高性能超薄层罩面TOL-10沥青混合料设计与工程应用

朱浩然 刘林林 刘爱华 于明明

摘要：为了解决普通超薄层罩面出现脱层、裂缝等病害问题，文章通过引进美国超薄层罩面TOL-10沥青混合料技术，基于体积-性能平衡混合料设计方法理念，采用高性能沥青胶结料，进行了室内混合料设计及性能评价，并依托宿迁S324实体工程，采用同步施工工艺，铺筑了TOL-10沥青混合料试验段。研究结果表明：室内采用体积性能平衡设计方法是可行的，超薄层罩面TOL-10沥青混合料具有良好的路用性能。

关键词：超薄层罩面;TOL-10沥青混合料;体积性能平衡设计;性能验证;现场施工

0 引言

超薄层罩面技术是一种新型的预防养护措施，其基本上起不到增加路面强度的作用，属于非结构性的道路表面养护层技术，其通常用于道路预防性养护或处理道路轻、中病害，能够有效地改善路面的表面性能，使病害的出现时间得到延缓，使道路使用年限得到延长，有利于当前道路建设和养护需要[1][2]。

目前普通超薄层罩面沥青路面易出现脱层、裂缝等病害问题，而传统普通热拌混合料的主流设计方法是体积设计，即以材料的体积性能分析为基础，评价材料的路用性能，不适用于超薄层罩面混合料设计。同时，普通超薄层罩面沥青混合料施工大多采用传统的施工工艺，存在施工机械容易损坏乳化沥青膜和施工效率低下的问题，这也是导致超薄层罩面沥青路面易出现脱层的原因。因此，为解决超薄层罩面病害问题，提升超薄层罩面的使用寿命，需要进一步对超薄层罩面沥青混合料进行专门设计及对其性能开展研究，并对施工工艺进行改进[3][4]。

因此，本研究依托宿迁S324省道大中修建设工程，通过采用体积-性能平衡设计方法和同步施工工艺技术手段，开展TOL-10沥青混合料技术的应用研究。本研究对于扩大TOL-10沥青混合料技术的应用规模，提高沥青路面的耐久性及延长其使用寿命具有重要的意义。

1 超薄层罩面TOL-10设计及室内性能评价

1.1 原材料质量检测

沥青胶结料选用自制的高粘改性沥青，由SBS改性沥青加入高粘添加剂剪切搅拌而成，比例为SBS改性沥青∶高粘添加剂=96∶4。集料选用质量合格的玄武岩矿料，矿粉采用石灰岩等碱性石料经磨细而得。沥青胶结料检测结果如表1所示。

1.2 矿料级配的选择

TOL-10混合料最大公称粒径为9.5 mm，结合SMA热拌混合料级配设计方法，初选粗、中、细三种级配，进行沥青混合料体积指标测试，以粗骨料骨架间隙率和矿料间隙率试验结果选择设计级配，选择沥青用量6.5%作为初试级配沥青用量[5]。详见表2～3。

从表3试验结果可以看出，级配C的VFA不满足要求，级配A和级配B的VMA和VCAmin满足指标要求。参照JTG F40-2004规范SMA配合比设计要求，当有1组以上的级配同时符合要求时，以粗集料骨架分界集料通过率大且VMA较大的级配为设计级配，但级配B空隙率较接近目标空隙率，因此，选择级配B为设计级配。

1.3 最佳沥青用量的确定

1.3.1 体积指标

选择设计级配B，在沥青用量6.5%的基础上，另选取6.8%和6.2%沥青用量分别进行马歇尔体积指标测试。详见表4。

1.3.2 性能试验

本研究的TOL-10混合料配合比设计采用体积-性能平衡设计的方法，对初定的设计级配B，在沥青用量为6.2%、6.5%、6.8%的条件下分别成型混合料试件，进行路用性能试验。试验结果见表5。

从表5试验结果分析得出：（1）级配B在沥青用量为6.2%、6.5%和6.8%条件下的各项路用性能指标均满足路用性能要求;（2）級配B在沥青用量为6.5%条件下的空隙率为4.3%，虽不满足目标空隙率的要求，但各项路用性能均较优，考虑体积-性能平衡设计的理念，可确定最佳沥青用量为6.5%;（3）结合级配B的性能试验结果，考虑体积-性能平衡设计的特点，建议采用最佳沥青用量为6.5%进行实际工程应用。

2 试验路应用

为进一步检验超薄层罩面TOL-10沥青混合料的路用性能，为后续的研究提供试验资料，同时也为今后的超薄层罩面TOL-10沥青路面研究提供一些实践经验的支持，根据室内试验研究的结果进行了试验路铺筑和跟踪观测[6]。

2.1 试验路概况

超薄层罩面TOL-10沥青混合料试验段选址位于宿迁市S324省道路段，直接在原路面上加铺罩面。试验段桩号为上行路段K149+250～K149+500，全长约250 m，宽11.75 m，粘结层采用高粘改性乳化沥青，洒布量为0.6 L/m2，罩面层厚度约为2.5 cm。在试验段铺筑之前，根据室内试验的结果进行了生产配合比的调试和拌和楼的试拌工作。

2.2 试验路实施及现场检测

2.2.1 原路面处理

试验段所处的原路面存在横向裂缝、轻微车辙病害，总共有10条横向裂缝，1处轻微车辙（≤15 mm）。

对原路面横向裂缝进行集中处治，处理方案为：先沿着原路面横向裂缝处铣刨，宽度为1 m，深度为4 cm，再贴抗裂贴（50 cm宽），长度为整个横向裂缝，最后进行回填混合料压实。此外轻微车辙不处理，直接铺筑即可。同时对原路面标线进行彻底清除。

2.2.2 混合料生产

沥青加热温度控制在175 ℃～185 ℃，混合料拌和温度为180 ℃～185 ℃，混合料出料温度控制在175 ℃～190 ℃，超过195 ℃予以废弃。

2.2.3 现场施工

对原路面进行病害处治和标线清洗后，使用路面清扫车对原路面进行清扫，保持原路面干燥和整洁。现场摊铺使用1台RP600同步摊铺机摊铺，采用同步摊铺工艺。摊铺机上有改性乳化沥青罐装置，对沥青罐质量进行实时监测，并显示在摊铺机操控屏中，可实现粘层油和混合料同步摊铺，保证了粘层油质量和施工效率。摊铺宽度为4 m，摊铺系数为1.2，摊铺速度为10～13 m/min。改性乳化沥青在70 ℃的温度下喷洒，洒布量约为0.6 L/m2。现场摊铺沥青混合料温度检测结果见表6。

初压双钢轮压路机碾压速度为3 km/h左右，静压遍数为2遍;复压双钢轮压路机碾压速度为3 km/h，震动碾压4遍;终压双钢轮压路机碾压速度为3 km/h，静压遍数为2遍。从试验段碾压完毕后正常断面铺面效果来看，铺面较为均匀，无明显油斑和大面积离析现象。

2.2.4 工后检测

本次试铺段现场检测采用随机抽检的方式进行，试验结果均满足要求。芯样厚度、压实度及渗水、构造深度、摩擦系数均满足规范要求。详见图2～5和表9。

2.2.5 后续性能观测

通车半年后，沥青路面表面没有车辙、裂缝等病害，路面整体状况良好。

3 结语

本研究基于体积-性能平衡设计方法理念，对超薄层罩面TOL-10沥青混合料进行了设计和性能验证，并采用同步施工工艺进行了试验段铺筑，得到以下结论：

（1）体积-性能平衡设计方法首先根据体积指标选取设计级配，然后选取不用沥青用量同时进行马歇尔试验和各项路用性能试验，综合体积和性能试验结果，最后确定最佳沥青用量。

（2）采用体积-性能平衡方法设计的TOL-10混合料路用性能较优，验证了体积-性能平衡设计方法的可行性。

（3）采用同步施工工艺避免了乳化沥青膜被破坏，提高了施工效率，保证了超薄层罩面TOL-10沥青混合料的施工质量。

（4）超薄层罩面TOL-10沥青混合料路用性能良好，能够有效地改善原路面的表面性能，道路使用年限得到了延长，具有较大的推广价值。

参考文献：

[1]孙祖望，任 民.沥青路面预防性养护实用技术[M].北京：中国建材工业出版社，2017.

[2]曹晓娟.温拌沥青混合料超薄罩面技术概述[J].建筑工程技术与设计，2014（31）：1 016.

[3]冯新军，查旭东，汪文渊，等.基于抗车辙和抗开裂的沥青混合料平衡设计[J].武汉理工大学学报，2011，33（5）：86-89，112.

[4]毛 琪.基于层位特性的中面层沥青混合料平衡设计法初步研究[D].武汉：武汉工程大学，2018.

[5]JTGE20-2011，公路工程沥青及沥青混合料试验规程[S].

[6]JTGF40-2004，公路工程沥青路面施工技术规范[S].

作者简介：朱浩然（1983—），博士，研究方向：道路养护设计与研究;

刘林林（1991—），硕士，研究方向：道路材料与施工;

刘爱华（1987—），硕士，研究方向：道路結构与材料设计;

于明明（1988—），硕士，研究方向：道路养护设计。