UTM超薄罩面在公路沥青路面预防养护工程中的应用

（重庆市铜梁区公路局,重庆 402560）

0 引言

基于“预防为主，防治结合”的路面养护方针，预防性养护逐渐得到公路管养人员的重视。在实际工程中，经常遇到路面抗滑、平整度等功能性衰退的情况，同时路面标高受到限制，对预防性养护提出了更高的要求，行业学者针对此展开了诸多的技术研究与工程实践。目前，最为广泛应用的预防性养护技术是热沥青混合料超薄层罩面[1]。

超薄层罩面作为预防性养护技术，其厚度一般为15～25 mm，虽然不能提高路面的承载能力，但是具有改善原路面抗滑、降噪、平整度等性能和造价低的特点[2]。最初，为了在节省造价的前提下恢复路面抗滑性能，法国采用了沥青混合料薄层罩面[3,4]，罩面先后由50～90 mm的表面层混合料（BBSG）到30～40 mm薄面层（BBM），后来随着结合料改性技术和摊铺设备的快速发展，罩面厚度朝着越来越薄的方向改进[5]。20世纪90年代，美国开发了Novachip超薄罩面施工技术，罩面最薄可达10 mm，它的出现极大促进了超薄罩面技术在世界范围内广泛应用[6,7]。国内在90年代尝试性利用对沥青路面利用超薄磨耗层进行预防性养护，但是结果并不理想，暂时性阻碍了超薄罩面在国内的发展。直至2001年，交通部公路研究所开展了《超薄磨耗层混凝土面层技术研究》，取得了丰硕的研究成果，极大推动了超薄罩面技术在国内的应用。目前，各式各样的超薄罩面技术虽然具有改善行驶质量、修复路表缺陷、延长路面寿命等特点，同时也存在一些不足：（1）薄层罩面与原路面的粘结性差，在水与载荷作用下极易发生推移、脱落等病害。（2）由于受级配合理性和材料性能限制，超薄罩面抗裂性不理想，而且经常出现车辙、松散、裂缝等路面病害[8]。（3）有些超薄罩面施工技术对设备依赖性强，需要专门的施工设备[9-11]。

UTM超薄罩面是一种厚度为10～20 mm的热拌沥青混合料加铺层，压实成型后可有效改善路面平整度和抗滑性能，降低道路行车噪音，具有优良的抗裂性和高温稳定性。本文依托S303铜昌路铜梁段沥青路面超薄罩面试验路，对UTM超薄罩面的抗滑性能、高低温性能、降噪性能等进行了评价。以期为UTM超薄罩面养护技术的推广应用提供参考。

1 工程概况

项目组对S303铜昌路铜梁段沥青路面进行了路面状况调查，发现路面整体结构状况良好，但是路面功能存在以下几个问题：

（1）路面抗滑性能不足。由于长时间的车轮对沥青路面的摩擦作用，导致表层沥青与集料磨耗，沥青路面构造深度明显减小，路面抗滑能力不足。另外，局部位置由于泛油导致路面抗滑性能下降。尤其在降雨天气，该路段的行车安全存在一定程度的隐患。

（2）路面裂缝与集料剥落。由于重载车辆和环境因素的共同作用，路面在服役期出现了少量的裂缝。另外，局部路段路表出现了集料剥落现象，是水损坏的初期表现。如果这些路面早期微损伤不能及时修复，路表水进入路面内部，将会危害路面结构的承载能力。

（3）路面行车噪音大。由于路面平整度状况不良，车辆行驶过程中存在轻微颠簸，不仅影响行车舒适性，而且产生的噪音对沿线居民的生活造成一定的困扰。

UTM超薄罩面不仅能够显著恢复沥青路面的抗滑性能和路面平整度，而且具有极强的抗反射裂缝能力，同时能够密封路表，避免路表水进入路面内部。与同类超薄罩面相比，该罩技术具有造价低，施工快（每天单车道可施工4公里），无需专门施工设备的优势。针对此情况，项目组决定采用UTM超薄罩面对该路段沥青路面进行预防性养护。

2 UTM超薄罩面技术特征

2.1 材料

UTM超薄罩面是双层结构，上层结构是热拌高粘弹改性沥青混合料层，下层是聚合物改性乳化沥青粘结层，具体的原材料技术指标以及混合料的配合比设计如下所述。

2.1.1 高粘弹改性沥青

UTM超薄罩面混合料对沥青的性能要求远高于普通沥青混合料，本工程所采用的沥青为高粘弹改性沥青，对集料具有极强的粘附能力，这将使骨料之间的粘结强度更高。其技术指标测试结果见表1。由试验结果可见，所用沥青的60℃动力粘度值大于50 000 Pa·s，是UTM超薄罩面的结构体系在重载交通条件下具有足够耐久性能的材料基础，最终保证罩面在恶劣条件下保证长期稳定性。

表1 高粘弹改性沥青主要技术性能

2.1.2 粘层沥青

根据路面结构中罩面受力特点，一般要求罩面层与原路面之间的粘结强度足够大[12,13]，以保证在使用寿命期内罩面不会发生脱层或推移破坏。上部沥青混合料结构层厚度越薄对粘层沥青的性能要求则更高。UTM超薄罩面采用的聚合物改性乳化沥青的主要指标测试结果如表2所示。该乳化沥青具有破乳速度快，破乳固化成型后粘结强度大，抗剪能力强等特点。同时，粘层不会不粘附车轮，可以避免出现常见的施工车辆对粘结层的破坏现象。

表2 改性高粘乳化沥青主要技术性能

2.2 配合比设计

2.2.1 配合比设计

集料采用重庆当地石灰岩，填料采用由石灰岩石料磨细得到的矿粉，最佳油石比为6.0%。罩面混合料的级配类型为间断型密级配，形成骨架密实型结构，这样既能保证路面的抗滑性能而确保行车的安全性，又可以有效地保护原路面结构以避免受到雨水的侵害。级配要求及目标配合比如表3所示。

表3 UTM超薄层罩面混合料级配

2.2.2 高温稳定性验证

罩面是路面与车轮直接接触的部分，如果形成车辙，将会影响路面的行车舒适性和路面使用寿命。因此，UTM超薄罩面应具有优异的高温稳定性，以提高路面抗车辙能力。采用车辙试验评价混合料的高温稳定性，按照JTG E20—2011规程“沥青混合料车辙试验”方法，在标准试验温度60℃与轮压0.7 MPa条件下进行。将UTM混合料与工程常用的密级配AC-13C及开级配OGFC-13混合料进行对比试验结果如图1所示。

图1 车辙试验结果

由图1可知，3种类型沥青混合料都具有较好的高温稳定性能，高温稳定性由高到低排序为：UTM超薄罩面沥青混合料＞开级配OGFC-13＞密级配AC-13。试验结果表明沥青混合料的级配类型对动稳定度的有很大影响。沥青混合料AC-13为连续级配悬浮密实结构，细集料含量最多，动稳定性能较差，而UTM及OGFC-13沥青混合料为粗骨料之间相互接触嵌挤形成骨架结构，能够更加有效抵抗剪切破坏，从而有更高的动稳定度。且UTM较OGFC-13有更多的细集料，细集料与沥青胶结料填充在骨料空隙之间，形成更高粘结力。故UTM超薄罩面在高温条件下能更好地抵抗变形破坏。

2.2.3 低温抗裂性能验证

图2 弯曲试验结果

旧路面通常会有一些裂缝，如果罩面层的抗裂能力不足，将在工后不久形成反射裂缝，危害路面使用寿命。采用弯曲试验，测定沥青混合料在规定温度和加载速率时弯曲破坏的力学性质，评价沥青混合料的低温抗裂性能。按照JTG E20—2011规程“沥青混合料弯曲试验”方法，在-10℃环境下进行弯曲试验，试验结果如图2所示。

由试验结果可以看到，3种类型沥青混合料破坏弯拉应变均满足规范中关于改性沥青混合料的破坏应变大于2 500 με的要求。UTM混合料破坏应变优于OGFC混合料，与AC密级配混合料的破坏应变，差值仅仅132 με。UTM高性能聚合物改性高黏高弹沥青粘结能力强，有很好的低温性能，能够提高UTM混合料低温抗裂性能。

3 UTM超薄罩面工后评价

3.1 厚度检测

施工完成后使用钢尺对UTM超薄层罩面厚度进行检测，检测结果如表4所示。

UTM超薄罩面施工采用一体式摊铺机进行摊铺，该罩面技术可以实现更薄的施工厚度，平均厚度为20 mm，并且极限厚度能达到10 mm，具有良好的社会经济效益。

表4 UTM超薄层罩面厚度测量结果

3.2 抗滑性检测

采用摆式摩擦仪对UTM超薄层罩面路面与原路面进行抗滑性能检测，以摆值（BPN）作为评价指标。检测前需用扫帚等工具将测试点清扫干净，将仪器沿路线方向摆放进行调平，然后对指针进行调零与滑动长度校核工作。检测结果如表5所示，与原路面相比，UTM超薄罩面的BPN值提高了72%。由此可见，UTM超薄罩面能够显著提高旧路面的抗滑性能。

表5 UTM超薄层罩面路面与原路面BPN值检测结果

3.3 噪声检测

图3 路面施工前后行车噪声水平

施工结束后，驾驶普通小客车以不同速度通过测试点，利用高精度噪音测试仪测定路面施工前后的噪声，检测结果见图3。检测结果表明，加铺UTM超薄罩面后路面行车噪音显著降低，车速越大降噪效果越明显。当行车速度70 km/h时，噪声降低了11.18%。

4 结论

本文依托S303铜昌路铜梁段沥青路面预防性养护工程，调查了路面质量状况和存在的问题，阐明了UTM超薄罩面主要的技术指标，通过室内和现场试验主要结论如下：

（1）UTM超薄罩面摊铺厚度能够达到20 mm，路面抗滑性能显著提高，BPN值较原路面提升了72%。

（2）UTM沥青混合料具有优异的高温稳定性，主要是因为粗骨料之间相互接触嵌挤形成的骨架结构，以及细集料与高粘弹改性沥青填充在骨料空隙之间能够有效抵抗剪切破坏。

（3）UTM混合料低温弯曲试验破坏应变优于OGFC混合料，与AC密级配混合料的破坏应变相当。

（4）UTM超薄罩面可以显著降低原路面的行车噪声，且改善效果随行车速度的增大而凸显。