低黏度直投式斷級配超薄罩面試驗與應用

摘" 要：超薄罩面對瀝青混合料要求較高，要兼顧力學性能、路面功能，還要考慮施工性能，因此無論對礦料還是膠結料及礦料級配都提出更高要求。半開級配能夠為超薄罩面提供更優良的抗滑性能和降噪效果，同時為黏層油乳化瀝青容留空間，避免泛油。在借鑒現有級配設計理論基礎上，計算出3條超薄罩面瀝青混合料級配曲線。對不同級配瀝青混合料進行體積指標測試，確定空隙率在10%左右的半開級配具有良好的路用性能和路表功能。為避免膠結料黏度過大造成施工困難，采用低黏度直投式高彈添加劑對瀝青混合料進行改性，在提升瀝青混合料性能的同時，大幅降低混合料生產施工難度。

關鍵詞：超薄罩面；半開級配；低黏度；直投；施工性能

中圖分類號：U418.6" " " 文獻標志碼：A" " " " " 文章編號：2095-2945（2023）16-0071-04

Abstract： Ultra-thin overlay has high requirements for asphalt mixture. The mechanical performance， pavement function and construction performance shall be considered. Therefore， there are high requirements for mineral aggregate， cement and mineral aggregate grading. Semi-open grading can provide better anti sliding performance and noise reduction effect for ultra-thin overlay. Meanwhile， it can provide space for emulsified asphalt to avoid oil flashing. The volume index of asphalt mixture with different gradation are tested， and it is determined that the semi-open gradation with porosity of about 10% has good road performance and road surface function. In order to avoid the construction difficulties caused by the excessive viscosity of the cement， the asphalt mixture is modified with low viscosity direct dropping high elasticity additives， which can greatly reduce the difficulty of mixture production and construction while improving the performance of the asphalt mixture.

Keywords： ultra-thin overlay; semi-open gradation; low viscosity; direct casting; construction performance

超薄罩面作為一種高性能預防性養護技術已得到廣泛的應用，可預防或部分修復病害、改善路面抗滑性能[1-2]。超薄罩面厚度一般只有1.5～2.5 cm，近兩年有更薄的趨勢。路面越薄，對層間結合和瀝青混合料的抗剪強度要求就越高，所以黏層油一般采用改性乳化瀝青甚至高黏乳化瀝青，而混合料級配普遍采用間斷級配，膠結料根據使用場合選擇高黏度改性瀝青、高分子聚合物改性瀝青或橡膠改性瀝青，60 ℃動力黏度一般要求高于20 000 Pa·s，JTG/T 5142-01—2021《公路瀝青路面預防養護技術規范》規定高黏改性瀝青60 ℃動力黏度不低于200 000 Pa·s[3]。近年來，高黏度改性瀝青在超薄罩面體系中的研究與應用較多[4-7]，動力黏度的增加會對黏結性有一定提升，但超薄罩面厚度薄，降溫快，采用高黏度膠結料的超薄罩面技術對施工溫度要求高，一旦遇到降溫或者工序銜接不及時等問題，極易出現黏結不良，后期容易出現集料剝落甚至整片剝離等病害。本文采用直投式低黏度添加劑，瀝青黏度低，成型難度小，并對混合料間斷級配進行了研究，選取了合理級配。

1" 材料和試驗方法

1.1" 材料

1）瀝青。選取常見的I-D型 SBS改性瀝青作為瀝青膠結料。

2）集料。粗集料采用玄武巖8～11 mm，集料采用石灰巖機制砂0～3 mm，填料采用石灰巖礦粉。集料篩分結果及密度實驗數據見表1。

3）直投改性劑ZTS。直投改性劑采用ZTS改性劑（簡稱ZTS），其指標見表2。

1.2" 試驗方法

1.2.1" ZTS改性瀝青的制備

將瀝青加熱到160 ℃，加入ZTS，攪拌均勻，剪切乳化機5 000 r/min剪切10 min，160 ℃攪拌20 min。

1.2.2" 直投式瀝青混合料的拌合

集料170 ℃，拌鍋170 ℃，將ZTS與熱集料干拌45 s，加入瀝青（160 ℃）和礦粉（室溫），拌合180 s。

2" 試驗結果與分析

2.1" ZTS對瀝青性能影響

在實驗室將直投式改性劑添加I-D中，對膠結料性能進行了研究，直投改性劑改性后瀝青的性能見表3。隨ZTS改性劑摻量的增加，I-D瀝青的針入度變化幅度不大，但軟化點不斷升高，延度大幅度提升，使其抵抗高低溫變形能力均有了提升。60 ℃動力黏度隨ZTS摻入的增加而增大，也驗證了瀝青的高溫性能的提高。135 ℃運動黏度也隨ZTS摻量的增加而增大，但增長幅度不大，可見對施工性能的影響不大。目前高黏度改性瀝青技術要求中取消了135 ℃運動黏度的要求，實際高黏度改性瀝青的這項指標一般會比較高，因而對施工溫度要求較高。

2.2" 膠結料黏結性

超薄罩面厚度薄，膠結料黏結能力是超薄罩面的重要指標，肯塔堡飛散試驗可以模擬瀝青路面集料遭車輪沖擊等作用導致集料黏結失效而松散掉粒的病害，本文采用飛散試驗對不同ZTS摻量的瀝青進行集料黏結性評價，級配見表4。油石比根據經驗選用4.7%，成型溫度為160 ℃，結果如圖1所示。從飛散試驗結果來看，ZTS的加入提升了瀝青的黏結能力。ZTS熔點低，其中的聚合物在拌合過程容易在瀝青中分散均勻，起到增強黏結力的作用。

2.3" 不同溫度成型對比

超薄罩面集料小、厚度薄、降溫快，在料車邊角位置，施工起止端，路面情況下，混合料溫度降低，容易留下壓實度不足的隱患，導致集料間黏結力較弱，在運行過程中容易出現集料剝落甚至成片剝離等病害。對ZTS瀝青混合料在不同溫度下進行馬歇爾成型試驗，以評價混合料在較低溫度下的施工可靠性，結果如圖2所示。

隨成型溫度的升高，ZTS瀝青混合料空隙率逐漸降低，穩定度總體呈升高趨勢。當溫度高于140 ℃時，穩定度已滿足一般超薄罩面規范要求，空隙率已接近高溫成型狀態，成型溫度與SBS改性瀝青基本一致甚至有所降低，可降低超薄罩面工程因材料降溫導致的壓實不足導致的潛在風險。

2.4" 級配對瀝青混合料性能影響研究

間斷級配瀝青混合料空隙率大，用作表面層可以消除路面噪聲、提高瀝青路面抗滑性能、易于排出路表積水；且可有效避免混合料在生產過程中的級配失控現象，從而更好地保證混合料的防水性能和高低溫穩定性。參考北京市地方標準DB11/T 1590—2018《道路超薄罩面施工技術規范》II型級配（表5），為研究級配對瀝青混合料性能的影響，將關鍵篩孔4.75 mm通過率分別設定為20%、25%和30%，實際通過率見表6。

對3種級配，進行馬歇爾試驗計算最佳油石比，并進行瀝青混合料性能驗證，結果見表7。

3種斷級配瀝青混合料空隙率均高于10%，隨4.57 mm篩孔通過率的增大，瀝青混合料密度增大，空隙率降低，表征瀝青混合料高溫性能的穩定度和動穩定度、表征混合料水穩定性的凍融劈裂殘留強度比均增大。從超薄罩面抗滑性與抗磨耗方面考慮，希望混合料空隙率盡可能大；而從耐久性考慮，直投式斷級配瀝青混合料空隙率不宜過大，綜合考慮將空隙率設定為12%，4.75 mm篩孔通過率設定在30%左右。

3" 工程應用

項目為北京城市副中心慢行系統改造工程，位于北京市通州區，對舊路面嚴重裂縫病害進行灌縫處理，以保證封水效果。

3.1" 路用性能驗證

為保證超薄罩面混合料的路用性能，在原材料性能驗證及級配設計的基礎上，進行了生產配合比驗證，并對混合料的高溫性能、低溫性能、水穩定性進行驗證。測試結果見表8，混合料性能與實驗室基本一致，各項指標均滿足相關要求。

3.2" 攤鋪與碾壓施工

本項目向攤鋪現場運輸集中拌和好的瀝青混合料。采用一體式攤鋪機進行施工（圖3），可避免黏層被車輪破壞，攤鋪溫度150～170 ℃。

碾壓是為了使新舊混合料與黏層油形成良好黏結狀態，由于厚度薄，為避免骨料破碎，碾壓采用靜壓方式。超薄罩面散熱快，壓路機緊跟攤鋪機，碾壓在路面溫度降至90 ℃之前進行，路面溫度降至50 ℃后才能通車，且禁止大型貨車在剛加鋪的薄層上原地掉頭和急剎車。

3.3" 工程應用效果

直投式斷級配超薄罩面路面平整、美觀，圖4為工程效果，施工一年后路面外觀基本沒有變化。行車噪聲低，舒適度高，與普通SMA路面相比噪聲約降低約2 dB。

4" 結束語

與傳統4 cm銑刨加鋪方案相比，超薄罩面可以降低鋪筑瀝青混合料厚度，從而降低攤鋪成本，但超薄罩面降溫快，采用高黏改性瀝青時容易出現溫度下降而引發的黏結不良病害。嘗試采用低熔點添加劑與SBS改性瀝青方案實施超薄罩面，對集料黏結作用較強，但膠結料黏度較低，不但保證了超薄罩面的耐久性，而且施工和易性較高，降低了潛在的黏結不良病害風險。添加劑采用直投式工藝添加，也使得混合料的生產更加方便，不受專用瀝青的限制。

參考文獻：

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