LC-13抗裂薄層罩面技術在內(nèi)蒙高速公路中的應用

王 森，高立波，陳明瑤

(1.遼寧交投公路科技養(yǎng)護有限責任公司 沈陽市 110148； 2.遼寧省交通科學研究院有限責任公司 沈陽市 110015；3.高速公路養(yǎng)護技術交通運輸行業(yè)重點實驗室 沈陽市 110015)

0 引言

對于處在寒冷地區(qū)、交通量較小、通車時間較長、原瀝青面層較薄的高速公路路段，路面由于溫縮、貧油、疲勞而產(chǎn)生的路面由上至下的Topdown裂縫，已經(jīng)成為路面的主要病害形式，表現(xiàn)為龜網(wǎng)裂、不規(guī)則橫向、縱向裂縫，鉆芯取樣表明路面裂縫往往由上至下只有上面層、中面層開裂。如不及時進行維修養(yǎng)護，由于水分進入路面面層和層間，加之凍融循環(huán)作用，路面性能將會急劇下降，進而發(fā)生路面坑槽、半剛性基層強度衰減、半剛性基層反射裂縫增多等病害。目前，對于路面裂縫主要采用灌縫的方式進行養(yǎng)護，但往往由于微裂縫眾多和施工等多方面原因，不能達到完全防水效果。本文采用一種抗裂薄層罩面技術，通過在密實型骨架嵌擠級配混合料中添加一種基于甲基苯乙烯類嵌段共聚物(SMC)[1-2]的LC型溫拌增粘劑，優(yōu)化路面壓實工藝，實現(xiàn)薄層罩面抗裂防水效果。通過在高速公路中鋪筑實體工程，驗證了其可以有效抑制裂縫的發(fā)展，延長路面使用壽命。

1 工程概況

G45大慶至廣州國家高速公路下洼至赤峰段公路，位于內(nèi)蒙古赤峰市境內(nèi)，本地區(qū)為北溫帶大陸性半干旱季風氣候區(qū)，總的特點是四季明顯，春季干旱多大風；夏季濕熱，雨熱同期；秋季短暫而霜早；冬季漫長而寒冷。根據(jù)我國瀝青路面氣候分區(qū)圖，本項目所屬地區(qū)氣候類型為2-2類。年平均氣溫為0～7℃，最冷月(1月)平均氣溫為-10℃左右，極端最低氣溫-27℃；最熱月(7月)平均氣溫在20～24℃之間。年降水量300～500mm。

本項目2008建成通車，原路面結構為表面層4cm厚AC-16型中粒式改性瀝青混凝土+5cm厚AC-20型中粒式改性瀝青混凝土+7cm厚AC-25型粗粒式改性瀝青混凝土+20cm水泥穩(wěn)定碎石基層+32cm水泥穩(wěn)定碎石底基層。已經(jīng)運行11年，目前車流量較大。路面裂縫發(fā)展嚴重，局部地區(qū)由于雨水沿裂縫浸入路面結構，導致路面發(fā)生龜網(wǎng)裂，如圖1所示。

圖1 原路面龜網(wǎng)裂縫

根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查情況，路面病害主要體現(xiàn)為裂縫且主要發(fā)生在行車道上。引發(fā)龜裂的主要原因為路面溫縮裂縫、疲勞裂縫及反射裂縫。路面出現(xiàn)裂縫后封水處理不及時導致龜裂越來越嚴重。針對路面嚴重龜裂情況，本次選取K829+995～K834+705段行車道4.71km典型路面病害路段作為試驗段，處治寬度為3.675m，首先對既有路面裂縫進行灌縫處理，然后噴灑專門的高粘改性乳化瀝青黏層油，鋪筑2cmLC-13抗裂薄層罩面。重點研究LC-13抗裂薄層罩面在內(nèi)蒙(冬寒夏熱區(qū))的適用性和抗裂性能，為推廣應用積累重要的工藝數(shù)據(jù)和施工經(jīng)驗。

2 LC-13混合料設計簡述

2.1 主要材料

(1)改性瀝青

LC-13抗裂薄層罩面應采用具有良好高低溫性能的改性瀝青，各項指標及技術要求見表1。

表1 SBS改性瀝青技術要求

(2)高粘改性乳化瀝青粘層油

LC-13抗裂薄層罩面粘層油應采用高粘改性乳化瀝青粘層油，各項指標及技術要求見表2。

表2 高粘改性乳化瀝青粘層油質(zhì)量技術要求

(3)LC型溫拌增粘劑

為了保證LC-13抗裂薄層罩面的溫拌壓實效果，在SBS改性瀝青中使用LC型溫拌增粘添加劑。摻加方法為直接添加在瀝青罐中與瀝青混合，添加比例為瀝青質(zhì)量的6%～10%。LC型添加劑在密閉容器中攪拌均勻后，避光保存。技術要求見表3。

表3 LC型溫拌增粘劑技術指標要求

(4)礦料

本項目采用的礦料包含粗集料、機制砂及礦粉，技術要求滿足《公路瀝青路面施工技術規(guī)范》(JTG F40-2004)的要求。

2.2 配合比設計

本項目的配合比設計見表4。

表4 LC-13瀝青混合料配合比設計表

2.3 混合料技術要求

抗裂薄層瀝青混合料的配合比設計采用馬歇爾試驗方法，馬歇爾試驗的技術要求與配合比檢驗指標及其技術要求見表5。

表5 LC-13瀝青混合料技術指標

3 LC-13薄層罩面施工要點

3.1 LC改性瀝青的生產(chǎn)

生產(chǎn)LC改性瀝青的瀝青罐必須具備加熱保溫和攪拌循環(huán)功能，首先將瀝青加熱到一定溫度，然后將LC型溫拌增粘劑按規(guī)定的摻量加入瀝青罐中進行攪拌，循環(huán)一定時間后，使LC型溫拌增粘劑完全溶融于瀝青中，最后保持LC改性瀝青在一定溫度內(nèi)備用。具體生產(chǎn)參數(shù)見表6。

表6 LC改性瀝青的生產(chǎn)參數(shù)

LC改性瀝青宜現(xiàn)場加工，并及時使用，在100℃以上溫度條件下的儲存時間不得超過7d，再次使用前必須攪拌均勻，在不發(fā)生離析的狀態(tài)下使用，并滿足表7的技術要求。

表7 LC改性瀝青均勻性技術要求

3.2 施工準備

(1)施工前，對高粘乳化改性瀝青、改性瀝青進行室內(nèi)試驗檢驗。

(2)為減輕粘層粘輪，高粘乳化瀝青粘層油灑布2～3h后，方可上施工車輛攤鋪。并準備好2號倉(3～5mm熱料倉)溢料，現(xiàn)場如有粘輪現(xiàn)象，及時沿輪跡帶人工灑布粘層乳化瀝青。

3.3 拌和

LC改性瀝青混合料應采用間歇式拌和設備進行拌制，拌和時間不少于45s，拌和的瀝青混合料應均勻一致，無花白料、無結團成塊或嚴重的粗細料分離現(xiàn)象，不符合要求時不得使用，并應及時調(diào)整。拌和好的LC改性瀝青混合料不立即鋪筑時，可放入成品儲料倉密閉儲存，儲存時間應符合攤鋪溫度要求為準。施工溫度見表8。

表8 LC改性瀝青混合料的施工溫度

3.4 攤鋪

攤鋪機開工前應提前0.5～1h預熱熨平板不低于80℃。鋪筑過程中應選擇熨平板的振搗或夯錘壓實裝置采用最低檔弱振模式(振幅最小模式)，攤鋪速度2.5～3.5m/min，松鋪系數(shù)1.25～1.33。

3.5 碾壓

LC-13改性瀝青磨耗層施工應配備足夠數(shù)量的壓路機，每臺攤鋪機后，至少配備25t以上重膠輪壓路機1臺，13t以上雙鋼輪壓路機1臺。壓路機的碾壓遍數(shù)及組合方式依據(jù)試鋪段確定。

碾壓應按照初壓、復壓、終壓三個階段進行:

(1)初壓采用光輪壓路機先靜壓1遍，再輕振1遍，采用低頻低幅模式。

(2)復壓采用膠輪壓路機碾壓6遍以上，復壓完畢，無輪跡可不收光。

(3)終壓采用雙鋼輪壓路機靜壓1～2遍，至無明顯輪跡為止。

碾壓時，壓路機的輪跡必須重疊1/2以上，且邊部壓實遍數(shù)要多于規(guī)定碾壓遍數(shù)2遍以上，嚴禁壓路機在施工作業(yè)面上急剎車、調(diào)頭、停留等。

壓路機應以慢而均勻的速度碾壓，壓路機的碾壓速度鋼輪壓路機適宜在2.5～3.5km/h，輪胎壓路機在4～6km/h。

LC-13改性瀝青混合料攤鋪、碾壓結束后，路面溫度低于50℃后即可開放交通，開放交通的3d內(nèi)，禁止貨車原地調(diào)頭和急剎車，行駛速度不得超過40km/h。

4 路面觀測

項目于2019年8月鋪筑完成，經(jīng)過一個冬天于2020年5月對路面裂縫反射情況進行觀測，從圖2照片可以明顯看出，2cmLC-13對原路面行車道不規(guī)則網(wǎng)龜裂處治效果較好，而未處治的超車道不規(guī)則裂縫較嚴重。對路面裂縫反射情況進行分類統(tǒng)計，按反射上來程度分為5類，加權計算總的反射率約為26%，與同時施工的4cm就地熱再生養(yǎng)護方案對比(反射率為52%)抗裂能力具有明顯優(yōu)勢。反射裂縫統(tǒng)計與計算見表9。

表9 路面裂縫反射率統(tǒng)計(%)

圖2 通車一年路面裂縫觀測

計算說明：

A類是近乎沒有反射，計算按0%加權。

B類是原路面是通縫，罩面后偶爾有輕微不連續(xù)的裂縫，計算按20%加權。

C類介于B和D之間，縫沒連上，計算按40%加權。

D類較嚴重，小縫幾乎能連上，但仍沒有完全反射上來，計算按80%加權。

E類完全反射上來，計算按100%加權。

5 結語

LC-13抗裂薄層罩面技術作為一種新型的預防性養(yǎng)護技術，采用LC溫拌增粘劑、高性能改性瀝青、骨架嵌擠密級配和專用的粘結層材料，使其具有優(yōu)良的低溫抗裂、高溫抗車轍、抗水損害能力，同時具有與原路面良好的粘結性能，可以實現(xiàn)對龜網(wǎng)裂較嚴重的某一個車道進行處治，施工工藝簡單、方便，適合作為高速公路養(yǎng)護維修工程中的磨耗層或面層老化、龜網(wǎng)裂的矯正性路面養(yǎng)護，LC-13薄層罩面對原路面標高和其它相關設施的影響幾乎可忽略不計，有著良好的使用效果和經(jīng)濟效益，推廣應用前景廣闊。