EMC-13超薄罩面混合料在南北高速公路的應(yīng)用分析

許秋香，潘昊宇

(1.廣西北部灣投資集團(tuán)有限公司沿海高速公路分公司，廣西 欽州 535000；2.廣西交科集團(tuán)有限公司，廣西 南寧 530007)

0 引言

南寧至北海高速公路(以下簡稱“南北高速公路”)南寧至南間段全長43.466 km，路線起于南寧那馬鎮(zhèn)，途經(jīng)大塘鎮(zhèn)、南曉鎮(zhèn)，終于欽州市南間村，為雙向六車道高速公路，設(shè)計(jì)行車速度120 km/h，是國家高速公路網(wǎng)蘭海高速公路的其中一段。項(xiàng)目于1996年開工建設(shè)，1998年6月建成通車。2012年開始改擴(kuò)建工程，改造為雙向八車道高速公路。2015年南欽防一期改擴(kuò)建工程完工。改造后，其路面面層由水泥混凝土路面變?yōu)楦男詾r青SMA-13。該路段位于北回歸線南側(cè)，屬濕潤的亞熱帶季風(fēng)氣候，年均降雨量達(dá)1 304.2 mm，平均相對(duì)濕度為79%，氣候炎熱潮濕。蘭海高速公路南寧至南間段自改擴(kuò)建以來，重載交通增加顯著，近兩年來，路況檢測(cè)數(shù)據(jù)顯示，南寧到南間路段存在一定的抗滑衰減，部分路段存在不同程度的車轍病害。為了尋求科學(xué)的治理方案，并積累治理路面病害經(jīng)驗(yàn)，選取南北高速公路K2044～K2045下行線引進(jìn)EMC-13超薄罩面工藝治理路面抗滑性能下降和路面輕微車轍。EMC是一種以易密實(shí)高彈改性瀝青作為膠結(jié)料，優(yōu)質(zhì)碎石作為骨料，采用骨架密實(shí)型級(jí)配的新型高性能瀝青路面預(yù)防性養(yǎng)護(hù)技術(shù)和薄層加鋪技術(shù)。EMC具有10型和13型兩種級(jí)配。其中，10型罩面最低厚度為1.2 mm，13型罩面最低厚度為1.6 mm。結(jié)合重載交通特性，試驗(yàn)段采用13型罩面。施工工藝為原路面面層精銑刨18 mm(試驗(yàn)段20 mm)；加鋪18 mm易密實(shí)高彈超薄罩面EMC-13。

1 原材料及配合設(shè)計(jì)

1.1 瀝青

EMC-13超薄瀝青混合料采用易密實(shí)高彈改性瀝青作為膠結(jié)料[1]。易密實(shí)高彈改性瀝青由EMC易密實(shí)高彈改性劑與SBS復(fù)合改性而得，其技術(shù)指標(biāo)和檢測(cè)結(jié)果見表1所示。由表1可以看出，易密實(shí)高彈改性瀝青具有較高軟化點(diǎn)，能夠適應(yīng)南寧地區(qū)的高溫氣候；135 ℃運(yùn)動(dòng)黏度僅為規(guī)范要求的2/3，可以保證在薄層罩面溫度散失較快時(shí)的壓實(shí)度[2-4]；5 ℃延度高達(dá)60 cm以上，超過規(guī)范要求3倍；25 ℃彈性恢復(fù)率幾乎為100%，保證了薄層罩面在重載交通下的疲勞抗裂性能。

表1 易密實(shí)高彈改性瀝青技術(shù)指標(biāo)表

1.2 集料與級(jí)配

EMC-13超薄罩面的粗、細(xì)集料均采用輝綠巖碎石，技術(shù)指標(biāo)見表2～3。填料采用石灰?guī)r礦粉，技術(shù)指標(biāo)見表4，級(jí)配組成見表5。

表2 粗集料技術(shù)指標(biāo)表

表3 細(xì)集料技術(shù)指標(biāo)表

表4 礦粉技術(shù)指標(biāo)表

表5 EMC-13混合料顆粒篩孔通過百分率表

通過級(jí)配的設(shè)計(jì)計(jì)算，得到EMC-13超薄罩面瀝青混合料各檔集料的比例為：10～15 mm∶5～10 mm∶0～5 mm∶礦粉=33∶35∶27∶5。

1.3 最佳油石比

確定級(jí)配后，采用馬歇爾試驗(yàn)方法設(shè)計(jì)最佳油石比。EMC-13超薄罩面瀝青混合料的油石比選用4.6%、4.9%、5.2%，測(cè)試不同油石比下混合料馬歇爾試件的體積結(jié)構(gòu)參數(shù)，見表6。

表6 不同油石比下的瀝青混合料馬歇爾試件的結(jié)構(gòu)參數(shù)表

根據(jù)表6中的空隙率等體積參數(shù)試驗(yàn)結(jié)果，最終確定EMC-13最佳油石比為4.9%。

2 路用性能室內(nèi)試驗(yàn)及結(jié)果

依據(jù)EMC-13超薄罩面在南北高速公路的使用環(huán)境，選擇對(duì)其高溫穩(wěn)定性、水穩(wěn)定性和抗滑性能等關(guān)鍵路用性能進(jìn)行試驗(yàn)研究[5]。

2.1 高溫穩(wěn)定性

為研究南北高速公路路面精銑刨后加鋪EMC-13薄層罩面的高溫穩(wěn)定性，成型了雙層車轍試件，上層為2.0 cm EMC-13混合料，下層為3 cm改性SMA-13混合料。同時(shí)，作為對(duì)比，進(jìn)行了單層5 cm EMC-13車轍試驗(yàn)和單層5 cm改性SMA-13車轍試驗(yàn)。由于EMC-13混合料具有強(qiáng)度隨齡期增長的特點(diǎn)，還進(jìn)行了不同齡期的對(duì)比試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果見表7。

表7 混合料車轍試驗(yàn)結(jié)果表

由表7試驗(yàn)結(jié)果可知：(1)EMC-13具有明顯的動(dòng)穩(wěn)定度隨齡期增長的特點(diǎn)；(2)5 cm厚度的EMC-13動(dòng)穩(wěn)定度約為SMA-13的70%，而2 cmEMC-13+3 cmSMA-13的復(fù)合結(jié)構(gòu)動(dòng)穩(wěn)定度與5 cm厚度的SMA-13動(dòng)穩(wěn)定度基本相同，表明EMC-13更適合作為薄層罩面；(3)南北高速公路對(duì)原SMA-13路面精銑刨后加鋪2 cmEMC-13的動(dòng)穩(wěn)定度達(dá)到了SMA-13的性能，滿足南北高速公路所處高溫地區(qū)的使用要求。

2.2 水穩(wěn)定性

南寧地區(qū)潮濕多雨，為驗(yàn)證EMC-13超薄罩面在多雨氣候下的耐久性，本文采用多次循環(huán)的浸水飛散試驗(yàn)對(duì)EMC-13的水穩(wěn)定性進(jìn)行研究。試驗(yàn)結(jié)果如表8所示。

表8 多次循環(huán)浸水飛散試驗(yàn)結(jié)果表

由表8試驗(yàn)結(jié)果可知，EMC-13的3次循環(huán)浸水飛散損失率符合技術(shù)要求。同時(shí)，隨著循環(huán)次數(shù)的增加，EMC-13的飛散損失增加幅度更小，表示EMC-13混合料基本適應(yīng)南北高速公路地段的多雨氣候[6]。

2.3 抗滑性能

南北高速公路路面加鋪EMC-13超薄罩面的主要目的是提高原路面的抗滑性能，保證行車安全。抗滑性能是需要長期保持的基本路用性能[7]，為此，本文試驗(yàn)采用重慶智詳公司自主研發(fā)的瀝青混合料抗滑性能試驗(yàn)儀對(duì)EMC-13的抗滑性能的衰減特性進(jìn)行了研究，其試驗(yàn)原理為采用汽車輪胎制作的橡膠模塊，在規(guī)定的壓力下，在成型的瀝青混合料車轍試件上往復(fù)摩擦運(yùn)動(dòng)，模擬路面在輪胎作用下摩擦系數(shù)的衰減。考慮到南北高速公路的重載交通，試驗(yàn)中在橡膠塊上施加了1.5倍標(biāo)準(zhǔn)胎壓，即1.05 MPa。試驗(yàn)結(jié)果如表9所示。

表9 抗滑性能衰減試驗(yàn)結(jié)果表

由表9可知，在重荷載下，EMC-13抗滑性能衰減速度先快后慢，后期逐漸趨于穩(wěn)定。

3 現(xiàn)場施工實(shí)測(cè)項(xiàng)目檢測(cè)數(shù)據(jù)

表10 現(xiàn)場施工實(shí)測(cè)項(xiàng)目(1)檢測(cè)數(shù)據(jù)表

表11 現(xiàn)場施工實(shí)測(cè)項(xiàng)目(2)檢測(cè)數(shù)據(jù)表

由表10～11可知，EMC-13現(xiàn)場施工實(shí)測(cè)項(xiàng)目檢測(cè)數(shù)據(jù)均大于設(shè)計(jì)要求。

4 工后路況檢測(cè)數(shù)據(jù)

表12 2021年路況檢測(cè)數(shù)據(jù)表

由表12可知，在重荷載下，EMC-13工后初期的路況檢測(cè)數(shù)據(jù)符合規(guī)范要求，但是由于完工時(shí)間較短，還需要后期不斷進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

5 外觀質(zhì)量

5.1 施工現(xiàn)場外觀質(zhì)量

表面大部分平整、密實(shí)，無明顯泛油、松散，小部分路段粗、細(xì)骨料出現(xiàn)離析，接縫處平順。現(xiàn)場施工質(zhì)量符合設(shè)計(jì)要求。

5.2 工后現(xiàn)場外觀質(zhì)量

項(xiàng)目完工3個(gè)月后進(jìn)行現(xiàn)場觀察發(fā)現(xiàn)：路面平整、密實(shí)，部分路段粗、細(xì)骨料離析現(xiàn)象未發(fā)展，現(xiàn)場無明顯坑槽、松散情況，部分路段車輪跡帶出現(xiàn)輕微泛油現(xiàn)象。據(jù)分析，試驗(yàn)段屬于長上坡路段，施工車道為3、4車道，即重載交通車道，而重載車輛爬坡速度慢，造成車輪跡帶位置持續(xù)的重載荷載作用時(shí)間長，加上南方高溫氣候，造成車輪跡帶位置瀝青泛油。

6 結(jié)語

本文通過對(duì)南寧至北海高速公路EMC-13超薄罩面試驗(yàn)段的室內(nèi)試驗(yàn)數(shù)據(jù)、實(shí)測(cè)項(xiàng)目以及外觀質(zhì)量進(jìn)行分析，驗(yàn)證了EMC-13在南北高速高溫、多雨、重載交通條件下的適用性，具體結(jié)論如下：

(1)EMC-13組合結(jié)構(gòu)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)和現(xiàn)場實(shí)測(cè)項(xiàng)目均高于設(shè)計(jì)要求。

(2)EMC-13在多次循環(huán)浸水飛散試驗(yàn)中飛散損失率低，適合潮濕多雨地區(qū)使用。

(3)EMC-13的摩擦系數(shù)的衰減速率低，表明在重載交通作用下，EMC-13的抗滑性能衰減更小，抗滑性能的耐久性更好。

(4)EMC-13在南寧至南間段濕熱地區(qū)、長上坡重載交通施工試驗(yàn)段實(shí)測(cè)項(xiàng)目數(shù)據(jù)均大于設(shè)計(jì)指標(biāo)。

(5)EMC-13在長上坡以及高溫濕熱地區(qū)試驗(yàn)路段工后初期車輪跡帶出現(xiàn)泛油，建議提高瀝青高溫軟化點(diǎn)的指標(biāo)，并調(diào)整油石比數(shù)據(jù)。