SMA-5超薄磨耗層在高速公路預養(yǎng)護中的應用研究

王敏華，吳文信，陶小磊，李文勤

(1.廣西新發(fā)展交通集團有限公司，廣西 南寧 530029；2.廣西路建工程集團有限公司，廣西 南寧 530001；3.廣西交科集團有限公司，廣西 南寧 530007；4.廣西道路結(jié)構(gòu)與材料重點實驗室，廣西 南寧 530007)

0 引言

我國高速公路路面典型設計結(jié)構(gòu)是“強基薄面”的半剛性基層瀝青路面結(jié)構(gòu)，在這種結(jié)構(gòu)中，半剛性基層由于剛度較大通常是承重層，而瀝青層則是作為表面功能層[1]。綜合眾多高速公路早期應用情況來看，路面病害往往表現(xiàn)為瀝青層的各項表面功能的衰減，而承重層通常結(jié)構(gòu)完整，這意味著只要及時對表面功能層進行預養(yǎng)護介入，就能夠延緩病害對路面結(jié)構(gòu)的損害，有效延長道路整體使用壽命[2-4]。

從國內(nèi)外眾多實踐經(jīng)驗來看，SMA超薄磨耗層由于能夠有效修復路表面的缺陷，顯著提升道路的長期使用壽命，目前已成為預養(yǎng)護主流應用技術之一。但現(xiàn)階段針對SMA超薄磨耗層應用的研究主要集中在中、細粒式混合料(以SMA-16或SMA-13等為主)，而對小粒徑的SMA-5混合料的應用研究則較少。本文依托某高速公路實際養(yǎng)護工程，對SMA-5超薄磨耗層預養(yǎng)護技術進行綜合研究分析，為今后同類型預養(yǎng)護工程中SMA-5超薄磨耗層的推廣應用提供參考經(jīng)驗。

1 工程概況

某高速公路起訖樁號為K0+000～K51+380，雙向四車道，全路段路面結(jié)構(gòu)設計為半剛性路面結(jié)構(gòu)。由于周邊區(qū)域經(jīng)濟的不斷發(fā)展，此高速公路交通量逐年增加，通車數(shù)年后，路面已產(chǎn)生諸如網(wǎng)狀開裂、輕微車轍、坑槽等病害。經(jīng)檢測單位對該高速公路路況進行檢測評估后發(fā)現(xiàn)，高速公路路面承重結(jié)構(gòu)仍完整，僅出現(xiàn)瀝青表面層的性能衰減破壞。

綜合路面整體路況水平及養(yǎng)護技術規(guī)范要求分析，該高速公路適用超薄磨耗層進行預養(yǎng)護，因此本項目決定采用SMA-5超薄磨耗層對其進行預養(yǎng)護處理。

表1 某高速公路公路路段檢測路況水平一覽表

2 原材料

2.1 瀝青膠結(jié)料

采用SBS改性瀝青作為SMA-5超薄磨耗層用瀝青膠結(jié)料，其具體性能檢測指標如表2所示。

表2 瀝青膠結(jié)料測試指標結(jié)果表

2.2 集料、礦粉及纖維穩(wěn)定劑

SMA-5超薄磨耗層采用玄武巖作為集料，集料規(guī)格分為0～3 mm和3～5 mm兩檔，將集料分別進行篩分測定其相對密度。填料選用磨細石灰?guī)r，纖維穩(wěn)定劑采用木質(zhì)素纖維，其摻加量為混合料總量的0.3%。

表3 集料密度指標表

3 SMA-5配合比設計

《公路瀝青路面施工技術規(guī)范》(JTG F40-2004)中未對SMA-5的礦料級配范圍進行規(guī)定，本文依據(jù)《公路瀝青路面養(yǎng)護技術規(guī)范》(JTG 5142-2019)中推薦的SMA-5礦料級配范圍，結(jié)合同類型施工經(jīng)驗以及礦料篩分結(jié)果，分別設計三組不同的SMA-5礦料級配，其礦料組成如圖1所示。

圖1 不同礦料級配設計范圍曲線圖

SMA混合料的級配類型是典型的間斷級配，從體積指標上進行分析，粗集料必須通過嵌擠作用形成骨架以承載荷載，而判斷其是否形成骨架結(jié)構(gòu)的指標則是VCAmix

先對設計的三個礦料級配進行VCADRC測定，由于SMA混合料常規(guī)用油量普遍較大，對三個設計礦料級配以6.8%的油石比進行馬歇爾試件試打并測定其體積參數(shù)。相關研究表明，SMA混合料的成型質(zhì)量受溫度影響較大[5]，所以對馬歇爾試驗各個環(huán)節(jié)的溫度必須做好嚴格控制，溫度控制值建議如表4所示。

表4 馬歇爾試驗溫度控制值一覽表

從表5的數(shù)據(jù)可以看出，級配一在6.8%油石比下其VV值達到4.4%，VV值明顯偏大，VV過大將使得水容易深入混合料當中，造成混合料水穩(wěn)定性較差，影響混合料的長期使用。而級配三由于VCADRC>VCAmin，這表示混合料未能形成骨架結(jié)構(gòu)，將導致混合料在遭受行車荷載作用下極易發(fā)生破壞。只有級配二的各項體積指標滿足SMA礦料級配的設計要求，所以取該級配作為設計級配。

表5 不同級配馬歇爾試驗體積指標表

在確定設計級配后，以0.4%作為間隔變化，選取6.4%、6.8%、7.2%三個油石比進行馬歇爾試驗，試驗結(jié)果如表6所示。

表6 不同油石比條件下馬歇爾試驗結(jié)果表

對各項體積指標及油石比之間的關系曲線進行分析，目標空隙率為3.0%時可確定油石比為7.0%。為檢驗其性能是否達到規(guī)范要求，以7.0%的油石比制作一組馬歇爾試件進行測試，試驗結(jié)果如表7所示。

表7 馬歇爾試件性能檢驗結(jié)果表

從試驗結(jié)果來看，該目標配合比設計滿足技術規(guī)范要求，可作為后續(xù)生產(chǎn)配合比的依據(jù)。

4 SMA-5鋪筑及現(xiàn)場檢測

將設計完成的目標配合比作為SMA-5超薄磨耗層的生產(chǎn)依據(jù)進行調(diào)試，得到生產(chǎn)配合比，選定在K13～K14段進行SMA-5超薄磨耗層的鋪設。在鋪筑過程中總結(jié)施工控制要點如下：

4.1 舊路面處置措施

針對舊路面處置主要包括兩個方面：(1)針對舊路面病害進行及時修復，同時將舊路面上原有標線、突起路標等進行銑刨和拆除，對舊路面做好整體清理工作；(2)必須在舊路面上設置粘結(jié)層，本項目選擇在舊路面上撒布SBS改性瀝青(單位用量為1.1～1.2 kg/m2)，這樣可以促進SMA-5超薄磨耗層與舊路面形成良好整體，有效避免SMA-5超薄磨耗層產(chǎn)生滑移。

4.2 溫度控制

SMA混合料的溫度敏感性較高，其施工質(zhì)量極易受到溫度影響，再加上SMA-5超薄磨耗層的攤鋪厚度僅為2 cm，瀝青混合料熱量極易在施工過程中揮發(fā)，所以必須嚴格控制SMA混合料各環(huán)節(jié)的溫度。參考以往施工經(jīng)驗以及在試驗路段進行鋪設，對SMA混合料的溫度控制給出建議值如表8所示。

表8 各環(huán)節(jié)溫度建議控制值匯總表(℃)

4.3 攤鋪、碾壓質(zhì)量控制

在攤鋪過程中一旦發(fā)生運料供應不足的情況將導致攤鋪機無法連續(xù)施工，這樣會嚴重影響攤鋪質(zhì)量，對路面平整度也將造成較大負面影響，所以必須保證運料車的運料供應不中斷。SMA-5混合料的組成粒徑較小，基本不會出現(xiàn)離析的情況，所以在其碾壓過程中最主要的是確保混合料在高溫下碾壓成型。這就要求配備合理的機械組合，按照“高振頻低振幅、緊跟住慢碾壓”的原則進行碾壓施工，同時做好施工過程的溫度控制，確保SMA-5混合料能夠被碾壓成型。

在SMA-5超薄磨耗層試驗路碾壓攤鋪結(jié)束后進行路用性能檢測，其性能指標對比如表9所示。

表9 SMA-5超薄磨耗層路用性能檢測表

從表8可以看出，舊路面的路用性能等級在加鋪SMA-5超薄磨耗層后得到顯著提升，其路面狀況指數(shù)PCI、行駛質(zhì)量指數(shù)RQI以及車轍深度指數(shù)RDI的評定等級均從良提升到優(yōu)。對路用性能具體指標對比后可看出，平整度提升29%，滲水系數(shù)降低66.6%，摩擦系數(shù)增加32.7%，這反映出路面的行車舒適性、抗?jié)B水性、抗滑性等均得到一定程度提升。綜合分析，SMA-5超薄磨耗層對舊路面的性能衰減起到很好的恢復作用，能夠極大程度延長路面的整體使用壽命。

5 結(jié)語

從高速公路長期運營角度分析，在路面結(jié)構(gòu)性能良好但存在輕微病害時，及時介入預養(yǎng)護措施可有效延長路面的整體使用壽命，這樣也可以避免產(chǎn)生較大的維修養(yǎng)護成本。本文通過某高速公路路面SMA-5超薄磨耗層預養(yǎng)護項目的開展，對SMA-5超薄磨耗層的應用進行綜合分析，結(jié)果顯示SMA-5超薄磨耗層能有效提升路面各項使用性能，可作為預養(yǎng)護技術進行大面積推廣。需要強調(diào)的是，在SMA-5超薄磨耗層的實際應用中，必須依據(jù)高速公路項目原材料料源、路況性能指數(shù)及施工條件等實際情況進行綜合養(yǎng)護方案設計以確保良好的實施效果。