覃東 盧軍源 馬乃富

作者簡介：

覃?東（1989—），工程師，研究方向：瀝青路面施工技術(shù)。

為了研究超薄罩面層在水泥混凝土路面加鋪效果，文章采用瀝青混合料小梁低溫彎曲試驗機、智能路面層間扭剪試驗儀、路面橫向力系數(shù)測試系統(tǒng)和多功能路況快速檢測系統(tǒng)對用于水泥混凝土路面的EMC-13、EMC-10、AC-8和加纖維AC-8四種超薄罩面層瀝青混合料進(jìn)行小梁彎曲試驗、扭剪試驗并對其路表性能指標(biāo)進(jìn)行跟蹤觀測。結(jié)果表明：混合料類型對其性能影響較大，所選用的四種類型的超薄罩面層瀝青混合料的低溫性能和抗剪切性能均滿足設(shè)計及規(guī)范要求，其中AC-8和加纖維AC-8的抗剪切性能及低溫性能最好，EMC-10次之，EMC-13相對較差；通車半年后四種類型的超薄磨耗層路面結(jié)構(gòu)除了抗滑性能指數(shù)，其余路面性能指標(biāo)均出現(xiàn)不同程度下降，EMC-13的路面行駛質(zhì)量指數(shù)衰減較快。

水泥路面；超薄罩面層；路表性能；抗剪強度；低溫性能

U416.216A150534

0?引言

水泥混凝土路面因具有承載能力強和使用壽命長等優(yōu)點，是我國早期高等級公路建設(shè)中一種常見的路面結(jié)構(gòu)形式。但是水泥混凝土路面平整度差、行車舒適差及噪音大的缺點，不能滿足人們?nèi)找嫣岣叩母哔|(zhì)量出行要求。超薄罩面層作為一種常見的處治路面非結(jié)構(gòu)型裂縫、恢復(fù)路面表面功能的預(yù)防性養(yǎng)護(hù)措施，廣泛應(yīng)用在我國養(yǎng)護(hù)工程領(lǐng)域，也吸引了國內(nèi)科研工作者的大量關(guān)注。譚憶秋等［1］對不同類型超薄層的表面性能及抗水損害性能進(jìn)行研究，提出初始擺值結(jié)合抗滑衰減程度可科學(xué)地評價超薄層的抗滑性能，凍融劈裂強度比和凍融劈裂強度相結(jié)合可以評價超薄磨耗層的抗水損害能力。楊獻(xiàn)章等［2］通過對比AC-13C、Novachip超薄磨耗層及OGFC-13三種類型的瀝青混合料，評價薄層罩面的使用性能。曾夢瀾等［3］通過研究分析了粘層種類、用量、磨耗層類型對層間抗剪強度的影響，發(fā)現(xiàn)在最佳的粘層油灑布量下，Novachip超薄磨耗層的抗剪切能力優(yōu)于AC-13C和OGFC-13。李正中等［4］通過觀測車轍板輪碾位置構(gòu)造深度在試驗前后的變化，對密級配抗滑超薄磨耗層構(gòu)造的深度衰減特性進(jìn)行試驗研究。牟壓強等［5］等選取不同的瀝青作為粘結(jié)材料，對超薄瀝青罩面層與水泥混凝土之間的層間粘結(jié)性能進(jìn)行試驗研究。而目前密實型超薄罩面層瀝青混合料和水泥混凝土路面加鋪實體的應(yīng)用鮮見報道。

本文依托廣西三江至柳州高速公路水泥混凝土路面薄層加鋪工程，研究廣西常用的AC-8、纖維AC-8，以及易密實超薄磨耗層EMC-13和EMC-10在水泥路面上的加鋪效果。采用路面智能扭剪儀研究不同類型的超薄磨耗層與水泥混凝土下臥層的粘結(jié)效果和抗剪性能，通過對實體工程的平整度、抗滑性能及激光構(gòu)造深度的跟蹤觀測，評價各超薄層的路用性能，分析以上四種磨耗層結(jié)構(gòu)用于水泥混凝土路面薄層加鋪的工程適用性。

1?工程概況

三江至柳州高速公路為水泥混凝土路面，在對其進(jìn)行超薄罩面施工前，進(jìn)行了路面技術(shù)狀況檢測，并按照《公路技術(shù)評定標(biāo)準(zhǔn)》（JTG5410-2018）進(jìn)行了評定。各分項指標(biāo)的分布情況如圖1所示。從檢測結(jié)果來看，原路面整體病害較少，但平整度較差。在不增加原有路面結(jié)構(gòu)層厚度、保持原有的交安設(shè)施、隧道凈高均滿足現(xiàn)行規(guī)范要求的前提下，提升路面行車舒適性，同時提前為今后加鋪厚瀝青層提供過渡層，進(jìn)行超薄罩面。共采用四種超薄罩面施工工藝，具體如表1所示。

2?超薄罩面層施工和路用性能評價

2.1?原材料技術(shù)指標(biāo)及配合比組成設(shè)計

采用的瀝青為易密實高彈改性瀝青，軟化點為77 ℃，5 ℃延度為85 cm，135 ℃運動黏度為1.01 Pa·s，易密實劑在拌和樓投放，摻量8.0%；黏層為溶劑型高強防水粘結(jié)劑，其固體含量46.2%，23 ℃的表干時間和實干時間分別為1 h和6 h，不粘輪。

超薄罩面層在水泥混凝土路面加鋪中的應(yīng)用研究/覃?東，盧軍源，馬乃富

采用的粗細(xì)集料均為輝綠巖，產(chǎn)于廣西羅城縣寶壇鄉(xiāng)碎石場，其中粗集料表觀相對密度為2.852，吸水率為0.58%，磨耗損失為5.4%，與瀝青的粘附性等級為5。細(xì)集料表觀相對密度為2.837，吸水率為0.80%，亞加藍(lán)值為0.5 g/kg。填料為石灰?guī)r礦粉，產(chǎn)于廣西柳州市柳江區(qū)，表觀相對密度為2.713。所采用的原材料各性能指標(biāo)均滿足設(shè)計及規(guī)范的要求。AC-8、纖維AC-8、EMC-13和EMC-10級配如表2所示，曲線如圖2所示，其中AC-8和纖維AC-8公稱最大粒徑為7.2 mm，EMC-13和EMC-10的最大公稱粒徑分別為13.2 mm和9.5 mm。

采用馬歇爾法進(jìn)行配合比設(shè)計，表3為四種級配的瀝青混合料的主要物理指標(biāo)及最佳油石比。

混合料的抗水損害能力采用浸水殘留穩(wěn)定度和凍融劈裂強度比進(jìn)行評價；高溫性能采用動穩(wěn)定度進(jìn)行評價；低溫穩(wěn)定性及疲勞性采用混合料在-10 ℃，加載速度為50 mm/min的情況下的彎拉應(yīng)變進(jìn)行評價。四點彎曲疲勞試驗的過程為：室內(nèi)對四種超薄磨耗層結(jié)構(gòu)成型車轍板試件，再切割成250 mm×30 mm×35 mm的棱柱體小梁試件，進(jìn)行瀝青混合料低溫彎曲試驗。相關(guān)試驗結(jié)果見表4。

由表4可知，四種混合料的浸水殘留穩(wěn)定度、凍融劈裂強度比、動穩(wěn)定度及低溫彎曲應(yīng)變均滿足設(shè)計要求，其中AC-8、纖維AC-8的高、低溫性能較好，EMC-10次之，EMC-13較差。

2.2?施工過程簡介

2.2.1?施工前路面檢測

進(jìn)行超薄罩面施工前，采用落錘式彎沉儀逐板進(jìn)行水泥混凝土板底脫空檢測，通過多級加載，線性回歸截距＞50 μm判定為脫空。對存在嚴(yán)重沉陷的局部路段，采用地質(zhì)雷達(dá)進(jìn)行檢測。在探明路基或路床存在空洞、脫空等病害后，進(jìn)行注漿補強處置。

2.2.2?銑刨工藝探索

對原混凝土板進(jìn)行銑刨，銑刨深度約18 mm。若采用常規(guī)的銑刨工藝，混凝土板接縫處容易出現(xiàn)坑邊，薄層罩面后坑邊處會出現(xiàn)剝落等病害。對銑刨工藝進(jìn)行探索改進(jìn)，各種銑刨工藝及其效果如表5所示。試驗結(jié)果表明：預(yù)灌環(huán)氧樹脂后672刀頭銑刨，效果最優(yōu)，預(yù)灌高強水泥漿后采用672刀頭銑刨，效果次之。環(huán)氧樹脂昂貴，早強水泥較廉價，綜合考慮性價比，采用的銑刨方法為清除舊填縫料，灌注高強水泥漿，強度達(dá)到40 MPa后，采用672刀頭縱向慢速銑刨，速度5 m/min左右，保證銑刨質(zhì)量。

2.2.3?路面施工

路面銑刨后，縮縫采用聚氨酯、脹縫采用環(huán)氧樹脂進(jìn)行封縫，并跨縫鋪設(shè)抗裂貼。在超薄罩面施工前灑布黏層油，黏層油為溶劑型高強防水粘結(jié)劑，灑布量為0.3～0.5 kg/m2。混合料采用2臺攤鋪機梯隊攤鋪，壓路機緊跟慢壓。其中AC-8和纖維AC-8未使用膠輪壓路機，EMC-13和EMC-10使用膠輪壓路機碾壓3～5遍。四種路面結(jié)構(gòu)的鋪筑單幅長度見表6。

本次采用的EMC-10、AC-8、纖維AC-8、EMC-13超薄罩面層厚均為18 mm，碾壓過程中發(fā)現(xiàn)EMC-13出現(xiàn)離析現(xiàn)象，這是由于攤鋪厚度與最大公稱粒徑之比不匹配，不滿足2.5～3.0的規(guī)范要求導(dǎo)致。

2.3?路用性能

在四種類型的超薄罩面層鋪筑完成并通車6個月后，采用CICS多功能路況快速檢測系統(tǒng)檢測路面平整度、車轍深度，采用橫向力系數(shù)測試系統(tǒng)檢測路面橫向力系數(shù)，并按照《公路技術(shù)評定標(biāo)準(zhǔn)》（JTG5410-2018）的要求換算成技術(shù)狀況指數(shù)，用于評價超薄磨耗層的路表性能。四種超薄磨耗層的路表性能檢測結(jié)果見表7～9。

由表7～9可以發(fā)現(xiàn)：

（1）所選用的四種超薄磨耗層結(jié)構(gòu)均可改善水泥混凝土路面的行駛質(zhì)量指數(shù)，且路面行駛質(zhì)量指數(shù)RQI的初始差異較小；通車半年后，自密實超薄磨耗層EMC-13下降較塊，但是四種結(jié)構(gòu)的RQI差異不大，這是由于經(jīng)精銑刨的水泥路面，其平整度本身就得到一定改善，超薄瀝青罩面提升路面平整度有限，其主要功能是改善行車舒適性、降低噪音。

（2）四種超薄磨耗層的抗滑性能指數(shù)均出現(xiàn)不同程度的增長，其中以EMC-13增長幅度最大，這是由于在車輛作用下，集料表面的瀝青膜被抹掉，集料的棱角暴露出來，抗滑性能變好。

（3）車轍深度指數(shù)出現(xiàn)不同程度降低，其中纖維AC-8降幅最大。這可能是由于纖維AC-8油石比和空隙率較大，通車后在行車荷載作用下，進(jìn)一步追密造成的。

3?抗剪切性能評價

3.1?路面層間剪應(yīng)力分析

與在平坡行駛相比，汽車在陡坡行駛時表面水平力增加，而正向重量有些許減小，平坡和陡坡路段路面受力情況如下頁圖3所示。

汽車上坡時車速降低，風(fēng)阻力減少，而坡度阻力增大。由于坡度一般較小，可認(rèn)為平坡段和陡坡段的表面正向壓力相等?？紤]中型貨車（視為標(biāo)準(zhǔn)軸重-100 kN），后軸每個車輪重25 kN，車輪觸地壓力為0.7 MPa，取滾動摩擦系數(shù)為0.01，則1個后軸車輪的滾動阻力為250 N；對于平坡段，車速80 km/h時，按式（2）計算的整車風(fēng)阻力為1 634 N，2軸中型貨車有6個輪胎，近似認(rèn)為每個車輪承受的風(fēng)阻力相同，即每個車輪水平風(fēng)阻力為272 N，則平坡段每個車輪總水平阻力為522 N，后軸1個車輪對路表作用的水平剪力為522 N；對于坡度5%縱坡段，根據(jù)文獻(xiàn)［6］，計算的風(fēng)阻力為350 N，則每個車輪承受的風(fēng)阻力為58 N，后軸1個車輪的坡度阻力為1 250 N，滾動摩阻力仍為250 N，則后軸1個車輪總阻力為1 558 N?？梢妱蛩傩旭傆?%縱坡的中型貨車對路表作用的水平剪力是平坡段的2.98倍。如表10所示。

綜合考慮坡度、風(fēng)阻力、滾動摩阻力的影響，應(yīng)用層狀體系分析軟件BISAR3計算瀝青層與水泥混凝土層最大剪應(yīng)力，計算結(jié)果見表11。從計算結(jié)果來看縱坡段和平坡段的層間剪應(yīng)力幾乎相等。

3.2?路面抗剪性能分析

為了更準(zhǔn)確模擬路面在水平和豎向荷載下的真實受力情況，本文在鋪筑完成后的路面現(xiàn)場鉆取復(fù)合芯，并切割加工成復(fù)合試件，采用智能路面層間扭剪試驗儀，對其進(jìn)行扭剪試驗。復(fù)合試件直徑為100 mm，高度95 mm，其中瀝青層厚度為19 mm。在試件頂部施加0.7 MPa正應(yīng)力，模擬標(biāo)準(zhǔn)車荷載作用，扭剪試驗環(huán)境溫度20 ℃，以最大抗剪強度作為抗剪性能的評價指標(biāo)。

由表12可知，在防水粘結(jié)層材料和撒布量相同的情況下，四種類型的罩面結(jié)構(gòu)的實測層間抗剪強度遠(yuǎn)大于表11的層間剪應(yīng)力?？辜魪姸染鶟M足要求。

4?結(jié)語

本文通過對四種超薄磨耗層瀝青混合料進(jìn)行室內(nèi)外試驗及路面性能的跟蹤觀測，得出以下結(jié)論：

（1）小梁彎曲試驗結(jié)果表明：四種類型的超薄磨耗層瀝青混合料在-10 ℃條件下的低溫彎曲應(yīng)變均滿足規(guī)范要求，AC-8和纖維AC-8的低溫穩(wěn)定性最好，EMC-10次之，EMC-13最差。

（2）四種類型的超薄磨耗層結(jié)構(gòu)均可改善水泥混凝土的路面行駛質(zhì)量、抗滑性能等路表性能；但后期跟蹤觀測表明EMC-13的路面行駛質(zhì)量指數(shù)和激光構(gòu)造深度衰減較快；車轍深度指數(shù)出現(xiàn)不同程度下降，其中纖維AC-8下降最大；由于通車后混合料瀝青膜被磨掉，集料的棱角暴露出來，四種超薄磨耗層結(jié)構(gòu)的抗滑性能均出現(xiàn)不同程度的增長，其中EMC-13增幅最大。

（3）扭剪試驗表明超薄罩面層結(jié)構(gòu)的抗剪切性能較好，抗剪強度均大于不同坡度下的路面層間剪應(yīng)力。

參考文獻(xiàn)

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［6］林有貴，杜榮耀，石菊創(chuàng).大縱坡瀝青路面車轍估算及混合料設(shè)計研究［J］.西部交通科技，2020，4（2）：80-85.