 篩孔通過率為中值，按照通過率2% 的幅度變化2.36 mm 篩孔通過率，設定一系列目標級配如表5所示。

表5 初選級配

以混合料的濕輪磨耗值（1 h）、負荷輪粘砂量、輪轍寬度變化率、構造深度及摩擦系數作為級配設計的混合料性能驗證指標，結果如表6所示。

通過表6 結果，為保證磨耗層混合料具有優良的高溫性能、抗滑性能及耐久性，在混合料料濕輪磨耗值滿足要求的條件下，選擇負荷輪粘砂量小、輪轍變化率小、構造深度和摩擦系數大的級配作為優選級配。綜合考慮現場施工控制的可行性和礦料級配設計的理論要求，選擇2.36 mm 關鍵性篩孔的上、下限為33%～56%，設計了超粘磨耗層混合料設計級配范圍，礦料合成級配如表7所示，合成級配如圖1所示。

表6 初選級配混合料性能驗證結果

表7 超粘纖維磨耗層礦料生產級配

圖1 級配曲線

2.2 油石比確定

選取五個BCR 改性乳化瀝青用量：9.5%、10%、10.5%、11%、11.5%（分別對應油石比為5.94%、6.25%、6.56%、6.85%、7.19%）， 纖維添加量為0.15%，水泥添加量為1.5%，進行1 h濕輪磨耗和負荷車輪粘砂試驗，結果見表8所示。

表8 不同油石比的磨耗值與粘砂值

最佳油石比曲線見圖2。由圖2 可以得到，符合相關技術要求的油石比范圍為6.0%～7.1%，選取最佳油石比為6.5%，隨后以6.5%油石比進行6 d 濕輪磨耗值和車轍試驗的寬度變化率進行驗證，結果如表9所示。

圖2 最佳油石比曲線

表9 最佳油石比驗證結果

6 d 濕輪磨耗值和車轍寬度變化率均滿足指標要求，因此選定最佳油石比為6.5%。最終確定的超粘磨耗層瀝青混合料配合比為：10.4%改性乳化瀝青+0.15%玻璃纖維+1.5%水泥。

3 實體工程應用

3.1 施工的氣候條件

青藏高原年平均氣溫除高原東南部的谷地較高外，大都低于5 ℃，藏北高原和山脈上部均在0 ℃以下。這種低溫不但給施工周期帶來了嚴重影響，還給路面質量帶來了巨大的挑戰，因此，該項目選擇在8月份施工。施工期間，注意天氣變化情況，雨天不能施工。

3.2 原路面預處理

施工前對原路面進行檢查，局部坑槽進行瀝青混凝土填筑，橫縱向裂縫用灌封膠或乳化瀝青進行灌封處理，擁包和較嚴重的車轍（＞15 mm）事先進行處理，確保路面整體結構強度復合施工要求。

3.3 施工質量控制

清掃原路面，確保路面干凈無雜物；攤鋪機、集料篩分機等設備計量標定，維護至最佳狀態；攤鋪試驗路段，確定施工配合比；保證足夠養護時間，養護期內，禁止車輛通行。

施工過程中，應對冷拌混合料進行抽樣檢測，經室內抽提、篩分，結果如表10所示。

從抽提結果可以看出，油石比和礦料通過百分率與設計值相差不大，可以繼續施工。

3.4 應用效果

從路面表觀來看，超粘磨耗層施工前，原路面龜裂嚴重，而且部分石子剝落，存在一定表面功能喪失現象。施工完成后，原路面病害全部消除，路面平整，集料粘結牢固，對比情況如圖3所示。施工完成后，項目組進行了六個月的路面應用情況跟蹤觀察，觀察期內，路面未發生明顯病害，表明超粘磨耗層技術對于高原氣候條件下公路養護工程具有較好的適用性。

表10 超粘磨耗層冷拌混合料抽提結果

圖3 施工前后路面情況

4 結論

本研究通過對青藏公路養護工程中超粘磨耗層技術的應用情況進行分析總結，結合相關規范和施工經驗，針對超粘磨耗層技術在高原地區應用時的材料選擇、配合比設計、施工工藝和質量控制提出了相應意見建議，作為案例，為以后此類項目的處理提供了參考依據。