超薄罩面層在城市道路提升改造工程中的應用*

郭林鵬,吳煥濤,余祥禹,劉曉鴻,吳誠云

(中建三局集團(深圳)有限公司,廣東 深圳 518000)

0 引言

隨著我國基礎設施建設的蓬勃發展,重載車輛及其車流量也急劇增加。早期城市化進程中修筑的多數瀝青混凝土路面雖然路面結構性完整,但其路用性能已大大降低。對于結構性完好、表面功能(平整度、抗滑性、舒適度等)降低的瀝青路面,加鋪1層瀝青混凝土即可對其表面功能進行恢復;對于結構性受損的瀝青路面,則需銑刨破損面層,重鋪瀝青,再進行表面罩面瀝青。對于城市舊路提升改造工程,超薄罩面層技術的能耗低、排放低,效益費用比高,且滿足提升道路性能,實現預防性養護功能,因此對超薄罩面層技術進行應用推廣有利于推進我國城市舊路提升改造進程。本文對NovaPave超黏精罩面技術的應用進行推廣。

1 鋼超薄罩面層技術簡介

2003年,我國引進了Novachip超薄磨耗層技術并進行了推廣應用,同年,交通運輸部公路科學研究所對超薄層瀝青混凝土面層進行系統性技術研究,編制了《超薄瀝青混凝土設計施工技術指南》。研究者在此基礎上,開發了橡膠瀝青超薄罩面層、SMA超薄罩面層等相關技術。

NovaPave超黏精罩面是由華南理工大學胡遲春教授團隊研發的一種新型罩面材料,主要應用于高等級公路和城市道路路面的預防性養護,也可作為新建瀝青路面的表面罩面層。作為超薄瀝青罩面,瀝青混合料采用連續型半開級配,形成的路面具有抗滑性能高、降噪效果好特點。

超薄罩面層是一種高性能瀝青路面薄層,厚度為1.5～2.5cm,能解決路面裂縫、松散、輕微車轍等病害,處理路面滲水、路表貧油、抗滑性能降低等問題。該技術可用于瀝青路面養護或新建路面表層,具有厚度薄、耗材少、施工快、耐久性強、養護效果好等特點。本文結合東莞濱海灣新區濱海灣大道(沙角段)提升改造工程中超薄罩面層瀝青的應用,對其材料質量要求和路面性能進行研究。該工程路基完好,少量路段輕微沉陷,滿足超薄瀝青罩面施工要求,目前已完成試驗段超薄罩面層瀝青施工及檢測。

2 超薄罩面層材料技術指標

2.1 瀝青技術指標

超薄罩面層瀝青與一般瀝青混合料相比,具有較大空隙,且易受到日光、空氣、水等自然因素影響。因此,磨耗層瀝青不僅要有較強耐久性、高粘附性還要有較強抗剝離性。瀝青采用嵌段共聚物-納米復合改性超黏韌瀝青。結合超薄罩面層性能和特點,得出超薄罩面層瀝青技術指標,如表1所示。

表1 超薄罩面層瀝青技術指標

嵌段共聚物-納米復合改性超黏韌瀝青高溫黏度低,低溫黏度高,高溫下進行施工時流動性好,常溫下開放交通其黏結強度高,克服了高黏瀝青施工難問題。

2.2 集料技術指標

1)粗集料 粗集料在瀝青混凝土中起到骨架作用,而集料規格又是瀝青混凝土骨架的關鍵影響因素。結合濱海灣大道(沙角段)提升改造工程,粗集料采用玄武巖石料,嚴格控制針片狀顆粒含量。技術參數符合表2要求。

表2 粗集料技術參數

2)細集料 細集料應潔凈、干燥、無風化、無雜質,并有一定棱角。細集料各項指標在符合相關規范標準的同時,還應符合表3要求。

表3 細集料指標要求

3)填料 填料采用石灰巖等憎水性石料經磨細得到的礦粉,礦粉要求干燥、潔凈。填料技術要求如表4所示。

表4 填料技術要求

4)集料級配 結合濱海灣大道(沙角段)提升改造工程實例,磨耗層采用2cm厚超薄瀝青罩面,其級配應符合表5要求。

表5 磨耗層級配要求

2.3 黏層技術指標

超薄罩面層瀝青罩面前應噴灑黏層油,黏層油采用嵌段共聚物-納米復合改性超黏乳化瀝青。各項指標均應符合NovaPave超黏精罩面黏層油標準,如表6所示。

表6 粘層油技術指標

嵌段共聚物采用SBS改性劑,摻入量約為普通改性劑的2倍。嵌段共聚物-納米復合改性超黏乳化瀝青延度和彈性恢復等指標均優于PCR,BCR等改性乳化瀝青。

2.4 瀝青混合料配合比

經試配,NovaPave超黏精罩面瀝青混合料礦料采用比例為:7～11mm熱料∶0～4mm熱料∶礦粉=69∶27∶4, 所得的合成級配曲線處于設計值極限曲線范圍內且接近級配中值曲線,同時也接近目標級配曲線。NovaPave超黏精罩面瀝青混合料生產配合比級配曲線如圖1所示。

圖1 生產配合比級配曲線

選取目標配合比設計報告中的最佳油石比5.0%,再按±0.3%梯度共選取3種油石比,采用雙面擊實50次制備φ101.6mm×63.5mm尺寸試件,采用體積法測定其毛體積密度,計算其他體積指標,并運用馬歇爾穩定儀測定其穩定度與流值。

根據試驗結果,初步確定生產配合比最佳油石比為5.0%。

1)謝倫堡析漏試驗 采用油石比為5.0%拌制NovaPave超黏精罩面瀝青混合料,進行瀝青混合料謝倫堡析漏試驗,其平均析漏損失率為0.11%(見表7),滿足NovaPave超黏精罩面性能指標要求中結合料析漏損失率≤0.3%的要求。

表7 謝倫堡析漏試驗結果

2)肯塔堡飛散試驗 采用油石比為5.0%拌制NovaPave超黏精罩面瀝青混合料,進行瀝青混合料肯塔堡飛散試驗,其平均磨耗率為8.34%,滿足NovaPave超黏精罩面性能指標要求中結合料飛散損失率≤10%的要求(見表8)。

表8 肯塔堡飛散試驗結果

3)浸水馬歇爾試驗 采用油石比為5.0%拌制NovaPave超黏精罩面瀝青混合料,進行瀝青混合料浸水馬歇爾試驗,殘留穩定度為94.36%,滿足NovaPave超黏精罩面性能指標要求中殘留穩定度>85%要求。

4)凍融劈裂試驗 采用油石比為5.0%拌制NovaPave超黏精罩面瀝青混合料,進行瀝青混合料凍融劈裂試驗,其殘留強度比為91.64%,滿足NovaPave超黏精罩面性能指標要求中殘留強度比>80%的要求。

5)高溫穩定性檢驗 采用油石比為5.0%拌制NovaPave超黏精罩面瀝青混合料,進行瀝青混合料車轍動穩定度試驗,其動穩定度為7 197次/mm(見表9),滿足NovaPave超黏精罩面性能指標要求中動穩定度≥5 000次/mm要求。

表9 高溫穩定性檢驗結果

6)滲水性試驗 采用油石比為5.0%拌制NovaPave超黏精罩面瀝青混合料,進行瀝青混合料滲水試驗,其滲水系數為948mL/min(見表10),滿足NovaPave超黏精罩面性能指標要求中滲水系數≥500mL/min的要求。

表10 滲水性試驗結果

根據試驗結果可知,東莞濱海灣新區濱海灣大道(沙角段)提升改造工程中采用NovaPave超黏精罩面瀝青混合料滿足相關技術指標要求,其最佳油石比為5.0%。

3 超薄罩面層質量控制

3.1 質量控制點

超薄罩面層質量控制首先從瀝青和黏層原材料上控制。除控制原材料技術指標外,超薄罩面層瀝青罩面對路面平整度要求高,罩面前應注重路面平整度并仔細清理路面雜物和積水。

城市道路提升改造工程一般涉及路面銑刨重鋪瀝青,然后才能整體進行超薄罩面層罩面,因此需注重病害處理后的路面平整度。黏層油灑布量應根據具體試驗段進行確定,NovaPave超黏精罩面采用乳化瀝青灑布和混合料攤鋪一體完成工藝,需同步使用專用機械。以濱海灣大道(沙角段)提升改造工程為例,采用福格勒SUPER1800-3 SJ噴灑攤鋪機,改性乳化瀝青控制在60～80℃溫度下噴灑,噴灑量控制在0.8～1.2L/m2,必須精確計量,以保證灑布均勻。

超薄罩面層瀝青混合料攤鋪溫度控制在150～170℃,攤鋪機行走速度保持在8～10m/min。攤鋪后,采用雙鋼輪壓路機碾壓(靜壓)2次,碾壓速度4km/h,初壓溫度應≥120℃,終壓溫度應≥90℃。施工完成后,待熱拌瀝青混合料自然冷卻,表面溫度<50℃,一般30min后可開放交通。

超薄罩面層瀝青罩面后,平接縫應黏結緊密,壓實充分,連接平順。攤鋪機在接近端部前約1m處將熨平板稍微抬起駛離現場,用人工將端部混合料鏟齊后再碾壓?？v接縫可采用冷接縫方式處理,新鋪路面與已完成路面在接縫處搭接5cm,作為后鋪部分的高程基準面。在后續碾壓作業時,跨縫碾壓,保證縱向接縫順直。

3.2 應用實例

東莞濱海灣新區濱海灣大道(沙角段)提升改造工程試驗段在進行超薄罩面層罩面施工后,在試驗段使用2個月后進行路面技術狀況監測。實施超薄罩面層后,該路段路面技術狀況總體得到了全面提升,路面使用性能PQI由良提升至優。

4 結語

NovaPave超薄罩面層施工后道路路面使用性能PQI顯著提高,且由于罩面層厚度僅為2cm,避免了路面高程提高導致的系列問題。隨著我國城市道路老化,道路提升改造工程也提上日程,NovaPave超薄罩面使用性能優異,經濟效益好,社會效益高,實例運用表現良好。