渗固磨耗层技术在高速公路养护中的应用

李帅

（河北省高速公路集团有限公司青银分公司，石家庄 050021）

1 引言

目前，道路建设和养护是行业发展两大主题，道路养护是缓解工程资金短缺和延长道路使用寿命的有效方法之一。目前,我国道路养护技术主要包括雾封层技术、微表处技术、铣刨罩面技术等。本文在现有道路养护技术的基础上，结合再生雾封层技术和微表处技术，提出了一种新型的道路养护技术——渗固磨耗层技术。该技术为未来高速公路的养护提供了新的方向。

2 磨耗层配合比设计

磨耗层混合料主要是由沥青、粗细集料、改性剂、添加剂组成，各个组成成分对磨耗层的路用性能产生不同影响。

2.1 原材料

2.1.1 乳化沥青

本次试验路段采用的为90#基质石油沥青，乳化剂选用的是慢裂快凝型阳离子沥青乳化剂。本次用的改性乳化沥青蒸发残留物软化点≥62℃，延度（5℃）≥90 cm，BCR蒸发残留物的软化点不低于57℃。

2.1.2 粗细集料

本文粗集料选用的为玄武岩，细集料部分也选用玄武岩，磨耗层厚度为集料粒径最大值，为得到集料的性能指标，对其进行性能检测试验。按照规范对微表处的集料进行配合比设计，合成级配见表1。

表1 集料的级配范围

2.1.3 改性剂

本次试试验路段采用阳离子丁苯胶乳型改性剂，该型号改性剂具有改善蒸发残留物的功效[1]。此外，这种改性剂还具有显著的沥青混合料高温稳定性及低温抗裂性改善性能，而且对微表处的沥青混合料在水平方向的黏结力也有改善作用，从而可增强竖直方向上的黏结力，使得集料间的连接更为密实。

2.1.4 添加剂

本次试试验路段采用水泥添加剂，由于水泥具有和易性、吸水性，其在凝结固化时仍然具有一定的强度，是一种刚性材料，与沥青结合可以提高路面强度。并且，水泥发生水化反应时的生成物可以阻隔沥青混合料内部的空隙，形成密实结构。

2.1.5 水

本次试验摊铺使用的水为自来水，因为在微表处采用的水应不含有工业残留物质及金属类化合物等会发生化学反应的杂质。即使自来水中含有少量的矿物质，但考虑到其对沥青的影响较小且成本低的原因，采用自来水作为试铺所用的水。

2.2 磨耗层矿料级配试验

结合工程实际经验及规范要求，本文采用5组不同级配（级配1、级配2、级配3、级配4、级配5）制备磨耗层混合料，并进行矿料的配合比设计验证，合成级配见表2。

表2 磨耗层矿料设计级配

对上述5种级配混合料进行成型试样，通过强度试验可知，5种级配都符合路面承载强度要求，并对比试样外表，发现级配1成型试样的效果较好，呈黑色，外表密实，不泛油，也没有大粒径集料裸露。综合对比考虑后，级配1更符合试验的现场路面摊铺要求。

2.3 可拌和时间试验

在进行微表处施工时，对拌和时间有着明确的要求，若时间过长，交通开放的时间就要延后，若时间过短，可能造成摊铺时不符合规范要求[2]。混合料受乳化沥青的影响，而温度对乳化剂的影响较为显著，因此，需要考虑温度对可拌和时间的影响[3]。利用最佳配合比的级配，模拟不同温度（25℃、40℃、50℃）环境下可拌和时间的变化规律（见图1），研究温度对混合料可拌和时间的影响。

图1 不同温度环境下可拌和时间的变化规律

由图1可知，在最佳配合比下，温度若超过50℃，可拌和时间可能不符合规范，且在40~50℃，可拌和时间减短明显，即拌和水的蒸发越快。

水泥和水都是本次试验路段采用混合料的添加剂，水泥作为一种刚性材料，可以改善路面的抗压强度[4]。同时，水泥也具有和易性，对乳化沥青的性质也有着显著影响。因此，需要研究水泥和水的掺量对可拌和时间的影响。

控制环境温度为25℃，在水泥掺量分别为1%、3%、5%时做3组平行试验，研究其对混合料可拌和时间的影响（见表3）。

表3 水泥掺量对可拌和时间的影响

控制环境温度和水泥掺量两者为常量，改变水的掺量（5%、6%、8%）做3组平行实验，研究混合料可拌和时间在不同的水掺量条件的影响（见表4）。

表4 水掺量对可拌和时间的影响

通过试验还可得到：骨料级配越接近上限，水分吸收越快，则摊铺时表面更干燥。

3 渗固磨耗层的工程应用

3.1 工程概况

某工程试验路段标段为K2+300~K2+800，是省内南北连接的主要干道，同时也是与其他省份相接的主要干道。现对该实验路段进行路面改造，利用渗固磨耗层技术改善其路用性能，其施工流程为：封闭交通→清洁路面→病害处理→喷洒渗固剂→摊铺磨耗层→接缝收边→初期养护→开放交通。

3.2 病害处理

沥青路面的设计年限通常约为10 a，但由于施工、气候和交通荷载等因素的影响，路面在2~3 a内就会出现不同程度的破坏。

面层和基层受到损害，需要根据病害情况和轮廓挖除并修补路面。发现沥青路面有不小于4 mm的裂缝时，应该采用灌缝处理，剔除缝内杂物并灌入沥青。对于发生沉陷的严重裂缝，应将基层和面层开挖后回填混凝土，最后摊铺沥青混合料。对于深度不小于2 cm的车辙，将面层刨铣干净后，再摊铺沥青混合料。

3.3 施工方法

3.3.1 封闭交通

与当地交通运输部门协商，确定合理的交通管制方案，分段铺设。

3.3.2 清洁路面

采用洒水车冲洗路面有泥土的区域，同时采用大功率的吹风机清扫路面，并沿途保护路面上的雨水井盖、检查井盖、路缘石等设施。在施工之前，要保证路面处于干燥状态且路表温度在15℃以上。

3.3.3 喷洒渗固剂在路面病害预处理之后，需要事先测算的渗固剂洒布量，再利用洒布车进行喷洒渗固剂的工作。为了确定洒布车的喷洒速度和喷洒量，需要进行渗固剂的试喷。天气因素对乳化沥青破乳速率有着显著的影响，因此，选择在晴天进行喷洒工作。渗固剂作为一种再生材料需要在喷洒后养护一段时间，且为了减少对交通运行的影响，应避免一次性完成喷洒工作，可以分段施工。

3.3.4 摊铺微表处

在目测沥青全部破乳发黑后，施工设备选用美国生产的M210型车轮摊铺机。通过路面车道宽度和滑道高度调整参数，按配合比拌和好的混合料倒入料斗内，并保持摊铺车按1.2 km/h的速度匀速前进以保证摊铺速度和摊铺量一致。摊铺作业时，需要现场技术人员站在摊铺槽两端，使用铁锹进行收边。摊铺完一段，摊铺车开走后对摊铺槽进行人工清洁。

3.3.5 初期养护

混合料摊铺后等待水分蒸发以保证路面具备一定强度后即可开放交通。路面温度控制在约16℃。施工时如若时晴天，3 h后即可开放交通。在车辆碾压后，集料会更为紧实。

4 结语

基于渗固磨耗层技术，依托某试验路面养护工程，综合研究渗固磨耗层新工艺的路用性能，确定了磨耗层的级配比和添加剂的掺量。研究发现，渗固磨耗层技术在高速公路沥青路面养护工程中应用效果良好，作为一种组合式养护技术，结合了雾封层和微表处的优势，推动了新型技术在道路养护工程中的应用。