沥青超薄罩面养护技术研究

1原材料及技术参数

鉴于超薄沥青罩面层设计厚度为2.5cm，故根据面层结构层厚度与混合料最大粒径的关系(结构层厚度为2.5～3倍混合料最大粒径)，选择温拌沥青混合料的最大粒径为10mm，采用易密实ECA-10沥青混合料。ECA-10沥青混合料为断级配骨架密实结构，其级配特点类似于SMA-10沥青混合料，粗集料比例达到70%左右，能够形成嵌挤结构。其不仅抗车辙性能佳，而且表面构造深度大，抗滑性能好。为充分体现ECA-10沥青混合料的技术特点，试验时，不仅采用了坚硬、耐磨、棱角性好的辉绿岩作为粗骨料，而且还采用了直投式高粘改性剂HPM-1、DRDWMA-1表面活性剂型温拌剂和高粘改性乳化沥青粘层油HVE-65以保证ECA-10沥青混合料优异的路用性能。

1.1直投式高粘改性剂HPM-1

高性能沥青混合料改性剂HPM-1是一种新型沥青混合料外掺改性剂。其以热塑性弹性体为基体，配合粘结性低分子树脂和抗老化剂等成分，经混合熔融，造粒而成。使用时采用直投工艺，即将其直接投入混合料拌和缸中，利用集料与沥青拌和过程中产生的剪切力，使改性剂直接分散到混合料中，从而得到高性能的改性沥青混合料。HPM-1省去了传统改性沥青繁琐的制备过程，且不存在传统改性沥青由于较高聚合物含量所引起的存贮不稳定问题，可以显著提高沥青混合料抗飞散、抗水损害及高温稳定性能。HPM-1掺量为混合料质量的0.4%，其性能参数见表1。

1.2温拌剂

采用DRDWMA-1（一种基于表面活性剂技术的温拌沥青添加剂）添加剂，其具有不改变沥青材料本身性质、有助于碾压、可增强混合料抗水损性能的特点，可以有效降低沥青混合料拌和、摊铺、碾压等工艺环节的施工温度。DRDWMA-1温拌添加剂的物理性质见表2。现场实测结果表明，厚2.5cm的薄层罩面在20℃环境温度下有效碾压时间仅有8min左右，如此短的操作时间很难保证混合料的有效压实。而将EWMA温拌技术和ECA-10薄层罩面技术结合起来使用，则可使易密实混合料在110℃温度下仍能够得到有效压实，使薄层沥青混合料的有效碾压区间得到拓宽，使易密实混合料抗水损害能力得到增强，从而有效保证薄层沥青罩面的施工质量。

1.3HVE-65高粘乳化沥青粘层油

薄层沥青罩面的另一个特点是抵抗水平拉应力的能力较差，若与下承层粘结不牢固，则在重车急刹车、急转弯、上下坡等作用下易出现松散、掉粒等现象，因此必须要采用高粘度粘层油，使薄层沥青罩面与下承层形成统一的整体，从而保证结构的整体性。本次试验采用了具有特殊乳化沥青配方的HVE-65高粘乳化沥青粘层油，其蒸发残留物含量超过65%，60℃的动力粘度≥1500Pa•s。

2混合料组成设计

2.1混合料级配设计

ECA-10为间断密实型混合料级配，其中ECA-10在4.75mm和9.5mm筛孔间增设了6.7mm控制筛孔，增加控制筛孔可以有效避免易密实混合料在生产过程中的级配失控现象，从而更好地保证混合料的防水性能和高温稳定性。本次试验采用的级配见表3。

2.2油石比和出料温度确定

试验时，根据经验确定该温拌沥青混合料出料温度为160℃，按照表3所示的ECA-10级配，选取4.5%、4.8%、5.1%、5.4%、5.7%这5个油石比，在160℃出料温度下按照Superpave设计方法成型试件，测试不同油石比下的空隙率。试验参数为：旋转压实仪恒定压实力600kPa，外部角1.25°，旋转100次。试验结果见表4。由表5数据可以看出，按照5.1%油石比和160℃出料温度成型的试件，可满足试件的体积指标要求。为确定温拌沥青混合料的出料温度，在110、120、130、140和150℃温度下，采用5.1%油石比，按照Superpave方法成型试件，并计算得到不同出料温度下的试件空隙率，见表6。由表6数据可以看出，温拌沥青混合料在出料温度为130℃时，其空隙率为4.03%，与设计空隙率非常接近。在该温度下成型试件并对其进行体积指标检测，测得其空隙率为4.08%，矿料间隙率为14.5%，沥青饱和度为70.9%，各项指标均满足规范要求。因此，本文温拌沥青混合料均选用130℃出料温度，并将其与160℃出料温度的热拌沥青混合料进行路用性能比较。

3温拌沥青混合料性能指标

采用相同的级配和油石比，按上述确定的热拌沥青混合料和温拌沥青混合料出料温度成型试件，分别对2种混合料进行浸水马歇尔、冻融劈裂、60℃车辙、低温小梁以及不同微应变下的疲劳试验，并对其路用性能进行比较。

3.1水稳定性能比较

对热拌沥青混合料和温拌沥青混合料进行浸水马歇尔试验和冻融劈裂试验，以比较两者的水稳定性能。浸水马歇尔试验结果见表7。从表7数据可以看出以下几点：1）热拌沥青混合料的马歇尔稳定度较温拌沥青混合料的要大些。但需要说明的是，马歇尔稳定度和流值的力学意义不明确，其与路用性能的关联性一直受到质疑。温拌沥青混合料马歇尔指标略低于热拌沥青混合料并不代表其相应使用性能更低，而可能与温拌沥青老化相对较轻有关[7]。2）温拌沥青混合料的抗水损害能力方面明显要优于热拌沥青混合料，其残留稳定度指标较热拌沥青混合料提高了6.3%。相比于浸水马歇尔试验，冻融劈裂试验是更严苛的混合料水稳定性试验。2种沥青混合料冻融劈裂试验结果见表8。从表8数据可以看出，由于热拌沥青混合料的出料温度较温拌沥青混合料高30℃，其沥青老化程度要严重得多，因此在强度指标方面，热拌沥青混合料的劈裂强度大于温拌沥青混合料，但其表征水稳定性的指标劈裂抗拉强度比则要低于温拌沥青混合料。

3.2高温性能比较

在（60±1℃）、（0.7±0.05）MPa条件下进行车辙试验[8]，以比较热拌沥青混合料和温拌沥青混合料的高温稳定性。2种混合料动稳定度试验结果见表9。由表9数据可以看出，尽管出料温度较热拌沥青混合料低30℃，但温拌沥青混合料的车辙动稳定度与热拌沥青混合料的相当，这主要是因为所添加的表面活性剂显著改善了石料与沥青的粘附性。在级配和胶结料用量均相同且密实度也接近的情况下，影响动稳定度的因素主要有：1）沥青胶结料的粘度；2）胶结料与石料的粘附性。与热拌沥青混合料相比，温拌沥青混合料中胶结料的老化程度明显降低，因此，温拌沥青混合料中胶结料的柔性显著增加。在这样的情况下，温拌沥青混合料车辙动稳定度能够与热拌沥青混合料相当，最合理的解释就是温拌工艺改善了胶结料和集料的粘附性，从而提高了混合料的抗变形能力。

3.3低温性能比较

本文通过低温弯曲试验来比较热拌沥青混合料和温拌混合料的低温抗裂性能。试验条件：温度为-10℃，速率为50mm/min。试验结果见表10。由表10数据可以看出，在相同试验条件下，温拌沥青混合料的低温抗裂性能要优于热拌沥青混合料，其破坏应变提高了近10%。这主要是因为温拌沥青混合料的成型温度较热拌沥青混合料的低30℃，沥青没有明显老化，其柔韧性要明显优于热拌沥青混合料。因此，在抵抗低温裂缝方面，温拌沥青混合料具有明显优势。

4工程实例

ECA-10温拌沥青混合料的室内性能试验结果表明，其力学性能较佳，完全可以满足高等级道路路面技术要求。因此，沪渝高速公路上海段采用ECA-10温拌沥青混合料铺筑薄层罩面的方法进行预养护。考虑到薄层罩面降温速度较快，故将拌和楼出料温度较试验温度提高了15℃，为145℃；另外，摊铺温度不低于130℃，初压温度不低于120℃，复压温度不低于110℃。碾压时，采用12t双钢轮压路机先静压后振动压实1～2遍，26t胶轮压路机复压4～5遍，然后用双钢轮压路机收光1遍。碾压过程中进行了温度监测，测得复压时混合料温度已降至115℃左右，但钻芯取样测得沥青混合料理论压实度达到94.1%，符合规范≥93%的要求，表明沥青混合料温拌技术对于薄层罩面压实度具有显著作用。同时，还测得ECA-10温拌沥青混合料薄层罩面表面构造深度为0.94mm，摆值为76，渗水系数为33.3ml/min，表明其具有优异的抗滑特性和防水特性，可大规模推广。

5结论

本文结合沪渝高速公路上海段ECA-10沥青混合料超薄罩面预养护工程，对易密实温拌超薄罩面ECA-10沥青混合料组成设计、路用性能及施工工艺进行介绍，通过试验研究，得出以下结论。1）在同等条件下，ECA-10温拌沥青混合料具有更好的路用性能。2）温拌沥青技术对于薄层罩面的压实度具有显著作用。ECA-10温拌沥青混合料薄层罩面具有优异的抗滑特性和防水特性，适合于大规模推广。3）温拌沥青混合料超薄罩面技术可用于高速公路预养护工程，不仅施工方便，而且还具有经济、环保的作用。

作者：晏平浩 单位：贵州省公路勘察设计院