極薄磨耗層用于橋面瀝青鋪裝預防性養(yǎng)護的應用研究

韋靖峰，王奔宇，童戴舟

(1.浙江臺州甬臺溫高速公路有限公司 臺州市 318000；2.浙江交工集團股份有限公司設計院分公司 杭州市 310000)

0 引言

重丘區(qū)高速公路地形復雜，橋隧結構物占比高，橋面瀝青鋪裝維修難度大。以臺金高速公路(S28)為例，全線共有橋梁237座，其中特大橋11座，大橋64座，中小橋162座，單幅全長82483m，橋面瀝青鋪裝對整體路況影響權重較大，維持和提升橋面瀝青鋪裝的技術狀況是臺金高速公路路面養(yǎng)護工作的重點和難點。

依托臺金高速公路路面整修工程中橋面瀝青鋪裝實施極薄磨耗層的預防性養(yǎng)護的工程實例，對極薄磨耗層的原材料和配合比進行優(yōu)化、設計和性能驗證，根據(jù)極薄磨耗層的特點和路面使用性能的要求，提出相應的施工工藝和質量控制要點。

1 工程概況

臺金高速公路上行塘頭朱大橋(K65+800～K66+400)原橋面瀝青鋪裝層采用4cm改性AC-13C瀝青混合料和6cm改性AC-20C瀝青混合料的結構形式，通車運營已逾10年，橋面瀝青鋪裝出現(xiàn)明顯老化現(xiàn)象，局部還出現(xiàn)橫縱向裂縫(修補)、龜裂、坑洞和補丁等破損病害。詳見圖1。

圖1 路面破損指數(shù)PCI和病害類型隨里程變化圖

路表功能方面，該橋面瀝青鋪裝層平整度偏低，且構造深度和抗滑性能也有所下降，致使路面打滑、剎車不靈、雨天行車產生嚴重水霧，對行車安全帶來隱患[1-2]。詳見圖2。

圖2 國際平整度指數(shù)IRI和構造深度隨里程變化圖

為了修復塘頭朱大橋橋面瀝青鋪裝局部破損，提升整體平整度和抗滑性能，延長路面使用壽命，對瀝青橋面鋪裝實施加鋪極薄磨耗層的預防性養(yǎng)護措施。

2 原材料及性能

2.1 改性瀝青

(1)瀝青膠結料

極薄磨耗層采用的瀝青膠結料為添加專用復配劑的SBS改性瀝青，其主要指標檢測結果見表1。

表1 瀝青膠結料主要指標檢測結果

從表1極薄磨耗層用瀝青膠結料的主要指標檢測結果可以看出，摻入專用復配劑的瀝青膠結料的60℃動力粘度指標為61193Pa·s，彈性恢復指標為89%。相比于SBS改性瀝青的對應指標要求，得到了明顯的提升，達到了GB/T 30516-2014中高粘高彈瀝青(60℃動力粘度>20000Pa·s，彈性恢復>85%)的技術要求。

(2)層間粘結材料

層間粘結效果的好壞是影響路面使用壽命的重要因素之一，極薄磨耗層由于其厚度薄，極易由于層間粘接不足導致層間剪切破壞。因此，極薄磨耗層用層間粘結材料以及其層間粘接效果有必要進行專門比選和驗證。

層間粘結材料選用自制改性乳化瀝青，其主要指標檢測結果見表2。

表2 自制改性乳化瀝青主要指標檢測結果

從表2自制改性乳化瀝青的主要指標檢測結果可以看出，自制改性乳化瀝青的固含量為66.7%，軟化點(環(huán)球法)為62.5℃，具有高固含量和高軟化點的特點。為了進一步驗證其層間粘結效果，進行了3種不同乳化瀝青的層間直剪試驗，試驗溫度25℃，剪切速率20mm/min，采用不同乳化瀝青作為粘層油的層間抗剪強度隨豎向荷載大小的變化規(guī)律見圖3。

圖3 不同層間粘結材料層間抗剪強度與豎向荷載的關系

層間的抗剪強度來源于粘結力和摩阻力，當豎向荷載較小時，抗剪強度主要取決于粘結力；當豎向荷載較大時，摩擦力起主導作用[3-4]。層間直剪試驗結果表明：當豎向荷載為0.1MPa，自制改性乳化瀝青的高粘結性被充分體現(xiàn)，其抗剪強度分別為普通乳化瀝青和改性乳化瀝青的3.57倍和1.56倍；當豎向荷載達到0.5MPa時，粘結力的作用占比相對變小，三種層間材料的抗剪強度差異也相對縮小，但自制改性乳化瀝青仍具有一定的優(yōu)勢，其抗剪強度分別為普通乳化瀝青和改性乳化瀝青的1.24倍和1.13倍。

2.2 集料

考慮到極薄磨耗層需要在較小的粒徑范圍中形成骨架結構，對粗集料級配有特殊要求，所用的5～8mm的粗集料、0～3mm的細集料和礦粉的級配要求和篩分結果見表3。

表3 集料篩分結果

3 配合比優(yōu)化設計

3.1 級配設計

極薄磨耗層混合料的級配中，除了采用常規(guī)瀝青混合料使用的標準篩孔尺寸控制上下限以外，增設6.3mm特定篩孔，其通過率控制在70%～100%。

采用表3中5～8mm的粗集料、0～3mm的細集料和礦粉三檔料按照70∶29.5∶0.5的比例合成極薄磨耗層混合料的級配曲線，如圖4所示。

圖4 級配曲線

3.2 瀝青用量確定

按照上述級配和體積法測算，瀝青用量初定為4.5%、4.8%、5.1%、5.4%和5.7%，分別制備五組不同瀝青用量的馬歇爾試件，試件制備中拌和溫度控制在175～185℃，有效拌和時間不小于45s；短期老化溫度控制在170℃；成型溫度控制在160～170℃；采用旋轉壓實的壓實方式，壓實次數(shù)125次。五組混合料試件的體積性質、粉膠比和油膜厚度見圖5。

圖5 不同瀝青用量下的混合料體積性質、粉膠比和油膜厚度

根據(jù)圖5得出，瀝青用量為5.1%是比較合理的，確定為混合料的最佳瀝青用量。

3.3 混合料性能驗證

通過析漏試驗、凍融劈裂試驗和動穩(wěn)定度試驗對極薄磨耗層混合料的性能進行驗證。其中析漏試驗和動穩(wěn)定度試驗按照規(guī)范T 0732-2011的試驗方法進行；凍融劈裂試驗按照改進的AASHTO T283的試驗方法進行。采用設計級配、瀝青用量5.1%制備的混合料相應試驗結果見表4。

通過表4性能驗證結果可以看出，極薄磨耗層混合料具備了較好的抗析漏性能、水穩(wěn)定性能和抗車轍性能。

表4 性能驗證結果

4 施工工藝及質量控制

4.1 施工工藝

(1)混合料生產

按照目標配合比進行生產配合比調整，生產配合比調整的所有材料、過程和工藝應完全與實際生產時一致，包括瀝青、礦料、篩網配置、上料速度、加熱溫度、拌料量、拌和時間、除塵強度等。

(2)攤鋪

攤鋪機械設備采用同步攤鋪機1臺，攤鋪設備必須可以實現(xiàn)混合料攤鋪和改性乳化粘層噴灑同步完成；混合料攤鋪溫度應控制在160～170℃；層間粘結用改性乳化瀝青需在40～70℃的溫度下噴灑，攤鋪前對攤鋪機噴灑量進行標定，確保施工時噴灑量精確。

(3)碾壓

采用9～12t的雙鋼輪壓路機靜態(tài)碾壓，壓實遍數(shù)一般為兩遍。碾壓必須在路面溫度降至120℃之前完成，路面溫度降至50℃之前不能開放交通。

4.2 質量控制

根據(jù)極薄磨耗層的特點和路面使用性能，結合我國熱瀝青混凝土路面的國家驗收標準，對極薄磨耗層采用了以下驗收標準：

(1)表面應平整均勻，不應出現(xiàn)泛油、松散、裂縫和明顯離析等現(xiàn)象，有上述缺陷的面積之和不得超過驗收面積的0.03%。

(2)縱向接縫應緊密、平順，且粘層乳化瀝青不可搭接噴灑。

(3)極薄磨耗層與路緣石及其它構筑物應密貼接順，不得有積水或漏水現(xiàn)象。

具體實測項目相關指標要求如表5所示。

5 結語

對極薄磨耗層用原材料進行性能改善，檢測結果表明：摻入專用復配劑的瀝青膠結料的60℃動力粘度為61193Pa·s，彈性恢復指標為89%。達到了高粘高彈瀝青的技術要求。

自制改性乳化瀝青固含量為66.7%，軟化點(環(huán)球法)為62.5℃，具有高固含量和高軟化點的特點，作為層間粘結材料可以提供優(yōu)良的抗剪強度，當豎向荷載為0.1MPa時，抗剪強度為普通乳化瀝青和改性乳化瀝青的3.57倍和1.56倍。

混合料配合比設計中，通過增設6.3mm控制篩孔對級配進行優(yōu)化，通過率控制在70%～100%。粗集料、細集料和礦粉按照70∶29.5∶0.5的比例合成級配，進一步確定了最佳瀝青用量為5.1%。通過析漏試驗、凍融劈裂試驗和動穩(wěn)定度試驗對極薄磨耗層混合料的性能進行驗證。

結合極薄磨耗層在臺金高速公路上行塘頭朱大橋橋面瀝青鋪裝預防性養(yǎng)護工程中的應用實例，系統(tǒng)總結了極薄磨耗層施工質量控制要點。