MS3微表处配合比设计及在京港澳高速上的应用

李洪波 韩笑 张幸杰

前言

本文以京港澳高速公路新乡至郑州段工程为依托，主要介绍了微表处的配合比设计，粗细集料及乳化沥青的原材要求，MS3型级配的确定，通过可拌合时间确定用水量，通过湿轮磨耗试验和负荷轮碾压试验确定油石比，以及通过微表处的现场施工质量控制以保证施工质量，最后通过将近3年的使用和跟踪，没有出现大的病害，表明本次预防性养护效果良好。

1、工程概况

京港澳高速公路新乡至郑州段全长约全长92.873公里，于2004年建成通车。目前通过对京港澳高速公路新乡至郑州段路面病害统计，上行线沥青混凝土路面面积1138957.5平方米，破损率为7.86%，折算成损坏修补面积有89487.92平方米，下行线沥青混凝土路面面积为1142430平方米，其破损率为3.83%，折算成损坏修补面积有43749.27平方米。根据路面破损率（DR），制定处治方案如下：对于瀝青路面部分，3≤DR<8的轻度裂缝路段，采用微表处进行处理;路面使用微表处理的面积约65万平方米。对于DR≥8的重度裂缝路段，采用铣刨上面层5cm，补铺改性乳化沥青粘层+5cmSBS改性沥青混凝土AC-16C的方法处理。本课题主要研究微表处的配比及施工。

2.原材料性质及级配

本工程微表处混合料试验采用MS-3型微表处矿料级配。试验所用的一种玄武岩矿料4.75-9.5mm产地为平顶山威纳利;另两种石灰岩矿料米石和机制砂产地均为：新乡辉县天利。水泥产地为：新乡辉县天瑞水泥厂。改性乳化沥青BCR型改性乳化沥青。经检验粗细集料各项指标均满足规范要求。

表1 矿料的筛分结果及合成级配

图1 矿料合成级配曲线图

在设计微表处配合比时需要检测乳化沥青的固体物含量，因而对乳化沥青按JTG F40-2004规范要求进行了蒸发残留物含量的检测，经实测蒸发残留物含量为63%，试验结果符合JTG F40-2004中关于BCR型改性乳化沥青不小于60%的相关技术要求，5天储存稳定性小于5%。

在微表处沥青混合料配合比设计试验中，根据三种矿料和一种水泥的筛分结果，依据JTG/T F40-02-2005《微表处和稀浆封层技术指南》中关于MS-3型微表处矿料级配范围对矿料进行配合比计算。本项目采用的MS-3型微表处矿料的合成级配计算结果与合成级配曲线图分别见表1和图1。

3.微表处配合比设计

根据三种矿料、水泥以及BCR型改性乳化沥青状态，按照经验分别选择7%、9%、11%和13%的总加水量进行可拌合时间试验。试验室温度为25℃，相对湿度为50%。在试验中只有当总加水量大于7%时，可拌和时间才能达到一分钟以上。当总加水量为9%时，改性乳化沥青混合料的拌和时间可满足大于120S的技术要求，且浆状良好，11%的总用水量浆状均偏稀。采用9%的总加水量进一步进行粘聚力试验，30min初凝时间粘聚力可达1.2N·m，完全成型后（60min）试样的粘聚力可达到2.0N·m。凭借以往试验经验选择五个油石比6.3%、6.8%、7.3%、7.8%、8.3%，进行了湿轮磨耗和负荷轮碾压试验。其试验结果见表2。通过试验油石比为6.3%的沥青混合料，在试验中因为沥青含量较少，制备的试样较松散，测得的湿轮磨耗值较大。

表2 五种油石比试验结果

上表可以看出：在以上油石比的配比中，只有油石比大于7.1%时试验结果满足湿轮磨耗试验的技术要求。只有油石比小于或等于7.5%时满足负荷轮碾压试验的技术要求。

图2 确定微表处最佳油石比的曲线

油石比在7.1%～7.5%范围内，能同时满足湿轮磨耗试验和负荷轮碾压试验的相关技术要求。为了保证混合料有良好的粘聚力，建议选择7.3%的油石比作为最佳沥青用量和9%的总用水量为最佳用水量。最终确定配合比设计结果为：总矿料：沥青：总水量： =100%：7.3%：9%（质量比），水包括改性乳化沥青中的水和外加水。换算成总矿料：乳化沥青：外加水=100%：12.2%：4.1%。

4.微表处施工

本次路面微表处理工程量为65万平方米，计划工期2个月。为了按期完成作业，要求同时开展两个作业面，稀浆封层车至少3部，确保作业连续，施工时，封两个车道，协调好微表处以及交通标线的施工次序，保证能够一次封闭交通，完成作业段内的所有工作，避免同一路段重复封闭，同时，要尽早回复交通。

表3 各种矿料的比例

微表处正式施工前，应选择合适路段摊铺试验段。试验段长度不小于200m。通过试验段的摊铺，确定施工工艺。根据施工段的摊铺情况，在设计配合比的基础上做小范围调整，确定施工配合比。施工配合比的油石比不应超出设计油石比

路面微表处应按下列程序施工：（1）彻底清除原路面的泥土、杂物等;（2）施画导线，以保证摊铺车顺直行驶，有路缘石、车道线等作为参照物的，可不施画导线;（3）摊铺车摊铺稀浆混合料;（4）手工修复局部施工缺陷;（5）初期养护;（6）开放交通。

根据施工路段的路幅宽度，调整摊铺槽宽度，应尽量减少纵向接缝数量，在可能的情况下，宜使纵缝位于车道附近。将符合要求的各种材料装入摊铺车内。将装好料的摊铺车开至施工起点，对准控制线，放下摊铺槽，调整摊铺槽使其周边与原路面贴紧。按生产配合比和现场矿料含水量情况，依次或同时按配比输出矿料、填料、水、添加剂和乳液，进行拌和。拌和好的混合料流入摊铺槽并分布于摊铺槽适量时，开动摊铺车匀速前进，需要时可打开摊铺车下边的喷水管，喷水湿润路面。摊铺速度以保持混合料摊铺量与拌和量基本一致为准。路面微表处施工时保持摊铺槽中混合料的体积为摊铺容积的1/2左右。

稀浆混合料摊铺后的局部缺陷，应及时使用橡胶耙等工具进行人工找平。找平时的重点是：个别超粒径粗集料产生的纵向刮痕，横、纵向接缝等。当摊铺车内任何一种材料快用完时，应立即关闭所有所输送材料的控制开关，让搅拌器中的混合料搅拌完，并送入摊铺槽摊铺完后，摊铺车停止前进，提起摊铺槽，将摊铺车移出摊铺点，清洗摊铺槽。在施工过程中不得随意抛掷废弃物。

改性乳化沥青蒸发残留物含量和矿料含水量发生变化时，必须调整摊铺车的设定，确认材料配比符合设计配比后方可继续施工。

初期养护：

（1）稀浆混合料铺筑后，在开放交通前禁止一切车辆和行人通行。

（2）微表处混合料摊铺后为了减低噪音，提高路面的平整度，可使用6t～8t轮胎压路机对已破乳并初步成型的稀浆混合料进行碾压。

（3）混合料能够满足并开放交通的要求后尽快开放交通。

5.结论

通过本次京港澳高速公路新乡至郑州段预养护项目微表处的配合比设计及养护施工。从2012年底施工结束到2015年6月份，通过对京港澳高速公路新乡至郑州段路面病害的调查跟踪情况表明，除了部分路段有横向裂缝外，几乎没有其他病害产生，表明本次预防性养护，防止了病害的进一步发展，提高了道路的运营质量，在一定程度上延长了路面的使用寿命，整体效果良好。