高性能超薄層罩面TOL-10瀝青混合料設(shè)計(jì)與工程應(yīng)用

朱浩然 劉林林 劉愛華 于明明

摘要：為了解決普通超薄層罩面出現(xiàn)脫層、裂縫等病害問題，文章通過引進(jìn)美國超薄層罩面TOL-10瀝青混合料技術(shù)，基于體積-性能平衡混合料設(shè)計(jì)方法理念，采用高性能瀝青膠結(jié)料，進(jìn)行了室內(nèi)混合料設(shè)計(jì)及性能評價(jià)，并依托宿遷S324實(shí)體工程，采用同步施工工藝，鋪筑了TOL-10瀝青混合料試驗(yàn)段。研究結(jié)果表明：室內(nèi)采用體積性能平衡設(shè)計(jì)方法是可行的，超薄層罩面TOL-10瀝青混合料具有良好的路用性能。

關(guān)鍵詞：超薄層罩面;TOL-10瀝青混合料;體積性能平衡設(shè)計(jì);性能驗(yàn)證;現(xiàn)場施工

0 引言

超薄層罩面技術(shù)是一種新型的預(yù)防養(yǎng)護(hù)措施，其基本上起不到增加路面強(qiáng)度的作用，屬于非結(jié)構(gòu)性的道路表面養(yǎng)護(hù)層技術(shù)，其通常用于道路預(yù)防性養(yǎng)護(hù)或處理道路輕、中病害，能夠有效地改善路面的表面性能，使病害的出現(xiàn)時(shí)間得到延緩，使道路使用年限得到延長，有利于當(dāng)前道路建設(shè)和養(yǎng)護(hù)需要[1][2]。

目前普通超薄層罩面瀝青路面易出現(xiàn)脫層、裂縫等病害問題，而傳統(tǒng)普通熱拌混合料的主流設(shè)計(jì)方法是體積設(shè)計(jì)，即以材料的體積性能分析為基礎(chǔ)，評價(jià)材料的路用性能，不適用于超薄層罩面混合料設(shè)計(jì)。同時(shí)，普通超薄層罩面瀝青混合料施工大多采用傳統(tǒng)的施工工藝，存在施工機(jī)械容易損壞乳化瀝青膜和施工效率低下的問題，這也是導(dǎo)致超薄層罩面瀝青路面易出現(xiàn)脫層的原因。因此，為解決超薄層罩面病害問題，提升超薄層罩面的使用壽命，需要進(jìn)一步對超薄層罩面瀝青混合料進(jìn)行專門設(shè)計(jì)及對其性能開展研究，并對施工工藝進(jìn)行改進(jìn)[3][4]。

因此，本研究依托宿遷S324省道大中修建設(shè)工程，通過采用體積-性能平衡設(shè)計(jì)方法和同步施工工藝技術(shù)手段，開展TOL-10瀝青混合料技術(shù)的應(yīng)用研究。本研究對于擴(kuò)大TOL-10瀝青混合料技術(shù)的應(yīng)用規(guī)模，提高瀝青路面的耐久性及延長其使用壽命具有重要的意義。

1 超薄層罩面TOL-10設(shè)計(jì)及室內(nèi)性能評價(jià)

1.1 原材料質(zhì)量檢測

瀝青膠結(jié)料選用自制的高粘改性瀝青，由SBS改性瀝青加入高粘添加劑剪切攪拌而成，比例為SBS改性瀝青∶高粘添加劑=96∶4。集料選用質(zhì)量合格的玄武巖礦料，礦粉采用石灰?guī)r等堿性石料經(jīng)磨細(xì)而得。瀝青膠結(jié)料檢測結(jié)果如表1所示。

1.2 礦料級配的選擇

TOL-10混合料最大公稱粒徑為9.5 mm，結(jié)合SMA熱拌混合料級配設(shè)計(jì)方法，初選粗、中、細(xì)三種級配，進(jìn)行瀝青混合料體積指標(biāo)測試，以粗骨料骨架間隙率和礦料間隙率試驗(yàn)結(jié)果選擇設(shè)計(jì)級配，選擇瀝青用量6.5%作為初試級配瀝青用量[5]。詳見表2～3。

從表3試驗(yàn)結(jié)果可以看出，級配C的VFA不滿足要求，級配A和級配B的VMA和VCAmin滿足指標(biāo)要求。參照J(rèn)TG F40-2004規(guī)范SMA配合比設(shè)計(jì)要求，當(dāng)有1組以上的級配同時(shí)符合要求時(shí)，以粗集料骨架分界集料通過率大且VMA較大的級配為設(shè)計(jì)級配，但級配B空隙率較接近目標(biāo)空隙率，因此，選擇級配B為設(shè)計(jì)級配。

1.3 最佳瀝青用量的確定

1.3.1 體積指標(biāo)

選擇設(shè)計(jì)級配B，在瀝青用量6.5%的基礎(chǔ)上，另選取6.8%和6.2%瀝青用量分別進(jìn)行馬歇爾體積指標(biāo)測試。詳見表4。

1.3.2 性能試驗(yàn)

本研究的TOL-10混合料配合比設(shè)計(jì)采用體積-性能平衡設(shè)計(jì)的方法，對初定的設(shè)計(jì)級配B，在瀝青用量為6.2%、6.5%、6.8%的條件下分別成型混合料試件，進(jìn)行路用性能試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果見表5。

從表5試驗(yàn)結(jié)果分析得出：（1）級配B在瀝青用量為6.2%、6.5%和6.8%條件下的各項(xiàng)路用性能指標(biāo)均滿足路用性能要求;（2）級配B在瀝青用量為6.5%條件下的空隙率為4.3%，雖不滿足目標(biāo)空隙率的要求，但各項(xiàng)路用性能均較優(yōu)，考慮體積-性能平衡設(shè)計(jì)的理念，可確定最佳瀝青用量為6.5%;（3）結(jié)合級配B的性能試驗(yàn)結(jié)果，考慮體積-性能平衡設(shè)計(jì)的特點(diǎn)，建議采用最佳瀝青用量為6.5%進(jìn)行實(shí)際工程應(yīng)用。

2 試驗(yàn)路應(yīng)用

為進(jìn)一步檢驗(yàn)超薄層罩面TOL-10瀝青混合料的路用性能，為后續(xù)的研究提供試驗(yàn)資料，同時(shí)也為今后的超薄層罩面TOL-10瀝青路面研究提供一些實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的支持，根據(jù)室內(nèi)試驗(yàn)研究的結(jié)果進(jìn)行了試驗(yàn)路鋪筑和跟蹤觀測[6]。

2.1 試驗(yàn)路概況

超薄層罩面TOL-10瀝青混合料試驗(yàn)段選址位于宿遷市S324省道路段，直接在原路面上加鋪罩面。試驗(yàn)段樁號為上行路段K149+250～K149+500，全長約250 m，寬11.75 m，粘結(jié)層采用高粘改性乳化瀝青，灑布量為0.6 L/m2，罩面層厚度約為2.5 cm。在試驗(yàn)段鋪筑之前，根據(jù)室內(nèi)試驗(yàn)的結(jié)果進(jìn)行了生產(chǎn)配合比的調(diào)試和拌和樓的試拌工作。

2.2 試驗(yàn)路實(shí)施及現(xiàn)場檢測

2.2.1 原路面處理

試驗(yàn)段所處的原路面存在橫向裂縫、輕微車轍病害，總共有10條橫向裂縫，1處輕微車轍（≤15 mm）。

對原路面橫向裂縫進(jìn)行集中處治，處理方案為：先沿著原路面橫向裂縫處銑刨，寬度為1 m，深度為4 cm，再貼抗裂貼（50 cm寬），長度為整個(gè)橫向裂縫，最后進(jìn)行回填混合料壓實(shí)。此外輕微車轍不處理，直接鋪筑即可。同時(shí)對原路面標(biāo)線進(jìn)行徹底清除。

2.2.2 混合料生產(chǎn)

瀝青加熱溫度控制在175 ℃～185 ℃，混合料拌和溫度為180 ℃～185 ℃，混合料出料溫度控制在175 ℃～190 ℃，超過195 ℃予以廢棄。

2.2.3 現(xiàn)場施工

對原路面進(jìn)行病害處治和標(biāo)線清洗后，使用路面清掃車對原路面進(jìn)行清掃，保持原路面干燥和整潔?，F(xiàn)場攤鋪使用1臺RP600同步攤鋪機(jī)攤鋪，采用同步攤鋪工藝。攤鋪機(jī)上有改性乳化瀝青罐裝置，對瀝青罐質(zhì)量進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，并顯示在攤鋪機(jī)操控屏中，可實(shí)現(xiàn)粘層油和混合料同步攤鋪，保證了粘層油質(zhì)量和施工效率。攤鋪寬度為4 m，攤鋪系數(shù)為1.2，攤鋪速度為10～13 m/min。改性乳化瀝青在70 ℃的溫度下噴灑，灑布量約為0.6 L/m2?，F(xiàn)場攤鋪瀝青混合料溫度檢測結(jié)果見表6。

初壓雙鋼輪壓路機(jī)碾壓速度為3 km/h左右，靜壓遍數(shù)為2遍;復(fù)壓雙鋼輪壓路機(jī)碾壓速度為3 km/h，震動(dòng)碾壓4遍;終壓雙鋼輪壓路機(jī)碾壓速度為3 km/h，靜壓遍數(shù)為2遍。從試驗(yàn)段碾壓完畢后正常斷面鋪面效果來看，鋪面較為均勻，無明顯油斑和大面積離析現(xiàn)象。

2.2.4 工后檢測

本次試鋪段現(xiàn)場檢測采用隨機(jī)抽檢的方式進(jìn)行，試驗(yàn)結(jié)果均滿足要求。芯樣厚度、壓實(shí)度及滲水、構(gòu)造深度、摩擦系數(shù)均滿足規(guī)范要求。詳見圖2～5和表9。

2.2.5 后續(xù)性能觀測

通車半年后，瀝青路面表面沒有車轍、裂縫等病害，路面整體狀況良好。

3 結(jié)語

本研究基于體積-性能平衡設(shè)計(jì)方法理念，對超薄層罩面TOL-10瀝青混合料進(jìn)行了設(shè)計(jì)和性能驗(yàn)證，并采用同步施工工藝進(jìn)行了試驗(yàn)段鋪筑，得到以下結(jié)論：

（1）體積-性能平衡設(shè)計(jì)方法首先根據(jù)體積指標(biāo)選取設(shè)計(jì)級配，然后選取不用瀝青用量同時(shí)進(jìn)行馬歇爾試驗(yàn)和各項(xiàng)路用性能試驗(yàn)，綜合體積和性能試驗(yàn)結(jié)果，最后確定最佳瀝青用量。

（2）采用體積-性能平衡方法設(shè)計(jì)的TOL-10混合料路用性能較優(yōu)，驗(yàn)證了體積-性能平衡設(shè)計(jì)方法的可行性。

（3）采用同步施工工藝避免了乳化瀝青膜被破壞，提高了施工效率，保證了超薄層罩面TOL-10瀝青混合料的施工質(zhì)量。

（4）超薄層罩面TOL-10瀝青混合料路用性能良好，能夠有效地改善原路面的表面性能，道路使用年限得到了延長，具有較大的推廣價(jià)值。

參考文獻(xiàn)：

[1]孫祖望，任 民.瀝青路面預(yù)防性養(yǎng)護(hù)實(shí)用技術(shù)[M].北京：中國建材工業(yè)出版社，2017.

[2]曹曉娟.溫拌瀝青混合料超薄罩面技術(shù)概述[J].建筑工程技術(shù)與設(shè)計(jì)，2014（31）：1 016.

[3]馮新軍，查旭東，汪文淵，等.基于抗車轍和抗開裂的瀝青混合料平衡設(shè)計(jì)[J].武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2011，33（5）：86-89，112.

[4]毛 琪.基于層位特性的中面層瀝青混合料平衡設(shè)計(jì)法初步研究[D].武漢：武漢工程大學(xué)，2018.

[5]JTGE20-2011，公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程[S].

[6]JTGF40-2004，公路工程瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范[S].

作者簡介：朱浩然（1983—），博士，研究方向：道路養(yǎng)護(hù)設(shè)計(jì)與研究;

劉林林（1991—），碩士，研究方向：道路材料與施工;

劉愛華（1987—），碩士，研究方向：道路結(jié)構(gòu)與材料設(shè)計(jì);

于明明（1988—），碩士，研究方向：道路養(yǎng)護(hù)設(shè)計(jì)。