极薄磨耗层用于桥面沥青铺装预防性养护的应用研究

韦靖峰，王奔宇，童戴舟

(1.浙江台州甬台温高速公路有限公司 台州市 318000；2.浙江交工集团股份有限公司设计院分公司 杭州市 310000)

0 引言

重丘区高速公路地形复杂，桥隧结构物占比高，桥面沥青铺装维修难度大。以台金高速公路(S28)为例，全线共有桥梁237座，其中特大桥11座，大桥64座，中小桥162座，单幅全长82483m，桥面沥青铺装对整体路况影响权重较大，维持和提升桥面沥青铺装的技术状况是台金高速公路路面养护工作的重点和难点。

依托台金高速公路路面整修工程中桥面沥青铺装实施极薄磨耗层的预防性养护的工程实例，对极薄磨耗层的原材料和配合比进行优化、设计和性能验证，根据极薄磨耗层的特点和路面使用性能的要求，提出相应的施工工艺和质量控制要点。

1 工程概况

台金高速公路上行塘头朱大桥(K65+800～K66+400)原桥面沥青铺装层采用4cm改性AC-13C沥青混合料和6cm改性AC-20C沥青混合料的结构形式，通车运营已逾10年，桥面沥青铺装出现明显老化现象，局部还出现横纵向裂缝(修补)、龟裂、坑洞和补丁等破损病害。详见图1。

图1 路面破损指数PCI和病害类型随里程变化图

路表功能方面，该桥面沥青铺装层平整度偏低，且构造深度和抗滑性能也有所下降，致使路面打滑、刹车不灵、雨天行车产生严重水雾，对行车安全带来隐患[1-2]。详见图2。

图2 国际平整度指数IRI和构造深度随里程变化图

为了修复塘头朱大桥桥面沥青铺装局部破损，提升整体平整度和抗滑性能，延长路面使用寿命，对沥青桥面铺装实施加铺极薄磨耗层的预防性养护措施。

2 原材料及性能

2.1 改性沥青

(1)沥青胶结料

极薄磨耗层采用的沥青胶结料为添加专用复配剂的SBS改性沥青，其主要指标检测结果见表1。

表1 沥青胶结料主要指标检测结果

从表1极薄磨耗层用沥青胶结料的主要指标检测结果可以看出，掺入专用复配剂的沥青胶结料的60℃动力粘度指标为61193Pa·s，弹性恢复指标为89%。相比于SBS改性沥青的对应指标要求，得到了明显的提升，达到了GB/T 30516-2014中高粘高弹沥青(60℃动力粘度>20000Pa·s，弹性恢复>85%)的技术要求。

(2)层间粘结材料

层间粘结效果的好坏是影响路面使用寿命的重要因素之一，极薄磨耗层由于其厚度薄，极易由于层间粘接不足导致层间剪切破坏。因此，极薄磨耗层用层间粘结材料以及其层间粘接效果有必要进行专门比选和验证。

层间粘结材料选用自制改性乳化沥青，其主要指标检测结果见表2。

表2 自制改性乳化沥青主要指标检测结果

从表2自制改性乳化沥青的主要指标检测结果可以看出，自制改性乳化沥青的固含量为66.7%，软化点(环球法)为62.5℃，具有高固含量和高软化点的特点。为了进一步验证其层间粘结效果，进行了3种不同乳化沥青的层间直剪试验，试验温度25℃，剪切速率20mm/min，采用不同乳化沥青作为粘层油的层间抗剪强度随竖向荷载大小的变化规律见图3。

图3 不同层间粘结材料层间抗剪强度与竖向荷载的关系

层间的抗剪强度来源于粘结力和摩阻力，当竖向荷载较小时，抗剪强度主要取决于粘结力；当竖向荷载较大时，摩擦力起主导作用[3-4]。层间直剪试验结果表明：当竖向荷载为0.1MPa，自制改性乳化沥青的高粘结性被充分体现，其抗剪强度分别为普通乳化沥青和改性乳化沥青的3.57倍和1.56倍；当竖向荷载达到0.5MPa时，粘结力的作用占比相对变小，三种层间材料的抗剪强度差异也相对缩小，但自制改性乳化沥青仍具有一定的优势，其抗剪强度分别为普通乳化沥青和改性乳化沥青的1.24倍和1.13倍。

2.2 集料

考虑到极薄磨耗层需要在较小的粒径范围中形成骨架结构，对粗集料级配有特殊要求，所用的5～8mm的粗集料、0～3mm的细集料和矿粉的级配要求和筛分结果见表3。

表3 集料筛分结果

3 配合比优化设计

3.1 级配设计

极薄磨耗层混合料的级配中，除了采用常规沥青混合料使用的标准筛孔尺寸控制上下限以外，增设6.3mm特定筛孔，其通过率控制在70%～100%。

采用表3中5～8mm的粗集料、0～3mm的细集料和矿粉三档料按照70∶29.5∶0.5的比例合成极薄磨耗层混合料的级配曲线，如图4所示。

图4 级配曲线

3.2 沥青用量确定

按照上述级配和体积法测算，沥青用量初定为4.5%、4.8%、5.1%、5.4%和5.7%，分别制备五组不同沥青用量的马歇尔试件，试件制备中拌和温度控制在175～185℃，有效拌和时间不小于45s；短期老化温度控制在170℃；成型温度控制在160～170℃；采用旋转压实的压实方式，压实次数125次。五组混合料试件的体积性质、粉胶比和油膜厚度见图5。

图5 不同沥青用量下的混合料体积性质、粉胶比和油膜厚度

根据图5得出，沥青用量为5.1%是比较合理的，确定为混合料的最佳沥青用量。

3.3 混合料性能验证

通过析漏试验、冻融劈裂试验和动稳定度试验对极薄磨耗层混合料的性能进行验证。其中析漏试验和动稳定度试验按照规范T 0732-2011的试验方法进行；冻融劈裂试验按照改进的AASHTO T283的试验方法进行。采用设计级配、沥青用量5.1%制备的混合料相应试验结果见表4。

通过表4性能验证结果可以看出，极薄磨耗层混合料具备了较好的抗析漏性能、水稳定性能和抗车辙性能。

表4 性能验证结果

4 施工工艺及质量控制

4.1 施工工艺

(1)混合料生产

按照目标配合比进行生产配合比调整，生产配合比调整的所有材料、过程和工艺应完全与实际生产时一致，包括沥青、矿料、筛网配置、上料速度、加热温度、拌料量、拌和时间、除尘强度等。

(2)摊铺

摊铺机械设备采用同步摊铺机1台，摊铺设备必须可以实现混合料摊铺和改性乳化粘层喷洒同步完成；混合料摊铺温度应控制在160～170℃；层间粘结用改性乳化沥青需在40～70℃的温度下喷洒，摊铺前对摊铺机喷洒量进行标定，确保施工时喷洒量精确。

(3)碾压

采用9～12t的双钢轮压路机静态碾压，压实遍数一般为两遍。碾压必须在路面温度降至120℃之前完成，路面温度降至50℃之前不能开放交通。

4.2 质量控制

根据极薄磨耗层的特点和路面使用性能，结合我国热沥青混凝土路面的国家验收标准，对极薄磨耗层采用了以下验收标准：

(1)表面应平整均匀，不应出现泛油、松散、裂缝和明显离析等现象，有上述缺陷的面积之和不得超过验收面积的0.03%。

(2)纵向接缝应紧密、平顺，且粘层乳化沥青不可搭接喷洒。

(3)极薄磨耗层与路缘石及其它构筑物应密贴接顺，不得有积水或漏水现象。

具体实测项目相关指标要求如表5所示。

5 结语

对极薄磨耗层用原材料进行性能改善，检测结果表明：掺入专用复配剂的沥青胶结料的60℃动力粘度为61193Pa·s，弹性恢复指标为89%。达到了高粘高弹沥青的技术要求。

自制改性乳化沥青固含量为66.7%，软化点(环球法)为62.5℃，具有高固含量和高软化点的特点，作为层间粘结材料可以提供优良的抗剪强度，当竖向荷载为0.1MPa时，抗剪强度为普通乳化沥青和改性乳化沥青的3.57倍和1.56倍。

混合料配合比设计中，通过增设6.3mm控制筛孔对级配进行优化，通过率控制在70%～100%。粗集料、细集料和矿粉按照70∶29.5∶0.5的比例合成级配，进一步确定了最佳沥青用量为5.1%。通过析漏试验、冻融劈裂试验和动稳定度试验对极薄磨耗层混合料的性能进行验证。

结合极薄磨耗层在台金高速公路上行塘头朱大桥桥面沥青铺装预防性养护工程中的应用实例，系统总结了极薄磨耗层施工质量控制要点。