公路养护工程超薄磨耗层沥青混凝土技术的应用

刘希成

（赣州市公路发展中心寻乌分中心,江西 寻乌 342200）

0 引言

NovaChip超薄磨耗层为1.5～2.5 cm厚的沥青混凝土路面层，具有抗滑、降噪、抗车辙、抗磨耗、减少水雾等性能优势，对于旧路功能性恢复、预防性养护及交通量大、路面性能要求高的新建高等级公路均较为适用。NovaChip是超薄磨耗层技术之一，其作为路面表面层具备优异的抗滑性能，能修复路面既有裂缝，提升路面平整度，并能有效延长路面使用寿命。当前国外学者对于NovaChip超薄磨耗层罩面的研究成果丰富，此项养护技术应用范围也日益广泛，但是国内对于NovaChip超薄磨耗层养护技术的研究多集中于工程养护效果方面，对超薄磨耗层沥青混凝土性能、配合比设计等研究较少[1]。通过该文分析，以期为NovaChip超薄磨耗层养护施工技术的推广应用提供参考。

1 工程概况

某公路桩号K31+000～K137+850，线路长106.85 km，采用沥青路面，双向四车道设计，于2012年年底建成通车。该公路所在区域气候条件恶劣，夏季高温，冬季冻融循环天气常见。根据对交通运行规模的统计，部分路段超载超限车辆多，货车通行量大，对应路段先后出现坑槽、裂缝、唧浆等病害。

为提升路用性能，公路管理部门决定于2021年底对病害路段加铺超薄磨耗层沥青混凝土。病害路段交通量大，无法完全封闭交通，故采用半幅施工半幅封闭的方式。为加快施工进度，半幅施工时采用流水作业，按照1.5 cm厚度铣刨5 000 m长度，采用清水冲洗铣刨后的路面，晾晒至少24 h并确保路面完全干燥后用鼓风机将路面和缝隙中的杂物、尘土、松散颗粒彻底吹除，此后开始摊铺，铺筑厚度为2 cm的断级配超薄磨耗层罩面。

2 原材料及配合比

2.1 原材料

公路养护中超薄磨耗层沥青混凝土所使用原材料包括粗细集料、沥青、矿粉、抗剥落剂等。

（1）集料：磨耗层因位于公路路面表层，直接承受交通荷载，耐磨方面有较高要求，故粗集料应使用白云石、玄武岩、破碎砾石、辉绿岩等高等级公路路面集料。该工程选用干燥洁净、表面粗糙、无风化、耐磨性优良的玄武岩，分5.6～8 mm、8～11.4 mm两档。细集料则使用干燥洁净、无杂质、无风化、粒径4.75 mm以下的石灰岩机制砂，分0～1.2 mm、1.2～2.5 mm两档。具体指标见表1。

表1 粗细集料性能

（2）沥青：沥青材料既要对集料有较好的握裹力，具备高黏附性，还要具备抗剥离性、防水性和抗磨耗性，故该工程选用超薄磨耗层专用的SBS改性沥青，性能指标具体见表2。

表2 SBS改性沥青性能

（3）矿粉：选用工程所在地光明石料厂石灰岩矿粉，性能见表3。

表3 矿粉性能

（4）抗剥落剂：该工程使用AR78型固体抗剥落剂，按照沥青用量的3‰掺加。

超薄磨耗层混合料为断级配沥青混合料[2]，其纹理与开级配磨耗层类似，可显著提升路表层的耐磨性和抗滑性。结合类似工程施工经验，NovaChip磨耗层抗剪性能比其他级配优异，且路用性能优良，故该公路试验段超薄磨耗层采用NovaChip级配。在摊铺厚度的制约下，超薄沥青混凝土主要以公称粒径在13 mm以内的细粒式混凝土为主，级配具体见图1。

2.2 配合比设计

采用应用较为广泛的马歇尔配合比设计方法进行该公路养护超薄磨耗层配合比设计，为验证超薄磨耗层性能及配合比是否满足《公路沥青路面设计规范》（JTG/D50—2017）要求，还增加了飞散试验和沥青混合料析漏试验。按照沥青用量分别为4.5%、5.0%、5.5%、6.0%、6.5%成型试件，并进行马歇尔试验，试验结果见表4。

表4 马歇尔试验结果

结合规范以及控制沥青油膜厚度的考虑，应将最佳油石比确定为5.2%，并在该油石比下进行沥青混合料飞散试验和析漏试验，试验结果均符合规范。

3 路用性能验证

高速公路超薄磨耗层在运行过程中同时受到交通荷载及自然因素的作用，这就对超薄磨耗层力学强度、抗磨耗性、耐久性、抗滑性及行车舒适性提出较高的要求。在施工方案设计阶段，必须全面研究超薄磨耗层的高温稳定性、低温抗裂性、水稳性等路用性能。根据《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTG/E20—2011）成型NovaChip试件，展开车辙试验、浸水马歇尔试验、冻融劈裂试验、渗水试验等。

3.1 高温稳定性

将成型14 h的A、B、C三组标准车辙板试件放置在60 ℃烘箱中养护4 h，在60 ℃的温度下展开车辙试验，试验荷载0.7 MPa。根据试验结果，A、B、C三组试件动稳定度分别为8 484次/mm、8 971次/mm、9 489次/mm，均值为8 981次/mm；车辙深度依次为1.56 mm、1.47 mm、1.45 mm，均值为1.48 mm。根据试验结果，NovaChip试件动稳定度高出规范值3 000次/mm，车辙板深度小，高温稳定性能优异。

3.2 水稳性

沥青路面结构在水环境下经过温度胀缩及交通荷载的反复作用，水分将侵入沥青和集料界面而形成水膜，并在水动力影响下，使沥青膜从集料表面剥离，引发路面病害。评价超薄磨耗层沥青混凝土水稳性的方法主要是通过浸水马歇尔试验，制备两组马歇尔试件，分别在60 ℃水中养护30 min和48 h，检测并比较两组沥青混凝土试件浸水前后力学性能的变动程度[3]。根据试验结果，NovaChip试件的水稳性均满足规范。

3.3 低温抗裂性

为验证超薄磨耗层沥青混合料低温抗裂性，制备长×宽×高为40 mm×40 mm×250 mm、跨距200 mm的小梁试件，进行-10 ℃弯曲试验。试验在MTS810闭环电液伺服机上展开，并按照50 mm/min的速率加载。根据试验结果，在-10 ℃的低温下，超薄磨耗层沥青混凝土弯拉应变为3 087 με，表明沥青混合料具备较好的低温抗裂性。

4 超薄磨耗层施工要点

4.1 底层处理

在加铺超薄磨耗层沥青混凝土罩面前必须全面检测原路面外观及内部质量，处理和修复原路面病害，具体而言：①对于宽度在0.6～1.3 cm之间的裂缝采用膨胀率达标的填缝料填补；对于宽度在1.3 cm以内的裂缝通过沥青砂填补后压实即可；②深度在2 cm以上的坑槽、疲劳裂缝、网裂及局部积水等病害必须填补；③错台1 cm以上的区域应先通过压浆填补脱空后再加铺找平层处理；④在对旧路面铣刨处理前，应检查精刨刨鼓、刀头磨损等情况，并尽可能以较低速度铣刨，避免破坏原路面；⑤对于路面两侧或人工收缩缝两侧等铣刨机无法铣刨到的预留部位，应采用人工方式清扫。待原路面平整度和横坡度均恢复后，通过清水彻底清洗路面，并晾晒24 h保证原路面清洁干燥，并无松散及不稳定颗粒。

4.2 超薄磨耗层沥青混凝土制备

混合料拌和前应进行拌和机计量系统的检查和校准，并检修机械传动及传送系统，确保运转正常。根据实际生产能力及施工进度计划调整、更换热料仓筛网。

在冷料仓取料后采用水筛法进行筛分试验[4]，根据试验结果和设计级配调整冷料进料比、冷料上料器振幅、转速及料门运转角度。此后从热料仓取料，进行筛分试验，根据试验结果和设计级配调整热料仓进料比。最后通过旋转压实仪压实后确定沥青用量和体积性质[5]。根据以上结果调整施工配合比。

该工程采用DJ4000型间歇式沥青拌和机进行超薄磨耗层沥青混凝土生产，集料和沥青加热温度应控制在180～190 ℃和165～175 ℃之间，拌和温度不超出170～180 ℃，拌和时间为30～45 s。制备好的超薄磨耗层沥青混合料通过15 t自卸车运输。混合料装车前，必须在车厢侧面和底部均匀涂抹防黏剂。装料期间车辆应前后移动，分次装料，减少集料离析，装车后采用双层防雨布覆盖车厢，起到防尘、保温的效果。

4.3 摊铺及碾压

摊铺施工前在原沥青混凝土路面喷洒Novabond黏层油，喷洒量精确控制在1 L/m2，黏层油喷洒后5 s内进行超薄磨耗层混合料摊铺，摊铺过程由专门的NovaPaver施工机械一次完成，该专用机械的使用能确保断级配沥青混合料和防水黏结层同步施工，一次成型。此时，乳化沥青上升后裹覆热拌沥青混合料。待Novabond黏层油破乳后超薄磨耗层沥青混凝土层便和原路面牢固黏结，随后由压路机碾压成型。摊铺温度控制在150～170 ℃之间，摊铺速度为9～12 m/min，摊铺过程中螺旋布料应持续转动，且混合料高度应至少达到布料器高度的2/3，防止混合料出现离析。

超薄磨耗层碾压施工过程与SMA施工过程基本一致，NovaChip沥青混凝土碾压既要提升压实度，又必须保证集料稳定嵌挤，故该公路超薄磨耗罩面层碾压施工仅通过1台10～12 t双钢轮压路机静压3遍，即初压、复压和终压。为保证碾压质量，应在热沥青混凝土摊铺完成且路面温度降至120 ℃前紧跟压实。压路机不得在未碾压成型及摊铺后的热沥青层面停留、转向和掉头。

纵向接缝采用垂直接缝形式[6]，压路机碾压时应位于已经压实层面，先碾压新铺筑面层，再逐渐错过新铺筑面层后和新摊铺混合料一起碾压，最后进行纵向碾压，保证接缝处混合料平顺密实。

4.4 验收标准

结合现行沥青混凝土路面施工技术规范及验收标准，该公路养护工程超薄磨耗层施工结束后应按照表5要求展开质量检测和验收[7]。验收结果表明，该公路路面NovaChip超薄磨耗层沥青混凝土施工质量符合验收要求。

表5 超薄磨耗层施工质量验收要求

5 结论

综上所述，NovaChip超薄磨耗层沥青混凝土养护技术能快速恢复病害路面路用性能，但是无法解决结构性病害，故在磨耗层施工前必须彻底处理好原路面病害。因使用性能优良的改性乳化沥青黏结层、面层混合料及先进的NovaPaver施工机械，超薄磨耗层沥青混凝土路面抗磨耗、抗滑、抗渗水性能优异，可有效防止降雨天气下路面水膜的形成，提升路面平整度，工期短，能在不中断交通情况下半幅施工并快速开放交通。