葛 晗，吴有威

(1.广东省高速公路有限公司粤赣分公司，广东 河源 517000；2.华运通达(广东)道路科技有限公司，广东 佛山 528300)

0 引言

我国高等级公路主要采用沥青路面结构形式。随着车辆荷载、时间、气候等因素的作用，沥青路面的使用性能会出现衰减[1-2]。通常磨耗层的寿命小于10年，每隔一定时间须定期对磨耗层进行维修和更换。沥青路面表面磨耗层设计一般采用厚度为4～5cm的改性沥青热拌混凝土[3-6]，如GAC-16、AC-13和SMA-13等。常规厚度的热拌沥青表面磨耗层存在的问题主要有：需大量优质石材、施工能耗高、寿命难以保证、终期磨损率远小于设计厚度、抗滑耐久问题以及应用的局限性等[7-8]。

粤赣高速公路建成通车以来运营状况良好，经过长期运营服务，加上近年来交通量的不断增长，导致水泥路面产生裂缝、断板、破碎板等病害。为满足司乘人员舒适性的要求，同时提高高速公路的服务质量，需对路基段水泥混凝土路面进行病害修复和沥青罩面(“白改黑”)品质化的提升改造。

针对以上问题，决定采用高韧超薄沥青磨耗层技术对粤赣高速公路进行加铺养护，该技术具有抗滑性好、耐久性好、透水、防滑、降噪等功能[9-13]。

1 高韧超薄沥青磨耗层方案设计

粤赣高速公路路面养护专项工程针对部分路段破损率及抗滑性能不足，且存在破碎板、脱空、错台等病害的情况，对既有水泥砼路面病害进行处治后(含换板、脱空压浆等病害处治措施)，采用4cmGAC-16C+6cmGAC-20(PG82)改性沥青混凝土(桥面、隧道和连续配筋段除外)进行加铺。为提高桥面抗滑及破损率(PCI)等性能指标，对水泥混凝土桥面、桥梁之间少量水泥混凝土路面的路基段及某些爬坡路段，加铺1.2cm厚的高韧性超薄磨耗层。对路面存在连续坑槽、拥包、唧浆和裂缝病害严重且集中的路段采取铣刨重铺GAC-16C改性沥青混凝土的处治方案，对路面出现微表脱皮、裂缝和坑槽等病害采取加铺2cmUTAC的处治方案。

图1 高韧超薄沥青磨耗层(GT-8)

1.1 技术特点

高韧超薄磨耗层系统是以特种高粘高弹沥青和高粘改性乳化沥青为混合料和粘结层的胶结料，采用同步摊铺的施工工艺，加铺厚度为0.8～2.0cm的高性能沥青混凝土面层。相比传统的磨耗层，具有较好的抗裂、抗渗和抗滑性能，可有效提升路面平整度、降低行车噪音。

病害处治完善后，加罩厚度为1.2cm的热拌高韧超薄磨耗层，采用同步摊铺设备，在热拌高韧超薄磨耗层摊铺的同时喷洒0.8～1.0kg/m2的偶联型SBS聚合物改性高粘乳化沥青作为粘结层，以确保超薄摊铺层和原桥(路)面的紧密粘结效果。

1.2 原材料

热拌高韧超薄磨耗层混合料所用的沥青胶结料为特种高粘高弹聚合物改性沥青(非树脂类改性)，沥青性能指标应符合表1要求。

表1 热拌沥青胶结料技术要求

沥青胶结材料性能的大幅提升，为开发厚度更薄、性能更优越的表面磨耗层结构提供了前提条件。对高粘高弹改性沥青以及其他常用的热沥青胶结料：Nova-Binder、PG 82-22 SBS高粘改性乳化沥青和A-70基质沥青进行性能对比，结果如表2及图2所示。试验结果表明：高粘高弹改性沥青的60℃动力粘度≥580 000Pa·s，60℃复合剪切模量G*为17.94kPa，相比Nova-Binder、PG 82-22 SBS高粘改性乳化沥青和A-70基质沥青，在高温抗变形能力、变形恢复能力与粘结性能上具有显著优势。

表2 不同热沥青胶结料的性能对比

图2 沥青原样与RTFOT后的对比

热拌高韧超薄磨耗层(同步)喷洒粘层油应采用偶联型SBS聚合物改性高粘乳化沥青(非SBR类改性)，沥青性能指标应符合表3的要求。

表3 聚合物改性乳化沥青技术要求

对高粘改性乳化沥青和Nova-Binder进行性能对比，结果见表4。表明：高黏改性乳化沥青蒸发残留物的60℃动力粘度为36 785Pa·s，软化点为82.5℃，15℃的拉拔强度为1.14MPa，相比Nova-Binder具有更好的层间黏结能力和高温稳定性。

表4 不同乳化沥青的性能对比

1.3 混合料配合比

本项目采用UTAC-8型混合料。UTAC(Ultra-thin Asphalt Concrete，超薄沥青混合料)是一种基于断级配设计理念的骨架型密级配沥青混合料，是借鉴了法国BBTM以及SMA和Nova-Chip而改进的一种薄层加铺材料,具有相对优良的高温性能、抗滑性能和抗水损坏性能，相对突出的抗疲劳性能，良好的施工性能，表面美观均匀，经济性良好，可广泛应用于养护或预防性养护沥青罩面工程以及新建工程。UTAC-8结构的最小施工厚度为2cm，适合于路基段、桥面等路段加铺，一般采用5～8mm粗集料和机制砂配制。

1.3.1 集料

粗集料主要采用0～3mm和5～8mm的规格料。碎石应质地均匀、坚硬、洁净、无风化、无杂质，颗粒表面粗糙、耐磨，其中5～8mm规格料的颗粒形态方正，棱角丰富。

机制砂应采用质地均匀的规格料利用制砂机专门加工。当采用非碱性石料加工时，应加入占集料总质量1%～2%左右的水泥。

1.3.2 改性沥青

所用沥青采用PG76及以上品质的改性沥青。

1.3.3 配合比设计

超薄磨耗层对密水性能、耐久性、结构稳定性等要求较高，在级配选型时优先考虑既有稳定骨架结构、又具备高密实性的骨架密实型级配。各沥青面层热拌沥青混合料级配应符合表5的要求,混合料设计流程如图3所示。

表5 热拌沥青混合料级配组成技术要求

图3 混合料设计流程

配比设计过程中，采用车辙试验、浸水马歇尔试验、冻融劈裂试验和肯塔堡飞散试验对高韧沥青混合料的综合路用性能进行评价测试；采用应变控制模式的四点弯曲疲劳试验方式来分析高韧沥青混合料和其他高性能沥青混合料的疲劳特性。试验结果见表6和表7。

表6 高韧沥青混合料常规性能评价测试结果

表7 四点弯曲疲劳寿命测试结果

结果表明：骨架密实型级配的高韧沥青混合料具有良好的抗车辙性能与抗滑性能，远大于常规沥青膜厚度的设计，大幅提升了高韧沥青混合料的抗疲劳开裂性能，在大应变测试水平下的疲劳寿命达到90多万次，远高于其他类型的桥面铺装混合料。

2 水泥混凝土原路面的处治

本次设计主要的处治内容：对破碎板进行换板处理，同时对脱空板进行注浆稳板处理，最后对水泥路面进行沥青混凝土加铺罩面；对抗滑性能不足的部分沥青路面进行原路面病害处治后采用2cmUTAC材料进行罩面；针对抗滑性能不足的个别水泥混凝土桥面，采用高韧超薄沥青磨耗层进行预防性养护。

2.1 水泥路面病害处治设计

对出现裂缝板、破碎板等病害的原路面采用表8所示的措施进行处治。

表8 水泥混凝土路面板病害类型及处治措施

由于加铺路段总体路况较差，断裂板数量较多，为确保加铺后路面结构的承载力和耐久性，同时便于对病害板下的基层损坏程度进行判断和处治，故对加铺段落中破碎板、重裂缝板等板块采用换板的方式进行处治。

板块开挖后若发现基层松散，则清除松散基层，采用C20贫混凝土进行浇筑；若基层出现裂缝，则对基层裂缝采用改性乳化沥青进行灌缝封缝，然后用28cm抗折强度5.0MPa的混凝土进行恢复。

2.2 沥青路面铣刨

铣刨前先划出铣刨位置的轮廓线，然后用铣刨机按轮廓线进行铣刨。路面铣刨可分几次铣刨，第一次应将隆起部分铣刨掉，然后再按厚度控制铣刨深度及次数。

铣刨接缝的侧面涂热沥青，提高新旧路面的粘结效果。

3 高韧超薄沥青磨耗层的实施

3.1 施工

混合料的粗集料选用闪长岩、辉绿岩或玄武岩。石料进拌合场后，需增加水洗工艺处理，水洗采取“多级沉淀、循环利用”的方式。采用高压水且水源的PH值应大于10。水洗料4.75～9.5mm控制在不大于0.5%，9.5～13.2mm、9.5～16mm或9.5～19mm不大于0.3%。

混合料下面层摊铺速度1.5～2.5m/min，中面层摊铺速度2.0～3.0m/min，上面层摊铺速度2.5～3.5m/min。

混合料碾压时的碾压区间控制在30～50m。改性沥青路面压实度要求最大理论密度压实度为不小于93%，马歇尔密度压实度不小于97%。

3.2 实施效果

对高韧沥青薄层罩面的试验路或实体工程铺筑进行技术监控，并开展各实体路段的综合路用性能评价测试，据此提出高韧沥青薄层罩面的施工工艺和质量验收标准。验收方法和内容有行车噪音、拉拔粘结强度、三维探地雷达厚度、路面渗水系数、摆式摩擦仪摩擦系数、表面构造深度、路面平整度、长期性能跟踪观测和现场路面质量状况调查等。

检测结果表明，高韧超薄沥青磨耗层的总体实施效果良好：

(1)摩擦系数>60BPN，平整度<3mm。

(2)构造深度>1mm，桥面的抗滑性能得到大幅提升。

(3)层间拉拔强度>0.6MPa，表明薄层罩面与原水泥桥面的层间黏结效果良好。

(4)渗水系数<30ml/min，说明铺装层具有良好的压实度和密实性。

(5)实体路段进行全断面三维探地雷达扫描结果表明：高韧超薄沥青磨耗层的平均实施厚度为10mm，6mm为可实施的极限厚度，对路表不平整、轻度车辙具有较强的修复能力(图4)。

图4 原水泥混凝土路面

(6)水泥混凝土路面加铺前后行车噪音对比，车内噪音下降5.1dB～5.3dB，车外噪音下降4.5dB～6.8dB，实现大幅降低原路面行车噪音的效果(图6)。

图5 全断面三维探地雷达扫描结果

图6 车内噪音与车外噪音对比

4 结语

针对粤赣高速公路路面的相关病害，采用高韧超薄沥青磨耗层技术对其进行了加铺处治。该项技术实施调研显示：原有路面板块间接缝处出现路表标线开裂现象，开裂处裂缝逐渐扩展，但对应接缝位置的高韧超薄沥青磨耗层却未发生开裂；在胀缝位置发现薄层沿原胀缝竖向往下凹陷，但对应位置处高韧超薄磨耗层未发现开裂、脱皮、推移等病害。说明相关技术体系的实施，可有效改善原路面的噪音、平整度及病害问题。该技术具有良好的经济效益和社会效益。