高速公路瀝青混凝土路面性能評(píng)價(jià)及養(yǎng)護(hù)技術(shù)分析

李永浩　孫廣超　陳俊杉

摘要：針對(duì)目前高速公路瀝青混凝土的養(yǎng)護(hù)難以達(dá)到相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)，研究提出一種Novachip超薄磨耗層養(yǎng)護(hù)技術(shù)并確定實(shí)施過程中的最佳施工瀝青混合料配合比，同時(shí)給出相應(yīng)的道路路面使用性能評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。通過路面滲水性測(cè)試和構(gòu)造深度測(cè)試，結(jié)果顯示，施工前A線和B線平均構(gòu)造深度分別為0.52 mm和0.53 mm，平均路面滲水系數(shù)分別為83.67、84.54 mL/min;施工后A線和B線平均構(gòu)造深度分別為1.33、1.34 mm，平均路面滲水系數(shù)分別為13.53、14.73 mL/min。

關(guān)鍵詞：瀝青混凝土路面;Novachip超薄磨耗層;道路路面使用性能評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn);性能

中圖分類號(hào)：U418 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1001-5922（2022）07-0133-04

Performance evaluation and maintenance technology analysis of

expressway asphalt concrete pavement

LI Yonghao， SUN Guangchao， CHEN Junshan

（Heilongjiang Highway Engineering Supervision Consulting Co.， Ltd.， Harbin 150009， China）

Abstract：In view of the current highway asphalt concrete maintenance is difficult to meet the relevant standards， this paper proposes a Novachip ultra-thin wearing course maintenance technology， determines the best construction asphalt mixture ratio in the implementation process， and gives the corresponding road pavement performance evaluation standard. Through the pavement permeability test and structure depth test， the results show that the average structure depth of line A and line B before construction is 0.52 mm and 0.53 mm respectively， and the average pavement permeability coefficient is 83.67 mL/min and 84.54 mL/min respectively. After construction， the average structure depth of line A and line B become 1.33 mm and 1.34 mm respectively， and the average pavement permeability coefficient become 13.53 mL/min and 14.73 mL/min respectively.

Key words： asphalt concrete pavement; Novachip ultra-thin wearing course; performance evaluation standard of pavement usage; performance

截至2019年我國(guó)的高速公路的總里程已經(jīng)達(dá)到14萬km，這不僅促進(jìn)了我國(guó)經(jīng)濟(jì)的大力發(fā)展，也給人們的生活帶來了極大的便利。瀝青路面具備行車舒適度高等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于高速公路路面[1-2]。隨著我國(guó)高速公路的建設(shè)初步完成，自然因素、運(yùn)營(yíng)車輛、路面老化等的影響，路面的養(yǎng)護(hù)技術(shù)和性能評(píng)價(jià)已經(jīng)成為學(xué)者們重點(diǎn)探討的話題。相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，2019年我國(guó)高速公路的養(yǎng)護(hù)資金將突破1 000億元。因此，高速公路路面的及時(shí)維護(hù)和病害治理具有非常重要的意義。與此同時(shí)，Novachip超薄磨耗層技術(shù)擁有高道路路面性能使用指數(shù)，在瀝青路面的預(yù)防養(yǎng)護(hù)工作中具有很好的優(yōu)勢(shì)[3-4]。鑒于此，研究以某高速路面為研究對(duì)象，提出高速公路瀝青混凝土路面性能評(píng)價(jià)方案以及針對(duì)Novachip超薄磨耗層技術(shù)的預(yù)防性養(yǎng)護(hù)，旨在探討該養(yǎng)護(hù)技術(shù)的性能，為后續(xù)高速公路瀝青混凝土路面的養(yǎng)護(hù)提供數(shù)據(jù)參考。

1高速公路瀝青混凝土路面性能評(píng)價(jià)

研究選取上海市寶安區(qū)境內(nèi)的某GS公路作為研究地段，在長(zhǎng)期高負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)下路面出現(xiàn)車轍、坑槽、麻面等病害，分別將道路某1 000 m長(zhǎng)度的前后500 m設(shè)置為A線和B線。依據(jù)《公路技術(shù)狀況評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，研究構(gòu)建高速公路瀝青混凝土路面性能評(píng)價(jià)指標(biāo)包括：抗滑性能指數(shù)（SRI）、路面狀況指數(shù)（PCI）、路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度指數(shù)（PSSI）、路面養(yǎng)護(hù)質(zhì)量指數(shù)（PQI），分別對(duì)應(yīng)安全性能、路面破損情況、路面結(jié)構(gòu)承載力、平整力[5-6]。路面使用性能評(píng)價(jià)體系如圖1所示。

路面養(yǎng)護(hù)質(zhì)量指數(shù)的取值范圍0～100，計(jì)算表達(dá)式：

PQI=WPCI+WPSSI+WPQI+WSRI

式中：各項(xiàng)指數(shù)前面相應(yīng)字母表示相應(yīng)的權(quán)重值，W、W、W、W對(duì)應(yīng)的值分別為0.35、0.15、0.40、0.10。路面抗滑性能是指在剎車階段道路表面滑行產(chǎn)生的最大抗滑力，其取值范圍為0～100，數(shù)值越大，表明路面抗滑性能越好。該項(xiàng)指標(biāo)可分為差、次、中、良、優(yōu)此5種等級(jí)。研究選用的檢測(cè)方式為路面橫向力系數(shù)測(cè)試車SCRIM。調(diào)查表示該研究區(qū)域的路面抗滑性能具有較好的性能，但局部存在抗滑性能較差且平整度較差等狀況。路面狀況指數(shù)是指路面狀況的好壞，數(shù)值范圍為0～100，數(shù)值越大，表明路面狀況越好。該項(xiàng)指標(biāo)也可分為差、次、中、良、優(yōu)此5種等級(jí)。研究區(qū)域在使用過程中出現(xiàn)橫紋、縱橫、車轍等損壞形態(tài)，利用人工檢測(cè)和多功能道路檢測(cè)車的路況攝像系統(tǒng)評(píng)定路面狀況指數(shù)，調(diào)查表示該研究區(qū)域的路面狀況良好。路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度測(cè)試儀器為激光自動(dòng)彎沉儀，通過隨機(jī)抽樣完成彎沉測(cè)試。該項(xiàng)指標(biāo)可分為差、次、中、良、優(yōu)此5種等級(jí)，調(diào)查表示該研究區(qū)域的整體結(jié)構(gòu)剛度良好。路面狀況指數(shù)是指路面的平整度，數(shù)值范圍為0～100，數(shù)值越大，則路面平整度越高。該項(xiàng)指標(biāo)可分為差、次、中、良、優(yōu)此5種等級(jí)，調(diào)查表示該研究區(qū)域的路面行駛質(zhì)量良好。路面平整度檢測(cè)方法包括反應(yīng)類儀器測(cè)定法和斷面類儀器測(cè)定法，前者衡量道路表面的平整度;后者反應(yīng)道路表面的凹、凸情況。通常使用的斷面類設(shè)備包括激光路面平整度測(cè)定儀和3 m直尺，反應(yīng)類設(shè)備為車載式顛簸累積儀。車載式顛簸累積儀的測(cè)試原理是通過后軸和車體的相對(duì)位移單向累積數(shù)值估算路面的平整度，記錄數(shù)值的閾值為25.4 mm。該測(cè)試的優(yōu)點(diǎn)如下，檢測(cè)效率較高、允許的最大檢測(cè)速度為50 km/h，幾乎不對(duì)道路的交通造成影響[7-8]。但該測(cè)量方式也存在一定的局限性，它并不適用于破壞嚴(yán)重的路面和坑槽較多的路面。路面滲水系數(shù)通過滲水儀進(jìn)行測(cè)量，該值是指單位時(shí)間內(nèi)滲水儀內(nèi)部水位的變化。路面抗滑性能檢測(cè)包括路面橫向力系數(shù)、抗滑擺值、構(gòu)造深度。常見的檢測(cè)方法為擺式儀激光構(gòu)造深度儀、電動(dòng)鋪砂法、手工鋪砂法。手工鋪砂法的操作原理非常簡(jiǎn)單，且能配合擺式儀很好地完成路面抗滑值;但該檢測(cè)方法存在一定的局限性，測(cè)試者工作強(qiáng)度大、低安全性、較慢的測(cè)試速度。具體操作步驟：首先使用掃把將測(cè)點(diǎn)周邊的路面清洗干凈，然后把體積密度均勻的泥沙倒入測(cè)點(diǎn)周邊的路面上，同時(shí)保證攤鋪形狀為圓狀，接著完成相互垂直方向的2個(gè)直徑的測(cè)量，并記錄測(cè)量平均值。路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度檢測(cè)的重要指標(biāo)為彎沉值。常用的檢測(cè)方法為落錘式彎沉儀、自動(dòng)彎沉儀、貝克曼梁。相比較于后二者，落錘式彎沉儀是一種非常理想的路面無損檢測(cè)設(shè)備，能夠通過加載中心最大彎沉值得到路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。路面狀況指數(shù)和路面損壞密度、損壞程度、損壞類型密切相關(guān)，主要影響因素為環(huán)境劇烈變化、不規(guī)范的現(xiàn)場(chǎng)施工環(huán)境、質(zhì)量不合格的原材料[9-10]。

2高速公路瀝青混凝土路面預(yù)防性養(yǎng)護(hù)技術(shù)及配合比設(shè)計(jì)[BT）]

Novachip超薄磨耗層的厚度為常規(guī)瀝青混凝土厚度為1/3～1/2 mm，通常厚度為15～25 mm，該技術(shù)的成型機(jī)理：首先，對(duì)于沒有結(jié)構(gòu)性病害的瀝青路面上噴涂大約0.6～1.0 mm厚度的改名乳化瀝青，接著立即鋪設(shè)熱拌瀝青混合料，這一過程同時(shí)進(jìn)行熱拌瀝青的鋪筑和改性乳化噴涂2個(gè)步驟，所用的設(shè)備為Novachip一體化專用設(shè)備，緊接著通過普通壓路機(jī)完成一次性碾壓成型操作;然后通過清理現(xiàn)有的瀝青路面后并完成改性乳化瀝青的噴涂，隨即將料和間斷級(jí)配的瀝青混合并鋪筑在路面上，完成碾壓操作后粗集料中利用改性瀝青的滲透作用逐步提升[11]。最后，憑借改性乳化瀝青良好的粘接能力，促進(jìn)現(xiàn)有路面表層和被滲透的瀝青混合料組成網(wǎng)格互穿型保護(hù)層，避免空氣和車輪與現(xiàn)有路面的接觸，增強(qiáng)現(xiàn)有路面的使用性能，極大增強(qiáng)抗老化能力、抗滑性、透水性[12]。Novachip超薄磨耗層養(yǎng)護(hù)技術(shù)利用改性乳化瀝青滲透和粘接作用，混凝結(jié)間斷級(jí)配和現(xiàn)有瀝青路面的瀝青混合料，通過網(wǎng)格互穿型保護(hù)層技術(shù)降低路面噪音和增強(qiáng)路面防水性能以及美化路面的外觀[13]。

混合料的設(shè)計(jì)和組成是該技術(shù)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，主要包括級(jí)配設(shè)計(jì)、集料選擇、改性瀝青粘接料、改性乳化瀝青粘接層。改性乳化瀝青的型號(hào)為Nova Bond，它的粘接層上部需要鋪設(shè)的混合料組成為填料、20%～30%的細(xì)集料、70%～80%的單一粒徑粗集料，瀝青的使用占比為4.8%～5.2%。填料來自于翁源縣中源公司的水泥;粗集料來源為湖南汝城的輝綠石，粗料集依據(jù)不同的最大粒徑分為A、B、C此3種類型。研究選用最大粒徑為12.5 mm的C型粗料集，瀝青用量占比為5.5%，攤鋪厚度為20 mm，所有材料的性能均符合《公路瀝青路面養(yǎng)護(hù)設(shè)計(jì)規(guī)范》等要求。研究所用材料如表1所示。

綜合考慮除塵環(huán)境，最終確定目標(biāo)配合比：水泥、石屑、5～10 mm碎石、10～16 mm碎石的比例分別為3%、24%、41%、32%，通過馬歇爾力學(xué)性能試驗(yàn)最終得到最佳的油石比為4.9%。該材料具備高溫穩(wěn)定性和水穩(wěn)定性，動(dòng)穩(wěn)定度為7 663次/mm，凍融劈裂抗拉強(qiáng)度比為87.4%。馬歇爾殘留穩(wěn)定度滿足既定標(biāo)準(zhǔn)，數(shù)值為92.5%;謝倫堡析漏試驗(yàn)確定損失率低于0.1%的既定標(biāo)準(zhǔn)，數(shù)值平均為0.07%;肯塔堡飛散試驗(yàn)確定的損失率低于15%的既定標(biāo)準(zhǔn)，數(shù)值平均為11.2%。

3高速公路瀝青混凝土路面技術(shù)應(yīng)用分析

研究地段的4種使用性能評(píng)價(jià)具體情況，結(jié)果如圖2所示。

由圖2可知，表示研究地段符合Novachip超薄磨耗層養(yǎng)護(hù)技術(shù)的使用標(biāo)準(zhǔn)，施工范圍為碾壓、攤鋪、混合料進(jìn)場(chǎng)、施工放線。A線和B線的4種使用性能評(píng)價(jià)指數(shù)整體呈現(xiàn)較好的一致性，優(yōu)良等級(jí)的比例占到90%左右，路面行駛質(zhì)量指數(shù)和路面狀況指數(shù)不存在次和差2種等級(jí)的路面;其余2種指數(shù)不存在差等級(jí)的路面。具體來說，A線的PCI、SRI、PSSI、RQI此4種指數(shù)優(yōu)等級(jí)的占比分別為77.5%、15.9%、59.1%、15.2%;B線的PCI、SRI、PSSI、RQI此4種指數(shù)優(yōu)等級(jí)的占比分別為81.5%、37.2%、70.3%、42.9%。A線的PCI、SRI、PSSI、RQI此4種指數(shù)良等級(jí)的占比分別為15.2%、70.6%、35.4%、72.0%;B線的PCI、SRI、PSSI、RQI此4種指數(shù)良等級(jí)的占比分別為16.2%、58.5%、23.1%、45.9%。A線的PCI、SRI、PSSI、RQI此4種指數(shù)中等級(jí)的占比分別為7.9%、9.0%、5.4%、10.4%;B線的PCI、SRI、PSSI、RQI此4種指數(shù)良等級(jí)的占比分別為2.3%、2.5%、6.8%、11.6%。

實(shí)驗(yàn)通過構(gòu)造深度測(cè)試對(duì)比施工前后路面構(gòu)造深度變化情況，結(jié)果如圖3所示。

由圖3可知，施工前A、B線均有一些測(cè)點(diǎn)不能符合構(gòu)造深度的標(biāo)準(zhǔn)，構(gòu)造深度低于0.55 mm。但施工結(jié)束后，A線和B線所有測(cè)點(diǎn)均能滿足構(gòu)造深度的標(biāo)準(zhǔn)。施工前A線和B線路面構(gòu)造深度的平均值分別為0.52 mm和0.53 mm，施工后A、B線路面構(gòu)造深度平均值分別為1.33 mm和1.34 mm，構(gòu)造深度提升率分別為155.77%和152.83%。

實(shí)驗(yàn)通過路面滲水性測(cè)試對(duì)比施工前后路面滲水性能變化情況，結(jié)果如圖4所示。

由圖4可知，施工前A、B線均有大部分測(cè)點(diǎn)不能符合滲水性能的標(biāo)準(zhǔn)。但在施工結(jié)束后，A、B線所有測(cè)點(diǎn)的滲水性能均能滿足滲水性能的標(biāo)準(zhǔn)。施工前A、B線路面滲水系數(shù)的平均值分別為83.67、84.54 mL/min;而施工后A、B線路面滲水系數(shù)的平均值分別為13.53、14.73 mL/min，路面滲水系數(shù)降低率分別為83.83%和82.58%。

4結(jié)語

針對(duì)高速公路瀝青混凝土的預(yù)防性養(yǎng)護(hù)的現(xiàn)狀，研究提出一種面向上海市寶安區(qū)境內(nèi)的GS公路的Novachip超薄磨耗層養(yǎng)護(hù)技術(shù)，并提出相應(yīng)的高速公路瀝青混凝土路面性能評(píng)價(jià)指標(biāo)。A線和B線的4種使用性能評(píng)價(jià)指數(shù)整體呈現(xiàn)較好的一致性，但優(yōu)良等級(jí)的比例占到90%左右，路面行駛質(zhì)量指數(shù)和路面狀況指數(shù)不存在次和差2種等級(jí)的路面;而其余2種指數(shù)不存在差等級(jí)的路面。應(yīng)用Novachip超薄磨耗層養(yǎng)護(hù)技術(shù)后，施工前后A線路面構(gòu)造深度的平均值分別為0.52 mm和1.33 mm;施工前后B線路面構(gòu)造深度的平均值分別為0.53 mm和1.34 mm，A線和B線構(gòu)造深度提升率分別為155.77%和152.83%。施工前后A線路面滲水系數(shù)的平均值分別為83.67 mL/min和13.53 mL/min;而施工前后B線路面滲水系數(shù)的平均值分別為84.54 mL/min和14.73 mL/min，A線和B線路面滲水系數(shù)降低率分別為83.83%和82.58%。受限于本人的時(shí)間和精力，研究選取的數(shù)據(jù)均具有一定的局限性和狹窄性，導(dǎo)致該區(qū)域的養(yǎng)護(hù)工作的實(shí)際效應(yīng)的準(zhǔn)確性有待進(jìn)一步的提高。

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