[分享]薄层罩面预防性养护方法及应用

《中国公路学会养护与管理分会

第十届学术年会论文集》

论文精选

随着我国公路交通事业迅速发展，到2017年底，全国公路通车总里程已达到477万公里，其中高速公路里程约13万公里，而20世纪末修建的公路都已相继不同程度需要大修和维护。

因此，公路维修和养护技术及设备已受到了国家有关部门和路面机械生产企业及施工单位的广泛重视，国家相继出台了相应规范和标准，路面机械生产企业相继研发和生产了相关设备，但随着全球沥青路面原材料越来越短缺以及公路养护需要高效、节能、环保等要求，利用薄层沥青混凝土罩面（以下简称薄层罩面）工艺进行等级公路维修、养护的课题得到公路管理和建设部门的高度重视，政府管理部门和生产制造、科研及施工企业开始对薄层罩面技术和施工工艺进行了有效的探索和实践。

NO.1

概述

薄层罩面的结构可分为两个层次：表面磨耗层和粘结防水层。表面抗滑磨耗层提供一个安全、舒适、耐久的行驶表面，恢复路面的表面功能，提高路面的抗滑性能，改善路面的平整度。粘结防水层能够保证薄层罩面与原路面结合紧密，防止雨水下渗，适度延缓旧沥青路面的反射裂缝。薄层罩面具有表面处治的全部优点，而没有表面处治需要后续照顾的缺点；可以在不适宜表面处治的气候条件下进行铺筑；在一定程度上调整原路面的不平整度。但是，薄层沥青混凝土罩面必须铺筑在路面结构强度和下层沥青面层的高温抗形变能力满足要求的路面上，而且不能提高路面结构的强度或承载能力，也不能提高沥青路面的高温抗形变能力和防止原路面的反射裂缝，由此看来，其更适宜用于高速公路路面的预防性养护。

我国从上世纪90年代开始了解薄层罩面技术，2000年后薄层罩面技术在我国进行了有效的推广和应用，薄层罩面技术工艺及设备在近二十年已有了长足的发展，逐步形成了适合我国现状的薄层路面施工工艺和设备，如：超薄磨耗层、改性超薄磨耗层等。

我国本世纪初，在广深高速公路在路面养护中引进了荷兰SMA-0/6级配，铺筑了厚度为2.5c m的罩面层，通过室内试验证明其具有良好的路用性能。2006～2007年河北省高速公路管理局在京石高速公路河北段、宣大高速公路路面养护整治中铺筑了Novachip超薄磨耗层，经过精心设计与施工，也取得了良好的使用效果。2012～2014年在安徽省界阜蚌高速实施了单幅90kmECA-10薄层罩面，路用使用性能优良。

总结国内外在薄层罩面设计与施工方面的经验，薄层罩面技术用于高速公路养护应注意把握好以下原则：充分考虑加铺路段的路面状况、交通条件、水文与气候条件、路基条件，合理确定薄层罩面的加铺时机；薄层罩面层材料应有良好的水稳性；薄层罩面层材料具有良好的抗车辙能力；薄层罩面层材料具有良好的抗滑性能；各结构层间结合良好，特别是薄的罩面层与旧路面的结合一定要能够保证，避免加铺后的推移破坏。同时考虑施工工艺和材料制备上的便利；充分利用原有结构的承载能力，使改造后的路面结构能承受足够的交通荷载。

NO.2

薄层罩面的技术特点及分类

（一）薄层罩面的技术特点

薄层罩面的代表厚度是15~30mm，一般为20mm左右，在局部面积上可以铺的较厚，混合料宜选用断级配、改性沥青或其他添加剂，以提高超薄磨耗层的水稳性。罩面层的厚度应根据路面的等级、交通量的大小、道路等级、道路的功能要求等综合确定，用于重点解决路面的轻微网裂，透水时可选用较薄的罩面层；对路面破损、平整度、抗滑三项性能需要改善时，应采用较厚的罩面层；各类型的罩面厚度不应小于最小施工结构层厚度，主要解决抗滑问题时，高等级公路的罩面层不得小于2.5cm薄层照面。

薄层罩面的主要特点：可以有效防止下渗水的破坏，具有更好的防水损坏性能；独特的断级配混合料能更有效地降低路面噪音，减少水雾；具有更高的抗滑性能，更好的排水性能，雨天行车安全性好；施工效率高，年施工期长，开放交通时间快；在一定范围内校正表面缺陷，提高路面平整度；必要时需对原路面进行铣刨处理。

（二）薄层罩面分类

    1、按施工工艺

薄层罩面按照施工工艺的不同可分为冷薄层罩面、热薄层罩面和温薄层罩面三种。冷薄层罩面在常温下就可以施工，不需要对材料加热，具有节省能源、施工方便、快捷、中断交通时间短等优点，目前应用较多的冷薄层罩面工艺的技术主要是乳化沥青或乳化改性沥青混合料。热薄层罩面需加热材料后方可施工，其用于处置综合病害效果好，但养护成本稍高。温拌沥青混合料薄层罩面是介于冷拌与热拌沥青混合料温度之间、性能接近热拌沥青混合料的新型混合料，在北京、上海、安徽已有试验性应用。三种薄层罩面方法比较见表1。

2、按材料级配

按照级配类型不同可以分为开级配、密级配、间断级配；按照实施的材料不同又可分为普通沥青混凝土薄层罩面（AC系列）、SMA罩面、SAC罩面、NovaChip薄层罩面、OGFC薄层罩面、ECA-10薄层罩面等。

（1）沥青玛蹄脂碎石混合料SMA薄层罩面

SMA-10是一种断级配密实型沥青混凝土,与传统的连续密实型级配的细粒沥青混凝土相比,其构造深度大、密实性好,是目前超薄磨耗层常用的级配类型。对于SMA-10的矿料级配,常以控制关键筛孔通过率的方式来满足SMA-10的技术要求。在SMA-10混合料的构成中,大于2.36 mm的集料是构成骨架结构的主体,2.36 mm以下的集料与矿粉和纤维形成的玛蹄脂是保证SMA-10密实性的填充组分,从而在我国的技术规范中通常是以2.36 mm筛孔通过率作为关键点进行控制。SMA-10是超薄磨耗层常用的级配类型,骨架结构和密实度是保证SMA-10实现表面服务功能的前提和基础,现行规范中2.36~4.75 mm选择范围宽泛为SMA-10设计增加了难度,易于出现SMA-10体积特性不易满足技术要求的情况。SMA-10级配范围见表2：

采用薄层小粒径SMA在我国有不少成功的先例。最早使用SMA-10的是1997年铺筑被称为中华第一街的北京市长安街罩面层,厚度30mm。施工过程中重点研究了SMA-10的高温稳定性,车辙试验的动稳定度全部大于3 000次/mm, 7次试验平均达到4 588次/mm。使用实践证明,除一些交叉口和公共汽车站由于停车、刹车发生了下层推拥外,总体上取得了良好效果。随后,在北京市通州区新华大街上大量采用了这种SMA-10表面层。2001年,山东省淄博市在外环线上铺筑了厚度为30mm的SMA-10罩面层,长度约55km,至今无任何损坏现象。2002年5月,北京市为铺筑二环路作准备,在德胜门大街又铺筑了SMA-10的试验段。另外, SMA-10在多座大跨径钢桥面铺装上得到了应用。2015年在安徽省界阜蚌高速实施了6kmSMA-10薄层罩面，实施3年多，罩面路段内没有任何病害，平均车辙3mm以下，行车舒适性较好。

（2）热拌密实性沥青混凝土AC罩面

选用AC-10作罩面层的主要目的是解决路面的密水性、耐久性与表面构造深度之间的矛盾以提高路面的路用性能。对于薄层罩面最重要的性能指标之一，即路面的行驶质量来说，细粒式AC-10型薄层罩面做罩面层也比传统的AC面层有较大的改善。这是由于AC-10的公称最大粒径为9.5mm，与AC公称最大粒径为16mm或者13.2mm相比有了显著的减小。AC-10这种公称最大粒径的变化会有效减少行车时产生的振动和噪音，并且可以铺设成更为平整的表面。此外，细粒式AC-10薄层罩面还具有较好的表面构造深度、施工速度快、罩面层厚度小兼顾水稳性以及抗渗等优点。这对于推广应用AC-10薄层罩面来说具有重要的现实意义和经济价值。级配范围见表3。

（3）多碎石沥青混凝土SAC罩面

为使路表面具有良好的高温稳定性和表面构造深度，在密级配沥青混合料的矿料组成中增加粗集料含量，减少细集料含量，为控制空隙率过大同时增加填料含量，这样的间断级配结构就是多碎石沥青混凝土SAC。在SAC结构中由于粗集料含量多，因而多碎石沥青混凝土在水稳定性、高温稳定性、磨擦系数和构造深度等方面表现出较好的性能。

多碎石沥青混凝土SAC作为高等级公路沥青路面的上面层，它既要具备良好的密实性以防水，又要有一定的构造深度以防滑。采用SAC结构铺筑高等级公路抗滑表层比较经济适用，其特点是属于间断密实级配，设计空隙率3%~4%，表面构造深度为0.18~1.12mm，对原材料技术指标的要求低于SMA结构，可以在满足路用性能的基础上同时达到降低工程造价的目的。以解决磨光、泛油等影响路面抗滑性能的病害为主，则罩面沥青混合料应选择多碎石SAC-16型；以车辙、波浪壅包等变形类病害为主，应选择改良的多碎石SAC-16型。SAC-10是一种小粒径、多碎石、粗集料间断级配密实型沥青混合料，一般的摊铺厚度为15~25mm，用于沥青路面表面功能的恢复，主要是抗滑性能的恢复，具有构造深度大，抗滑性能好，行车噪音低，同时由于厚度较薄，造价低。级配范围见表4。

在SAC-10沥青混凝土的组成成分和各成分的用量不变的情况下，添加1.5%废旧轮胎粉可以显著提高沥青混凝土的高温抗形变能力，甚至还优于SBS改性沥青。在SAC-10沥青混凝土中，应该采用4%以上的水泥做填料，也可以全部用水泥做填料。它同时能使沥青与矿料的粘附性提高并满足要求。

（4）易密实沥青混合料ECA-10

易压实沥青混凝土是东南大学针对高速公路实际产生的不同车辙深度所提出的一种新型混合料设计,ECA主要应用于高等级沥青或水泥混凝土路面的预防性养护,也可以作为新建道路的表面磨耗层。

ECA-10的矿料级配最大公称粒径为13.2mm、最大粒径为9.5mm。混合料经过压路机压实后一次形成1~2.5 cm厚的超薄罩面,特别适合于路面非结构性开裂、抗滑能力下降、轻微非结构性车辙等路面病害的修复。ECA-10的关键是在改性沥青中掺入易密实剂及级配设计中增设了6.7mm的筛孔。级配范围见表5。

2012—2014年对界阜蚌高速蒙蚌段部分路段实施了ECA-10薄层罩面养护处治方案，累计实施单幅（行超车道）92.06km。实施的路段距今已达4—6年，路段整体路况较好，实施ECA-10路段内主要病害为少量横缝少量轻微纵缝、局部坑槽修补，路段内抗滑指标较好，平均车辙在5mm以下。实施后除了日常养护以外，没有实施过其余养护措施，整体实施效果良好。ECA超薄磨耗层用于高速公路预防性养护具有抗滑、抗磨耗、工期短、施工温度低、易压实、提高路面的平整度等优点,能够快速改善道路的行驶状况,符合现代高速公路养护发展的方向,具有较好的发展应用前景。

NO.3

薄层罩面施工工艺

（一）施工前的准备工作

做好原路面的调研评价工作；做好罩面的结构设计和配合比设计。根据调研评定的结果和工程的实际情况，做好罩面层的结构设计和配合比设计。

做好原路面的处理工作。罩面前必须把原路面所有的破损部分，如裂缝、坑槽、松散等处理好。必要时铺设整平层，并注意新旧面层的结合。在天气条件、交通组织、施工机械、材料等准备工作就绪的基础上，将施工路段范围内的原沥青凝土面层用铣刨机铣刨10—20mm，且使构造深度达到2mm以上，然后清理路面，不得有尘土、杂物或油污。

（二）施工过程及要点

1、改性沥青粘结防水层施工

准备喷洒改性沥青的工作面应整洁无尘埃。洒布改性沥青时气温不应低于10℃，风速要适度（在浓雾或雨天路面潮湿时不应施工），洒布须全路满铺，达到无破洞、漏洞。脱开等现象的要求。防水层改性沥青的喷洒量为1.6kg/㎡。为保护此沥青膜在施工过程中不被破坏，一般在沥青膜上稀撒满铺50～60%的9.5～13.2mm的单一粒径碎石，碎石粒径应与粘结防水层上铺筑的沥青混凝土粒径相匹配，并用两轮或轮胎压路机碾压成型。

2、沥青混合料的温度控制

由于沥青混凝土罩面层厚度较薄，碎石含量很大，因此在施工时热量散发较快，所以各环节的温度控制都应比规范稍加提高。采用改性沥青时，沥青加热温度控制在180℃，矿料加热温度控制在190℃左右，出厂温度控制在180℃左右，摊铺温度在170℃左右，碾压温度不宜低于160℃；采用改性沥青并掺加橡胶粉时，矿料加热温度再提高5℃左右；采用重交沥青时，沥青加热温度控制在165℃左右，矿料加热温度控制在185℃左右，出厂温度控制在165℃左右，摊铺温度在155℃左右，碾压温度不低于155℃为宜。

3、沥青混合料的拌和与运输

拌和后的沥青混合料应均匀一致，无花白、无离析和结团现象。运输车辆的车厢应具有紧密、光洁、光滑的金属底板并打扫干净。为防止沥青混合料与车厢板粘结，在车厢侧板的底部涂1:3的柴油、水混合液，但要严格控制涂液用量，以均匀、涂遍但不积油水为宜。在装车运料和现场摊铺过程中，要注意观察混合料的颜色和状态，随时控制混合料的质量。施工中应保证将拌制的沥青混合料及时运送到摊铺现场，保证连续铺筑。

4、沥青混合料的摊铺

在摊铺中通过对摊铺机熨平板的调节，适当提高摊铺的沥青混合料的松铺密实度，减小原路面凹凸不平对新铺路面竣工标高和平整度的影响。摊铺机应保持匀速作业，在薄层罩面中，摊铺速度不宜过快，这是因为摊铺机前进速度慢，则铺层可能受到较多次数的振捣。控制好摊铺温度、虚铺厚度等，保证摊铺效果。施工中必须处理好接缝，接缝处理的好坏直接影响路面平整度和压实度的质量。接缝处理不好，易使接缝处下凹或者凸起，造成平整度不良，或由于接缝处压实度不够和结合强度不足而产生裂缝。

5、沥青混合料的压实

由于罩面摊铺厚度小，薄层罩面施工中最大的困难是由于层面较薄容易冷却又不宜使用振动压路机，因而很难达到较高的密实度。为了适应薄层路面快速压实的需要，近些年来出现了某些专为压实薄层路面而设计的高频振动压路机，此类振动压路机的振幅极低，只有0.2mm左右，但频率高达70Hz左右，可以说是施工机械上的改进。碾压时压路机在横坡方向上由较低一边向较高处碾压，这样可使压路机以压实后的混合料作为支撑边。压路机在倒车时，应先停止振动，并在向另一方向运动后再进行振动，以避免混合料因“过压”而形成“拥包”。压实时注意合理的碾压温度。较薄的沥青混合料由于温度下降快，使有效压实时间缩短，因此除了加强混合料运输过程中的保温措施以外，摊铺后应立即碾压（碾压长度30～50m，压路机与摊铺机之间的最短距离4～5m）。除了初压时速度不应超过2.5km/h，以免表面发生推移以外，可适当提高复压时的碾压速度，以保证在较短的有效压实时间内完成初压、复压和终压三个碾压阶段。