李永浩 孫廣超 陳俊杉

黑龍江省公路工程監理咨詢有限公司

摘 要：針對目前高速公路瀝青混凝土的養護難以達到相關的標準，研究提出一種Novachip超薄磨耗層養護技術并確定實施過程中的最佳施工瀝青混合料配合比，同時給出相應的道路路面使用性能評價標準。通過路面滲水性測試和構造深度測試，結果顯示，施工前A線和B線平均構造深度分別為0.52 mm和0.53mm，平均路面滲水系數分別為83.67、84.54 m L/min;施工后A線和B線平均構造深度分別為1.33、1.34mm，平均路面滲水系數分別為13.53、14.73 m L/min。

關鍵詞：瀝青混凝土路面;Novachip超薄磨耗層;道路路面使用性能評價標準;性能;

作者簡介：李永浩(1980-)，男，高級工程師，研究方向:高速公路建設管理、高速公路建設技術應用瀝青網sinoasphalt.com。;

截至2019年我國的高速公路的總里程已經達到14萬km，這不僅促進了我國經濟的大力發展，也給人們的生活帶來了極大的便利。瀝青路面具備行車舒適度高等特點，被廣泛應用于高速公路路面[1,2]。隨著我國高速公路的建設初步完成，自然因素、運營車輛、路面老化等的影響，路面的養護技術和性能評價已經成為學者們重點探討的話題。相關數據顯示，2019年我國高速公路的養護資金將突破1 000億元。因此，高速公路路面的及時維護和病害治理具有非常重要的意義。與此同時，Novachip超薄磨耗層技術擁有高道路路面性能使用指數，在瀝青路面的預防養護工作中具有很好的優勢[3,4]。鑒于此，研究以某高速路面為研究對象，提出高速公路瀝青混凝土路面性能評價方案以及針對Novachip超薄磨耗層技術的預防性養護，旨在探討該養護技術的性能，為后續高速公路瀝青混凝土路面的養護提供數據參考。

1 高速公路瀝青混凝土路面性能評價

研究選取上海市寶安區境內的某GS公路作為研究地段，在長期高負荷運轉下路面出現車轍、坑槽、麻面等病害，分別將道路某1 000 m長度的前后500 m設置為A線和B線。依據《公路技術狀況評定標準》的相關標準，研究構建高速公路瀝青混凝土路面性能評價指標包括:抗滑性能指數(SRI)、路面狀況指數(PCI)、路面結構強度指數(PSSI)、路面養護質量指數(PQI)，分別對應安全性能、路面破損情況、路面結構承載力、平整力[5,6]。路面使用性能評價體系如圖1所示。

圖1 路面使用性能評價體系

Fig.1 Pavement performance evaluation system

路面養護質量指數的取值范圍0～100，計算表達式:

式中:各項指數前面相應字母表示相應的權重值，WPCI、WPSSI、WPQI、WSRI對應的值分別為0.35、0.15、0.40、0.10。路面抗滑性能是指在剎車階段道路表面滑行產生的最大抗滑力，其取值范圍為0～100，數值越大，表明路面抗滑性能越好。該項指標可分為差、次、中、良、優此5種等級。研究選用的檢測方式為路面橫向力系數測試車SCRIM。調查表示該研究區域的路面抗滑性能具有較好的性能，但局部存在抗滑性能較差且平整度較差等狀況。路面狀況指數是指路面狀況的好壞，數值范圍為0～100，數值越大，表明路面狀況越好。該項指標也可分為差、次、中、良、優此5種等級。研究區域在使用過程中出現橫紋、縱橫、車轍等損壞形態，利用人工檢測和多功能道路檢測車的路況攝像系統評定路面狀況指數，調查表示該研究區域的路面狀況良好。路面結構強度測試儀器為激光自動彎沉儀，通過隨機抽樣完成彎沉測試。該項指標可分為差、次、中、良、優此5種等級，調查表示該研究區域的整體結構剛度良好。路面狀況指數是指路面的平整度，數值范圍為0～100，數值越大，則路面平整度越高。該項指標可分為差、次、中、良、優此5種等級，調查表示該研究區域的路面行駛質量良好。路面平整度檢測方法包括反應類儀器測定法和斷面類儀器測定法，前者衡量道路表面的平整度;后者反應道路表面的凹、凸情況。通常使用的斷面類設備包括激光路面平整度測定儀和3 m直尺，反應類設備為車載式顛簸累積儀。車載式顛簸累積儀的測試原理是通過后軸和車體的相對位移單向累積數值估算路面的平整度，記錄數值的閾值為25.4 mm。該測試的優點如下，檢測效率較高、允許的最大檢測速度為50 km/h，幾乎不對道路的交通造成影響[7,8]。但該測量方式也存在一定的局限性，它并不適用于破壞嚴重的路面和坑槽較多的路面。路面滲水系數通過滲水儀進行測量，該值是指單位時間內滲水儀內部水位的變化。路面抗滑性能檢測包括路面橫向力系數、抗滑擺值、構造深度。常見的檢測方法為擺式儀激光構造深度儀、電動鋪砂法、手工鋪砂法。手工鋪砂法的操作原理非常簡單，且能配合擺式儀很好地完成路面抗滑值;但該檢測方法存在一定的局限性，測試者工作強度大、低安全性、較慢的測試速度。具體操作步驟:首先使用掃把將測點周邊的路面清洗干凈，然后把體積密度均勻的泥沙倒入測點周邊的路面上，同時保證攤鋪形狀為圓狀，接著完成相互垂直方向的2個直徑的測量，并記錄測量平均值。路面結構強度檢測的重要指標為彎沉值。常用的檢測方法為落錘式彎沉儀、自動彎沉儀、貝克曼梁。相比較于后二者，落錘式彎沉儀是一種非常理想的路面無損檢測設備，能夠通過加載中心最大彎沉值得到路面結構強度。路面狀況指數和路面損壞密度、損壞程度、損壞類型密切相關，主要影響因素為環境劇烈變化、不規范的現場施工環境、質量不合格的原材料[9,10]。

2 高速公路瀝青混凝土路面預防性養護技術及配合比設計

Novachip超薄磨耗層的厚度為常規瀝青混凝土厚度為1/3～1/2 mm，通常厚度為15～25 mm，該技術的成型機理:首先，對于沒有結構性病害的瀝青路面上噴涂大約0.6～1.0 mm厚度的改名乳化瀝青，接著立即鋪設熱拌瀝青混合料，這一過程同時進行熱拌瀝青的鋪筑和改性乳化噴涂2個步驟，所用的設備為Novachip一體化專用設備，緊接著通過普通壓路機完成一次性碾壓成型操作;然后通過清理現有的瀝青路面后并完成改性乳化瀝青的噴涂，隨即將料和間斷級配的瀝青混合并鋪筑在路面上，完成碾壓操作后粗集料中利用改性瀝青的滲透作用逐步提升[11]。最后，憑借改性乳化瀝青良好的粘接能力，促進現有路面表層和被滲透的瀝青混合料組成網格互穿型保護層，避免空氣和車輪與現有路面的接觸，增強現有路面的使用性能，極大增強抗老化能力、抗滑性、透水性[12]。Novachip超薄磨耗層養護技術利用改性乳化瀝青滲透和粘接作用，混凝結間斷級配和現有瀝青路面的瀝青混合料，通過網格互穿型保護層技術降低路面噪音和增強路面防水性能以及美化路面的外觀[13]。

混合料的設計和組成是該技術的關鍵環節，主要包括級配設計、集料選擇、改性瀝青粘接料、改性乳化瀝青粘接層。改性乳化瀝青的型號為Nova Bond，它的粘接層上部需要鋪設的混合料組成為填料、20%～30%的細集料、70%～80%的單一粒徑粗集料，瀝青的使用占比為4.8%～5.2%。填料來自于翁源縣中源公司的水泥;粗集料來源為湖南汝城的輝綠石，粗料集依據不同的最大粒徑分為A、B、C此3種類型。研究選用最大粒徑為12.5 mm的C型粗料集，瀝青用量占比為5.5%，攤鋪厚度為20 mm，所有材料的性能均符合《公路瀝青路面養護設計規范》等要求。研究所用材料如表1所示。

表1 Novachip超薄磨耗層瀝青混凝料主要情況

Tab.1 Main situation of Novahip ultrathin wearing course asphalt concrete

綜合考慮除塵環境，最終確定目標配合比:水泥、石屑、5～10 mm碎石、10～16 mm碎石的比例分別為3%、24%、41%、32%，通過馬歇爾力學性能試驗最終得到最佳的油石比為4.9%。該材料具備高溫穩定性和水穩定性，動穩定度為7 663次/mm，凍融劈裂抗拉強度比為87.4%。馬歇爾殘留穩定度滿足既定標準，數值為92.5%;謝倫堡析漏試驗確定損失率低于0.1%的既定標準，數值平均為0.07%;肯塔堡飛散試驗確定的損失率低于15%的既定標準，數值平均為11.2%。

3 高速公路瀝青混凝土路面技術應用分析

研究地段的4種使用性能評價具體情況，結果如圖2所示。

圖2 研究地段路面使用性能評價情況

Fig.2 Pavement performance evaluation in the study area

由圖2可知，表示研究地段符合Novachip超薄磨耗層養護技術的使用標準，施工范圍為碾壓、攤鋪、混合料進場、施工放線。A線和B線的4種使用性能評價指數整體呈現較好的一致性，優良等級的比例占到90%左右，路面行駛質量指數和路面狀況指數不存在次和差2種等級的路面;其余2種指數不存在差等級的路面。具體來說，A線的PCI、SRI、PSSI、RQI此4種指數優等級的占比分別為77.5%、15.9%、59.1%、15.2%;B線的PCI、SRI、PSSI、RQI此4種指數優等級的占比分別為81.5%、37.2%、70.3%、42.9%。A線的PCI、SRI、PSSI、RQI此4種指數良等級的占比分別為15.2%、70.6%、35.4%、72.0%;B線的PCI、SRI、PSSI、RQI此4種指數良等級的占比分別為16.2%、58.5%、23.1%、45.9%。A線的PCI、SRI、PSSI、RQI此4種指數中等級的占比分別為7.9%、9.0%、5.4%、10.4%;B線的PCI、SRI、PSSI、RQI此4種指數良等級的占比分別為2.3%、2.5%、6.8%、11.6%。

實驗通過構造深度測試對比施工前后路面構造深度變化情況，結果如圖3所示。

由圖3可知，施工前A、B線均有一些測點不能符合構造深度的標準，構造深度低于0.55 mm。但施工結束后，A線和B線所有測點均能滿足構造深度的標準。施工前A線和B線路面構造深度的平均值分別為0.52 mm和0.53 mm，施工后A、B線路面構造深度平均值分別為1.33 mm和1.34 mm，構造深度提升率分別為155.77%和152.83%。

圖3 施工前后路面構造深度具體情況 下載原圖

Fig.3 Concrete conditions of pavement structure depth before and after construction

實驗通過路面滲水性測試對比施工前后路面滲水性能變化情況，結果如圖4所示。

圖4 施工前后路面滲水系數具體情況 

Fig.4 Specific situation of pavement seepage coefficient before and after construction

由圖4可知，施工前A、B線均有大部分測點不能符合滲水性能的標準。但在施工結束后，A、B線所有測點的滲水性能均能滿足滲水性能的標準。施工前A、B線路面滲水系數的平均值分別為83.67、84.54 m L/min;而施工后A、B線路面滲水系數的平均值分別為13.53、14.73 m L/min，路面滲水系數降低率分別為83.83%和82.58%。

4 結語

針對高速公路瀝青混凝土的預防性養護的現狀，研究提出一種面向上海市寶安區境內的GS公路的Novachip超薄磨耗層養護技術，并提出相應的高速公路瀝青混凝土路面性能評價指標。A線和B線的4種使用性能評價指數整體呈現較好的一致性，但優良等級的比例占到90%左右，路面行駛質量指數和路面狀況指數不存在次和差2種等級的路面;而其余2種指數不存在差等級的路面。應用Novachip超薄磨耗層養護技術后，施工前后A線路面構造深度的平均值分別為0.52 mm和1.33 mm;施工前后B線路面構造深度的平均值分別為0.53 mm和1.34 mm,A線和B線構造深度提升率分別為155.77%和152.83%。施工前后A線路面滲水系數的平均值分別為83.67 m L/min和13.53 m L/min;而施工前后B線路面滲水系數的平均值分別為84.54 m L/min和14.73 m L/min,A線和B線路面滲水系數降低率分別為83.83%和82.58%。受限于本人的時間和精力，研究選取的數據均具有一定的局限性和狹窄性，導致該區域的養護工作的實際效應的準確性有待進一步的提高。

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