道路高性能沥青超薄磨耗层技术的应用研究

道路高性能沥青超薄磨耗层技术的应用研究

张堂波

东莞市交通规划勘察设计院有限公司   广东省 东莞市   523000

摘要：基于国内外沥青超薄磨耗层技术的发展动态，总结并提出超薄磨耗层混合料的原材料要求，论述了以功能性为基础的超细耐磨层路面结构的设计，并对目前3种具有代表性的三种沥青覆盖技术如SMA-10、 NovaChip、GT-8进行了介绍。虽然采用超细沥青覆盖层，可以有效地减少管养费用，但也存在着对原材料的要求高、技术水平差、建设困难等问题。

关键词：高性能；沥青；超薄磨耗层

引言

据2019年交通运输行业发展统计公报显示，全国公路总里程为501.25万km，公路养护里程为495.31万km，占公路总里程的98.8%，可见我国公路交通行业现已面临繁重的养护工作。从道路养护维修成本及出行服务水平的角度思考，采取超薄磨耗层技术作为高等级道路的预防性养护措施将是公路管理和建设部门的最优选择，但由于各类薄层技术的应用效果尚未得到充分的验证，国内也缺乏超薄磨耗层体系的行业共识，因此，聚焦于沥青超薄磨耗层技术研究，总结现有薄层技术特点、未来发展方向很有必要。

一．超薄磨耗层原材料设计

（一）沥青胶结料

热拌超薄耐磨层的胶粘剂主要包括 SBS、高粘弹性、橡胶等，具体类型可以依据现有道路类型和情况选择，交通荷载条件及本地天气条件选择JTG5142-2019 《公路沥青道路养护技术规程》建议选用高粘性改性沥青，橡胶改性沥青和高掺量 SBS改性沥青。

超薄耐磨层是一种用于提高薄层覆盖技术的新型材料，在公路使用性能相当的情况下，其主要依靠沥青粘合剂来提高其使用效果。结果表明，超细磨损层的破坏主要是由于受到轮子载荷时，在构造层中会出现剪切和拉应力，因此，应尽量选用高粘性的特殊材料，以抑制其变形。在夏季，由于沥青混凝土的极端温度较高，因此建议选用具有较高的软化点和 PG级别的沥青粘合剂，以确保其在较高的温度下具有良好的稳定性能，但同时也要求该粘合剂具有可恢复的高弹性，能经受较大的温差收缩作用。

按照规范需要采用PG76及以上，交通量大的重要主干道建议采用PG82到PG88。根据我院工程实际应用调查情况，采用PG88沥青属于高端产品降维打击，价格增加不多，但可明显提高路面使用寿命，从全寿命周期来计算性价比最优。

（二）乳化沥青

乳化沥青作为防水胶合剂，能将薄板和下承板结合在一起，成为超薄耐磨层的关键，而具有很强的流动性，渗透至原路面细微空隙中，防止水分渗透到下部的承压结构，造成排水破坏。与常规覆盖相比，超细耐磨和耐水粘着的设计必须充分考虑到高的抗剪和拉伸能力，因此，要着重研究其蒸发残留物的高温黏性问题，例如60°C下动力黏度，软化点，以保证车辆荷载下不会出现脱皮及推移现象。此外，黏层抗反射裂缝性能具体可以通过乳化沥青蒸发残留物弹性回复指标来表征，推荐使用有较高粘度和稳定性的高粘度改性乳化沥青或者不粘轮改性乳化沥青。改性乳化沥青防水粘层需破乳速度快，可提供超薄磨耗层与原路面间的超强粘结力；同时还起到防水作用。一般情况下，改性乳化沥青的喷洒量在0.8-1.2kg/m2, 实际的喷洒量还要根据混合料的体积性质和路况来确定。

在低温混合超薄覆盖层中，高性能的乳化油通常也用作粘合剂，选用阳离子型高分子改性乳化油，并充分考虑其可适用性，选用具有较小破乳和较小初始凝结的产品，以减少维护工程对公众交通的影响。考虑到已有的冷铺薄层会产生疏松，脱落和移动的疾病，因此要着重考虑乳化沥青蒸发残留物和耐高温性。

二．超薄磨耗层路面结构设计

（一）SMA-10超薄磨耗层技术

超薄罩面SMA-10在普通SMA的基础上进行了间断级配的研制，其粗集料掺量大，矿粉掺量大，沥青掺量多，利用矿粉和外掺剂纤维稳定沥青形成富含沥青玛蹄脂充填粗集料骨架间隙，形成骨架密实型。SMA-10超薄磨耗层粗集料的比例在70%左右，矿粉质量分数在10%左右，油石比（也就是沥青和矿料质量之比）≥6.0%，这使SMA-10比常规连续密实型级配细粒沥青混凝土构造深度大，密实性好，耐久性强。

（二）NovaChip 超薄磨耗层技术

NovaChip超薄磨耗层系统，是由专用摊铺设备NovaPaver对NovaBond乳化沥青防水黏结层与NovaBinder断级配骨架空隙结构混合料进行同步成型，高效，快速养护方案。该工艺采用不连续级配法，通过在粗骨料的表层上形成点到点的结合，从而实现机械特性。与 SMA比较， NovaChip级配具有较少的粗集和细集料，属于半开放结构的骨架空洞类型，具有良好的耐滑性、耐磨、防雨、降低噪音。NovaChip超薄磨耗层三种不同类型级配的TypeA、Type B、Type C只对4.750 mm及以上的粒径要求做了微调，并通过对最大公称粒径的控制对磨耗层的典型执行厚度进行了15、18、20 mm的调节。

（三）GT-8高韧超薄磨耗层技术

高韧超薄沥青磨耗层（GT-8）工艺是利用同步摊铺施工工艺实现0.8～2.0 cm厚路面铺装层。采用特种设计GTTECH高黏高弹改性沥青（PG100型）及SBS高黏改性乳化沥青（PG82型）为热拌沥青混合料及黏结层。

GT-8在级配设计中应用了主骨料空隙充填理论，并通过调节2.36mm关键筛孔通过率提高粗集料掺量，用石料嵌挤成型稳定骨架承受行车荷载及沥青胶浆完全充填矿料空隙形成密实结构等措施，为带骨架密实结构连续型级配设计。与SMA-10相比，GT-8粗集料、矿粉含量均相对较少且不含纤维，但具有更高的油石比（>7.2%），本设计取得成功的关键是高PG等级特种改性沥青的使用，其高模量属性确保混合料高温稳定性。同时这种用高沥青掺量替代部分细集料的思想使得形成的磨耗层抗裂，密水，抗滑和降噪等性能优异【1】。

三．超薄磨耗层路面实施工艺

（一）原路面处治

①承载能力测试。由于超薄磨耗层并不能起到结构补强层的作用，因此，需要对原有路面进行一定结构强度的检测，水泥路面也需要对接缝传荷能力进行检测，以保证下承层有足够承载力。

②病害修复和处治。要防止路面后期出现的故障，必须提前进行处理和维护。混凝土地面采用开裂、接缝、封堵等施工方法。破裂的钢板、塌角及坑洞用环氧水泥修补，并应及时补板。错台，脱空视需要注浆，确保路基的稳定性。

③精铣刨。为了保证超薄磨耗层和下承层之间较好的黏结，原路面病害维修后使用铣刨机精铣刨，增加了原路面的粗糙度，然后再清洗冲洗以保证路面干净无油【2】。

（二）混合料拌和与运输

超细耐磨层技术系统通常使用高粘度的改性沥青及其它特殊的沥青作为粘合剂，其对高温的需求高于常规的沥青，所以，必须为所使用的沥青确定黏温曲线并结合实际工程经验来确定适宜的原材料加热温度，成品料的温度区间等，并在此基础上分析沥青黏度的温度敏感性来确定混合料输送过程中保温措施。一般高黏改性沥青比普通沥青可以施工的温度范围要小一些，所以建议使用双层篷布遮盖的运料车，必要时要用棉被遮盖保温。

（三）摊铺形式

超薄磨耗层普遍采用同步摊铺工艺使粘层油撒布与混合料铺筑同步进行，施工速度可以提高到10～16m·min-1，本实用新型显著降低了黏层体系受污染的概率，保证超薄磨耗层和下承层紧密连接成一体，同时提高施工效率。

由于机械设备条件所限，采用分步摊铺工艺，可选用不黏轮乳化沥青摊铺黏层，摊铺完成后关闭交通，尽快增铺混合料，以免对黏层体系造成污染，以保证超薄磨耗层铺筑可靠。选用的不黏轮乳化改性沥青要有很强的抗施工损伤性能以降低施工机械造成黏层损伤，如有损伤要及时补撒【3】。

（四）超薄罩面碾压

超薄罩面因层厚很小，在碾压过程中不适合使用振动压路机和胶轮压路机，以免路面产生碾压车辙现象，有关研究显示约2cm超薄磨耗层需要压实功远远小于普通沥青混合料，推荐使用13t双钢轮压路机，静压1～2次，收光整平后使用。同时超薄罩面具有快速施工作业和层面温度迅速降低的特性，因此碾压时应该遵循紧跟慢压原则以确保在适宜碾压温度条件下进行相应碾压工序，有关研究人员利用探地雷达技，对超薄磨耗层压实度和密度进行实时计算。

结语

当前超薄磨耗层工艺在国内高等级道路养护中被广泛使用，NovaChip作为超薄磨耗层在现阶段占据主流地位，这主要是因为该工艺具有较长的普及年限、经济效益是显而易见的，GT-8超薄磨耗层是一项新兴技术，虽然路用性能较好，但是推广年限较短，耐久性能还没有得到充分体现，还需要对路用性能进行较长时期的追踪和验证。

参考文献

[1]虞将苗,杨倪坤,于华洋.道路高性能沥青超薄磨耗层技术研究与应用现状[J].中南大学学报（自然科学版）,2021,052(007):2287-2298.

[2]邱丽鹏.沥青双层摊铺设备及施工特点[J].筑路机械与施工机械化,2016,033(011):103-107.

[3]郑天罡,周晓华,秦国彪,李飞,潘兴东,刘宗祥.薄层罩面抗滑性能衰变规律与影响因素研究[J].公路交通科技：应用技术版,2020,000(006):136-145.