高速公路沥青路面薄层罩面养护技术应用

郑君

（山西交通控股集团有限公司太原高速公路分公司，山西 太原 030006）

0 引言

高速公路沥青路面经长时间通车使用后难免出现一些病害，病害在产生初期并不会对正常行车造成太大影响，但如果未加处治任由其发展，将造成结构性破坏，威胁到行车安全。因此，在发现高速公路沥青路面出现早期病害后，应立即采取合理有效的技术措施加以养护处理，以恢复路面使用性能，延长路面整体使用寿命。目前，薄层罩面凭借其施工方便、简单、效果突出等优势在高速公路沥青路面养护修复中得到了广泛应用。要想使这项技术的应用达到预期效果，还需要结合路面实际情况，深入分析和探讨技术应用要点。

1 工程概况

某高速公路路段全长约215km，按双向四车道标准设计，路面组合为：15cm 厚沥青混凝土面层+20cm 厚水稳碎石基层+37cm 厚二灰碎石底基层。该段公路通车已很长时间，通车伊始交通量快速增加，特别是重载车辆数较多。经过长时间连续使用，该公路部分路段产生一些病害，尤其是车辙病害较为严重，导致路面不平整。因交通量仍在不断增大，而路面结构构造深度已经减到很小，无法满足高速行车对路面抗滑能力的要求，此外因受到水的破坏，路面上还可见到很多坑洞与松散现象。为了使该段公路正常行驶功能得以恢复，延长路面结构使用寿命，设计采用薄层罩面法进行养护处理。

2 混合料配合比设计

2.1 目标配合比

薄层罩面采用SAC-10 沥青混凝土，层厚2.5cm。在罩面施工开始前先对原路面进行铣刨，以加强新旧结构层之间的结合，同时确保路面标高不变，之后在铣刨完成的结构面上均匀撒布一层改性沥青与单一粒径碎石[1]。混合料集料的质地要求坚硬，粒径分为两种规格：1～2cm 和0.5～1.0cm；矿料采用水泥代替，以提高混合料的水稳定性[2]。为确定与沥青用量相符的级配，预先提出表1 所示4 种级配以确定目标配合比。在此基础上提出5种方案实施马歇尔试验，具体试验结果如表2所示。

表1 试验级配

表2 不同方案试验结果

表2（续）

考虑到薄层罩面厚度很小，水分容易蒸发且下面存在0.5cm 厚防水层，故将罩面层结构空隙率确定为5.0%，以避免泛油与车辙现象的发生。

2.2 生产配合比

通过对以上试验结果的对比可知，SAC-10H1与SAC-10H3两种级配方案的矿料间空隙率相对较大；SAC-10H2与SAC-10H4两种级配方案在各筛孔尺寸通过质量百分率上没有太大差别，同时矿料间空隙率比较适中；SAC-10H2有较多矿粉含量（0.075mm 筛孔通过质量百分率为10%），能更好地弥补表面积，故最终将该级配作为设计级配。按照目标配合比为冷料仓进行供料，并在各热料仓中进行取料筛分，具体筛分结果如表3所示。

表3 热料仓取料筛分试验结果

从以上筛分结果可知，粒径在0～3mm 范围内的矿料，其粉料含量较多，很难得到所需级配，因此采用石灰岩代替原集料，同时通过掺加天然砂来增加中间档筛孔的实际通过率。初步配合比为：水泥∶0～3mm粒径矿料∶天然砂∶5～9mm 粒径矿料∶9～12mm 粒径矿料=8%∶14%∶8%∶50%∶20%。

按照以上配比制作马歇尔试件并进行马歇尔试验，具体试验结果如表4所示。

表4 试件马歇尔试验结果1

根据以上指标结果可知，当不采用橡胶粉时，空隙率适中，而采用橡胶粉后，空隙率过小，据此需在掺加橡胶粉的同时增加粗料用量，并减少细料使用量，将具体的配比调整为：水泥∶0～3mm粒径矿料∶天然砂∶5～9mm 粒径矿料∶9～12mm 粒径矿料=8%∶13%∶6%∶53%∶20%。

同样，按照调整后的配比制作马歇尔试件进行马歇尔试验，具体试验结果如表5所示。

(3) 新能源电力充裕以后的主动发电调节。随着新能源发电技术的成熟及新能源发电成本的下降,新能源发电本身就可以作为辅助服务资源,即新能源电力充裕以后的主动“弃风弃光”。

表5 试件马歇尔试验结果2

根据以上指标结果可以看出，调整后的配比适用于掺加橡胶粉的情况，但没有掺加时，调整后的配比的空隙率试验结果较大，水分蒸发所需时间过长，导致水损坏发生。据此，当不采用橡胶粉时，不建议采用调整后的配比方案[3]。

2.3 改性沥青中掺加橡胶粉的作用

在改性沥青中适量掺加橡胶粉可起到以下几方面作用：

（1）提高改性沥青混合料耐久性与抗疲劳寿命；

（2）改善抵抗路面产生疲劳裂缝与反射裂缝的能力，其原理为橡胶粉的添加能提高黏结剂含量与沥青膜厚度，且能增加弹性；

（3）改善高温条件下抵抗车辙与拥包等永久变形产生的能力；

（4）改善低温条件下抵抗裂缝产生的能力；

（5）提高罩面层的耐久性与使用性能，并降低施工成本；

（6）橡胶沥青在高温下具有较大的弹性和弹性恢复能力，可以改善路面抗变形能力和抗疲劳开裂的性能；

（7）具有较好的高低温性能，降低沥青对温度的敏感性；

（8）开级配或间断级配橡胶沥青路面防滑性好、可减少雨天行车溅水、改善视野、降低噪声，大大提高路面行车安全和舒适性；

（9）橡胶沥青具有黏度高、抗老化、抗氧化能力强等特点，其应用有利于环境保护和节约自然资源。

3 罩面施工

3.1 原路面铣刨

采用铣刨机对原路面面层进行铣刨，铣刨深度按2.5cm 控制，同时通过铣刨使面层构造深度保持在3～5mm 范围内；完成铣刨后按照1.60kg/m2的用量洒布改性沥青，并按照满铺60%撒布碎石，其中，碎石尺寸不可过大或过小[4]。碎石撒布完成后，其尺寸应比构造深度大0.5cm 左右，表面凸出的碎石可起到类似于楔子的作用，促使沥青混凝土和原路面之间形成一个良好的整体，避免上部材料在旧路面表面产生滑动；当碎石撒布尺寸相对较大时，在受水平方向作用力后会使碎石底部铺设的黏层油被撕裂，而且会在碎石周围产生更大空隙；而当碎石撒布尺寸相对较小时，上、下两层结构将难以形成整体，导致夹层产生，进而使上部结构发生滑移[5]。

3.2 温度控制

因罩面层的厚度很小，加之含有大量碎石，所以施工中热量散发速度很快，因此必须加强所有施工环节温度控制，在规范要求基础上适当提高[6]。当采用改性沥青生产混合料时，加热温度按180℃严格控制，矿料加热温度按照190℃控制，使出厂温度不低于180℃；在摊铺施工中，温度应达到170℃左右；在碾压施工中，温度应达到130℃左右。如果在使用改性沥青的基础上掺加橡胶粉，则矿料加热温度需提高约5℃；若实际施工中使用重交沥青，则沥青加热温度需按165℃控制，矿料加热温度按185℃控制，使出厂温度不低于165℃，混合料摊铺时温度应达到155℃左右，而混合料碾压时温度应达到120℃以上。

3.3 罩面铺筑和检测

罩面混合料运输、摊铺与碾压必须按照相关技术规范进行。该工程的罩面铺筑和检测情况如下：

（1）对混合料进行取样抽提后进行石料筛分试验，筛分试验结果与设计级配曲线基本相符，完成摊铺后先经过1d 行车碾压，于第二天对构造深度进行测试，实测结果为0.7mm。

（2）混合料中粗颗粒之间的排列达到紧密且规则，形成了密实的骨架嵌挤结构。

（3）若适当减小设计空隙率，能提高铺筑施工质量。

（4）本次施工主要采用多碎石级配，这种级配条件下的小料相对较少，表面上油量相对较大，但事实上沥青用量并不大，如未采用橡胶粉时，沥青用量只有4.5%。如果在设计过程中增加0.3mm 或0.075mm 筛孔通过质量百分率，则能有效降低泛油发生率，且沥青与小料实际用量的增加还能起到避免路面产生疲劳破坏的作用[7]。

（5）因受施工和环境等因素的影响，虽然路幅两侧在振动后有良好的施工质量，但某些路幅的中间段落比较松散，其原因可能为混合料发生离析或施工过程中中部混合料被耙散等。据此，在薄层罩面施工中如何保证摊铺完成后罩面达到均匀还需要得到相关人员的高度重视，从技术与管理等不同层面入手加以研究和改进。

4 结语

综上所述，薄层罩面是一种旧路路面修复方法，能为原路面创造一个全新的表面，以提高路面平整度，减小车辆通过后产生的振动，进而减少行车作用给路面结构造成的破坏，此外还能使路面恢复应有的粗糙度，改善抗滑能力，保证行车安全；从本质上解决路面大部分病害问题，如车辙、坑洞与裂缝都得以有效治理，从而达到延长路面结构使用寿命的目的。