精表處在某高速公路預防性養護中的應用研究

林廣宇

（甘肅省蘭州公路事業發展中心高速公路養護所，甘肅 蘭州 730030）

引言

瀝青混凝土路面因其良好的高低溫性能，普遍應用于我國高速公路建設當中，隨著近年來我國經濟的迅猛發展，高速公路交通量劇增，重載交通快速發展，高速公路路面往往在投入使用3 至5 年以后，各種路面病害即過早產生，嚴重影響高速公路路面壽命，為盡早修復路面病害，及時采取路面預防性養護措施，延緩公路病害的發生，對于延長高速公路路面結構使用壽命及高速公路服役期，具有重要的社會經濟效益。瀝青路面精細度表面處理技術簡稱精表處，是一種基于路面病害發育較輕或病害發育初期的一種高效、環保、經濟的路面病害預防性養護新技術，本研究結合甘肅G30 連霍高速永古段路面預防性養護工程，探討精表處在路面病害預防作用機理及施工工藝，為同類工程提供參考。

1 工程概況

G30 連霍高速永古段路面結構形式為上面層4 cm 中粒式瀝青混凝土+中面層5 cm 中粒式瀝青混凝+下面層7 cm 粗粒式瀝青混凝土，基層為30 cm水泥穩定砂礫，底基層為20 cm 水泥穩定砂礫，墊層為15 cm 天然砂礫。經調查，G30 連霍高速下行線K1766+200-K1770+200、上行線K1762+000-K1768+500 段路面主要典型病害以坑槽、龜裂、縱橫向裂縫密集、細集料剝落、路面抗滑性能不足等病害為主，該路段路面破損狀況指數PCI 值為91.07。本工程通過先期進行路面坑槽處治、龜網裂及路面裂縫灌縫處治，再實施路面精表處預防性養護，以達到路面病害預防的效果。

2 精表處適用范圍及作用機理

2.1 適用范圍

（1） 研究表明，瀝青混凝土路面破損狀況指數PCI 值在80～95 時，實施精表處，其路面病害預防性效果較好[1]。

（2） 適用于滲水系數偏大不滿足要求的瀝青混凝土路面。

（3） 瀝青路面抗滑性不足的情況。

（4） 因路面瀝青膜磨耗，導致的瀝青路面集料掉粒，路面層存在微裂縫等初期病害的情形。

2.2 作用機理

精表處本質上是一種瀝青路面表面封層技術。根據交通量及重載交通情況調查，本工程實施的為粗粒式單層精表處，其結構見圖1。通過專用的高壓瀝青撒布設備，將強滲透油溶性環氧改性瀝青Ⅰ型高性能膠結料均勻噴灑于清潔的舊瀝青混凝土路面，形成一層具有強滲透性及粘附性的油膜，Ⅰ型高性能膠結料通過原路面微觀裂縫、原粗集料與瀝青間孔隙滲入路面面層結構，包裹松散的舊集料，激活溶解舊瀝青，并與之發生一系列物理化學反應，與原瀝青混合料形成致密的空間網絡結構，達到初步修復原路面結構層、封閉路面微觀裂縫孔隙的效果。與此同時，同步撒布強耐磨性的金剛砂，通過碾壓設備，金剛砂充分嵌入Ⅰ型高性能膠結料油膜，此時油膜在短時間內發生固化反應，包裹金剛砂與原路面形成5～10 mm 的封水磨耗層并與原路面嵌套成為整體結構。最后，于磨耗層表面均勻撒布Ⅱ型高性能膠結料，通過二次碾壓包裹金剛砂并滲入Ⅰ型高性能膠結料與原路面層進行嵌套，最終形成精表處磨耗封層。

圖1 粗粒式單層精表結構

3 精表處材料組成

精表處材料主要為高性能膠結料及細集料兩部分。

3.1 高性能膠結料

本工程中所用精表處膠結料根據使用部位，分為底層Ⅰ型膠結底料及面層Ⅱ型高性能膠結料。

其中，底層Ⅰ型膠結料是由改性乳化瀝青、固化劑、表面活性劑、滲透劑混合而成的常溫液態膠結料。其性能要求見表1。

表1 Ⅰ型膠結料性能要求[4]

面層Ⅱ型高性能膠結料由瀝青、SBS 高聚物復合改性劑、水、功能助劑組成。其性能要求見表2。

表2 Ⅱ型膠結料性能要求[4]

3.2 細集料

經調查，G30 連霍高速樹古段沿線砂石等原材料工廠較多，過境運料重型貨車較多，加之受重載車輛制動力影響，路面層剪應力及水平應力增加，因此路面預防性養護精表處宜采用粗粒式單層結構，以獲得更好的抗剪切變能力。據此，細集料選用干燥、整潔、堅硬、耐磨性好的3～5 mm 粒徑玄武巖金剛砂，其性能指標要求見表3。

表3 玄武巖集料技術指標[4]

4 精表處施工工藝控制

精表處施工工藝控制關鍵在于對原材料、機械、工序、施工條件、養護等方面進行嚴格的過程控制，才能有效避免粘結強度不足造成的“起皮”、局部脫落等問題，取得較好的路面抗滑及病害預防效果。

4.1 原材料及用量控制

嚴格按照精表處高性能膠結料和細集料技術指標要求進行原材料控制[3]。高性能膠結料配合比按照設計參照《瀝青路面精表處技術指南》且滿足表1- 表2 材料性能指標。精表處高性能膠結料（Ⅰ型、Ⅱ型）及細集料的單位用量需通過規范經驗值結合室內實驗進行初步確定，再用現場鋪筑實驗段施工來修正，最終得到原材料鋪筑單位用量。根據《瀝青路面精表處技術規范》（DB50T 1047 2020）可知，Ⅰ、Ⅱ型高性能膠結料及細集料玄武巖金剛砂單位理論用量（Kg/m2）p1、p2、p0應分別為：0.6≤p1≤1.0，0.3≤p2≤0.5，5≤p0≤7。

結合原路面構造深度、通過路面實驗段鋪筑分析，確定最終單位用量，用以指導施工。

4.2 主要施工機械要求

精表處應采用同步封層車同步噴灑高性能膠結料和撒布細集料。作業時，同步封層車應保持時速和灑布量穩定，在整個灑布寬度范圍內，應布料均勻，應配備油罐、計量系統、膠結料噴灑系統、細集料撒布裝置、攪拌釜及操作臺等主要部件。其噴灑臂寬度應可調節，寬度W 一般為2.0～4.0 m，離地高度H 應在30 cm～55 cm，噴灑臂兩側應設有必要的遮擋，并保證噴涂范圍內的噴灑量均勻一致。其噴嘴應能產生高沖擊力的扇形噴霧，噴流角度θ 在為0°～95°，噴嘴口開口縫中心線與噴灑管軸線方向成10°～15°，相鄰噴嘴間距E 應在200 mm～400 mm，噴霧寬度W 應相互重疊，使同一地點接受兩個或三個噴嘴噴灑的膠結料（見圖2、圖3）。精表處同步封層車的細集料撒布裝置應能固定，下端離地高度應在15 cm～30 cm，細集料撒布寬度應與噴灑的膠結料同寬。

圖2 噴灑臂示意

圖3 噴嘴示意

壓路機應選用9～16 t 的膠輪壓路機，壓實寬度≥1.2 m，振動頻率≥60 Hz，激振率≥30 KN。

4.3 施工工序控制

（1） 施工放線，確定施工區域，確定施工氣溫及天氣，精表處施工溫度要求不低于15 ℃，且需避開風雨天。

（2） 進行路面坑槽、擁包、裂縫預處治，除去路面標線。

（3） 進行施工機械的標定，功能檢測及調試，做好施工準備，進行試驗段鋪筑，確保精表處同步碎石封層車膠結料及細集料噴灑均勻，機械指標符合要求，確定原材料單位用量,封層車工作速度，膠輪壓路機碾壓速度及遍數。

（4） 原材料準備。

（5） 清掃路面并除去路面瀝青斑塊。

（6） 精表處同步碎石封層車按照確定的用量同步均勻噴灑Ⅰ型底層高性能膠結料及細集料，在其凝結前用膠輪壓路機進行緩慢、勻速碾壓2 次以上，膠輪碾壓時及時噴灑少量隔離劑，輪跡重疊不小于輪寬，碾壓時，壓路機不可制動或進行掉頭。清掃車吸附收集表面浮石。

（7） 指壓法確定Ⅰ型高性能膠結混合料表面干燥后，按量均勻噴灑Ⅱ型面層高性能膠結料封面，膠輪壓路機復壓2 次。施工時，橫向接縫采用對接法處理，縱向接縫進行搭接處理，接縫順直且不位于輪跡帶內。

（8） 施工完成后，需按照溫度、濕度條件養生數小時，指壓面層不黏手，即可開放交通，養生時間如下：通常在陽光充足，氣溫25 ℃，濕度50%（或更小）時，4～6 h 后開放交通；氣溫30℃，濕度50%（或更小）時，2～4 h 后開放交通；氣溫35℃，濕度50%（或更小）時，1～2 h 后開放交通。

5 路用效果分析

本工程于2022 年7 月底完工，11 月初組織進行了路面抗滑性及滲水率檢測，通過施工前后摩擦擺值、構造深度、滲水實驗結果對比可知，精表處施工后3 個月G30 連霍高速樹古段路面摩擦擺值由原來的55BPN 提升至83BPN，構造深度均在1.1 mm 以上，路面滲水率均≤10 ml/min，說明通過實施路面精表處，路面抗滑性能和抗水損能力得到了較大改善。通過鉆芯實驗，Ⅰ型底層高性能膠結料滲入原路面達5 mm～8 mm，保證了精表處磨耗層超強的粘附力[2]。通過核算，本精表處工程單位工程費用為25 元/m2，相較于薄層罩面65～80 元/m2, 路面銑刨重鋪80～100元/m2等養護措施費用較低，其路用經濟效益顯著[5]。

6 結論

精表處高性能膠結材料的強滲透性、粘附性、修復性，保證了精表處可修復原路面早期骨料松散、微裂縫等病害并與原路面形成一個有效的整體封水磨耗層，金剛砂則賦予精表處較好耐磨、抗滑性能，加之其工藝簡單，易操作，工期短，施工成本相對較低，在預防瀝青混凝土路面早期病害發育、發展，延長瀝青路面使用壽命方面，是一種高效、經濟的路面預防性養護技術，必然會在公路養護中獲得更為廣泛的應用。