李 敏，陳書豪，王樹杰

(1.湖州市吳興區(qū)公路管理中心 湖州市 313000； 2.蘇交科集團股份有限公司 南京市 210017)

0 引言

公路養(yǎng)護應貫徹“預防為主，防治結合”的方針，注重養(yǎng)護中路面全壽命周期內總的養(yǎng)護成本的新理念，把公路的維修養(yǎng)護提升到了一個全新高度[1-3]。目前，預防性養(yǎng)護已成為路面養(yǎng)護工作者關注的重點研究方向，瀝青路面預防性養(yǎng)護技術種類繁多，需要根據(jù)實際的路面性能狀況，有針對性地研究與應用[4]。根據(jù)對當前預防性養(yǎng)護技術的調查發(fā)現(xiàn)，開挖回填一般適合于在大中修養(yǎng)護中的使用，如銑刨重鋪、罩面等專項養(yǎng)護中的使用，且養(yǎng)護成本會高；微表處、稀漿封層等養(yǎng)護技術可以對面層起到一定的保護，但對橫向、縱向裂縫或網(wǎng)裂效果不明顯；碎石封層造價相對低、能高效處理中等程度的裂縫，但松散的碎石容易對行車帶來危險、增加噪聲，影響行車舒適性。基于上述現(xiàn)狀考慮，提出非擾動型綜合封層技術，依托X004織薛線(環(huán)渚立交)至湖薛線預防性養(yǎng)護工程，對非擾動型綜合封層技術性能進行研究，旨在為后續(xù)相關技術研究提供參考。

1 依托工程概況

依托湖州市吳興區(qū)織薛線(X004)預防性養(yǎng)護工程，湖州互通連接線是依據(jù)《關于申蘇浙皖高速公路湖州互通連接線項目》批復(2002年)建設。原路設計標準為雙向四車道一級公路，路基寬度24.5m，設計時速100km/h，全長3.8km。湖州互通連接線于2017年交至吳興區(qū)公路管理局管養(yǎng)，與地方路網(wǎng)連接規(guī)劃路線編號為X004織薛線，項目路起于環(huán)湖立交北橋頭伸縮縫，終于聯(lián)絡線3號橋北橋頭伸縮縫，全長3.8km。項目路建成通車后交通量持續(xù)增長，現(xiàn)階段日平均交通量自然數(shù)為25529輛/日，當量數(shù)為32325輛/日。項目路通車時間長，交通量大，致使當前路面存在縱、橫向裂縫及局部坑槽、龜裂等病害，且路面抗滑性能略有不足，為提高路面行駛安全性，維持路面良好的使用性能，需對項目路段實施針對性病害處治及預防性養(yǎng)護維修。路面主要病害如下：

(1)橫向裂縫

橫向裂縫是項目路段典型路面病害類型之一，結合本項目路段公路路面現(xiàn)狀橫向裂縫總體情況來看，判斷其屬于半剛性基層反射裂縫。分析認為基層水泥穩(wěn)定碎石施工過程中攪拌不均勻，攤鋪后局部水泥劑量大導致早期的干縮裂縫，在交通荷載作用下，基層裂縫逐漸擴大并反射到面層。

(2)縱向裂縫

縱向裂縫處取芯可以看到裂縫從上向下發(fā)展，大多尚未貫穿整個瀝青面層，分析認為項目路段縱向裂縫主要為疲勞裂縫。車輛在面層混合料上重復作用，剪切應力超過了路面混合料的抗拉強度而導致的裂縫，此類裂縫為疲勞裂縫。瀝青回收試驗結果表明面層瀝青存在一定程度的老化情況，從而加劇了疲勞裂縫的形成。

(3)修補、龜裂、坑槽等面積類病害

相對于裂縫病害，全線范圍內面積類病害分布較少，修補是對日常養(yǎng)護單位巡查時發(fā)現(xiàn)坑槽或裂縫維修后的界面統(tǒng)稱。從調查結果來看，修補以零散塊狀為主，連續(xù)大面積修補較少。日常養(yǎng)護中，人工維修在材料使用(冷補料或再生料)及機械使用(人工夯實)上均有不足，導致維修質量不高，小面積修補易出現(xiàn)“二次”損壞；項目路段內龜裂、坑槽病害較少，大多分布在嚴重裂縫周邊支縫及縱、橫向裂縫交叉處。局部病害修補時，由于壓實度不能保證，極易在修補界面出現(xiàn)龜裂，在雨水侵入后發(fā)生松散，逐漸形成坑槽。

(4)唧漿、沉陷

項目路雙向K0+000～K1+800 段內唧漿較為嚴重，唧漿伴隨橫向裂縫產生，并且唧漿處均有輕微沉陷，因此該路段內平整度不良。唧漿主要分布于行車道，部分貫穿的硬路肩的橫向裂縫也有唧漿。結合取芯情況，唧漿處橫向裂縫貫穿瀝青面層及基層，導致雨水滲透至基層，在行車荷載的作用下，雨水反復被“泵吸”至路表，原有的層間碎石封層破壞，顏色呈現(xiàn)“白色”，使路面產生唧漿病害，若唧漿病害不處治，會導致雨水逐漸剝離瀝青與骨料，粘附性降低，混合料逐漸松散。

2 綜合封層設計

本次路面預防性養(yǎng)護工程設計分為三個層級：

(1)K0+000～K1+800雙向路面裂縫密集，破損嚴重。本次設計對該路段路面病害進行針對性維修后，采用纖維微表處進行預防性處治。

(2)K1+800～K2+958裂縫較少，總體病害分布與吳興區(qū)農村公路病害特征相似，對該路段病害維修后，作為湖州地區(qū)公路預防性養(yǎng)護科研試驗段。

(3)K2+958～K3+848大橋橋面各項使用性能狀況良好，本次設計暫不進行養(yǎng)護維修。

本次適用于吳興區(qū)農村公路預防性養(yǎng)護措施研究，主旨是“針對瀝青老化、瀝青膜脫落以及裂縫密集路段，研究非擾動型綜合封層技術，通過材料優(yōu)化，組合優(yōu)化，提高施工速度，提高其路用性能，特別是抗反射裂縫的能力，延長路面結構的使用壽命”的研究思路，提出非擾動復合封層設計理念，采用兩種非擾動復合封層方案作為試驗段實施，同時對兩座中橋采用高滲透還原劑及一般路段采用纖維微表處方案進行對比，為適用于吳興區(qū)農村公路預防性養(yǎng)護措施研究提供多方面數(shù)據(jù)支撐。

研究的非擾動型綜合封層是融合高滲透還原再生技術、橡膠瀝青碎石封層和微表處技術，其技術結構型式為纖維微表處(第一層)+橡膠瀝青碎石封層(第二層)+高滲透還原劑(第三層)，采用正交試驗對不同組合的非擾動型綜合封層進行性能試驗，纖維微表處采用MS-2和MS-3，橡膠瀝青碎石封層采用AR-SAMI(10)和AR-SAMI(13)，組合方案如表1所示。進行的試驗有抗剝落性能試驗、低溫抗裂性能試驗和疲勞性能試驗。

表1 結構組合方案

3 綜合封層性能試驗結果分析

3.1 抗剝落性能試驗

采用改裝后的濕輪磨耗儀進行綜合封層掃刷試驗，以此刷頭分別對攤鋪不同用量微表處后的橡膠瀝青碎石封層進行掃刷試驗，以確定不同組合類型的綜合封層的微表處用量范圍，通過脫落率來評價綜合封層的抗剝落性能，試驗樣品及試件見圖1、圖2，試驗結果見圖3。

圖1 橡膠瀝青碎石封層試驗樣品

圖2 攤鋪微表處后的試件

圖3 不同結構組合類型的綜合封層脫落率

從試驗結果可看出：

(1)綜合封層的脫落率與表層微表處有關，攤鋪微表處后的橡膠瀝青碎石封層的脫落率明顯下降，說明微表處能夠很好地解決橡膠瀝青碎石封層碎石脫落的問題，延長路面的使用壽命。

(2)對于不同組合類型的綜合封層，其脫落率也不同，AR-SAMI-10+MS-3的方案A脫落率最小，抗剝落性能最優(yōu)。

3.2 低溫抗裂性能試驗

采用UTM萬能材料試驗機進行低溫彎曲試驗，低溫彎曲試驗的原理是在低溫環(huán)境下將一定的荷載施加在棱柱形小梁試件中部，在荷載的作用下小梁會產生彎曲變形，同時產生彎拉應變和應力。本課題進行低溫彎曲試驗的小梁是由不同組合類型的車轍板試件切割而成，尺寸為40mm×40mm×250mm。一般來說，同等條件下，試件的抗彎曲強度或破壞應變越大，則試件的低溫抗裂性越好。但是這兩種性能往往不是試件能夠同時具備的，一般試件的抗彎曲強度越大，則其破壞應變越小。針對復合封層抵抗反射裂縫和變形協(xié)調能力進行分析，采用試件的破壞應變作為評價試件低溫抗裂性能的指標。小梁試件見圖4、圖5，試驗結果見表2、圖6。

圖4 SBS改性瀝青AC-13小梁試件

圖5 復合封層小梁試件

表2 低溫彎曲試驗結果

圖6 不同組合方案復合封層的低溫小梁試驗結果

上述試驗結果得出：

(1)由低溫彎曲試驗的彎曲破壞應變可以看出，無論是哪種類型的復合封層在低溫抗裂性能方面都要優(yōu)于SBS改性瀝青AC-13試件。這是由于復合封層作為一種封層結構，能夠吸收一部分應力，并且橡膠瀝青具有高彈高粘的特點，因此能夠產生較大的形變。但是無論是哪一種類型的復合封層，由于其碎石只有兩種，嵌擠的程度與SBS改性瀝青AC-13瀝青混凝土相比較差，故其內部結構同SBS改性瀝青AC-13相比較為松散，因此抗彎拉強度較SBS改性瀝青AC-13低。

(2)對于四種不同組合的復合封層，方案A和方案B在低溫抗裂方面都優(yōu)于方案C和方案D，其中方案A低溫抗裂性能較優(yōu)。由于方案A和方案D封層其下層碎石為4.75～9.5mm的粒徑，瀝青混合料比表面積較大，相對于較大的碎石其粘聚力較大，因此在抗裂性方面要優(yōu)于方案B和方案C。

3.3 疲勞性能試驗

采用UTM萬能材料試驗機進行不同組合類型的綜合封層疲勞性能試驗，加載方式為三分點加載。試件尺寸為50mm×50mm×250mm的小梁試件，加載頻率為10Hz。試驗試件見圖7、圖8，試驗結果見表3、圖9。

從上述試驗結果可知：

圖7 AC-13試件

圖8 復合封層試件

表3 不同組合方案的疲勞試驗結果

圖9 不同組合方案的疲勞試驗結果

(1)綜合封層較SBS改性瀝青AC-13相比有著優(yōu)良的抗疲勞性能。在進行小梁試件極限破壞荷載試驗時可以發(fā)現(xiàn)，綜合封層具有粘結性能，當?shù)撞堪l(fā)生明顯裂縫的時候，其表層還能保證良好的整體性。這是因為裂縫發(fā)生過程大致為三個階段，分別是裂縫產生、裂縫發(fā)展以及裂縫快速發(fā)展直至試件破壞階段，橡膠瀝青具有良好的粘彈性能，在裂縫出現(xiàn)后的發(fā)展階段對裂縫的進一步發(fā)展有著很大的抗拒作用。另外橡膠瀝青還具有吸收部分破壞能力、提高破壞應變的功能，因此綜合封層的疲勞性能整體要優(yōu)于SBS改性瀝青AC-13瀝青混凝土路面。

(2)對于四種不同類型的綜合封層，方案A和方案B在抗疲勞方面都要優(yōu)于方案C和方案D。

4 結論

(1)綜合封層的脫落率與表層微表處有關。攤鋪微表處后的橡膠瀝青碎石封層的脫落率明顯下降。對于不同組合類型的復合封層，其脫落率也是不同。AR-SAMI-10+MS-3的方案A脫落率最小，抗剝落性能最優(yōu)。

(2)由低溫彎曲試驗的彎曲破壞應變可以看出，無論是哪種類型的綜合封層在低溫抗裂性能方面都要優(yōu)于SBS改性瀝青AC-13試件。對于四種不同組合的綜合封層，方案A和方案B在低溫抗裂方面都優(yōu)于方案C和方案D，其中方案A低溫抗裂性能較優(yōu)。由于方案A和方案D封層其下層碎石為4.75～9.5mm的粒徑，瀝青混合料比表面積較大，相對于較大的碎石其粘聚力較大，因此在抗裂性方面要優(yōu)于方案B和方案C。

(3)綜合封層較SBS改性瀝青AC-13相比有著優(yōu)良的抗疲勞性能。對于四種不同類型的復合封層，方案A和方案B在抗疲勞方面都要優(yōu)于方案C和方案D。