旧路沥青混凝土面层车辙病害处治探讨.pdf

交通世界TRANSPOWORLD收稿日期：2023-04-09作者简介：郭亚强（1990），男，工程师，从事公路桥梁建设管理工作。旧路沥青混凝土面层车辙病害处治探讨郭亚强（宜春公路事业发展中心铜鼓分中心，江西 铜鼓 336200）摘要：为探索有效的沥青混凝土面层车辙处治技术，以某公路为例，在旧路病害调查的基础上，提出车辙病害严重段加铺AC-20（AH-70#）重交沥青+抗车辙剂中面层，病害较轻段加铺AC-20（SBS）改性沥青中面层的养护处治方案；并对原材料及配合比设计、混合料性能展开了试验分析，对施工技术要点和应用效果进行分析评价，可为同类施工提供参考。关键词：沥青混凝土面层；抗车辙剂；施工技术中图分类号：U418.6文献标识码：B0 引言沥青路面在高温及反复交通荷载作用下，将发生永久变形和车辙病害。根据调查结果，车辙及水损害所引发的沥青路面病害超70%。研究认为，沥青混合料中的沥青结合料属于温度敏感性材料，随着温度的升高，材料模量和抗剪强度均降低，沥青面层抗变形性能也随之下降；温度的升高还会使沥青结构层处于受压状态，竖向压应变增大；在各结构层不同模量的影响下，竖向压应变峰值必然向沥青面层中下部转移。所以，中面层为承受竖向荷载作用的主要结构层，也是沥青路面车辙的根源。基于此，本文依托某公路工程实际，对添加抗车辙剂的沥青混合料中面层施工过程展开研究，以期为减少高温地区重交公路沥青路面车辙病害提供参考。1 工程概况某公路病害路段为典型的高温地区重载交通道路，且南北向交通轴载分布情况存在较大差异，即使是同一行车向的车道，车辆载重分配也很不均匀。公路设计时未充分考虑到重载和高温等因素的不利影响，运行期间逐渐出现车辙、路面破损等病害，为安全行车埋下隐患。公路管理部门决定于2020年初对病害路段实施改造，考虑到该路段南行向重载交通比北行向严重，故 将 试 验 段 设 置 在 南 行 向 K250+300K250+862段。在对旧路情况展开调查时，将车辙破坏单独列示、单项调查，并以20 m的间距展开车辙检查。结果显示，超车道车辙深度普遍在 5 mm 以内，车辙深度均值为3.6 mm；行车道车辙深度则在5.0 mm以上，局部区域还出现严重沉陷。2 路面结构设计方案通过对试验段旧路病害情况的调查，充分结合重载交通运行实际，对该病害路段行车道和超车道采取不同的路面结构组合。出于路面实际处理效果及施工连续性方面的考虑，最终拟定出以下方案：试验段行车道全部按照40 cm深度和4 m宽度铣刨，路面结构自上而下依次为：4 cm厚SMA-13上面层、洒布封层、10 cm厚的 AC-20（SBS）改性沥青中面层、铺烧毛土工布、6 cm 厚 AC-25I 下面层、原设计半刚性基层；桩号 K250+662K250+862段行车道强度严重不足，故按16 cm深度分两层铣刨，上、下层铣刨宽度分别为4 m和3.7 m；路面结构自上而下依次为：4 cm厚SMA-13上面层、洒布封层、10 cm厚的AC-20（AH-70#）重交沥青+抗车辙剂中面层、洒布黏层油、6 cm厚AC-20改性沥青下面层、铺烧毛土工布、原设计半刚性基层。3 沥青混合料性能试验3.1 原材料及配合比该公路段沥青中面层主要采用SBS I-D改性沥青，性能检测结果见表1。所用抗车辙剂为粒径14 mm的黑色粉末状颗粒，密度为 0.930.98 g/cm，软化点为140150。集料为粒径03 mm、35 mm、510 mm、1020 mm的石灰岩碎石；矿粉为石灰岩磨细粉。各类原材料性能均符合 公路沥青路面施工技术规范（JTG F402017）要求。65总659期2023年第29期（10月 中）表1 SBS I-D改性沥青性能检测结果指标25 针入度/（0.1 mm）5 延度/cm溶解度（%）软化点/薄膜烘箱老化后针入度比（%）残留延度/cm实测值55.831.199.767.669.423.1规范要求40602099.0606515基于生产配合比设计，粒径1622 mm碎石料粒径1116 mm碎石料粒径711 mm碎石料粒径47mm碎石料粒径04 mm石屑矿粉=24241510 252，最佳油石比按 4.3%确定。根据厂家所提供的0.30%的抗车辙剂掺加量，对0%、0.15%、0.30%、0.45%等掺量展开试验1。3.2 马歇尔试验按照以上设计配比及不同的抗车辙剂掺量拌制混合料、制备试件，展开马歇尔试验，结果见表2。根据试验结果，随着抗车辙剂掺量的增加，马歇尔稳定度呈增大趋势2。表2 马歇尔试验结果抗车辙剂掺量（%）0.000.150.300.45相对密度2.5122.5072.5012.504理论相对密度2.6122.6082.6042.610空隙率（%）4.04.04.14.2间隙率（%）13.113.213.213.4饱和度（%）69.269.469.967.1稳定度/kN11.312.913.013.53.3 高温稳定性、水稳性及低温抗裂性试验沥青混合料在受到高温及行车荷载反复碾压作用后的抗变形性能即为高温稳定性能，该指标对提升沥青路面结构性能至关重要。按照相关规范制备车辙试件，并展开试验。根据试验结果，当抗车辙剂掺量为0%、0.15%、0.30%、0.45%时，试件动稳定度依次取2 900次/mm、3 500次/mm、6 100次/mm、9 820次/mm。据此可知，动稳定度和抗车辙剂掺量之间呈正向变动关系，当抗车辙剂掺量为 0.45%时，动稳定度达到9 820次/mm，约为无抗车辙剂时动稳定度的3倍3。水主要通过路面裂缝浸入沥青和集料界面，使集料表层沥青膜逐渐剥落，集料间黏结力减小，最终引发沥青路面损坏。为此，必须展开抗车辙剂沥青混合料水稳性、低温抗裂性试验和评价。根据公路沥青路面施工技术规范（JTG F402017），应用冻融劈裂强度比和浸水马歇尔残留稳定度等指标对沥青混合料水稳性展开评价。具体而言，制备长250 mm、宽30 mm、高35 mm的小梁展开低温弯曲试验，评价混合料弯曲破坏性能。试验结果见表3。根据表3中数据变化趋势，沥青混合料低温抗裂性和水稳性均随抗车辙剂掺量的增大而改善。表3 水稳性及低温弯曲性能试验结果抗车辙剂掺量（%）0.000.150.300.45残留稳定度（%）88879291抗弯拉强度/MPa9.710.311.412.2冻融劈裂强度比（%）85899392破坏应变（）1 8261 8971 9862 0454 施工技术要点4.1 旧路病害处治使用CM2000型铣刨机铣刨旧路面，确保横向边线顺直、纵向边线顺适，并接近原路面坡度。铣刨过程中还应实时检查铣刨深度，根据检测情况做出相应调整。铣刨后必须及时清扫，确保路面无残渣、废弃物。对于旧路裂缝，应采用魁道热黏压缝带和魁道接缝带展开处理。缝宽大于等于10 mm的裂缝，应填实至水平状态，将缝面上杂物、尘土等全部清除，尘土较厚时，必须在缝面上洒布魁道黏结油，或直接用高压水冲洗，并晾干；根据裂缝实际宽度裁割压缝带，其间不得污染压缝带粘贴面。使用液化气喷枪持续炙烤裂缝面，并通过余热烘烤压缝带粘贴面；随后按设计要求粘贴魁道热黏压缝带。4.2 设备选用根据试验结果，按照0.30%0.45%的比例掺加抗车辙剂时，混合料各项性能均显著改善。出于施工质量、经济性等的综合考虑，最终决定将抗车辙剂掺量控制在0.30%。该公路试验段采用具备材料自动计量、数据采集功能的田中 4000 型沥青混合料拌和设备；配套使用EB300型燃烧器以及燃烧值、黏度等均满足 焦化重油（GB/T 282982012）要求的200#重油。采用装机容量260 kW的锅炉展开沥青加热和保温处理。沥青储罐应具备循环装置和温度测量显示装置，以避免沥青材料发生离析和老化，并对沥青及热油输送管线加强保温。抗车辙剂通过自动设备添加，设备电机功率为10 kW，自动化程度高，即使在拌和设备满负荷运转期间，抗车辙剂颗粒也能顺利进入拌和缸内。4.3 AC-20施工对于桩号K250+662K250+862段行车道采用AH-70#重交沥青+抗车辙剂的AC-20沥青混合料修复，其66交通世界TRANSPOWORLD余路段则采用AC-20改性沥青混合料修复。混合料生产时必须严格控制生产配合比；拌和好的沥青混合料通过大吨位自卸车运至施工现场进行摊铺碾压。采用Marini3000型间歇式拌和机展开沥青混合料拌和，通过现场试验确定的干拌和时间为5 s，加入沥青后再湿拌和40 s，每盘混合料生产周期为45 s；对于掺加抗车辙剂的混合料应适当延长干拌和时间，每盘混合料生产周期控制在 50 s，以保证矿料全部被沥青裹覆，拌制好的混合料应无花白料、无离析、无结团。混合料摊铺温度应控制在160175。该公路试验段采用 2 台 Volvo8820 型摊铺机以梯队形式前进摊铺，摊铺速度控制在1.52.5 m/min，摊铺速度一经确定，不得随意变更。经过现场实测，试验段沥青混合料摊铺温度最高为178，最低为162；初始碾压温度均值为161，碾压终了温度则位于90110。各施工阶段温度均符合设计要求。碾压是提升沥青路面面层质量的关键环节，应在确保碾压温度并避免混合料发生推移的情况下，尽可能早压。掺加抗车辙剂的混合料应采取的碾压施工方案见表4。表4 碾压施工方案碾压阶段初压复压终压碾压机械DD110型压路机（前静后振）DD130型压路机（振压）XP301型压路机（静压）DD110型压路机（静压）碾压遍数/遍1262碾压速度/（m/min）2.03.03.04.03.04.03.05.05 应用效果评价5.1 路用性能检测试验段铺筑完成后，对路面状况、平整度、压实度、构造深度等展开检测。此后分别于2022年1月、8月展开路况及车辙深度指标的跟踪检测，于 2022年 5月和11月在封闭交通情况下进行路面车辙深度、平整度、弯沉值、构造深度等的全面检测。对几次检测结果的比较看出，经过抗车辙剂沥青混凝土面层罩面处理后，旧路车辙破坏得到根本性改善。对2022年1月和5月的车辙深度检测数据进行比较，发现两次车辙深度变化并不明显；此后经过高温季节的考验，11月的检测结果显示，试验段最大车辙深度仅为4.5 mm。可见，在重交沥青混合料中掺加抗车辙剂后，混合料抗车辙性能得到显著改善。5.2 经济性比较结合本工程试验段所采取的两种修补方案，按照公路工程预算定额（JTG/T 38322018）、公路工程建设项目概算预算编制办法（JTG 38302018）、公路工程机械台班费用定额（JTG/T 38332018）等文件展开单价计算4。该公路试验段所使用的石灰岩、矿粉、水泥、AH-70#基质沥青、改性沥青、抗车辙剂等材料单价依次为 120 元/m、105 元/t、310 元/t、3 580元/t、4 900元/t、20 000元/t。经过计算，SBS改性沥青AC-20混合料综合单价为 54.21元/，AH-70#重交沥青+抗车辙剂罩面材料综合单价为54.69元/。掺加抗车辙剂后，沥青混合料干拌和时间延长510 s，湿拌和时间延长5 s，拌和台班将增加10%，混凝土拌和费用将增加5元/t，生产效率也将有所降低。综上，两种修补方案造价大致相当，但是从性能上看，AH-70#重交沥青+抗车辙剂的高温性能明显优于SBS改性沥青，只是水稳性略差。6 结束语工程应用结果表明，抗车辙剂在有效改善沥青混合料抗车辙性能的同时，还能显著提升其抗裂性和抗水损性能，其中，抗车辙剂发挥了较好的胶结、加筋、嵌挤作用，对于高温地区的重交通路段较为适用。从试验路段使用1年后的检测结果看，旧路状况最差路段采用的是AH-70#重交沥青+抗车辙剂的处治方案，但与其余试验路段相比，路面状况及使用性能却是最好的，因此建议在该公路其他路段推广应用。参考文献：1 乌日娜.沥青混凝土中面层抗车辙剂施工探讨J.公路交通科技（应用技术版），2019，15（10）：1-4.2 周旭.添加抗车辙剂对沥青混合料性能的影响研究J.市政技术，2019，37（3）：242-244.3 包雪巍，侯权河，张富有.沥青混凝土中面层抗车辙剂施工技术研究J.公路，2018，63（10）：50-54.4 李晓鹏，郭彦强，韩浩强，等.抗车辙剂在路面养护大中修工程中的应用研究J.湖南交通科技，2018，44（2）：123-125.67