超薄磨耗层技术应用研究

    引言
    随着社会经济的不断发展、人民生活水平的不断提高，人们对出行环境有了更高的要求。与之相矛盾的是随着车流量的快速增长、运营时间的不断累积，致使路面的各种表面功能衰减较快，出现了抗滑性能不足、轻微疲劳裂缝和雨天水雾等问题。超薄磨耗层是一种主要应用于高等级公路、城市道路的预防性养护新技术，其施工过程为：在聚合物改性乳化沥青黏结层上摊铺15~25mm厚的断级配改性热沥青混合料，黏层油喷洒与改性沥青混合料摊铺须同时完成并碾压成型。黄石高速公路于2013年分别在K222＋401~K225＋035(上行)和k228＋945~k230(上行)铺筑了厚20mm和15mm的超薄磨耗层试验段，运营一年来使用效果良好，现就施工中的关键技术与应用经验进行探讨。
    材料
    石料
    超薄磨耗层(20mm厚NoverChip)
    粗集料(玄武岩)产于河北省临城县，规格为6~11mm；细集料(机制砂)和填料(矿粉)产于河北省鹿泉市。
    超薄磨耗层(15mm厚Thus)
    粗集料(玄武岩)产于河北省易县，规格为5~8mm；细集料(机制砂)和填料(矿粉)产于河北省鹿泉市。
    沥青
    沥青采用SBS(I-D)改性沥青。
    黏层油(NoverBond)
    黏层油是超薄磨耗层与下承层黏结的关键，本次施工采用阳离子快裂SBS改性乳化沥青。
    配合比设计
    设计原则
    超薄磨耗层混合料的设计应遵循现行规范关于热拌沥青混合料配合比设计的目标配合比、生产配合比以及试拌试铺验证三个阶段，确定矿料级配及最佳沥青用量。
    确定矿料配合比
    (1)超薄磨耗层(20mm厚NoverChip)采用断级配设计，矿料混合料的掺配比例为：6~11mm占67%、机制砂(0~3mm)占28%、矿粉占5%。
    (2)超薄磨耗层(15mm厚Thus)亦采用断级配设计，矿料混合料的掺配比例为：5~8mm占81%、机制砂(0~3mm)占14%、矿粉占5%。
    确定最佳油石比
    超薄磨耗层(20mm厚NoverChip)
    (1)技术指标
    空隙率为8%~12%、矿料间隙率不小于18%、饱和度为45%~55%、稳定度不小于5kN、沥青膜厚度不小于9.0um、粉胶比不大于1.4%。
    (2)确定最佳油石比
    取目标空隙率(9.5%)所对应的最佳油石比4.80%，且同时符合油石比范围4.47%~5.3%。
    (3)最佳油石比时混合料各项技术指标
    毛体积密度为2.46g/cm3；稳定度为8.10kN；空隙率为9.5%；饱和度为51.0%；矿料间隙率为19.1%；沥青膜厚9.8um；矿胶比为1.3%。
    (4)验证
    采用最佳油石比对沥青混合料进行验证试验，验证方式为沥青混合料谢伦堡沥青析漏试验，要求沥青析漏损失不大于0．1％，经检验沥青析漏损失为0．09％。
    超薄磨耗层(15mm厚Thus)
    (1)技术指标
    空隙率为8%~12%、矿料间隙率不小于18%、饱和度为45%~55%、稳定度不小于5kN、沥青膜厚度不小于9.0um、粉胶比不大于1.4%。
    (2)确定最佳油石比
    取目标空隙率(9.5%)所对应的最佳油石比4.80%，且同时符合油石比范围为4.47%~5.3%。
    (3)最佳油石比时混合料各项技术指标
    毛体积密度为2.461g/cm3；稳定度为8.10kN；空隙率为9.5%；饱和度为51.0%；矿料间隙率为19.1%；沥青膜厚9.8um；粉胶比为1.3%。
    (4)验证
    采用最佳油石比对沥青混合料进行验证试验，验证方式为沥青混合料谢伦堡沥青析漏试验，要求沥青析漏损失不大于0．1％，经检验沥青析漏损失为0．09％。
    超薄磨耗层(15mm厚Thus)
    (1)技术指标
    空隙率大于等于10%；矿料间隙率大于21%；饱和度为30%~60%；稳定度实测；沥青膜厚度大于等于9.0um；粉胶比小于1.4%。
    (2)确定最佳油石比
    取目标空隙率(11.0%)所对应的最佳油石比为4.9%；同时满足油石比范围为4.25%~5.5%。
    (3)最佳油石比时混合料各项技术指标
    毛体积密度为2.441g/cm3；稳定度为5.50kN；空隙率为11.0%；饱和度为47.5%；矿料间隙率为21.1%；沥青膜厚度为11.3um；粉胶比为1.2%。
    (4)验证
    满足要求
    试验段作业
    设备的基本配置
    超薄磨耗层施工所需要的设备：福格勒Super1800-2SJ超薄摊铺机1台；9~12t双钢轮压路机2台；聚合物改性乳化沥青运输车1台。
    施工过程
    原路面处理
    原路面存在宽度大于3mm的裂缝，须进行灌缝处理；存在坑槽、拥包、松散等病害的须进行挖补处理；车徹深度大于10mm时，须进行车徹填充处理。
    施工温度
    超薄磨耗层路面宜在较高温度条件下施工，当气温或下卧层表面温度低于15℃时不得铺筑超薄磨耗层路面。
    混合料的拌和
    超薄磨耗层沥青混合料拌和时间根据具体情况经试拌确定，以沥青和外掺剂均匀裹覆集料为度。间歇式拌和机每盘的生产周期不宜少于5s(其中干拌时间不少于10s)。
    混合料的运输
    超薄磨耗层沥青混合料宜采用较大吨位的运料车运输，施工过程中摊辅机前方应有运料车等候。宜待等候的运料车多于4辆后开始摊铺。
    混合料的摊铺
    (1)超薄磨耗层采用专用摊铺机进行施工，设备能够一次性完成黏层油喷洒、热沥青混合料摊铺及熨平，可在黏层油喷洒后5s内进行热沥青混合料摊铺，在热沥青混合料摊铺之前，设备履带或其他部位不能接触喷洒在路面上的乳化沥青。黏层油喷洒量20mm厚超薄磨耗层为1．0kg/cm2，15mm厚超薄磨耗层为0.9kg/cm2。
    (2)摊铺机必须连续不间断地摊铺，摊铺速度宜控制在10~12m/min范围内，不得随意变换速度或中途停顿。
    混合料的压实
    (1)由于超薄磨耗层摊铺厚度薄、降温速度快，因此压路机必须保证紧跟、匀速碾压，压路机的碾压速度初压为2~3km/h，复压为3~6km/h。
    (2)超薄磨耗层路面采用9~12t的双钢轮压路机静压2~3遍(总遍数)，横向接缝处采取振动碾压，压路机的振动频率宜为35~50Hz，振幅宜为0．3~0．5ｍｍ。纵向接缝施工中，应特别注意混合料碾压对温度的要求，宜在混合料温度降至120℃前完成接缝处碾压施工。
    开发交通
    超薄磨耗层应在路面温度降为50°Ｃ以下时开放交通。
    检测数据
    2014年11月对试验路段进行了检测，使用情况良好。
    结语
    (1)超薄磨耗层采用了断级配(断3~5mm)设计，增加了路面粗糙度和宏观构造深度，有效降低了路面噪音，提高了路面摩擦力，改善了路面的排水性能，减少了水雾的产生，增加了雨天行车的安全性。
    (2)改性乳化沥青的使用，有效封闭了路表轻微疲劳裂缝，防止了渗水对原路面的破坏，具有良好的抗水损坏性能。
    (3)更薄的摊铺厚度，节约了常规罩面2/3左右的沥青和石料，原材料使用的减少，一方面降低了成本，提现了更好的经济性；另一方面也减少了对自然环境的破坏，符合绿色交通概念。
    (4)更快的摊铺速度使施工效率更高，工期更短，能够大大减少施工对高速公路运营的影响。