高速公路養(yǎng)護中SMA-10超薄磨耗層應(yīng)用分析

張云珂

(山西省高速公路集團太原有限責(zé)任公司，山西 太原 030000)

1 項目背景

此高速公路工程項目的全線長度是26.51 km，起訖樁號是K23+160～K49+670，采用的是雙向四車道，設(shè)計的行車速度是100 km/h，路面寬度是23 m。此項目于2018年10月11日正式通車，通過多年來的運營路面形成了裂縫與車轍等質(zhì)量病害，但是結(jié)合公路路面技術(shù)評價關(guān)鍵指標(biāo)情況，路面尚未發(fā)生結(jié)構(gòu)性病害，瀝青路面的總體結(jié)構(gòu)表現(xiàn)比較好，滿足了《公路瀝青路面養(yǎng)護技術(shù)規(guī)范》(JTG 5142—2019)規(guī)定中對于超薄磨耗層的使用要求，所以結(jié)合項目實際情況、施工條件以及規(guī)范要求確定選擇超薄磨耗層加鋪方法實施瀝青路面養(yǎng)護。

2 超薄磨耗層應(yīng)用原理以及原材料技術(shù)指標(biāo)

2.1 超薄磨耗層應(yīng)用原理

超薄磨耗層通常是指在施工過程中，直接將乳化瀝青與間斷級配混合料進行有效的整合，對施工技術(shù)方案進行科學(xué)合理的編制和落實，以此為基礎(chǔ)，用力與直接將路面的抗滑性以及滲水性能得到有效提升。對于超薄的磨耗層瀝青混合料來說，在高等級公路養(yǎng)護中的應(yīng)用具有非常重要的影響和作用，由于混凝土的材料組成在應(yīng)用時，可以被看作是路用性能以及使用質(zhì)量中非常重要的控制因素條件。尤其是在實踐中，要對乳化瀝青黏結(jié)層進行合理利用，這也是保證路面施工得以有效開展的前提。除此之外，必須要結(jié)合實際要求，保證瀝青混合料的配合比設(shè)計可以滿足實際要求，不僅有利于保證道路使用壽命得以延長，而且還可以保證其中涉及到的諸多指標(biāo)參數(shù)具有準(zhǔn)確性、可靠性。乳化瀝青黏結(jié)層在整個攤鋪施工過程中，尤其是在受到嚴重損害的路段表層位置處，可以起到良好的施工效果，與磨耗層黏結(jié)具有密切的聯(lián)系，可以將其在實踐中的作用、價值充分發(fā)揮出來。乳化瀝青的流動度普遍比較大，同時具有非常強的黏結(jié)度，可以滿足不同季節(jié)下在施工時提出的基本要求。在磨耗層當(dāng)中，瀝青混合料的厚度要進行有效控制，通常控制在2 cm的范圍之內(nèi)即可，對高黏的瀝青進行合理利用，有利于促使材料自身的內(nèi)部強度得到不斷提升。在受到雨水不斷沖刷、高低溫環(huán)境的影響下，其整體路用效果相對良好。對于超薄磨耗層施工來說，目前現(xiàn)有的諸多研究技術(shù)參數(shù)中也提出了一系列的限制要求，要根據(jù)現(xiàn)有要求進行客觀分析，提出有針對性的管控措施，為超薄磨耗層應(yīng)用效果提供保證。

2.2 原材料技術(shù)指標(biāo)

(1)集料

超薄磨耗層瀝青混合料當(dāng)中，集料在其中具有非常重要的影響和作用，具有不可替代的價值。集料中普遍分為粗集料、細集料、填料等，要保證材料的質(zhì)地均勻，同時還要保證其潔凈并沒有任何的雜質(zhì)出現(xiàn)。粗集料在應(yīng)用時，明確的提出要求，其針片率普遍比較低，同時卵石的含量也比較低。通常在應(yīng)用過程中可以在高等級的公路磨耗層中實現(xiàn)合理利用。集料通常都會選擇利用質(zhì)地相對比較堅硬的玄武巖材料，這樣有利于對骨架起到良好的支撐效果。

(2)瀝青

對超薄磨耗層的瀝青進行選擇和利用時，通常可以選擇利用SBS改性里、橡膠改性瀝青等，要保證瀝青材料的黏度、彈性以及柔韌性相對比較良好。為從根本上保證瀝青混合料的耐久性得到有效提升，要保證瀝青材料本身具有非常良好的抗老化性特征，同時還要將其在磨耗層材料中的功能作用充分發(fā)揮出來。

(3)級配

結(jié)合目前超薄磨耗層在公路養(yǎng)護中的應(yīng)用現(xiàn)狀，由于超薄磨耗層在各個不同區(qū)域范圍內(nèi)都可以實現(xiàn)合理利用，各地區(qū)普遍都會選擇級配、厚度之間具有一定差異性的標(biāo)準(zhǔn)。目前在公路養(yǎng)護管理工作開展中，比較常見的級配包括SMA-10、UTFC-10、OGFC-10、SAC-10等，這些不同的級配相互之間存在的差異性主要體現(xiàn)在材料方面，尤其是在關(guān)鍵篩孔粒徑通過率之間具有非常明顯的差異性，同時對成型的混合料空隙率、穩(wěn)定性等各方面也存在明顯的不同。在整個排水路面方面，通過對OGFC透水性路面展開深入分析，有利于達到良好的使用效果。而帶重載交通方面，可以利用SMA級配，對路面磨耗以及車轍變形問題比較嚴重的路段，則可以根據(jù)實際要求，對SAC或者是UTFC磨耗層進行合理利用。

(4)油石比

在磨耗層瀝青用量選擇方面，通常是以試驗操作為基礎(chǔ)，這樣有利于對整個試件自身的旋轉(zhuǎn)壓實成型情況進行確定。與此同時，壓實的次數(shù)要結(jié)合目前提的一系列規(guī)范化的標(biāo)準(zhǔn)和要求，同時還要結(jié)合路面施工技術(shù)，對50次的固定旋次數(shù)進行確定，同時還要對其壓力進行有效管理和控制，將其控制在600 kPa的范圍內(nèi)。針對目前已經(jīng)成型的混合料試件中的溫度、壓實特性等展開深入分析，同時還要結(jié)合磨耗層混凝土的密度、孔隙率等技術(shù)參數(shù)指標(biāo)進行確定，以此來實現(xiàn)對油石比的綜合分析。需要注意的是不同的級配對應(yīng)的油石比之間也會存在明顯的差異性，通常SMA-10級配的油石比控制在6.0%左右，UTFC-10級配的油石比控制在5.2%左右。另外，部分摻改性劑材料在其中的加入，很有可能會對最終的油石比產(chǎn)生影響。

3 施工技術(shù)

3.1 加鋪方案

通過方案對比分析研究，確定選擇“SMA-10+SBS”改性乳化瀝青黏結(jié)層超薄磨耗層加鋪方案(厚度是2 cm)。采用的施工方式是普通攤鋪機異步施工，也就是在SMA-10混合料攤鋪前實施粘層油灑布，具體灑布量控制在0.5～0.6 L/m，同時把溫度嚴格控制為40～60 ℃。而粘層油灑布后必須進行交通封閉，等到乳化瀝青全部破乳后才能夠開始實施SMA-10混合料攤鋪作業(yè)。

3.2 原材料選用

(1)集料、填料以及纖維穩(wěn)定劑。此項目中SMA-10超薄磨耗層選擇的粗、細集料都是玄武巖碎石(其相關(guān)性能指標(biāo)檢測結(jié)果詳見表1所示)，礦粉選擇的是石灰?guī)r礦粉，而纖維穩(wěn)定劑選取的為木質(zhì)素纖維(狀態(tài)是顆粒狀)。以上原材料的各項技術(shù)指標(biāo)都滿足了《公路瀝青路面技術(shù)規(guī)范》(JTG F40-2004)有關(guān)規(guī)定基本要求。

表1 玄武巖碎石相關(guān)性能指標(biāo)檢測數(shù)據(jù)結(jié)果

瀝青膠結(jié)料與粘層油。此項目中SMA-10超薄磨耗層選擇的是瀝青膠結(jié)料時SBSI-D改性瀝青(其相關(guān)性能指標(biāo)檢測數(shù)據(jù)結(jié)果詳見表2所示)，而粘層油選擇的是SBS改性乳化瀝青(其相關(guān)性能指標(biāo)檢測數(shù)據(jù)結(jié)果詳見表3所示)。

表2 SBSI-D改性瀝青相關(guān)性能 指標(biāo)檢測數(shù)據(jù)結(jié)果

表3 SBS改性乳化瀝青相關(guān)性能指標(biāo)檢測數(shù)據(jù)結(jié)果

(3)級配范圍。此項目中SMA-10混合料的級配設(shè)計詳見表4所示。根據(jù)馬歇爾試驗實現(xiàn)配比設(shè)計的驗證，從而確定最優(yōu)的油石比是6.5%。

表4 SMA-10混合料級配設(shè)計

3.3 原路面檢查

考慮到SMA-10超薄磨耗層的攤鋪厚度相對較薄，若是原路面凹凸不平或是表面存在較多的雜質(zhì)，就會造成SMA-10超薄磨耗層與原路面之間不能有效結(jié)合，從而嚴重影響超薄磨耗層施工質(zhì)量2。所以在實施SMA-10超薄磨耗層攤鋪施工前需要對原路面進行處理，尤其是原路面中的裂縫等病害，必須保證原路面的平整度、整潔度符合SMA-10超薄磨耗層施工要求。

3.4 瀝青混合料生產(chǎn)

從本質(zhì)上分析，SMA-10瀝青混合料與普通熱拌瀝青混合料的生產(chǎn)工藝基本一致。但是考慮到SMA-10瀝青混合料的攤鋪厚度比較薄，在攤鋪施工階段混合料溫度的散失速度相對較快，所以必須對SMA-10瀝青混合料各項生產(chǎn)環(huán)節(jié)溫度進行嚴格控制，具體如下：(1)碎石集料溫度保證處于180～190 ℃；(2)瀝青加熱溫度保證處于165～175 ℃；(3)瀝青混合料拌和溫度保證處于170～180 ℃。此外，SMA-10瀝青混合料生產(chǎn)階段需要確保充分、均勻，而且無任何的離析、花白等相關(guān)現(xiàn)象。

3.5 攤鋪與碾壓

在攤鋪施工階段需要保證SMA-10瀝青混合料溫度處于150～170 ℃之間，攤鋪機需要勻速、慢速行駛，速度控制在2～3 m/min，且保證攤鋪施工的連續(xù)性，禁止隨意加減速、轉(zhuǎn)彎以及掉頭等，以提升瀝青混合料的攤鋪施工質(zhì)量，避免SMA-10瀝青混合料發(fā)生離析現(xiàn)象。由于SMA-10超薄磨耗層的攤鋪厚度比較薄，因此在SMA-10瀝青混合料碾壓階段必須選擇靜壓施工方式。初壓施工階段，碾壓溫度應(yīng)≥155 ℃，壓路機的行駛速度控制在2～3 km/h之間；復(fù)壓施工階段，碾壓溫度應(yīng)≥140 ℃，壓路機的行駛速度控制在3～5 km/h；終壓施工階段，碾壓溫度應(yīng)≥100 ℃，壓路機的行駛速度控制在3～6 km/h。在SMA-10瀝青混合料碾壓施工完成且路面溫度低于50 ℃之后，才能夠解除交通封閉。

3.6 施工注意事項

超薄磨耗層在公路養(yǎng)護中的應(yīng)用，要想保證其在實踐中的整體應(yīng)用效果得到有效提升，必須要對各環(huán)節(jié)注意事項給予關(guān)注和重視。首先，針對連續(xù)大交通流的路段進行養(yǎng)護管理時，必須要保證規(guī)劃以及其中涉及到的部分路段可以得到及時有效的疏導(dǎo)處理，同時還要對磨耗層施工前后的安全性進行控制。在養(yǎng)護路段以及原路段拼接位置處進行處理時，要結(jié)合實際要求，對接觸段的材料是否具有均勻性進行確定，盡可能避免由于受到材料、厚度等諸多因素的影響而導(dǎo)致其出現(xiàn)嚴重的跳車等問題。在整個排水性能方面提出要求路段，在超薄磨耗層攤鋪以及碾壓過程中，要對碾壓的次數(shù)進行確定。通常在路面養(yǎng)護施工完成之后，必須要對目前存在的一系列缺損交通標(biāo)志線等進行適當(dāng)?shù)难a充和優(yōu)化，避免由于受到交通安全設(shè)施不足而帶來不良影響。

對于超薄磨耗層來說，由于其在國內(nèi)的應(yīng)用起步比較晚，目前涉及到的諸多技術(shù)手段并不是很成熟。所以在整個技術(shù)推廣以及應(yīng)用過程中，必須要提前對技術(shù)調(diào)研以及試驗論證等工作進行有效推進，以此來達到良好的使用效果。

4 質(zhì)量檢測

在試驗路段SMA-10超薄磨耗層施工完成之后，根據(jù)有關(guān)規(guī)定要求分別對試驗段路面施工前后的PCI、RQI、構(gòu)造深度以及摩擦系數(shù)等性能指標(biāo)進行檢測，詳細檢測結(jié)果見表5所示。

表5 試驗路段SMA-10超薄磨耗層施工 前后性能指標(biāo)檢測結(jié)果

根據(jù)表5中的檢測結(jié)果可知，原路面加鋪SMA-10超薄磨耗層之后總體性能發(fā)生了明顯變化。其中PCI、RQI與RDI指標(biāo)從良級上升到了優(yōu)級，表明預(yù)防性養(yǎng)護效果較為突出。與此同時，原路面的構(gòu)造深度、摩擦系數(shù)均有所提升，而路面滲水系數(shù)由36 mL/min下降到13.5 mL/min，由此表明通過加鋪SMA-10超波磨耗層顯著提升了路面的路用性能，保證了高速公路行車的安全性與舒適性。

5 總 結(jié)

文章結(jié)合高速公路工程項目實際情況，重點研究了SMA-10超薄磨耗層的加鋪方案、原材料選用、瀝青混合料生產(chǎn)、瀝青混合料攤鋪以及碾壓等技術(shù)要點。研究表明，采用SMA-10超薄磨耗層有效提升了原路面的路用性能，保證了高速公路的安全行車，也為SMA-10超薄磨耗層技術(shù)的推廣應(yīng)用提供借鑒。