極韌超薄層STC-7在丹阜高速公路路面養護中的應用

趙金成

(遼寧省交通規劃設計院有限責任公司 沈陽市 110166)

0 引言

丹阜高速公路(丹東至南芬段)于2002通車，雙向四車道高速公路，依據近期道路綜合檢測結果，對各項指標進行統計評定分析，其網級評定結果為：路面使用性能指標網級PQI為89.59，路面破損狀況指標網級PCI為81.90，平整度指標網級RQI為94.62，車轍指標網級RDI為93.96，抗滑指數指標網級SRI為92.47。按《公路技術狀況評定標準》(JTG 5210-2018)的要求，網級PQI和網級PCI評定為良；網級RQI、網級RDI、網級SRI評定為優。

為準確了解各項養護技術的適應性與有效性，在丹阜高速公路(丹東至通遠堡段)鋪筑了極韌超薄層STC-7的試驗段。試驗段在丹東方向，鋪筑范圍為行車道和超車道，寬度為8.3m，厚度為1.2cm，總長度為29.483車道公里。同時，為了試驗1.2cm極韌超薄層與2cm超薄磨耗層的兼容性，設置了兩種不同方案的試驗段。方案一為將原路清掃干凈后，直接實施極韌超薄層；方案二為將原路已有的2cm超薄磨耗層銑刨，清掃干凈后，實施極韌超薄層。

1 材料組成設計

1.1 瀝青

由于極韌超薄層細集料及填料用量偏低，瀝青的性能對混合料的整體性能影響較大。為保證鋪筑后的結構達到較好的使用性能，瀝青采用了高粘高彈改性瀝青，其技術指標要求見表1。

表1 高粘高彈改性瀝青技術要求

從表1的要求來看，極韌超薄層中的瀝青指標中，60℃動力粘度超過了15×104Pa·s，25℃彈性恢復指標大于90%，大大超過了國標《高粘高彈道路瀝青》對高粘高彈改性瀝青的技術要求。國標具體指標要求為：25℃彈性恢復指標大于85%，60℃動力粘度大于2×104Pa·s[1]。

1.2 粘層改性乳化瀝青

極韌超薄層由于厚度只有1.2cm，層間粘結性能對混合料整體性能影響較大。為了保證界面的粘結性能，極韌超薄層同步噴灑專用高性能SBS聚合物改性乳化瀝青粘層，用量為0.8～1.0L/m2，其技術指標要求見表2。

表2 SBS聚合物改性乳化瀝青技術指標

從表2改性乳化瀝青指標要求來看，蒸發殘留物含量要求大于65%，軟化點要求大于65℃，其屬于蒸發殘留物含量較高，而且軟化溫度高。在滿足這兩項要求的條件下，粘層的層間粘結效果將大大提高，其抗剪強度指標也必然大幅提升。

1.3 集料及礦粉

填料采用遼陽小屯的石灰巖礦粉，細集料采用遼陽小屯的石灰巖，分為1.18～2.36mm和0～1.18mm兩檔，粗集料采用本溪連山關的輝綠巖，分檔為5～8mm。具體各指標情況見表3，由表3可知，粗集料、細集料和礦粉的各指標均檢測合格。

表3 集料和礦粉技術指標表

1.4 級配組成設計

以單檔料篩分情況為基礎，按照級配范圍要求，初步擬定了各檔料的用量比例。具體為：5～8mm檔集料∶1.18～2.36mm檔集料∶0～1.18mm檔集料∶礦粉=72∶9∶15∶4。具體結果見表4。

表4 STC-7礦料篩分及合成級配表

1.5 最佳瀝青用量的確定

根據合成級配，結合以往經驗，擬定初始油石比中值為6.2%。以0.4%為間隔，確定5個不同油石比成型試件，分別為5.4%、5.8%、6.2%、6.6%、7.0%。試件成型采用馬歇爾方法，雙面各75次[2]，擊實時控制溫度為165℃，拌和鍋控制溫度為175℃[2]。

考慮STC-7的混合料性能，在考慮馬歇爾試驗6大主要指標的基礎上，以目標空隙率為主要指標，初步確定最佳油石比為6.1%。

1.6 配合比性能驗證

以6.1%的油石比分別成型試件，進行穩定度試驗、動穩定度試驗和飛散損失試驗進行性能驗證，具體結果見表5。

表5 STC-7混合料配合比性能驗證指標

從表5的指標情況可以看出，極韌超薄層STC-7各項指標均滿足要求，且說明混合料具有較好的高溫性能和抗飛散能力。

2 施工工藝及檢測

極韌超薄層嚴禁在雨天或路面潮濕的條件下施工，且施工時氣溫和路表溫度不能低于10℃。

2.1 拌和

極韌超薄混合料應采用間歇式設備拌和，出料溫度宜高于185℃。混合料的干拌時間應多于5s，總的拌和時間宜為30～50s。

2.2 攤鋪

極韌超薄層應采用同步攤鋪設備。攤鋪速度應控制在10m/min左右，攤鋪溫度應不低于160℃。

2.3 碾壓

極韌超薄層靠攤鋪機的熨平板基本可以達到密實程度，采用11～13t雙鋼輪壓路機進行靜壓和收光整平即可。開始碾壓溫度不得低于140℃，碾壓速度不應超過5km/h。極韌超薄層溫度損失極快，雙鋼輪壓路機在碾壓過程中要嚴格控制灑水量，以瀝青不粘輪為宜。終止碾壓的控制溫度為90℃，開放通車的控制溫度為50℃，嚴禁灑水對路面降溫。

2.4 質量檢驗

極韌超薄層攤鋪完工后，路表的集料大小顆粒宜均勻分布，無透水、薄厚不均、超粒徑顆粒、油斑等現象。完工后可進行驗收檢測，檢測要求見表6。

表6 極韌超薄層驗收檢驗要求

3 結論

通過對極韌超薄層STC-7材料組成設計和施工工藝的研究，主要得出以下結論：

(1)極韌超薄層采用的高粘高彈改性瀝青25℃彈性恢復在90%以上，60℃動力粘度超過了15×104Pa·s，大大超過了國標的技術要求。

(2)專用的高性能乳化瀝青軟化點要求大于65℃，蒸發殘留物要求大于65%，具備了高軟化點和高固含量的特性，其抗剪強度較高。

(3)極韌超薄層粗集料采用輝綠巖，細集料和礦粉采用石灰巖。

(4)通過適配，確定5～8mm檔集料、1.18～2.36mm檔集料、0～1.18mm檔集料和礦粉的比例為72∶9∶15∶4。通過試驗，確定了極韌超薄混合料的最佳油石比為6.1%，且其穩定度試驗、動穩定度試驗和飛散損失試驗等性能驗證指標均滿足要求。

(5)按一系列施工工藝控制下的極韌超薄磨耗層外觀平整，各檢測指標均滿足要求，行車噪音顯著降低，行車舒適性和安全性得到明顯提升。