瀝青路面預(yù)防性養(yǎng)護(hù)性能分析

高建軍

(呂梁宇星公路工程勘察設(shè)計(jì)有限公司，山西 呂梁 033000)

0 引 言

改性瀝青技術(shù)是在基質(zhì)瀝青的基礎(chǔ)上進(jìn)行纖維、橡膠粉、樹(shù)脂等材料的添加，促使瀝青混合料的整體性能得到一定優(yōu)化。改性瀝青可以通過(guò)工藝及材料的改性進(jìn)行獲取，當(dāng)前最為常見(jiàn)的參加改性劑，以便提升瀝青的黏韌度、粘彈性、抗滑、防水、抗沖擊性，弱化其溫度敏感性。得益于其較多優(yōu)勢(shì)，改性瀝青在舊路改造中的適用性極廣。考慮到當(dāng)前對(duì)于改性瀝青技術(shù)中不同玻璃纖維摻量造成的路用性能影響缺少較多研究，開(kāi)展纖維摻量的分析能夠?yàn)橄嚓P(guān)工程養(yǎng)護(hù)提供經(jīng)濟(jì)成本、施工效率上的參考。

1 工程簡(jiǎn)介

1.1 項(xiàng)目概況

本文所針對(duì)的國(guó)省道公路改造項(xiàng)目位于山西省，公路全線長(zhǎng)8.5 km，對(duì)于省內(nèi)交通運(yùn)輸及經(jīng)濟(jì)區(qū)域銜接具有重要意義。該公路采用雙車道二級(jí)公路標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)速度采用60 km/h，路基寬度為10 m，路面采用瀝青混凝土路面，全幅鋪裝，如圖1所示，路線位于黃土沖溝區(qū)，地層主要由馬蘭組Q3m黃土及Q2黃土組成，在下部有基巖出露。路基平均設(shè)計(jì)高度為15 m，寬度為25 m，存在較為嚴(yán)格的路線設(shè)計(jì)指標(biāo)。工程于2012年擴(kuò)建為國(guó)省道公路，2014年6月正式通車運(yùn)營(yíng)，到2021年6月為止，該公路出現(xiàn)了輕微車轍及較多的橫向裂縫，路面狀況整體較為穩(wěn)定，在車輛運(yùn)行較為集中的區(qū)域出現(xiàn)了網(wǎng)裂和縱向裂縫等病害。網(wǎng)裂由較多的微裂縫構(gòu)成，難以采取灌縫措施來(lái)進(jìn)行養(yǎng)護(hù)處理，為避免地表水下滲造成的路基破壞，需要考慮采取改性瀝青技術(shù)。

路面病害處治方案的確定需要進(jìn)行試驗(yàn)段落的劃分，考慮到路面狀況指數(shù)(PCI)、路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度指數(shù)(PSSI)難以充分和實(shí)際病害相關(guān)聯(lián)，項(xiàng)目結(jié)合路面平整度指數(shù)(IRI)、路面破損率(DRC)作為輔助性指標(biāo)來(lái)開(kāi)展試驗(yàn)段落的選擇，現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)表明，試驗(yàn)段K131+000～K131+200的破損率DRC大于6%、PCI小于80，且該段路面使用壽命為7年以上，項(xiàng)目組決定為對(duì)段落進(jìn)行預(yù)防性養(yǎng)護(hù)。瀝青路面結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 瀝青路面結(jié)構(gòu)示意圖

1.2 瀝青路面病害分析

(1)車轍

試驗(yàn)路段車轍通常由超載重載車輛車輪長(zhǎng)期碾壓所形成的路面痕跡，路面使用性能、使用年限及行車舒適性等都可以通過(guò)路面車轍深度進(jìn)行一定的反映。試驗(yàn)段路面車轍的產(chǎn)生多歸因于以下幾個(gè)方面：基層面層之間存在欠壓實(shí)情況，夾層強(qiáng)度硬度較低導(dǎo)致局部路面下沉出現(xiàn)車轍；考慮到試驗(yàn)路段地形地貌較為嚴(yán)峻，局部存在視距不足的設(shè)計(jì)范圍，這造成行車制動(dòng)行為較為頻繁，車輪路面的摩擦力導(dǎo)致橫向、縱向車轍的產(chǎn)生；路面基層水穩(wěn)性較差、強(qiáng)度剛度不足，導(dǎo)致基層在水流沖擊或者地表水下滲過(guò)程中失穩(wěn)下沉，造成上部結(jié)構(gòu)的車轍；路面面層結(jié)構(gòu)壓實(shí)度不足，活載作用面層空隙較大區(qū)域就會(huì)下沉，且路面材料施工的配合比控制不佳，瀝青用料超過(guò)設(shè)計(jì)規(guī)定，在溫度較高的氣候則會(huì)產(chǎn)生路面車轍[1]。

(2)裂縫

裂縫是瀝青路面常見(jiàn)病害形式，裂縫可以分為網(wǎng)裂、龜裂、縱橫向裂縫，在試驗(yàn)路段的運(yùn)營(yíng)初期，路面就已經(jīng)出現(xiàn)了大小寬度程度不同縱橫向裂縫，前期對(duì)于路面的使用性能影響較小。但是隨著路面環(huán)境的復(fù)雜和持續(xù)化，瀝青路面在循環(huán)荷載作用下，裂縫面積的不斷擴(kuò)大造成路面使用性能的衰減。在降雨季節(jié)，地表水會(huì)通過(guò)縫隙較寬的裂縫滲透到道路基層中，造成路基的水穩(wěn)破壞，瀝青路面裂縫的產(chǎn)生和眾多因素有關(guān)，如面層基層厚度、瀝青混合料配合比、施工氣候溫度濕度等。本項(xiàng)目試驗(yàn)路段的面層和表層之間具備較小的粘結(jié)力，且氣候溫濕度變化較為頻繁，水穩(wěn)基層的環(huán)境變形也較為劇烈，由基層產(chǎn)生的裂縫逐漸反射到上部，繼而形成寬度較大的反射性裂縫[2,3]。

(3)松散類病害

試驗(yàn)路段松散類病害的產(chǎn)生主要?dú)w因于面層礦料、瀝青之間的粘附力偏小，降雨季節(jié)地表水影響和交通荷載對(duì)瀝青路面結(jié)構(gòu)的反復(fù)作用，礦料瀝青之間的較小粘聚力極容易造成礦料瀝青在外界影響下產(chǎn)生分離現(xiàn)象，此時(shí)如果存在較多的地表水，就會(huì)造成分離現(xiàn)象加劇，呈現(xiàn)松散狀，長(zhǎng)周期作用下，地面的不平整區(qū)域就會(huì)越來(lái)越多，最終產(chǎn)生密集坑槽[4]。

2 改性瀝青技術(shù)原材料

2.1 改性乳化瀝青

該技術(shù)將配合集料、改性乳化瀝青、水、填料、添加劑等按照實(shí)驗(yàn)室配合比進(jìn)行混合料稀漿化拌合處理，在病害路面上攤鋪，能夠在短時(shí)間內(nèi)形成良好穩(wěn)定的薄層結(jié)構(gòu)，為交通流的快速通行提供支撐。其中混合料中的改性乳化瀝青需要滿足稀漿拌合要求，項(xiàng)目采取PCR、BCR型乳化瀝青，能夠確保混合料在攤鋪階段的均勻化、不離析，且鋪設(shè)的路面具備高溫不軟化、耐磨、低溫抗裂等優(yōu)點(diǎn)，其中改性乳化瀝青的拌合溫度為25 ℃，噴灑時(shí)的溫度為50～70 ℃。乳化瀝青技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)如表1所示。

2.2 集料

采用礦料為礦粉、粗細(xì)集料混合而成，集料技術(shù)指標(biāo)如表2所示，施工用粗集料需要重點(diǎn)分析其中的針片狀顆粒含量、最大粒徑、壓碎值；細(xì)集料則需要重點(diǎn)控制砂當(dāng)量，即避免出現(xiàn)砂當(dāng)量太低的情況，太小的砂當(dāng)量會(huì)造成攤鋪層的破壞、施工用水過(guò)多、凝結(jié)硬化時(shí)間太長(zhǎng)等問(wèn)題；集料中砂當(dāng)量一般控制在65%以上，且粒徑小于0.075 mm的含量要控制在10%以內(nèi)。

表1 改性乳化瀝青技術(shù)指標(biāo)

表2 集料技術(shù)指標(biāo)

2.3 纖維

考慮到玻璃纖維具備耐水性好、化學(xué)穩(wěn)定性高、力學(xué)強(qiáng)度大等特點(diǎn)，項(xiàng)目采取噴射無(wú)捻粗紗型玻璃纖維，長(zhǎng)度可分為6 mm、8 mm、12 mm，為卷軸式纖維盤，纖維計(jì)量采取設(shè)備電腦智能化進(jìn)行，一般控制纖維摻量在0.1%～0.2%，纖維技術(shù)指標(biāo)如表3所示。

表3 纖維技術(shù)指標(biāo)

2.4 填料及級(jí)配

混合料中填料可以為水泥、礦粉，其中礦粉的添加能夠優(yōu)化混合料級(jí)配，水泥則可以通過(guò)水化反應(yīng)進(jìn)行成型速度、拌合時(shí)間、成漿狀態(tài)的調(diào)整。集料級(jí)配為不同粒徑顆粒的分布，需要進(jìn)行骨料篩分試驗(yàn)，項(xiàng)目采取SFC礦料級(jí)配，如表4所示。

表4 集料級(jí)配

3 改性瀝青技術(shù)施工要點(diǎn)

3.1 施工準(zhǔn)備

施工過(guò)程中需要確保氣溫在10 ℃以上，且盡量避免在雨天施工，如果施工階段出現(xiàn)降雨或者混合料沒(méi)有充分硬化而遇見(jiàn)雨水的，則需要在雨后進(jìn)行未成形材料的去除處理；考慮到試驗(yàn)段的原路面高差和起終點(diǎn)高差相差較大，現(xiàn)場(chǎng)需要開(kāi)展搭接處理，且清洗干凈，如果存在較為明顯的裂縫，則需要先進(jìn)行灌縫處理；原路面中存在的推移、雍包等病害需要進(jìn)行銑刨。試驗(yàn)段完成處治后，還需要及時(shí)開(kāi)展路用性能的指標(biāo)檢測(cè)評(píng)價(jià)工作[5,6]。

3.2 攤鋪

攤鋪階段則需要選取合理攤鋪設(shè)備，依照相關(guān)設(shè)計(jì)噴灑量進(jìn)行改性乳化瀝青材料的噴灑，其中攤鋪階段溫度需要保持在160 ℃以上，，攤鋪施工需要?jiǎng)蛩倬徛M(jìn)行，供料充足確保攤鋪的持續(xù)性；卸料車5輛，停在攤鋪機(jī)前，完成卸料后則要快速離開(kāi)施工場(chǎng)地；攤鋪速度一般控制為10 m/min，攤鋪階段不允許出現(xiàn)車輛掉頭、轉(zhuǎn)彎。

3.3 碾壓

施工采取碾壓設(shè)備為雙鋼輪壓路機(jī)，靜壓重疊寬度控制在1/3輪胎寬度；輪胎需要確保濕潤(rùn)，以免混合料黏輪；碾壓需要伴隨振動(dòng)，施工溫度為110 ℃。碾壓遍數(shù)的確定需要依據(jù)實(shí)際開(kāi)展，碾壓速度為5 km/h。碾壓過(guò)程結(jié)束后，禁止路段的通行，等達(dá)到70 ℃罩面溫度以下時(shí)，才能夠開(kāi)放交通。

4 路用性能評(píng)價(jià)

水、瀝青、纖維、水泥在集料級(jí)配一致的情況下所用的含量不同會(huì)造成該技術(shù)應(yīng)用性能差異性極大，項(xiàng)目主要對(duì)不同纖維摻量造成的路面使用性能的影響進(jìn)行比較分析，以此確定最佳纖維用量。項(xiàng)目采取纖維摻量分別為0.05%、0.1%、0.2%、0.25%進(jìn)行輪轍變形、負(fù)荷車輪粘砂試驗(yàn)分析。事先設(shè)定有成功應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)的配合比設(shè)計(jì)，即集料∶水∶瀝青=100∶8∶10，油石比確定為6.3%。

4.1 車轍變形試驗(yàn)

車轍變形試驗(yàn)?zāi)軌驅(qū)υ摶旌狭系目棺冃文芰M(jìn)行評(píng)價(jià)，且以寬度變化率為主要指標(biāo)，結(jié)果如圖2所示，不同纖維摻量下寬度變化率都滿足規(guī)范5%上限要求，隨著纖維摻量的不斷增大，寬度變化率呈現(xiàn)先降低后增大的發(fā)展趨勢(shì)；纖維摻量在較低水平下，分布較為均勻，可以充分發(fā)揮其加固效果；摻量超過(guò)一定范圍，纖維和瀝青之間容易出現(xiàn)結(jié)團(tuán)現(xiàn)象，造成整體強(qiáng)度的弱化，抗車轍變形能力降低[7,8]。為此，項(xiàng)目考慮纖維摻量控制在0.1%～0.2%之間。

圖2 車轍變形試驗(yàn)

4.2 濕輪磨耗試驗(yàn)

該試驗(yàn)則主要是檢測(cè)混合料水損抵抗能力，以混合料磨耗值為主要指標(biāo)，試驗(yàn)結(jié)果如圖3所示，其中，不摻加纖維時(shí)，混合料在1 h、6 h的磨耗值達(dá)到了500 g/m2、700 g/m2，均滿足規(guī)范要求；隨著纖維摻量的不斷增多，纖維不斷對(duì)混合料內(nèi)部穩(wěn)定型結(jié)構(gòu)造成破壞，石料粘結(jié)力提升，磨耗值不斷降低；對(duì)于1 h、6 h的磨耗值而言，控制纖維摻量在0.1%～0.2%之間影響態(tài)勢(shì)較大，該范圍纖維摻量更為合理。

圖3 濕輪磨耗試驗(yàn)

5 小 結(jié)

采取改性瀝青技術(shù)能夠有效避免傳統(tǒng)處治技術(shù)的層間失效及環(huán)境污染問(wèn)題，對(duì)于路面結(jié)構(gòu)的完整性提供了良好保證。項(xiàng)目需要對(duì)該技術(shù)進(jìn)行混合料的配比優(yōu)化、施工質(zhì)量控制，本文通過(guò)車轍變形、濕輪磨耗試驗(yàn)確定纖維摻量控制在0.1%～0.2%之間，以便實(shí)現(xiàn)路面使用性能的改善效果，為相關(guān)工程的實(shí)施提供理論參考。