超粘磨耗层技术在高速公路养护中的应用研究

发表时间：2019-03-19　　浏览次数：153

摘要：超粘耗层是一种新型稀浆封层类技术，主要应用于沥青路面养护工程，目前仅在国内部分地区获得试验应用，通过介绍超粘磨耗层技术特点，进行室内配合比试验设计与关键施工工艺研究，依托实体工程进行超粘磨耗层应用，探讨超粘磨耗层技术在高速公路养护中的适用性。

关键词：超粘磨耗层、技术特点、配合比设计、工程应用

超粘磨耗层（Novasurfacing）技术，是指采用专用的封层设备同时喷洒改性乳化沥青粘层、拌和摊铺含玻璃纤维的改性乳化沥青混合料，形成新的磨耗层，相对于普通微表处具有高耐磨性、高粘附性、高防水性、高稳定性、延缓裂缝发展能力以及施工快捷性等特点［1］。它结合了超薄磨耗层（Novachip）和微表处（Microsurfac-ing）两种技术的优点，同时克服了微表处耐久性不足、Novachip价格昂贵的缺点中国沥青网sinoasphalt.com。

超粘磨耗层技术在德国及欧洲其他国家的高等级公路上已成功应用十多年，2011年，该技术被引人我国，2012年在杭州绕城高速铺筑了第一条试验路［2］，虽然近几年来在国内高等级公路上的应用逐渐增多，但整体应用仍处于试验阶段［3］，国内关于超粘磨耗层所用关键材料、配合比设计及施工工艺等方面的研究较少，并未形成统一的认识。

超粘磨耗层所用的专用设备，可同时完成沥青洒布、纤维切割掺入，超粘磨耗冷拌混合料拌和，混合料摊铺的所有过程，同步完成超粘磨耗层施工。

超粘磨耗层技术是在结合微表处和超薄磨耗层技术的基础上开发的第三代冷拌冷铺类养护技术。第一代和第二代冷拌类养护技术分别是稀浆封层和微表处技术。超粘磨耗层技术具有以下特点：

(1）高耐磨性

超粘磨耗层设备施工后，超粘磨耗冷拌骨料与掺入的纤维及乳化沥青结合料形成的交错网状结构，压实成型后超粘磨耗冷拌骨料被结合料网状结构紧紧粘结，裹缚，缠绕，形成了一个复合的力学嵌锁体系，类似微观领域中的分子结构物理模型。纤维、沥青和骨料紧密相连，有效地限制了骨料的滑移，脱落。因此，采用超粘磨耗层耐磨层施工，能极大地提高路面的耐磨性，有效延长道路的使用寿命。

(2）高粘附性

首先使用（改性）乳化沥青，在旧路面上形成一个超强粘结层，同时与掺有纤维的微表处拌和料进行粘结。其乳化沥青向下流入旧有路面的裂缝中，向上反流到超粘磨耗冷拌骨料的缝隙中，形成一个带有立体网络结构沥青结合料粘结层，大大提高了新铺磨耗层与旧路面层的粘结性，防止新铺磨耗层的脱落。

(3）高防水性

超粘磨耗层采用乳化沥青和掺有纤维的超粘磨耗冷拌结合料连续施工工艺，形成一层物料相互作用的致密网络缠绕结构。沥青的连续洒布，提高了封层的密闭性，且纤维比表面积大，对沥青结合料中起到极强的吸附作用，增加其黏度和粘附力，能明显阻止沥青的流动，在原有路面上形成一层致密的保护膜，有效提高磨耗层的防水性能。

(4）高度应力吸收和应力扩散、超强的抗裂能力

超粘磨耗层中的纤维本身具有高抗拉伸强度和高弹性模量值的特性，能有效提高磨耗层的抗拉、抗剪、抗压和抗冲击强度。超粘磨耗层粘结层可作为一种很好的应力吸收中间层（SAMI）铺设于旧沥青面层与新沥青面层或新建路基和新建沥青面层之间。一方面它能够吸收摊铺层中的应力或车辆荷载产生的局部集中应力，重新扩散和分布，减少了覆层所承受的张力并有效的抑制裂缝的产生，另一方面它能够吸收和扩散旧沥青路面原有裂缝或路基的反射应力，消除旧沥青路面裂缝尖端产生的应力集中，能够有效地抑制反射裂缝出现，阻止因车载负荷过重造成的路面破坏。

(5）高稳定性

温度较低情况下，超粘磨耗层可用作沥青路面耐磨层或养护施工。其弹性模量值较高，延伸力强，抗拉强度远远大于温度变化带来的收缩拉应力或拉应变，降低了面层的低温脆裂性，能够有效的抑制沥青道路常规裂缝→底温收缩裂缝的产生，大大提高面层的抗水损坏能力。

(6）施工快捷性

超粘磨耗层所用的专用设备，可同时完成沥青洒布、纤维切割掺入，超粘磨耗冷拌混合料拌和，混合料摊铺的所有过程，即刻完成超粘磨耗层施工。这种连续施工工艺极大地缩短了沥青道路养护的时间。

超粘磨耗层的具体铺筑流程如下：

1）用标线器控制摊铺的行走的路线；

(2）将装有各种原材料的超粘磨耗层设备开至施工起点，对准走向控制线，调整摊铺箱厚度、宽度；

(3）启动超粘磨耗层设备的辅助发动机，打开各料门控制开关（包括开启纤维剪切机），各种原材料和纤维按标定的数量依次传送到搅拌缸快速拌和成稀浆混合料，并由分料器分布到摊铺箱内，再由摊铺箱的搅笼将稀浆混合料均匀分布到摊铺箱的全宽范围内；

(4）启动摊铺设备，同步喷洒乳化沥青粘层，以3.6km/h左右的速度均匀缓慢前行，由操作手根据现场实际施工情况来指挥控制；

(5）摊铺后对有缺陷的地方进行人工修整，重点是修整起点、终点、纵向接缝等部位。

(6）摊铺完成后提起摊铺箱，处理余料、清理摊铺箱；每车料摊铺结束后均需对摊铺箱进行清理。

(7）经过一定时间的养护，混合料达到一定强度时可开放交通。

对超粘磨耗层进行配合比设计，乳化沥青检测结果如表1、表2所示，矿料合成级配如表3所示，合成级配如图2所示。通过试验选取四个改性乳化沥青用量：9%、9.5%、10%、10.5%（对应油石比分别为：6.11%、6.47%、6.84%、7.20%）进行1h湿轮磨耗和负荷车轮粘砂试验。

由试验数据绘制如图3所示曲线，由图3可知，最佳油石比范围在6.14%-6.84%之间，选取油石比为6.47%，检验6d湿轮磨耗指标和车辙试验的宽度变化率指标。试验结果见表6。

6d湿轮磨耗值和车辙宽度变化率均满足指标要求，因此选定最佳油石比为6.47%。所以最终的超粘磨耗层沥青混合料配合比为：0.1%纤维＋9.5%改性乳化沥青＋1.5%水泥。

施工过程中，对冷拌混合料取样，进行室内抽提，抽提筛分结果如表7所示。

从抽提可以看出，油石比为7.0%，略高于设计油石比，矿料通过百分率与设计矿料级配差距较小，是由于混合料中掺加纤维，抽提后将纤维去除过程中同时将一部分细集料剔除，导致0.15mm与0.075mm筛孔通过率降低。

从路面表现状况来看，超粘磨耗层施工前，原路面存在集料轻微脱落，沥青膜严重剥落等情况，施工完成后，路面构造恢复明显，原路面病害及修补得到完整覆盖，如图4所示 。从后期应用效果来看， 路面病害处治效果较好，表明超粘磨耗层技术对于高速公路养护工程具有较好的适用性 。

本文通过开展超粘磨耗层配合比设计、工程应用研究，对超粘磨耗层技术在高速公路养护中的适用性进行了探讨，应用结果表明超粘磨耗层能够较好地处治沥青路面表面病害，对于探讨超粘磨耗层技术在高速公路养护中的适用性具有重要意义。