舊水泥面板薄層罩面鑿毛工藝、材料優選研究

柴曉晶

（山西省長子公路管理段，山西長治 046600）

隨著高速公路路網的大范圍發展，山區和丘陵地區的高速公路也大面積覆蓋，高速公路收費站等特殊路段，仍使用水泥混凝土路面[1-2]，但現有部分水泥路面在車輛作用下已產生磨光，使行駛的車輛產生正向和側向滑移的風險，嚴重危及到行車安全。目前處置磨光等病害路面的方式有：整塊換板，同時處理基層；用5%水泥穩定碎石加鋪，再加鋪瀝青層；小面積用C15 水泥混凝土修補基層；只是表面抗滑不足的情況，加鋪微表處或超薄罩面瀝青層[3-6]。在水泥面板抗滑不足時，加鋪超薄磨耗層是一種性能好、較為經濟的預防性養護技術，Novachip 技術是一種應用廣泛的薄層加鋪技術，具有可以明顯改善路面抗滑、提高路面平整度、改善路面噪聲、提高路面抵抗滲水性能的特點，廣泛應用于舊瀝青路面、舊水泥路面的加鋪過程中[7]。橡膠瀝青用于薄層罩面方面也有出色的表現，可在表面防水和表面構造深度上達到理想的平衡，同時抗滑能力高[8]。譚化等人[9]通過流變學對不同瀝青的線黏彈性區段進行了研究，認為PE/SBS/巖瀝青復合改性橡膠瀝青的高溫性能遠優于普通瀝青和SBS 改性瀝青，采用脫硫膠粉改性性能更優于普通膠粉改性。在實際應用中，常用于超薄罩面的材料為SBS 改性瀝青，SBS改性瀝青既作為黏層油，又作為罩面混合料的拌和瀝青，但現實中薄層罩面短期破損還是非常嚴重。所以本文從抗滑不足的水泥面板表面處理方式、層間黏結材料、加鋪層瀝青性能及加鋪混合料的綜合性能方面進行評價，總結歸納出目前較優的水泥混凝土路面薄層罩面的組合。

1 試驗方案

1.1 原材料

1.1.1 層間黏結原材料

層間黏結采用Novabond 改性乳化瀝青、SBS 改性乳化瀝青、普通70 號A 級瀝青、SBS 改性瀝青、橡膠瀝青，瀝青性能見表1—表3。

表1 Novabond改性乳化瀝青性能

表2 SBS改性乳化瀝青性能

表3 3種瀝青性能

1.1.2 薄層罩面用膠結料

采用Novabinder 改性瀝青、SBS 改性瀝青、橡膠瀝青、橡膠-SBS 復合改性瀝青作對比材料，優選薄層罩面用瀝青。SBS 改性瀝青中SBS 內摻4.5%；橡膠瀝青橡膠粉外摻20%（細度40 目）；橡膠-SBS 復合改性瀝青中，橡膠粉摻量為外摻15%（細度40 目），SBS 內摻2%。各瀝青的性能見表3—表5。

表4 Novabinder改性瀝青性能

表5 橡膠-SBS復合改性瀝青性能

1.1.3 集料及礦粉

混合料用集料均為玄武巖集料，礦粉為石灰巖磨細礦粉，集料及礦粉均滿足《公路瀝青路面施工技術規范》（JTG F40—2004）規范要求。

1.2 試件制備方式

層間抗剪強度試驗采用斜面剪切試驗設備，加載設備采用MTS 試驗機，加載速度50 mm/min。試件采用車轍板成型的方法，先在舊水泥路面上切割300 mm×300 mm×50 mm 的水泥板，如水泥板底部不平或厚度略微不足，采用C30 普通混凝土補齊到厚50 mm，表面處理后，再在上面涂刷待測試的黏層材料，為使抗剪強度測試時黏層材料兩側均有50 mm 的厚度作為施力點，最后在涂刷黏結材料的表面加鋪5 cm AC-13 SBS 改性瀝青混合料。對成型后的復合車轍板試件，切割為100 mm×100 mm×100 mm 的立方體試件作為抗剪強度試驗試件。試驗設備及方法見圖1。

圖1 斜面剪切設備

層間黏結抗拉強度測試時，在水泥面板表面涂刷層間黏結材料，再在上面鋪筑20 mm 薄層罩面材料制作試件。隨后在制作好的試件表面通過取芯機鉆取直徑100 mm 瀝青圓環，此時，只鉆通薄層罩面材料及層間黏結材料，最后在薄層罩面材料表面粘接拉拔儀拉板，用于與拉拔儀的連接，施加拉拔力時，加載速度為1 mm/min。試驗設備及方法見圖2。

圖2 拉拔設備

1.3 試驗方案

1.3.1 層間水泥面板處治方法試驗

為了模擬水泥路面表面不同污染、光滑情況，先后選擇了水泥路面有浮漿污染、表面粗砂紙打磨、人工鑿毛、表面拋丸、表面刻槽（精銑刨）的處理工藝，采用抗拔和抗剪強度，研究各種處理工藝對黏結效果的影響。層間黏結瀝青選擇Novabond 改性乳化瀝青，灑布量0.7 L/m2，試驗溫度20 ℃。抗剪強度試驗上層選用AC-13 SBS 改性瀝青混合料層，抗拉強度試驗上層采用2 cm AC-5 SBS 改性瀝青加鋪層，下層為不同處理方式處理過的舊水泥混凝土路面板。

1.3.2 層間黏結材料選擇試驗

分別選擇SBS 改性乳化瀝青、Novabond 改性乳化瀝青、普通70 號A 級瀝青、SBS 改性瀝青、橡膠瀝青作為層間黏結材料，在各自最佳劑量的情況下，測定各自材料的拉拔強度，試驗溫度為20 ℃。抗剪強度測試時，上層選用AC-13 瀝青混合料層，抗拉強度測試時，上層采用2 cm AC-5 SBS 改性瀝青加鋪層，下層為舊水泥混凝土路面，水泥混凝土表面處理為1.3.1 中選擇的最優處治方法。

1.3.3 加鋪層瀝青性能比較試驗

薄層罩面加鋪層瀝青選擇Novabinder 改性瀝青、SBS 改性瀝青、橡膠瀝青、橡膠-SBS 復合改性瀝青，本文對加鋪瀝青的高溫性能采用動態剪切試驗，評價加鋪層瀝青的高溫性能，優選合適的加鋪層用瀝青。

1.3.4 加鋪層瀝青混合料性能比較試驗

采用瀝青混合料高溫、低溫、水穩性能評價方法，評價薄層罩面混合料的高溫抗車轍、低溫抗裂及抗水損壞性能。

2 試驗結果及分析

2.1 層間水泥面板處治方式比選

對舊水泥路面有浮漿污染、表面粗砂紙打磨、人工鑿毛、表面拋丸、表面刻槽的處理后，涂刷0.7 L/m2黏層油[10]，成型試件后，對試件取芯制作剪切和拉拔試件。拉拔試驗、剪切試驗結果見圖3。

圖3 不同舊水泥路面處理方式抗拉及抗剪強度

從圖3 可知，隨水泥路面表面處置方式的變化，層間抗剪強度與抗拉強度具有相近的變化趨勢。在光滑的水泥路面上，又有浮漿存在時，不管是黏結層抗拉還是抗剪，強度均最低；采用表面砂紙打磨后，黏結層抗拉及抗剪強度均有所提高；采用人工鑿毛的方式，黏結層抗拉及抗剪強度又有所提高；當到表面拋丸和表面刻槽后，黏結層抗拉、抗剪強度得到大幅度的提升，拋丸的最大抗拉強度略優于表面刻槽，表面刻槽的最大抗剪強度略優于拋丸，加鋪層主要抵抗層間抗剪時，優先選用表面刻槽。表面刻槽相當于施工過程中的精銑刨，精銑刨可以在有效控制銑刨深度的情況下，銑掉較厚的水泥浮漿，又不破壞橋面板表面石子的棱角性，刨丸工藝只是能清除掉較薄的水泥浮漿，厚的水泥無法徹底清除。

2.2 層間黏結材料比選

本文對SBS 改性乳化瀝青、Novabond 改性乳化瀝青、普通70 號A 級瀝青、SBS 改性瀝青、橡膠瀝青在不同刻槽構造深度的情況下，測試各種材料的抗拉強度，試驗溫度常溫，試驗結果見圖4。

圖4 不同構造深度下不同黏層材料的抗拉強度

從圖4 可知，舊水泥路面采用不同程度的刻槽處理后，再采用5 種黏層瀝青黏結，在高構造深度時，層間抗拉強度排序為，Novabond改性乳化瀝青＞橡膠瀝青＞SBS 改性瀝青＞SBS 改性乳化瀝青＞普通70 號A 級瀝青，當水泥路面表面構造深度從0.42 mm降低到0.23 mm時，Novabond 改性乳化瀝青的抗拉強度從0.95 MPa 均勻降低至0.63 MPa，其他黏層材料對構造深度變化并不十分敏感。所以在高構造深度時，選擇Novabond 改性乳化瀝青作為黏層為最佳選擇，而在實際施工過程中，構造深度處理控制不可能非常準確，此時，選擇橡膠瀝青為最佳選擇，其次為Novabond 改性乳化瀝青，再次為SBS 改性瀝青。

2.3 加鋪層瀝青比選

為提升高溫時段瀝青路面抗車轍性能，避免由于加鋪層的抗車轍性能不足而過早出現病害，本文對Novabinder 改性瀝青、SBS 改性瀝青、橡膠瀝青、橡膠-SBS復合改性瀝青采用動態剪切流變試驗，研究4 種薄層罩面瀝青的高溫性能。試驗結果見圖5、圖6。

圖5 不同瀝青車轍因子與溫度的關系

圖6 不同瀝青相位角與溫度的關系

從圖5、圖6 可知，4 種瀝青在58～82 ℃動態剪切過程中，表征瀝青在高溫時段抵抗車轍變形的車轍因子有明顯的區分，最優的為橡膠瀝青，其次為橡膠-SBS 復合改性瀝青，Novabinder 和SBS 改性瀝青的抗車轍性能相當，排到最后。當到76 ℃高溫時，橡膠瀝青與橡膠-SBS 復合改性瀝青抗車轍性能相當。從相位角來看，隨試驗溫度的提高，4 種瀝青的相位角均有所提升，表明黏性均有所提升，彈性均有所下降，但從總體高溫抵抗黏性變形方面排序，橡膠改性瀝青＞橡膠-SBS 改性瀝青＞Novabinder 改性瀝青＞SBS 改性瀝青。主要原因為橡膠瀝青具有更強的彈性恢復勢能，高溫線彈性區域彈性儲能高，最終表現為高車轍因子，低相位角的性能。同時橡膠粉與SBS 長鏈產生相互交纏，形成凝膠體，相互交聯形成穩定的三維網狀結構，其高溫抗變形性能表現較為優越。

2.4 加鋪層瀝青混合料比選

對用作超薄磨耗層的Novabinder改性瀝青、SBS改性瀝青、橡膠瀝青、橡膠-SBS 復合改性瀝青拌和混合料進行路用性能檢驗，各混合料合成級配見表6。Novabinder改性瀝青、SBS 改性瀝青、橡膠瀝青、橡膠-SBS 復合改性瀝青混合料設計油石比分別為4.8%、4.6%、4.5%、4.5%。

表6 4種薄層瀝青混合料合成級配 單位：%

4 種混合料的高、低溫，水穩定性能見表7、表8。

表7 混合料動穩定度及水穩定性能試驗結果

表8 混合料低溫性能試驗結果

從表7、表8 可知，橡膠粉改性的兩種瀝青混合料動穩定度均高于Novabinder 改性瀝青及SBS 改性瀝青拌和的混合料。同時，橡膠改性瀝青與橡膠-SBS 改性瀝青的動穩定度相當，Novabinder 改性瀝青與SBS 改性瀝青動穩定度相當。主要原因為添加橡膠粉后，橡膠粉使基質瀝青由勻質體變成了瀝青與膠粉兩項連續共混體，橡膠粉吸收瀝青輕質組份后溶脹，在基質瀝青中起到增稠、阻尼、限位的作用，使基質瀝青的自由流動更加困難，在宏觀上表現為摻橡膠瀝青的混合料感溫性能降低，高溫抗車轍性能大幅度提升。此外，從水穩定方面看，摻橡膠的基質瀝青稠度明顯增加，裹覆集料的瀝青膜厚度增大，抗水損壞能力提升效果明顯。與此同時，由于橡膠顆粒低溫敏感性明顯低于普通瀝青、SBS 改性瀝青，所以，在低溫性能方面也表現出橡膠瀝青拌和的混合料最大彎拉應變大幅度提高。

3 結論

a）舊水泥路面采用拋丸及精銑刨工藝均可達到很好的鑿毛效果，但精銑刨對薄層罩面的層間抗剪強度提升略占優勢。

b）舊水泥路面薄層罩面選用層間黏結材料時，銑刨面構造深度在0.42 mm 以上且較為均勻時，Novabond改性乳化瀝青作為黏層為最佳選擇；舊水泥路面構造深度控制不是非常精確時，橡膠瀝青黏結性優且隨構造深度降低衰減最小，選擇橡膠瀝青為最佳選擇，其次為Novabond 改性乳化瀝青，再次為SBS 改性瀝青。

c）基于高溫性能舊水泥路面薄層罩面瀝青選擇排序為：橡膠瀝青＞橡膠-SBS 改性瀝青＞Novabinder 改性瀝青＞SBS 改性瀝青。

d）橡膠粉改性的兩種瀝青混合料動穩定度均高于Novabinder 改性瀝青及SBS 改性瀝青拌和的混合料。薄層罩面混合料性能排序為：橡膠瀝青混合料＞橡膠-SBS 改性瀝青混合料＞Novabinder 改性瀝青混合料＞SBS改性瀝青混合料。