超粘微表處在高速公路預(yù)防性養(yǎng)護(hù)中的應(yīng)用效果分析

作者簡(jiǎn)介：譚 珠（1989—），工程師，主要從事公路工程建設(shè)管理工作。

摘要：超粘微表處是以常規(guī)微表處為基礎(chǔ)改良升級(jí)的新型預(yù)防性養(yǎng)護(hù)技術(shù)。為探究超粘微表處在高速公路預(yù)防性養(yǎng)護(hù)中的實(shí)施及應(yīng)用效果，文章依托廣西某高速公路開(kāi)展的超粘微表處預(yù)防性養(yǎng)護(hù)項(xiàng)目，從超粘微表處的原材料控制、配合比設(shè)計(jì)以及養(yǎng)護(hù)實(shí)施效果等方面進(jìn)行全方位分析。研究表明，超粘微表處可以有效提升原路面路況水平，尤其是在抗滑性能水平提升上有顯著效果，該技術(shù)可以在高速公路預(yù)防性養(yǎng)護(hù)中進(jìn)行推廣應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：超粘微表處；高速公路；預(yù)防性養(yǎng)護(hù)

中圖分類(lèi)號(hào)：U418.6

0 引言

常規(guī)微表處在高速公路預(yù)防性養(yǎng)護(hù)應(yīng)用過(guò)程中普遍存在脫粒、泛油、性能衰減較快以及耐久性較差等問(wèn)題，其核心問(wèn)題是采用的瀝青材料不具備足夠的粘結(jié)性^[1]。超粘微表處作為常規(guī)微表處的升級(jí)進(jìn)化版本，是在采用高黏復(fù)合改性乳化瀝青作為核心膠結(jié)料的基礎(chǔ)上，同時(shí)添加了纖維作為輔助措施，使其具備了超強(qiáng)的粘結(jié)力和良好的工作性能，可有效解決常規(guī)微表處的應(yīng)用缺陷，大幅度提升預(yù)防性養(yǎng)護(hù)的效果^[2-3]。

目前針對(duì)超粘微表處的研究聚焦在各類(lèi)型高黏乳化改性瀝青的研發(fā)，如劉惠民^[4]研發(fā)的新型復(fù)合改性乳化瀝青可有效提升微表處的抗磨耗性和抗車(chē)轍性；李俊禧^[5]研發(fā)的高聚物改性乳化瀝青應(yīng)用在微表處上能夠顯著提升其抗滑性能。雖然目前針對(duì)超粘微表處開(kāi)展了一定程度的研究，但其在高速公路預(yù)防性養(yǎng)護(hù)中的應(yīng)用規(guī)模卻仍屬于較為初級(jí)階段，這主要是由于相關(guān)高速公路養(yǎng)護(hù)從業(yè)人員對(duì)該技術(shù)缺乏深度了解。為更好地促進(jìn)超粘微表處在高速公路預(yù)防性養(yǎng)護(hù)領(lǐng)域的推廣應(yīng)用，本文依托超粘微表處在廣西某高速公路實(shí)施的預(yù)防性養(yǎng)護(hù)項(xiàng)目，對(duì)其技術(shù)應(yīng)用流程及養(yǎng)護(hù)實(shí)施效果進(jìn)行全面分析，以期為相關(guān)高速公路養(yǎng)護(hù)從業(yè)者提供參考。

1 工程概況

廣西某高速公路于2018年通車(chē)運(yùn)營(yíng)，其路面結(jié)構(gòu)采用瀝青混凝土形式。該高速公路經(jīng)過(guò)數(shù)年運(yùn)營(yíng)，未出現(xiàn)較大結(jié)構(gòu)性病害，路面病害以集料輕微脫粒、瀝青膜剝落、輕微裂縫等早期典型病害為主。為進(jìn)一步評(píng)價(jià)道路整體路況水平，高速公路運(yùn)營(yíng)方于2022年采用多功能檢測(cè)車(chē)對(duì)道路進(jìn)行檢測(cè)評(píng)價(jià)，結(jié)果如表1所示。

由表1可知，原路面的PQI、PCI、RQI、RDI等指標(biāo)均為優(yōu)，僅有SRI這一指標(biāo)為良，這表示原路面整體路用性能較好，僅抗滑性能水平呈現(xiàn)明顯衰落。運(yùn)營(yíng)管理方從道路安全性能方面考慮，需在短期內(nèi)盡快提升道路的抗滑性能。考慮對(duì)原路面進(jìn)行銑刨重鋪會(huì)對(duì)原路面結(jié)構(gòu)層產(chǎn)生不必要的擾動(dòng)，同時(shí)對(duì)車(chē)輛正常通行也將產(chǎn)生較大影響，高速公路運(yùn)營(yíng)管理方綜合多方面因素決定對(duì)該路段實(shí)施預(yù)防性養(yǎng)護(hù)。超粘微表處的機(jī)械化施工程度較高，其施工快速高效，對(duì)道路交通影響較小，同時(shí)其整體加鋪厚度僅為1 cm，較銑刨重鋪更具經(jīng)濟(jì)性。綜合多方面考慮，決定選用超粘微表處預(yù)防性養(yǎng)護(hù)修復(fù)。

2 原材料

2.1 高黏復(fù)合改性乳化瀝青

高黏復(fù)合改性乳化瀝青具有兩大特點(diǎn)：（1）在材料上添加了高聚合物改性劑、復(fù)合增粘劑等特殊助劑；（2）在制備工序上增加了膠體磨剪切改性及特殊乳化工藝。基于上述特點(diǎn)，高黏復(fù)合改性乳化瀝青較普通乳化瀝青具備更好的粘結(jié)性能，這也是確保超粘微表處成功實(shí)施的關(guān)鍵。該項(xiàng)目所用高黏復(fù)合改性乳化瀝青檢測(cè)指標(biāo)如表2所示。

2.2 集料

超粘微表處作為加鋪在瀝青路面上的功能磨耗層，對(duì)集料的耐磨性能有著更高要求。粗集料采用的是4.75～9.5 mm（1^#料）和2.36～4.75 mm（2^#料）兩檔粒徑規(guī)格的玄武巖石料，細(xì)集料采用的是0～2.36 mm（3^#料）石灰石，主要性能檢測(cè)指標(biāo)如表3、表4所示。

2.3 水泥、纖維及拌和用水

水泥采用普通硅酸鹽水泥（PO.42.5），纖維采用聚丙烯短纖維（摻量為礦料用量的0.3%），拌和用水為常規(guī)自來(lái)水。

3 超粘微表處配合比設(shè)計(jì)

超粘微表處配合比設(shè)計(jì)是整個(gè)技術(shù)應(yīng)用的關(guān)鍵，其配合比設(shè)計(jì)流程與常規(guī)所用熱拌瀝青混合料有所區(qū)別，因此有必要對(duì)此進(jìn)行說(shuō)明，其具體設(shè)計(jì)流程如圖1所示，配合比設(shè)計(jì)過(guò)程中所涉及的相關(guān)指標(biāo)技術(shù)要求參考《公路瀝青路面養(yǎng)護(hù)技術(shù)規(guī)范》（JTJ 073、2-2001）中的相關(guān)規(guī)定。

3.1 礦料級(jí)配設(shè)計(jì)

在各類(lèi)材料篩分?jǐn)?shù)據(jù)基礎(chǔ)上參考同類(lèi)型工程經(jīng)驗(yàn)對(duì)超粘微表處進(jìn)行級(jí)配適配，最終確定1^#料∶2^#料∶3^#料：水泥的材料比例為30∶13∶55.5∶1.5，合成級(jí)配結(jié)果如圖2所示。

3.2 用水量確定

用水量會(huì)對(duì)超粘微表處混合料拌和時(shí)的稀漿稠度產(chǎn)生關(guān)鍵影響，因此確定合適的用水量是確保超粘微表處具備良好工作性的前提。項(xiàng)目參考同類(lèi)型工程應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，選用8%的油石比和不同用水量拌和混合料并進(jìn)行拌和試驗(yàn)和粘聚力試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如表5所示。

可拌和時(shí)間是混合料工作性能的評(píng)價(jià)指標(biāo)，而粘聚力指標(biāo)主要用于評(píng)價(jià)混合料能否快速成型達(dá)到滿(mǎn)足快速開(kāi)放交通要求。從表4的數(shù)據(jù)變化趨勢(shì)來(lái)看，混合料可拌和時(shí)間受用水量增加的影響會(huì)逐漸延長(zhǎng)。當(dāng)用水量為7%時(shí)，混合料拌和后的流動(dòng)性非常差，其可拌和時(shí)間也不滿(mǎn)足技術(shù)要求；當(dāng)用水量為8%時(shí)，混合料的可拌和時(shí)間雖然滿(mǎn)足技術(shù)要求，但從混合料拌和外觀質(zhì)量來(lái)看，其成漿效果一般且整體成型效果不佳。此外，用水量7%和8%條件下的混合料均無(wú)法滿(mǎn)足粘聚力指標(biāo)，無(wú)法達(dá)到快速通車(chē)的要求，這也從側(cè)面印證該用水量條件下混合料工作性能不佳的事實(shí)。只有用水量在7.5%的條件下，混合料既能滿(mǎn)足可拌和時(shí)間要求，又能保證混合料易于拌和，且能快速開(kāi)放交通。綜合拌和試驗(yàn)和粘聚力試驗(yàn)結(jié)果，最終確定用水量在7.5%最為適宜。

3.3 最佳油石比確定

通過(guò)濕輪磨耗試驗(yàn)和負(fù)荷輪粘附砂試驗(yàn)可以確定超粘微表處的最佳油石比。項(xiàng)目參考同類(lèi)型工程應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，選擇了不同摻量的油石比開(kāi)展1 h濕輪磨耗試驗(yàn)和負(fù)荷粘附砂量試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如圖3所示。

從數(shù)據(jù)變化趨勢(shì)來(lái)看，在油石比不斷增大的情況下，混合料的濕輪磨耗值會(huì)逐漸降低，而粘附砂量值則是逐漸升高。這是因?yàn)榛旌狭现袨r青含量會(huì)因?yàn)橛褪鹊脑龃蠖兌啵渲谐渥愕慕Y(jié)構(gòu)瀝青可顯著強(qiáng)化集料在混合料體系中的粘附性，因此混合料不會(huì)產(chǎn)生較多脫粒現(xiàn)象，導(dǎo)致濕輪磨耗值降低。但如果油石比超出最合適的摻量，此時(shí)混合料內(nèi)所需的結(jié)構(gòu)瀝青已充足，而多余的瀝青會(huì)以自由瀝青的形式泛出在混合料試件表面，所以試件表面會(huì)粘附較多標(biāo)準(zhǔn)砂導(dǎo)致粘附砂量值較大。過(guò)低的油石比影響超粘微表處的使用性能，過(guò)高的油石比則容易造成瀝青材料的浪費(fèi)，因此必須確定一個(gè)合理的油石比。超粘微表處1 h濕輪磨耗值和粘附砂量值的上限值要求分別為540 g/m²和450 g/m²，結(jié)合圖中數(shù)據(jù)可確定瀝青用量容許范圍為6.9%～9.2%，綜合考慮取中值油石比8.0%為最佳油石比。

3.4 配合比檢驗(yàn)

為驗(yàn)證所選配合比是否滿(mǎn)足使用性能要求，按照選定配合比制備超粘微表處混合料進(jìn)行性能檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果如表6所示。

超粘微表處的厚度僅為1 cm，其本身是作為一種功能層進(jìn)行使用，所以一般不做抗車(chē)轍能力要求。但施工過(guò)程中為了保證路面的平整度要求，超粘微表處通常也會(huì)作為車(chē)轍填補(bǔ)料進(jìn)行使用，所以在前述檢測(cè)指標(biāo)基礎(chǔ)上增加了輪轍寬度變形率對(duì)其抗車(chē)轍能力進(jìn)行功能評(píng)價(jià)。從表6數(shù)據(jù)來(lái)看，所選配合比制備的混合料均滿(mǎn)足各項(xiàng)檢測(cè)指標(biāo)的技術(shù)要求，這表示該配合比滿(mǎn)足超粘微表處混合料的使用要求。此外，由于現(xiàn)場(chǎng)氣溫、材料、溫度等影響，在施工中可以根據(jù)具體情況對(duì)配合比進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，以確定最終的配合比。

4 超粘微表處養(yǎng)護(hù)效果評(píng)價(jià)

為準(zhǔn)確評(píng)價(jià)超粘微表處的養(yǎng)護(hù)實(shí)施效果，項(xiàng)目在超粘微表處實(shí)施完并通車(chē)1周后采用多功能檢測(cè)車(chē)對(duì)路況進(jìn)行了檢測(cè)，同時(shí)將工后路況檢測(cè)數(shù)據(jù)與實(shí)施前路況檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行效果對(duì)比，檢測(cè)結(jié)果如圖4所示。

由圖4可知，原路面各路況評(píng)價(jià)指標(biāo)在實(shí)施超粘微表處后均有所提升。原路面的PQI、PCI、RQI及RDI等路況指標(biāo)原本等級(jí)水平為優(yōu)，所以各項(xiàng)指標(biāo)數(shù)值在加鋪超粘微表處后提升幅度較小，增幅約為2%。但原路面SRI路況指標(biāo)等級(jí)水平為良，SRI在加鋪超粘微表處后等級(jí)提升為優(yōu)，增幅達(dá)到5%。這說(shuō)明超粘磨耗層作為一種預(yù)防性養(yǎng)護(hù)措施，對(duì)原路面的路況品質(zhì)可實(shí)現(xiàn)有效改善，尤其是在短期內(nèi)提升抗滑能力方面有顯著作用。

5 結(jié)語(yǔ)

超粘微表處作為普通微表處的升級(jí)版本，其所用原材料質(zhì)量、礦料級(jí)配及油石比等方面都有更為嚴(yán)格的限制。從整體實(shí)施效果來(lái)看，超粘微表處能夠快速提高路面的使用品質(zhì)，尤其是在抗滑性能恢復(fù)方面具備顯著效果，該技術(shù)在高速公路預(yù)防性養(yǎng)護(hù)領(lǐng)域具備良好推廣基礎(chǔ)。需要強(qiáng)調(diào)的是，本文僅從超粘微表處的配合比設(shè)計(jì)及具體應(yīng)用效果方面進(jìn)行了全面討論，但超粘微表處現(xiàn)場(chǎng)攤鋪的施工質(zhì)量控制、施工環(huán)境要求等方面的控制也尤為重要，項(xiàng)目在具體應(yīng)用時(shí)應(yīng)結(jié)合項(xiàng)目環(huán)境予以嚴(yán)格監(jiān)控，以確保超粘微表處的養(yǎng)護(hù)效果能夠得到充分發(fā)揮。

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