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摘要：以某高速公路工程为依托，分析PAC排水沥青薄层照面技术在路面养护中的应用。研究结果表明，在局部存在路面车辙病害的路段养护中采用PAC高黏改性剂沥青混合料铺设薄层罩面，能够改善路面性能，提高路面抗车辙性和排水性。
关键词：PAC排水沥青路面；薄层罩面技术；车辙
随着高速公路投入使用年限的增加，一些公路局部路面性能大幅度下降，出现车辙、裂缝等典型病害。在公路养护中，要针对病害的特点采取相应的养护技术进行处理，改善路面性能。PAC排水路面是一种混合料嵌挤孔隙较大的骨架结构路面，具有内部排水性好、抗车辙性强、安全环保的性能优势，将PAC排水沥青混合料用于薄层罩面铺设，能够有效抑制道路病害的发生。
1工程概况
某高速公路工程中，设计为双向四车道，路面设计年限15年，采用半刚性基层混凝土路面结构，即上面层改性沥青AK-13（4cm）+中面层改性沥青AC-20（6cm）+下面层普通沥青AC-25（8cm）+基层水泥稳定碎石（40cm）+底基层二灰稳定土（20cm）。在高速公路投入使用后，出现车辙典型病害，根据K220+500—K250+160路段的平均车辙深度检测数据显示，深度为8～10mm、5～8mm、5mm以下的车辙所占比例分别为13%、42%、45%；根据每公里最大车辙深度检测数据显示，车辙深度最大值小于8mm、8～10mm、10～12mm、12～15mm、大于15mm的占比分别为23%、8%、13%、32%、24%。由数据可知，本路段的主要病害为局部深车辙病害。在本路段养护中，决定对车辙进行修复后，采用4cm厚度的PAC13排水沥青薄层罩面，通过在原路面上加铺高黏沥青混合料，以达到处理局部深车辙病害的目。
2PAC排水沥青薄层罩面技术在高速公路养护中的应用
2.1制订养护方案
2.1.1车辙病害调研与成因分析
（1）通过调查养护路段的车辙病害情况，对车辙深度指标RDI进行评价，路段总体RDI评定为优良，但局部区域存在较深车辙，调查结果显示，车辙是养护路段的主要病害。（2）统计分析养护路段的交通量，交通量呈逐年增长趋势，经评定为中等交通等级，累计当量轴载作用次数超过设计值。（3）检测路面结构厚度，轮迹处中上面层厚度降幅10%，各面层降幅严重程度从高到低排序为中面层、上面层、下面层。（4）对面层进行抽提试验，各层油石比均呈下降趋势，轮迹带中面层中的沥青呈左右前移流动状态，导致上面层和下面层的级配发生变化，因此需提高面层集料强度，提高面层抗车辙性能。（5）检测养护路段沥青性能，未达到技术规范要求，检测结果表明面层沥青老化严重。
2.1.2路面车辙病害处理方案
（1）养护路段以前采用的养护方案为热再生养护和微表处养护，评价不同层位和轮迹带处芯样的抗车辙性能，评价依据为高温加速加载、路面回弹模量、马歇尔稳定度流值四项试验。（2）高温加速加载试验结果表明，上述两个养护方案实施后的路面均有效改善了路面承载能力。从承载能力提升效果来看，微表处养护效果优于热再生养护效果，但两种养护方法并不能解决路面车辙病害。（3）养护后马歇尔稳定度试验结果表明，经过微表处养护处理的路面高温抗变形能力和抗拉拔能力得到改善。（4）路面弹性模量试验检测结果表明，芯样中面层比上面层、下面层模量小，这是产生车辙病害的重要原因。加铺结构层后能够促使上面层高模量下移，抑制车辙病害。（5）利用分析软件评价PAC排水沥青薄层罩面技术在路段养护中的可行性。
2.1.3PAC排水沥青薄层罩面方案
调查分析排水沥青薄层罩面在既有路段路面的应用效果，结合本路段养护要求，确定排水路面原材料的关键指标，对集料、胶结料进行试验检测，并设计混合料的配合比，将其作为PAC排水路面施工技术质量控制的依据。
2.2原材料选用与检测
原材料的选用是影响PAC13排水沥青薄层罩面施工质量的关键因素，在养护施工前需优选各类原材料，保证原材料各项性能指标达到技术要求，并合理设计高黏改性剂混合料生产配合比，改善混合料性能[1]。
2.2.1SBS改性沥青
采用某专业生产厂商生产的SBS改性沥青，对SBS改性沥青性能进行试验检测，检验结果如下：布式旋转黏度（135℃）检测值为2.47Pa·s，符合技术要求的2.2～3.0Pa·s；针入度（25℃，100g，5s）检测值为56.2（0.1mm），符合技术要求的不小于50（0.1mm）；延度（5℃，5cm/min）检测值为81.2℃，符合技术要求的不小于75℃；软化点检测值81.2℃，符合技术要求的不小于75℃；溶解度检测值为99.7%，符合技术要求的不小于99%；软化点差（48h）检测值2.1℃，符合技术要求的不超过2.5℃；弹性恢复（25℃）检测值为95.1%，符合技术要求的不小于90%；TFOT残留物质量变化检测值0.21%，符合技术要求的±1.0%。针入度比检测值为87.7%，符合技术要求的不小于65%。延度检测值26.3cm，符合技术要求的不小于15cm。
2.2.2高黏沥青
在SBS改性沥青中掺入高黏改性剂，制备成高黏沥青，试验检测高黏沥青性能，检测结果如下：动力黏度（60℃）检测值为125785Pa·s，符合技术要求的超过100000Pa·s；布式旋转黏度（170℃）检测值为1.472Pa·s，符合技术要求的不超过3.0Pa·s；针入度（25℃，100g，5s）检测值为52.2（0.1mm），符合技术要求的不小于40（0.1mm）；延度（5℃，5cm/min）检测值为35.2℃，符合技术要求的不小于30℃；软化点检测值86.1℃，符合技术要求的不小于80℃；溶解度检测值为99.5%，符合技术要求的不小于99%；弹性恢复（25℃）检测值为94.1%，符合技术要求的不小于90%；TFOT残留物质量变化检测值0.22%，符合技术要求的±1.0%。针入度比检测值为85.2%，符合技术要求的不小于65%。延度检测值28.5cm，符合技术要求的不小于20cm。
2.2.3粗集料
采用5～10mm、10～15mm玄武岩粗集料，试验检测粗集料性能指标，检测结果如下：表观相对密度检测值分别为2.974、2.921，符合技术要求不小于2.70；毛体积相对密度检测值分别为2.825、2.865，符合技术要求不小于2.60；吸水率检测值分别为1.81%、1.35%，符合技术要求不超过2.0%；坚固性检测值分别为3.9%、3.4%，符合技术要求不超过8.0%；小于0.075mm颗粒含量的检测值分别为0.5%、0.1%，符合技术要求不超过1.0%；针片状颗粒小于10mm的含量为8.4%，符合技术要求不超过12%。大于10mm的针片状颗粒含量为4.1%，符合技术要求不超过10%。
2.2.4细集料
采用0～3mm石灰岩机制砂作为细集料，试验检测细集料性能指标，检测结果如下：表观相对密度检测值为2.926，符合技术要求不小于2.60；坚固性检测值为0.3%，符合技术要求不超过3%；棱角性检测值为34s，符合技术要求不小于30s。
2.2.5生产配合比设计
（1）热料仓矿料配合比为：1#仓（0-3mm）∶2#仓（5.5-11mm）∶3#仓（5.5-11mm）∶矿粉=47∶41∶7.8∶4；最佳油石比为5%[2]。（2）根据生产配合比设计试生产PAC13高黏改性剂沥青混合料，对试块进行性能试验，检测结果为：空隙率检测值为21.7%；马歇尔稳定度为6.14kN；肯塔堡飞散试验混合料损失为9.8%；冻融劈裂试验残留强度比为88.4%；浸水马歇尔残留稳定度为95.5%。上述各项实测指标均符合技术要求。
2.3薄层罩面技术
本工程对发生局部较深车辙病害的路面修复后铺设PAC排水沥青薄层罩面，具体施工技术如下：
2.3.1混合料拌和
（1）采用配置计算机自动控制操作系统的拌和楼，在操作程序中输入目标配合比相关参数，设定冷料转速、热料仓筛分通过量等数据，由控制系统精确控制各种材料的投入量[3]。（2）混合料拌和时间为60～70s，保证混合料拌和均匀，沥青均匀包裹集料，无花白料、离析现象。（3）集料加热温度为180℃，SBS改性沥青加热温度控制在160℃，混合料出厂温度为175℃。
2.3.2混合料运输
PAC排水沥青混合料中含有比重较高的粗集料，空隙率较大，使得PAC混合料与普通沥青混合料相比其温度下降速度较快，需在运输过程中采取保温措施。（1）混合料黏性大，在运输前将隔离剂涂刷到车厢内壁上，避免混合料黏结在车厢内壁上。（2）装料时分三次，前后移动运料车，避免出现混合料离析；在装料后，用双层帆布覆盖车厢进行保温，运至施工现场后检测混合料温度是否在165～175℃区间内，若低于160℃，则不能投入使用。（3）配置数量充足的40t运输车辆，保证施工现场至少有5辆自卸车待卸料，保证摊铺作业连续进行。
2.3.3混合料摊铺
（1）PAC排水沥青罩面的松铺系数为1.20，摊铺前调整摊铺机的熨平板高度，熨平板预热到100℃以上，采用两台摊铺机联合作业，呈梯队状排列行进，两台摊铺机间距为10cm。（2）摊铺速度始终控制在1.5～2.0m/min，边摊铺边随时检测混合料的温度，最低不得低于165℃，最高不得超过170℃。
2.3.4混合料碾压
PAC排水沥青罩面形成骨架结构，在碾压作业中易压实。但如果碾压过度，则会压碎集料，使局部集料失去黏聚力，造成集料松散脱粒现象。经过试验路段的碾压施工，确定以下碾压组合方案。（1）初压。混合料温度不得低于150℃，采用2台12t双钢轮压路机碾压，初压紧跟摊铺机，压路机行进方向与摊铺机摊铺方向一致，共碾压2遍。（2）复压。混合料温度不得低于130℃，采用2台30t轮胎压路机碾压，共碾压2遍。（3）终压。混合料温度不得低于100℃，采用1台12t轮胎压路机碾压，共碾压2遍。
2.4施工检测
2.4.1油石比检测
采用燃烧法检测PAC沥青混合料油石比，当混合料拌和完毕后，直接从拌和楼取样进行燃烧试验，在四次燃烧后检测出混合料平均油石比为4.92%，符合油石比允许偏差要求。
2.4.2空隙率检测
在PAC排水沥青罩面施工后，当路面温度下降到50℃时取芯检测厚度、密度、马氏密度、马氏压实度和空隙率，共取10处。检测结果如下：芯样厚度平均值为4.01cm，符合设计要求值不小于4cm；密度为2.062，马氏密度为2.075g/cm3；马氏压实度平均值为99.4%，符合设计值不小于98%的要求；空隙率平均值为22.5%，符合设计值要求的18%~25%。
2.4.3路面质量检测
PAC排水沥青罩面施工后，检测路面渗水系数、平整度、摆式摩擦系数、构造深度等质量评价指标。（1）渗水系数。采用渗水仪测定渗水系数，共选取5个监测点，检测结果为6098mL/min、7124mL/min、6758mL/min、6235mL/min、7019mL/min，均值为6647mL/min，符合技术要求的不小于5000mL/min。（2）平整度。采用3m直尺测定平整度，共选取5个监测点，检测结果为：1.5mm、1.3mm、1.4mm、1.6mm、1.5mm，均值为1.46mm，符合技术要求的不超过2.0mm。（4）摆式摩擦系数。采用摆式摩擦系数测定仪测定摩擦系数，共选取5个监测点，检测结果为：67、61、56、59、60，均值为60.6，符合技术要求的不小于54。（5）构造深度。采用铺砂法测定路面构造深度，共选取5个监测点，检测结果为：1.3mm、1.4mm、1.2mm、1.5mm、1.6mm，均值为1.34mm，符合技术要求的不小于1mm。综上检测结果表明，本路段PAC排水沥青薄层罩面的各项质量指标均符合技术指标要求。
2.4.4路面性能检测
对PAC排水沥青薄层罩面的路用性能进行检测，检测指标为内聚力、抗拉强度、回弹模量。本次罩面养护工程铺筑左幅两车道，未铺筑右幅两车道，下面对两幅车道的路用性能检测结果进行对比分析：（1）内聚力。左右两幅车道各选取5处监测点，PAC排水路面的内聚力实测值为0.93kN、0.83kN、0.89kN、0.78kN、0.91kN，未养护路面的内聚力实测值为0.63kN、0.57kN、0.31kN、0.41kN、0.27kN。（2）抗拉强度。左右两幅车道各选取5处监测点，PAC排水路面的抗拉强度实测值为0.18MPa、0.26MPa、0.24MPa、0.19MPa、0.22MPa，未养护路面的抗拉强度实测值为0.08MPa、0.12MPa、0.05MPa、0.10MPa、0.06MPa。（3）回弹模量。左右两幅车道各选取5处监测点，PAC排水路面的回弹模量实测值为7150MPa、7361MPa、7653MPa、7459MPa、7621MPa，未养护路面的抗拉强度实测值为5421MPa、5018MPa、4367MPa、3891MPa、4097MPa。路用性能检测结果表明，PAC排水路面的抗车辙性能得到明显改善，各项性能指标远远好于未养护路面。
3结语
在高速公路养护工程中，PAC排水沥青薄层罩面技术能够有效抑制车辙病害，恢复路用性能，提高路面排水和抗车辙能力。在PAC排水沥青路面施工中，要采用高黏性沥青、高强度集料，按照生产配合比拌和混合料，加强混合料运输、摊铺和碾压施工质量控制，保证薄层罩面覆盖车辙，并形成新的排水层路面结构，保证高速公路服役期限。
参考文献：
[1]刘孟燃，赵端，刘林林.沥青路面车辙病害养护技术探讨[J].交通科技与管理，2021（2）：187-188.
[2]王洪海.高速公路施工中低碳型橡胶沥青薄层罩面技术的应用[J].工程建设与设计，2017（9）：162-164.
[3]武玉婷.高速公路施工中低碳型橡胶沥青薄层罩面技术的应用[J].交通世界，2017（31）：144-145，163.
作者：吴建强 单位：邯郸市交通建设投资管理中心
