超粘精罩面在公路瀝青路面預防性養護的應用

■張海俊

（廣東粵路勘察設計有限公司，廣州 510000）

隨著中國經濟的高速發展，中國的公路工程建設取得了不俗的成績。 伴隨著公路網建設的成熟和出行需要的提升，我國公路建設發展的方向已經從一味地追求規模里程向提高公路質量、延長現有公路壽命進行轉型。 有研究統計，我國正在運營的公路在投入使用的前中期，包括抗滑能力在內的多項路用性能下降很快。 裂縫、坑槽、車轍等病害的出現為公共交通安全埋下了巨大隱患并且嚴重影響行車舒適性[1]。

預防性養護是在路面仍具有較好性能的時候對路面采取保養措施。 根據路面結構壽命理論，在路面壽命下降的早期對路面進行保養可以更有效地延長路面使用壽命并大大減小路面養護費用。 超薄磨耗層作為公路預養護的最新技術，為原路面提供了一層性能優異的抗滑降噪磨耗層，通過鋪筑厚度為15～25 mm 的瀝青混合料， 可以有效修補原路面病害，提升原路面使用壽命。 部分瀝青薄層罩面具有較強的承載能力，能很好地適應較大的車輛荷載。 同時，罩面層優異的抗滑降噪等性能，能有效提升行車安全性和舒適性。 此外，該技術施工靈活，可以根據實際工程需求靈活調整罩面厚度，經濟實惠，能以較低的成本為原路面延續較長的使用壽命[2]。在施工后可以快速開放交通， 減少對交通的影響，帶來良好的經濟、社會、環境效益[3-6]。

1 NovaPave 超粘精罩面特點

NovaPave 超粘精罩面是一種集料最大粒徑為10 mm、結構厚度為10～20 mm 的瀝青罩面層。 采用同步攤鋪設備，同時噴灑超粘乳化瀝青和攤鋪超粘精罩面混合料，在溫度降低至90℃之前采用鋼輪壓路機完成碾壓，待罩面層溫度降低至50℃時即可開放交通。 所采用的超粘乳化瀝青具有良好的粘結性能和耐久性能，可以使超粘精罩面與下承層實現良好粘結。

2 超粘精罩面混合料設計

本文基于廣東省江門市G325 線市區段工程，根據其氣候、環境、交通荷載等特點，對瀝青、集料與層間粘結劑等原材料進行了選擇，并對混合料的級配進行了設計。

2.1 瀝青

考慮到應用工程的實際需求和效果最優化目標，本文選用了3 種瀝青，分別是嵌段共聚物—納米復合改性超粘韌瀝青（以下簡稱超粘韌瀝青）、Novabinder 和市場上某高粘瀝青（以下簡稱高粘瀝青）。對這3 種瀝青進行了各項性能指標的試驗，技術要求值參照JTG/T 5142-01-2021《公路瀝青路面預防養護技術規范》，試驗結果如表1 所示。 從表1 可以看出，在3 種瀝青中超粘韌瀝青的所有指標試驗結果均滿足要求值，可為超粘精罩面提供良好的性能。

表1 瀝青試驗結果

2.2 集料

超粘精罩面要求采用耐磨耗性能好、粘附性能好、棱角性好的石料。 采用玄武巖集料，其關鍵指標的試驗結果見表2。從表2 可以看出，選用的玄武巖可以滿足技術要求。

表2 集料試驗結果

2.3 最佳油石比與生產級配設計

成型馬歇爾試件，拌和溫度為185℃，擊實溫度為175℃，雙面擊實50 次。 混合料的體積指標與馬歇爾試驗結果見表3。根據式（1）計算得出混合料的馬歇爾模數分別為13.13 kN/mm、13.10 kN/mm、17.96 kN/mm、16.37 kN/mm、14.50 kN/mm， 其中油石比為5.5%時馬歇爾模數最大。 因此，超粘精罩面混合料的最佳油石比為5.5%。

表3 混合料體積指標與馬歇爾試驗結果

式中：T 為馬歇爾模數（kN/mm）；MS 為試件的穩定度（kN）。

在試驗路江門市G325 線市區段， 鋪筑厚度為20 mm 的超粘精罩面混合料，選擇NovaPave -II 型的級配范圍，合成級配如圖1 所示。

圖1 超粘精罩面合成級配

在5.5%油石比的前提下，按照合成級配曲線調試優化瀝青混合料。 根據標準試驗結果，超粘精罩面空隙率為13.13%，穩定度為7.35 kN，流值為0.28 mm，馬歇爾模數為26.5 kN/mm。

3 性能驗證

為研究超粘精罩面性能，本次選取市場上某超薄磨耗層以及Novachip B 瀝青薄層罩面進行馬歇爾對比試驗。 根據試驗結果，市場上某超薄磨耗層空隙率17.60%，馬歇爾模數為15.60 kN/mm，Novachip B空隙率13.56%，馬歇爾模數為21.91 kN/mm。

3.1 高溫性能

采用JTG E20-2011《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程》中的車轍試驗（T0719-2011）對超粘精罩面、市場上某超薄磨耗層以及Novachip B 瀝青薄層罩面作為對照組來進行試驗。 試驗結果如圖2 所示，3 種瀝青薄層罩面試件的動穩定度均超過了5000 次/mm，其中，超粘精罩面的動穩定度達到了7000 次/mm。 由此表明，超粘精罩面的高溫抗車轍性能是非常優異的，比Novachip B 型瀝青薄層的動穩定度提高了近40%。 究其原因可能有2 個：一是超粘精罩面所用的高粘瀝青具有更高的模量，使得其混合料的高溫穩定性更加優異； 二是由于超粘精罩面的馬歇爾模數較高，空隙率小，骨架嵌鎖效果較優。

圖2 車轍試驗結果

3.2 水穩定性能

采用標準馬歇爾試驗和凍融劈裂試驗對超粘精罩面、 市場上某超薄磨耗層以及Novachip B 瀝青薄層罩面的水穩定性進行評價。 標準馬歇爾試驗結果如圖3 所示。 試件的浸水殘留穩定度按式（2）計算，結果見表4：

表4 浸水殘留穩定度結果

圖3 標準馬歇爾試驗結果

式中：MS0為試件的浸水殘留穩定度（%）；MS1為試件浸水48 h 后的穩定度（kN）；MS 為試件浸水30 min 后的穩定度（kN）。

凍融劈裂試驗采用標準馬歇爾擊實成型試件，劈裂強度數據及強度比如圖4 所示。

圖4 凍融劈裂試驗結果

由上可知， 3 種薄層罩面瀝青混合料試件的殘留穩定度值及凍融劈裂試驗殘留強度比均滿足規范要求的80%，其中超粘精罩面殘留穩定度為92%，強度比為91%，均優于其他兩者。

4 實際工程應用

4.1 關鍵施工工序

超粘精罩面主要用于瀝青路面預防性養護和矯正性養護，不可作為結構補強層。 施工前必須做好原路面標志標線的清理，并采用手提式鼓風機對原路面進行嚴密的清掃，以除去路面細小灰塵和顆粒、泥土、碎屑及可見水分，防止乳化瀝青在噴灑過程中受到污染，確保超粘磨耗層與原路面更好地粘結。同時，對施工設備的檢查同樣重要。在灑鋪之前需要保證每個噴頭可以有效而均勻噴灑，保證攤鋪機的進料口攪拌葉可以正常運行，保證壓路機等其他設備可以正常工作。 在起點過渡段超粘精罩面攤鋪后須加上一層耐高溫塑料膜，而后壓路機進行壓實作業，以確保壓實作業不會影響后續路面外觀。

待封路完成、工前清理完成、施工設備就位以及至少5 輛料車就位后方可開始施工。 為了避免超載，單輛料車的質量應該控制在15～18 t 左右。開始施工后，應確保攤鋪過程順暢進行，非特殊情況中途不得中斷。 安排施工人員緊隨攤鋪機之后，對有缺陷的部位進行人工補料，應特別留意起終點的過渡段、原路面病害處（裂縫、坑槽等）。 人工補料的同時，鋼輪壓路機緊隨其后進行碾壓作業，鋼輪壓路機應來回碾壓6～8 次以確保路面壓實度達到要求。鋼輪壓路機作業時應該在前輪進行噴水處理，避免粘輪現象的發生。 完成施工后，繼續養護約1～2 h 即可開放交通。 應注意指引車輛不要在新鋪面上進行急剎、起步以及停車等可能會損傷路面結構和平整度的操作。

4.2 路用性能評價

施工后進行擺值、構造深度與平整度的性能測試，結果如圖5～7 所示。 可以看出，原路面的路面擺值的均值只有52.7 BPN， 超粘精罩面的施工后，全路段的平均擺值上升至72.7 BPN，較原路面提高約37%，有效提升了該路段的抗滑性能。 原路面的平均構造深度為0.84，超粘精罩面的施工后，路面構造深度均值提升至1.15，較原路面提升了37%。原路面的平均平整度為1.9 mm，超粘精罩面的施工后，路面平整度均值下降至0.7 mm， 較原路面提升了65%，有效提高了行車舒適性。

圖5 超粘精罩面擺值測試結果

圖6 超粘精罩面構造深度測試結果

圖7 超粘精罩面擺平整度測試結果

4.3 工程經濟效益分析

超粘精罩面的服務壽命在多種不同的瀝青薄層罩面中表現較為優秀。 結合前文對超粘精罩面的高溫性能、 水穩定性能與路用性能的試驗結果來看， 超粘精罩面可以在較大程度上保護原路面，延長其使用壽命，延后中大修的時間，不僅具有優秀的經濟效益，如圖8 所示，還可以減少建筑垃圾的產生，具有一定的環境效益。

圖8 各類型瀝青薄層罩面經濟效益對比

5 結論

（1）NovaPave 超粘精罩面的動穩定度可達7120 次/mm，殘留穩定度的可達92%，具有優異的高溫穩定性和水穩定性，可以明顯提高路面整體的抗水損壞性能。

（2）NovaPave 超粘精罩面可以有效地提高路面抗滑性能，路面的擺值與構造深度均提高37%。 其中擺值的均值為72.7 BPN， 構造深度均值為1.15，平整度均值為0.7 mm，能較好地提升了公路抗滑性能與行駛舒適性。

（3）NovaPave 超粘精罩面施工工序簡單， 可以大量減少自然資源的消耗和建筑垃圾的產生，在施工后1～2 h 便可開放交通，對交通影響小，而且與其他類型瀝青薄層罩面相比具有較高的經濟效益。