周展勤
(廣西交通投資集團柳州高速公路運營有限公司柳州分公司,廣西 柳州 545005)
高速公路瀝青路面在達到或接近使用年限(15年)時,都會出現(xiàn)各種病害,如瀝青老化、麻面、車轍、松散、滲水、唧漿、坑槽、裂縫等通病。如何積極主動地對高速公路瀝青路面病害采取預防性養(yǎng)護,應用或開發(fā)新材料和新技術,高質量、高效率、低成本、環(huán)保、低風險地維護高速公路瀝青路面,保證高速公路瀝青路面的行車舒適性、安全性,已成為高速公路養(yǎng)護管理部門需要研究和探索的主要課題。
通過國內外大量經(jīng)驗及數(shù)據(jù)分析可知,高速公路預防性養(yǎng)護能有效提高路面的一些重要技術指標,延長道路使用壽命,推遲大修時間,降低運營成本。CAP技術作為一種預防性養(yǎng)護技術[1],能有效延緩瀝青路面的老化時間,還能有效解決路面滲水問題,恢復路面性能。柳州北環(huán)高速公路于2006年10月建成通車,將于2021年10月到達使用年限。在通車多年后,其瀝青路面相繼出現(xiàn)瀝青老化、松散、滲水、裂縫等病害。本文結合柳州北環(huán)高速公路工程實例,介紹CAP再生抗滑封層技術在瀝青路面的應用效果,為廣西高速公路預防性養(yǎng)護提供參考。
CAP再生抗滑封層技術在方法、模式、工藝、產品、技術等方面,具有獨創(chuàng)性,有自主知識產權和專利。CAP再生抗滑封層專利技術由深圳市魁道道路用材技術開發(fā)有限公司開發(fā),專利號為:ZL 2004 I 0101036.5;ZL 2009 I 0109721.5。
CAP再生抗滑封層技術在廣西為首次應用,主要作用機理包括以下幾個方面。
在進行CAP抗滑封層施工前先對原路面裂縫采用無坑帶進行修復。無坑帶滿足道路動壓水、重荷載、大溫縮的交通環(huán)境狀態(tài),超過道路瀝青的使用周期。其重要技術指標為:抗動水壓力>1.5 MPa、抗酸堿溶液的粘接力>6 N/mm,大大超出《路面裂縫貼縫膠》(JT/T969-2015)標準即粘結強度0.2 MPa的要求,其非常優(yōu)異的抗老化、低溫柔性、延度等性能能大大減少瀝青路面水損害問題。
主要由改性乳化瀝青、活化材料、滲透材料、樹脂粘結材料等組成,是雙組份瀝青還原劑,可對瀝青結合料進行滲透和粘結,激活老化瀝青膠質,恢復瀝青原有性能,提高原有瀝青的抗剝落能力,形成保護封層,延長道路使用壽命[2]。
通常為玄武巖或輝綠巖機制砂,粒徑為1~6 mm。通過CAP粘結,嵌鎖松散的集料,能增加摩擦力和耐磨性,還能提高路面防水能力,使路面達到翻新效果。
CAP試驗段選在柳州北環(huán)高速公路K939+000~K939+300段進行,該路段既有彎度,也有一定的坡度,且該試驗段存在瀝青老化、麻面、松散、掉粒、輕微車轍、反射裂縫等病害。
進行CAP+抗磨砂同步封層作業(yè)前,應對比較明顯的反射裂縫進行修補。無坑帶封層修補施工共分三個步驟[3]。
(1)對主裂縫用噴火槍將無坑帶高溫烤熔,同時對裂縫高溫烤熱,使熔化的無坑帶充分填充到裂縫深處。
(2)在主裂縫周邊涂刷約60 cm寬的CAP(形狀要呈工整的長方形或正方形),目的是將主裂縫周邊的細微裂縫徹底封水。
(3)在涂刷CAP的區(qū)域時,均勻鋪灑一層抗磨砂層,養(yǎng)生1 h后可進行下一步CAP抗滑封層施工。
CAP翻新再生抗滑封層整體灑鋪前,需對起點和終點接縫處貼標線紙進行保護。CAP翻新再生抗滑封層施工過程共分四個步驟,歷時3 h左右。
(1)同步灑鋪滲粘層CAP+抗磨砂:由同步封層施工車輛以6 km/h的速度均勻灑鋪材料。該試驗段長300 m,耗時3 min就可全部灑鋪完畢。
(2)膠輪壓路機碾壓作業(yè):底層CAP+抗滑砂灑鋪完畢后,需養(yǎng)生2 h,然后用膠輪壓路機碾壓4~5遍,使CAP充分包裹抗磨砂,讓灑鋪層更平整密實。
(3)灑鋪封固層CAP:經(jīng)壓路機碾壓4~5遍后,可以立即灑鋪封固層CAP,用時3 min。
(4)二次碾壓及開放交通:灑鋪完封固層CAP后,需養(yǎng)生1 h,然后用膠輪壓路機再次碾壓2~3遍,即可開放交通,正常使用[4]。
施工完成后在現(xiàn)場對試驗段橫向力系數(shù)、構造深度、摩擦系數(shù)以及滲水系數(shù)進行測定,具體結果見表1~4。
對試驗段300 m進行了摩擦系數(shù)測定,每100 m測3處,每處測3個點。測定儀器采用BM-Ⅲ擺式摩擦系數(shù)測定儀。測定結果如表1所示。
表1 摩擦系數(shù)測定值統(tǒng)計表
對試驗段300 m進行了構造深度測定,每100 m測3處,每處測3個點。測定方法采用手工鋪砂法。測定結果如表2所示。
表2 構造深度測定值統(tǒng)計表
對試驗段300 m進行了橫向力系數(shù)測定,每100 m測3處,每處測3個點。測定方法采用偏轉輪拖車法。測定結果如表3所示。
對試驗段300 m進行了滲水系數(shù)測定,每100 m測3處,每處測3個點。測定方法采用常規(guī)瀝青路面滲水系數(shù)測定方法。測定結果如表4所示。
表3 橫向力系數(shù)測定值統(tǒng)計表
表4 滲水系數(shù)測定值統(tǒng)計表
在施工完后測定的摩擦系數(shù)、構造深度、橫向力系數(shù)與滲水系數(shù)平均值分別為72.00、0.95、61.22、0。在此之后運行三個月、六個月、九個月分別再次對相關數(shù)據(jù)進行了測量,具體數(shù)據(jù)如表5所示。
表5 通車后的檢測數(shù)據(jù)統(tǒng)計表
為延長道路使用壽命,推遲大修時間,降低運營成本,柳州北環(huán)高速公路歷年進行過多次預防性養(yǎng)護,例如MS-3型微表處、銑刨重鋪、加鋪超薄磨耗層與瀝青路面就地熱再生(4 cm)等,具體處置方式、綜合單價、橫向力系數(shù)、構造深度、摩擦系數(shù)和每公里維修所需時間如表6所示。
表6 歷年處治方法、綜合單價、橫向力系數(shù)、構造深度、摩擦系數(shù)和作業(yè)時間等對比匯總表
3.1.1 綜合單價對比
CAP綜合單價較低(微表處單價雖然更低,但橫向力系數(shù)最差),是銑刨重鋪AC-8(2019年)單價的38%,是銑刨重鋪AC-13(2018年)單價的23%。
3.1.2 橫向力系數(shù)對比
根據(jù)《公路技術狀況評定標準》(JTG 5210-2018)[5],橫向力系數(shù)的最低要求為≥36.5。當SFC為36.5時,相對應的路面抗滑性能指數(shù)SRI為75。上述所有橫向力系數(shù)值均滿足要求。CAP處治后路面橫向力系數(shù)檢測值高于往年微表處和加鋪超薄磨耗層處治后的檢測值,與銑刨重鋪AC-13后檢測值差距不大。北環(huán)高速公路CAP路面的橫向力系數(shù)為61.22,高于規(guī)范要求,說明CAP處治后路面抗滑性能好。
3.1.3 構造深度對比
根據(jù)《公路瀝青路面設計規(guī)范》(JTG D50-2017)[6],構造深度的最低要求為0.55。上述所有構造深度值均滿足要求。2013年微表處為0.58 mm,剛滿足規(guī)范要求;2014年AC-13、2015年AC-8、2020年AC-13和2019年CAP的構造深度相當;2018年AC-13、2019年AC-13、2019年AC-8的構造深度相當。北環(huán)CAP路面的構造深度為0.95 mm,大大高于規(guī)范要求,說明CAP處治后路面抗滑性能好。
3.1.4 摩擦系數(shù)對比
根據(jù)《公路瀝青路面設計規(guī)范》(JTG D50-2017)[6],摩擦系數(shù)的最低要求為54。上述所有摩擦系數(shù)值均滿足要求。未維修過的路面、2013年微表處、2014年AC-13的摩擦系數(shù)相當;2015年AC-8、2018年AC-13、2019年AC-13、2019年AC-8的摩擦系數(shù)相當。北環(huán)CAP路面的摩擦系數(shù)為72,摩擦系數(shù)值最大,大大高于規(guī)范要求,說明CAP處治后路面抗滑性能好。
3.1.5 作業(yè)時間對比
CAP處治工序較少,施工便利,占道施工時間最短,對交通干擾小,更加安全。
3.1.6 抗?jié)B性能(滲水系數(shù))
CAP處治后的路面和微表處、銑刨重鋪、熱再生的路面都基本不滲水。
3.1.7 其他優(yōu)勢
采用CAP處治瀝青路面,不銑刨、不破壞路面結構強度,厚度薄,基本不改變路面高程,不需提升護欄。
綜上:CAP抗滑封層單價較低,處治后的路面抗滑性能與銑刨重鋪的相當,封水抗?jié)B性能好,使路面恢復良好的路用性能,且CAP施工便利,占道時間最短,對交通影響最小。
(1)銑刨重鋪產生的廢料污染環(huán)境、浪費資源,且需再次消耗大量不可再生的碎石與瀝青。
(2)熱再生能減少碎石與瀝青的使用,減少施工成本和對環(huán)境的污染,但高溫施工會產生大量的能耗與廢氣。
(3)MS-3型微表處在常溫下施工,能耗低。
(4)CAP再生抗滑封層不需銑刨路面,使用1~6 mm的玄武巖或輝綠巖這檔不常用的“廢料”,降低成本。常溫施工,能耗低。
綜上,CAP再生抗滑封層能夠降低資源消耗,有效減少污染,降低施工能耗,是較為環(huán)保的方案。
CAP再生抗滑封層技術可以有效解決瀝青路面老化、麻面、車轍、松散、滲水、唧漿、坑槽、裂縫等病害。本文在分析CAP技術的作用機理、施工工藝,并且對比分析其他預防性養(yǎng)護的質量及經(jīng)濟效益之后,得出以下結論:
(1)采用CAP再生抗滑封層技術能有效封閉進水通道,提高原有瀝青粘附性及提高集料嵌鎖,滲水系數(shù)基本為零,避免路面的水損壞。
(2)從檢測結果可以看出,CAP再生抗滑封層能大大提升老化路面抗滑系數(shù),高于規(guī)范要求,車輛行駛更安全。
(3)和銑刨重鋪需要封閉車道長時間施工相比,CAP再生抗滑封層施工簡單、高效(4 h左右可以解封),對交通干擾小,能夠適用于大交通流量的路況。
(4)實施CAP再生抗滑封層,不僅能夠大幅提升抗滑系數(shù),同時還能夠有效降低行駛噪音,美化路面,改善運營條件。
(5)與其他技術工藝相比較,CAP再生抗滑封層的性價比優(yōu)勢明顯,用少量的資金進行功能性的修復,可節(jié)約后期大中修或重建的資金,使用壽命達5年以上,達到省錢、省事的效果。
(6)實施CAP翻新后,破損率為0,而且其厚度只有6 mm,不影響標高,滿足要求,無須提升護欄高度。
(7)CAP能夠降低資源消耗、有效減少污染,更為環(huán)保。
因此,CAP再生抗滑封層技術是一種質量可靠、經(jīng)濟、適用性高且更為環(huán)保的預防性養(yǎng)護措施。