摘要：复合改性UTAC薄层罩面是指采用“橡胶＋SBS”复合改性沥青作为胶结料、与间断密实级配集料拌和而成的路面预养护技术，其技术特点是在薄层摊铺厚度（≤2.5mm）条件下具备良好的表面构造深度、优良的防滑减噪性能；同时采用复合改性沥青作为胶结料，使所摊铺薄层混合料的高、低温性能显著提高。该文系统介绍了“橡胶＋SBS”复合改性UTAC薄层罩面在北京高速公路预防性养护中的应用，并通过对原路面检测及数据分析针对性地提出复合改性UTAC薄层罩面技术作为养护处治方案，根据北京地区集料开展了配合比设计，通过实体工程铺设，系统评价了复合改性UTAC薄层罩面的施工效果及路用性能。试验检测数据分析表明：复合改性UTAC薄层罩面技术具有良好的施工和易性及优异的路用性能，是一种行之有效的高速公路路面预防性养护技术中国沥青网sinoasphalt.com。

关键词：复合改性；薄层罩面；预防性养护；高速公路；应用

热拌沥青混合料薄层罩面技术指厚度介于传统表面磨耗层［（4~5）cm的AC、SMA类沥青混凝土）及冷拌封层（0.6~1.5）cm的稀浆封层和表面处治］之间的路面磨耗层技术，通常定义的厚度为20~25mm。与新建路面结构层强调承受荷载、耐久性的设计思路不同，热拌薄层工艺的设计思路主要是针对路面表层功能性养护，强调表面使用功能。从使用功能而言，薄层罩面对路面结构性能几乎没有改进作用，其主要功能作为补强磨耗层，同时具备封水、改善平整度、填平轻微车辙（≤1.5cm）以及直接覆盖早期微裂缝（≤5mm）的作用；因此其通常应用目的介于预防性养护与矫正性养护之间。

薄层工艺按设计思路可划分为以下类型：①SMA类及其发展薄层工艺：即骨架密实类，如SMA、SAC、UTAC类；②法国BBSG及其发展的工艺：即半开级配类，BBM、BBTM等以及由此发展出的同步摊铺工艺的NOVACHIP；③摊铺厚度可控制在2.5cm的连续级配类细粒式沥青混凝土：AC-5、AC-8、AC-10等以及SUP-5、SUP-10。

上述各类型中BBSG及由其发展出的各类薄层工艺虽具有施工速度快、构造深度大的技术特点，但由于其设计空隙大，即使采用喷洒的黏结层也难以完全达到表层封水的应用目的，同时由于北京冬季严寒，降雪后大孔隙薄层中填充的水分冻结后难以清除，易导致行车风险，因此难以适应北京地区的环境气候条件。 

基于连续级配设计思路的悬浮密实结构ＡＣ类薄层铺装，虽然具有空隙率低、封水性好的技术特点，但由于采用连续级配，混合料结构中细集料胶浆含量多且致密，加之悬浮密实结构导致其抗车辙变形能力弱，因此其作为薄层抗车辙能力不足；同时ＡＣ类摊铺成型后表面光滑致密、构造深度小，抗滑性能不足，难以适用于高速行车的高速公路路面养护。

综上所述，该文采用JTG D50-2006《公路沥青路面设计规范》中的UTAC-10间断级配作为混合料设计级配。

薄层罩面作为路表磨耗层，摊铺后直接面对重型交通荷载，同时由于其厚度薄，作为磨耗层时受力状态加剧，一旦自身强度不足，极易造成推移、脱落甚至大面积剥落的技术风险，因此在胶结料选择上单独依靠普通SBS改性沥青显然已无法满足使用要求。同时考虑到北京地区夏季炎热、冬季严寒的气候特点以及实施路段所承受重载交通荷载的现状，决定采用“橡胶＋SBS”复合改性沥青作为胶结料。

“橡胶＋SBS”复合改性沥青由废旧轮胎橡胶粉、SBS高分子聚合物与普通沥青经过物理、化学复合工艺制备而成，在具备橡胶类改性剂的高黏高弹特性的同时，又具备SBS高分子聚合物的抗裂抗变形特性，同时其60℃动力黏度高，与骨架密实型级配有着良好的适应性；与坚固耐磨且棱角性好的玄武岩集料拌和为薄层混合料后，使所拌和制备的薄层混合料同时具备高温稳定性、低温抗裂性。

由于“橡胶＋SBS”复合改性沥青黏度大、薄层结构摊铺厚度薄、散热快，同时考虑到北京地区高速公路长期夜间施工的工程条件，因此在薄层混合料中添加碾压助剂增大薄层混合料的可碾压温度范围，以保证充分的碾压时间和效果。

以下对“橡胶＋SBS”复合改性沥青UTAC-10薄层沥青混合料进行设计简述。

从微观角度看，橡胶沥青与SBS沥青的改性机理存在差异，橡胶类改性剂在沥青中的溶解分散性能较差，掺入沥青中后需要采用物理混溶的手段才能形成稳定的共混体系；而SBS类改性剂在沥青中具有良好的溶解分散性，熔融分散于沥青中能够形成空间网格结构，改善沥青高低温性能；因此复合改性沥青胶结料生产需要在普通SBS改性沥青生产工艺的基础上进行优化调整，使整个制备工艺流程适应复合改性“橡胶＋SBS”改性沥青技术要求。

根据两种不同改性材料自身特点优化生产工艺，首先加热基质沥青至190~200℃，随后掺入SBS改性剂，剪切研磨后泵送发育罐，恒温190~200℃条件下搅拌发育2~3ｈ，随后将其泵送至剪切胶体磨，并加入橡胶改性剂二次剪切研磨，然后将混合后的沥青泵送至发育罐发育反应3~4h，发育过程中保持高速搅拌，随后将完成复合改性的“橡胶＋SBS”改性沥青泵送至成品罐，完成改性制备工序。

由于采用复合改性技术制备沥青胶结料，其各项技术指标在满足JTG F40-2004《公路沥青路面施工技术规范》要求的基础上大幅提高，成品复合改性沥青检测结果如表1所示。

粗集料选用河北产洁净、干燥、表面粗糙的玄武岩。细集料选用洁净、干燥、无风化、无杂质，并有适当的颗粒级配的机制砂。填料采用石灰岩或岩浆岩中的强基性岩石等憎水性石料经磨细得到的矿粉。集料及填料技术性能均符合JTG F40-2004《公路沥青路面施工技术规范》要求。

由于采用了高黏度的“橡胶＋SBS”复合改性沥青作为胶结料，因此拌和成型的薄层混合料整体黏聚力大，同时充分考虑夜间施工环境温度低、摊铺厚度薄等不利因素，为保证压实质量，在薄层混合料中添加碾压助剂以保证压实效果，所采用的UTAC碾压助剂是一种基于表面活性剂技术的碾压助剂，其主要功能是保证高黏聚力沥青混合料在低温下的压实效果，增大混合料可压实温度范围。

考虑到碾压成型后路面的封水效果，采用UTAC骨架密实结构，而现行国标中4.75~9.5mm之间并未设置单独筛孔，难以保证薄层混合料形成稳定的骨架结构，而骨架结构的形成直接关系到薄层混合料最终的抗车辙性能，因此在矿料组成设计阶段，将UTAC中采用的7.5mm控制筛孔替换为北京地区稳定集料常用的6.7mm筛孔，通过增设筛孔控制级配组成、稳定生产级配，确保所生产薄层混合料的质量均匀性。

沥青混合料配合比设计时，初步提出了工程设计级配范围，对各级矿料进行了筛分，确定的各档矿料配比如表2所示。

根据各种矿料配合比例及其毛体积密度，结合以往经验，预估混合料最佳油石比为6.0%，碾压助剂掺

量为0.28%。参考规范要求，按照0.5%间隔变化，取5个不同的油石比，进行马歇尔试验，试件毛体积密度采用表干法测定，理论最大相对密度采用真空法实测。

根据规范及指南要求，设计空隙率为4%~5%，取相应于目标空隙率4%的油石比作为最佳油石比。此次设计中沥青混合料的计算最佳油石比为6.0%，UTAC碾压助剂掺量为0.28%。

为了检验沥青混合料的目标配合比设计，按照规范要求，对所配沥青混合料进行了高温稳定性、低温稳定性及水稳定性检验，试验结果见表3。由表3可知：沥青混合料动稳定度和残留稳定度、冻融劈裂强度比及渗水系数均符合设计要求。

采用间歇式拌和站开展目标配比验证及生产配比设计，并对实际生产沥青混合料进行性能检验。通过实际生产配比拌和，确定各项工艺环节控制温度如表4所示。生产配比混合料性能检测结果见表5。

试验结果表明：各项指标均满足设计要求，“橡胶＋SBS”复合改性UTAC-10薄层混合料配合比设计合理，所生产混合料同时具备优良的高温、低温和水稳定性能。

经过系统的室内目标配比设计及拌和站生产配比设计，确定了“橡胶＋SBS”复合改性UTAC-10薄层混合料的材料组成及各项技术性能，可为后续实体工程铺设打下基础。

该文“橡胶＋SBS”复合改性UTAC-10薄层罩面实体工程依托京港澳高速公路（G4）北京段实施；京港澳高速是北京西南部的交通运输要道，北京段全长45.6KM，全线于1993年11月建成通车，2007年对道路全线进行了路面大修改造，随后又多次采取局部路段病害处理和预防性养护措施，路面状况整体处于良好水平。

该项目实施路段为K13+100~K28+500（五环路至六环路）,其路面主要病害表现为纵横向裂缝及抗滑性能降低，为了防止路面病害进一步扩展，延长沥青路面结构的使用年限，改善路面使用性能，采用“橡胶＋SBS”复合改性UTAC-10薄层混合料对该路段路面进行预防性养护施工。

通过对该路段现场踏勘和钻芯取样检测分析，其主要病害（裂缝类）的成因主要是由下向上的基层温缩反射裂缝造成的，现况路面结构承载力满足使用要求，路面整体状况良好。

为减少养护施工对社会车辆的影响，并尽可能减少对交通干扰，采用该项目开发“橡胶＋SBS”复合改性UTAC-10沥青薄层罩面技术作为养护方案，主要优点如下：①具有优异的混合料性能，能适应京港澳高速公路的大交通量荷载；②摊铺厚度薄，散热快，摊铺碾压后能迅速成型并快速开放交通，能够将养护工程对交通的干扰降至最低水平；③具有轻度病害矫正能力，能有效改善现况路面抗滑能力不足，填补现况路面轻微车辙，抑制现况路面微裂缝发展；④具有良好的表面构造深度和优良防滑减噪性能，其各项综合性能优于同类养护工艺。

综上，采用表6所示养护技术方案作为该项目施工方案。

(1)施工流程

工艺流程：开始交通导改→旧路面拉毛→清扫工作面→灌缝→一体式摊铺机洒布乳化沥青、铺筑→碾压→标线施划→结束导改并开放交通。

(2)旧路面处理

对旧路面的裂缝、网裂等病害进行处理，保证旧路面具有足够的承载力。

对于反射裂缝和横向裂缝，缝宽<5mm，将缝隙刷扫干净，并用压缩空气吹净尘土后，用热沥青进行封堵；缝宽≥5mm，将缝口杂物清除，沿裂缝开槽后，用压缩空气吹净，采用专用灌缝设备和灌缝处理。

对于网裂及病害严重区域，提前通过取芯判断病害原因和范围，对局部路面病害铣刨、重新铺筑沥青混合料后进行整体罩面施工。

(3)薄层罩面摊铺

为防止摊铺环节中设备履带对黏结层的碾压破坏，复合改性UTAC-10薄层罩面使用一体式摊铺机，一次性完成乳化沥青喷洒、沥青混合料摊铺，在提高作业效率的同时，有效避免了黏结层的污染和破坏，保证了层间黏结效果。

为了尽可能减少对社会交通的影响，采取夜间交通低峰期不断交通、分段分幅组织施工。摊铺前将原路面表面进行拉毛、清扫干净，路面无杂物和积水后喷洒改性乳化沥青黏层油。改性乳化沥青在60~80℃的温度下喷洒，喷洒量为0.5L/ ㎡。混合料缓慢、均匀、连续不间断摊铺。通过试验段确定摊铺速度控制在6~8m/min，松铺系数为1.2。

(4)薄层罩面碾压

为保证压实度和平整度，混合料碾压遵循“高频、低幅、紧跟、慢压”的原则。UTAC-10沥青混合料属于骨架密实型级配，相比悬浮密实结构，沥青混凝土更难于压实，因此现场配置3台压实性能优异的HDO138V双钢轮水平震荡压路机以提高压实效率，保证路面的施工质量。碾压工序如下：①初压１台压路机碾压1~2遍，速度控制2.5~3.5m/min；②复压１台压路机碾压4~5遍，速度控制4~5m/min；③终压１台压路机静压2~3遍，速度控制3~5m/min。

碾压重叠宽度200~300mm，压路机驱动轮始终朝向摊铺机，不得随意停顿，碾压终了温度≥80℃。

(5)接缝处理

由于采用骨架密实结构，冷接缝容易出现局部集料剥落的现象，因此分车道、分幅施工冷接缝质量是复合改性UTAC-10薄层罩面施工控制的重点；接缝施工前，使用铣刨机在标线一侧按照道路线形对先期施工的路面边缘进行铣刨，将边缘清扫干净后涂洒少量黏层乳化沥青，摊铺时重叠50~100mm，摊铺后将混合料人工铲走，碾压时由边向中碾压留下100~150mm，然后再跨缝挤紧压实，以保证纵向接缝施工质量。

(6)工后检测

施工结束后对碾压成型后薄层罩面进行了质量检测和验收，检测结果见表7。检测结果表明：路面构造深度、摩擦系数和渗水系数满足技术要求。

该文根据对各种级配类型薄层罩面的技术分析，结合北京地区环境气候条件，提出了“橡胶＋SBS”复合改性UTAC-10薄层罩面设计思路，并根据北京地区集料条件系统开展了“橡胶＋SBS”复合改性UTAC-10混合料的室内目标配比设计、生产配比设计，确定了胶结料、级配、混合料配比组成，结合京港澳高速公路路面实际情况，采用“橡胶＋SBS”复合改性UTAC-10开展了预防性养护工程，并精心组织施工，圆满完成了“橡胶＋SBS”复合改性UTAC-10在北京地区高速公路的首次实体工程应用。

(1)复合改性UTAC-10薄层罩面工艺属于预防性养护技术，适用于结构承载力较好、重载交通高速公路。通过该项目复合改性UTAC-10薄层罩面首次在京港澳高速公路养护中的成功应用，为今后北京地区重载交通高速公路的路面养护技术提供了更多选择。

(2)“橡胶＋SBS”复合改性沥青用于薄层罩面有效提高了混合料性能，通过该项目在实际路用条件下实施及后续跟踪观测结果表明：其高、低温性能均衡并具有良好的抗水损性能，同时具备良好的平整度及降噪效果，能够有效地提高行车舒适度。

(3)复合改性UTAC-10薄层罩面工序简单，只需对原路面进行拉毛处理后即可开展加铺作业，避免了传统铣刨加铺工艺所带来的扬尘和噪音污染；同时由于铣刨厚度减薄，大幅度减少了旧路面铣刨废料对环境的影响。

(4)“橡胶＋SBS”复合改性沥青UTAC薄层罩面施工厚度仅为2.5cm，采用一体式摊铺机进行摊铺，施工效率高，有效减少了对社会交通的影响，具有良好的社会经济效益。