精表處在某高速公路預(yù)防性養(yǎng)護(hù)中的應(yīng)用研究

林廣宇

（甘肅省蘭州公路事業(yè)發(fā)展中心高速公路養(yǎng)護(hù)所，甘肅 蘭州 730030）

引言

瀝青混凝土路面因其良好的高低溫性能，普遍應(yīng)用于我國(guó)高速公路建設(shè)當(dāng)中，隨著近年來我國(guó)經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展，高速公路交通量劇增，重載交通快速發(fā)展，高速公路路面往往在投入使用3 至5 年以后，各種路面病害即過早產(chǎn)生，嚴(yán)重影響高速公路路面壽命，為盡早修復(fù)路面病害，及時(shí)采取路面預(yù)防性養(yǎng)護(hù)措施，延緩公路病害的發(fā)生，對(duì)于延長(zhǎng)高速公路路面結(jié)構(gòu)使用壽命及高速公路服役期，具有重要的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。瀝青路面精細(xì)度表面處理技術(shù)簡(jiǎn)稱精表處，是一種基于路面病害發(fā)育較輕或病害發(fā)育初期的一種高效、環(huán)保、經(jīng)濟(jì)的路面病害預(yù)防性養(yǎng)護(hù)新技術(shù)，本研究結(jié)合甘肅G30 連霍高速永古段路面預(yù)防性養(yǎng)護(hù)工程，探討精表處在路面病害預(yù)防作用機(jī)理及施工工藝，為同類工程提供參考。

1 工程概況

G30 連霍高速永古段路面結(jié)構(gòu)形式為上面層4 cm 中粒式瀝青混凝土+中面層5 cm 中粒式瀝青混凝+下面層7 cm 粗粒式瀝青混凝土，基層為30 cm水泥穩(wěn)定砂礫，底基層為20 cm 水泥穩(wěn)定砂礫，墊層為15 cm 天然砂礫。經(jīng)調(diào)查，G30 連霍高速下行線K1766+200-K1770+200、上行線K1762+000-K1768+500 段路面主要典型病害以坑槽、龜裂、縱橫向裂縫密集、細(xì)集料剝落、路面抗滑性能不足等病害為主，該路段路面破損狀況指數(shù)PCI 值為91.07。本工程通過先期進(jìn)行路面坑槽處治、龜網(wǎng)裂及路面裂縫灌縫處治，再實(shí)施路面精表處預(yù)防性養(yǎng)護(hù)，以達(dá)到路面病害預(yù)防的效果。

2 精表處適用范圍及作用機(jī)理

2.1 適用范圍

（1） 研究表明，瀝青混凝土路面破損狀況指數(shù)PCI 值在80～95 時(shí)，實(shí)施精表處，其路面病害預(yù)防性效果較好[1]。

（2） 適用于滲水系數(shù)偏大不滿足要求的瀝青混凝土路面。

（3） 瀝青路面抗滑性不足的情況。

（4） 因路面瀝青膜磨耗，導(dǎo)致的瀝青路面集料掉粒，路面層存在微裂縫等初期病害的情形。

2.2 作用機(jī)理

精表處本質(zhì)上是一種瀝青路面表面封層技術(shù)。根據(jù)交通量及重載交通情況調(diào)查，本工程實(shí)施的為粗粒式單層精表處，其結(jié)構(gòu)見圖1。通過專用的高壓瀝青撒布設(shè)備，將強(qiáng)滲透油溶性環(huán)氧改性瀝青Ⅰ型高性能膠結(jié)料均勻噴灑于清潔的舊瀝青混凝土路面，形成一層具有強(qiáng)滲透性及粘附性的油膜，Ⅰ型高性能膠結(jié)料通過原路面微觀裂縫、原粗集料與瀝青間孔隙滲入路面面層結(jié)構(gòu)，包裹松散的舊集料，激活溶解舊瀝青，并與之發(fā)生一系列物理化學(xué)反應(yīng)，與原瀝青混合料形成致密的空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，達(dá)到初步修復(fù)原路面結(jié)構(gòu)層、封閉路面微觀裂縫孔隙的效果。與此同時(shí)，同步撒布強(qiáng)耐磨性的金剛砂，通過碾壓設(shè)備，金剛砂充分嵌入Ⅰ型高性能膠結(jié)料油膜，此時(shí)油膜在短時(shí)間內(nèi)發(fā)生固化反應(yīng)，包裹金剛砂與原路面形成5～10 mm 的封水磨耗層并與原路面嵌套成為整體結(jié)構(gòu)。最后，于磨耗層表面均勻撒布Ⅱ型高性能膠結(jié)料，通過二次碾壓包裹金剛砂并滲入Ⅰ型高性能膠結(jié)料與原路面層進(jìn)行嵌套，最終形成精表處磨耗封層。

圖1 粗粒式單層精表結(jié)構(gòu)

3 精表處材料組成

精表處材料主要為高性能膠結(jié)料及細(xì)集料兩部分。

3.1 高性能膠結(jié)料

本工程中所用精表處膠結(jié)料根據(jù)使用部位，分為底層Ⅰ型膠結(jié)底料及面層Ⅱ型高性能膠結(jié)料。

其中，底層Ⅰ型膠結(jié)料是由改性乳化瀝青、固化劑、表面活性劑、滲透劑混合而成的常溫液態(tài)膠結(jié)料。其性能要求見表1。

表1 Ⅰ型膠結(jié)料性能要求[4]

面層Ⅱ型高性能膠結(jié)料由瀝青、SBS 高聚物復(fù)合改性劑、水、功能助劑組成。其性能要求見表2。

表2 Ⅱ型膠結(jié)料性能要求[4]

3.2 細(xì)集料

經(jīng)調(diào)查，G30 連霍高速樹古段沿線砂石等原材料工廠較多，過境運(yùn)料重型貨車較多，加之受重載車輛制動(dòng)力影響，路面層剪應(yīng)力及水平應(yīng)力增加，因此路面預(yù)防性養(yǎng)護(hù)精表處宜采用粗粒式單層結(jié)構(gòu)，以獲得更好的抗剪切變能力。據(jù)此，細(xì)集料選用干燥、整潔、堅(jiān)硬、耐磨性好的3～5 mm 粒徑玄武巖金剛砂，其性能指標(biāo)要求見表3。

表3 玄武巖集料技術(shù)指標(biāo)[4]

4 精表處施工工藝控制

精表處施工工藝控制關(guān)鍵在于對(duì)原材料、機(jī)械、工序、施工條件、養(yǎng)護(hù)等方面進(jìn)行嚴(yán)格的過程控制，才能有效避免粘結(jié)強(qiáng)度不足造成的“起皮”、局部脫落等問題，取得較好的路面抗滑及病害預(yù)防效果。

4.1 原材料及用量控制

嚴(yán)格按照精表處高性能膠結(jié)料和細(xì)集料技術(shù)指標(biāo)要求進(jìn)行原材料控制[3]。高性能膠結(jié)料配合比按照設(shè)計(jì)參照《瀝青路面精表處技術(shù)指南》且滿足表1- 表2 材料性能指標(biāo)。精表處高性能膠結(jié)料（Ⅰ型、Ⅱ型）及細(xì)集料的單位用量需通過規(guī)范經(jīng)驗(yàn)值結(jié)合室內(nèi)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行初步確定，再用現(xiàn)場(chǎng)鋪筑實(shí)驗(yàn)段施工來修正，最終得到原材料鋪筑單位用量。根據(jù)《瀝青路面精表處技術(shù)規(guī)范》（DB50T 1047 2020）可知，Ⅰ、Ⅱ型高性能膠結(jié)料及細(xì)集料玄武巖金剛砂單位理論用量（Kg/m2）p1、p2、p0應(yīng)分別為：0.6≤p1≤1.0，0.3≤p2≤0.5，5≤p0≤7。

結(jié)合原路面構(gòu)造深度、通過路面實(shí)驗(yàn)段鋪筑分析，確定最終單位用量，用以指導(dǎo)施工。

4.2 主要施工機(jī)械要求

精表處應(yīng)采用同步封層車同步噴灑高性能膠結(jié)料和撒布細(xì)集料。作業(yè)時(shí)，同步封層車應(yīng)保持時(shí)速和灑布量穩(wěn)定，在整個(gè)灑布寬度范圍內(nèi)，應(yīng)布料均勻，應(yīng)配備油罐、計(jì)量系統(tǒng)、膠結(jié)料噴灑系統(tǒng)、細(xì)集料撒布裝置、攪拌釜及操作臺(tái)等主要部件。其噴灑臂寬度應(yīng)可調(diào)節(jié)，寬度W 一般為2.0～4.0 m，離地高度H 應(yīng)在30 cm～55 cm，噴灑臂兩側(cè)應(yīng)設(shè)有必要的遮擋，并保證噴涂范圍內(nèi)的噴灑量均勻一致。其噴嘴應(yīng)能產(chǎn)生高沖擊力的扇形噴霧，噴流角度θ 在為0°～95°，噴嘴口開口縫中心線與噴灑管軸線方向成10°～15°，相鄰噴嘴間距E 應(yīng)在200 mm～400 mm，噴霧寬度W 應(yīng)相互重疊，使同一地點(diǎn)接受兩個(gè)或三個(gè)噴嘴噴灑的膠結(jié)料（見圖2、圖3）。精表處同步封層車的細(xì)集料撒布裝置應(yīng)能固定，下端離地高度應(yīng)在15 cm～30 cm，細(xì)集料撒布寬度應(yīng)與噴灑的膠結(jié)料同寬。

圖2 噴灑臂示意

圖3 噴嘴示意

壓路機(jī)應(yīng)選用9～16 t 的膠輪壓路機(jī)，壓實(shí)寬度≥1.2 m，振動(dòng)頻率≥60 Hz，激振率≥30 KN。

4.3 施工工序控制

（1） 施工放線，確定施工區(qū)域，確定施工氣溫及天氣，精表處施工溫度要求不低于15 ℃，且需避開風(fēng)雨天。

（2） 進(jìn)行路面坑槽、擁包、裂縫預(yù)處治，除去路面標(biāo)線。

（3） 進(jìn)行施工機(jī)械的標(biāo)定，功能檢測(cè)及調(diào)試，做好施工準(zhǔn)備，進(jìn)行試驗(yàn)段鋪筑，確保精表處同步碎石封層車膠結(jié)料及細(xì)集料噴灑均勻，機(jī)械指標(biāo)符合要求，確定原材料單位用量,封層車工作速度，膠輪壓路機(jī)碾壓速度及遍數(shù)。

（4） 原材料準(zhǔn)備。

（5） 清掃路面并除去路面瀝青斑塊。

（6） 精表處同步碎石封層車按照確定的用量同步均勻噴灑Ⅰ型底層高性能膠結(jié)料及細(xì)集料，在其凝結(jié)前用膠輪壓路機(jī)進(jìn)行緩慢、勻速碾壓2 次以上，膠輪碾壓時(shí)及時(shí)噴灑少量隔離劑，輪跡重疊不小于輪寬，碾壓時(shí)，壓路機(jī)不可制動(dòng)或進(jìn)行掉頭。清掃車吸附收集表面浮石。

（7） 指壓法確定Ⅰ型高性能膠結(jié)混合料表面干燥后，按量均勻噴灑Ⅱ型面層高性能膠結(jié)料封面，膠輪壓路機(jī)復(fù)壓2 次。施工時(shí)，橫向接縫采用對(duì)接法處理，縱向接縫進(jìn)行搭接處理，接縫順直且不位于輪跡帶內(nèi)。

（8） 施工完成后，需按照溫度、濕度條件養(yǎng)生數(shù)小時(shí)，指壓面層不黏手，即可開放交通，養(yǎng)生時(shí)間如下：通常在陽光充足，氣溫25 ℃，濕度50%（或更?。r(shí)，4～6 h 后開放交通；氣溫30℃，濕度50%（或更?。r(shí)，2～4 h 后開放交通；氣溫35℃，濕度50%（或更?。r(shí)，1～2 h 后開放交通。

5 路用效果分析

本工程于2022 年7 月底完工，11 月初組織進(jìn)行了路面抗滑性及滲水率檢測(cè)，通過施工前后摩擦擺值、構(gòu)造深度、滲水實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比可知，精表處施工后3 個(gè)月G30 連霍高速樹古段路面摩擦擺值由原來的55BPN 提升至83BPN，構(gòu)造深度均在1.1 mm 以上，路面滲水率均≤10 ml/min，說明通過實(shí)施路面精表處，路面抗滑性能和抗水損能力得到了較大改善。通過鉆芯實(shí)驗(yàn)，Ⅰ型底層高性能膠結(jié)料滲入原路面達(dá)5 mm～8 mm，保證了精表處磨耗層超強(qiáng)的粘附力[2]。通過核算，本精表處工程單位工程費(fèi)用為25 元/m2，相較于薄層罩面65～80 元/m2, 路面銑刨重鋪80～100元/m2等養(yǎng)護(hù)措施費(fèi)用較低，其路用經(jīng)濟(jì)效益顯著[5]。

6 結(jié)論

精表處高性能膠結(jié)材料的強(qiáng)滲透性、粘附性、修復(fù)性，保證了精表處可修復(fù)原路面早期骨料松散、微裂縫等病害并與原路面形成一個(gè)有效的整體封水磨耗層，金剛砂則賦予精表處較好耐磨、抗滑性能，加之其工藝簡(jiǎn)單，易操作，工期短，施工成本相對(duì)較低，在預(yù)防瀝青混凝土路面早期病害發(fā)育、發(fā)展，延長(zhǎng)瀝青路面使用壽命方面，是一種高效、經(jīng)濟(jì)的路面預(yù)防性養(yǎng)護(hù)技術(shù)，必然會(huì)在公路養(yǎng)護(hù)中獲得更為廣泛的應(yīng)用。