MS-Ⅲ型微表处混合料在公路预防性养护中的应用.pdf

总653期2023年第23期（8月 中）收稿日期：2023-02-21作者简介：付美江（1984），男，工程师，从事公路桥梁建设与管理工作。MS-型微表处混合料在公路预防性养护中的应用付美江（宜春市公路事业发展中心樟树分中心，江西 樟树 331200）摘要：为提升MS-型微表处混合料在公路预防性养护中的应用效果，以某病害公路沥青路面为例，在分析各类原材料路用性能的基础上，提出在4.75 mm与9.5 mm筛孔之间增加一档7.0 mm关键性筛孔的级配优化思路，并对优化后的MS-型微表处混合料级配开展正交试验。充分考虑沥青路面抗磨耗性、路面泛油及工程造价等因素后，将MS-型微表处混合料最佳油石比确定为6.5%。实践证明，通过合理选用改性乳化沥青和集料，优化混合料级配设计，以及严格按程序进行施工作业，MS-型微表处混合料在公路预防性养护中的应用效果良好。关键词：MS-型微表处混合料；公路工程；沥青路面；预防性养护中图分类号：U418.4文献标识码：B0 引言微表处技术主要是通过专用机械将聚合物改性乳化沥青、集料、填料、添加剂等按照设计比例拌制成稀浆混合料摊铺至旧路病害路面，形成抗滑性和耐久性好的薄层。至今该技术应用已经发展至第 3代，即MS-型微表处。微表处沥青路面开放交通的时间主要与工程所在地区环境温度有关。对于气温在1826，湿度小于等于50%的地区，可在MS-型微表处薄层摊铺后 1 h开放交通。该技术施工简便，防渗性能优异，但是MS-型微表处薄层在工后经常出现粗集料松动脱落、坑槽等病害，需要对其配合比展开优化设计。本文以某病害沥青路面为例，对MS-型微表处混合料矿料级配进行优化设计，在提高微表处路用性能及耐久性的同时，通过调整材料级配、增大空隙率，有效降低了微表处薄层湿轮磨耗噪声。1 工程概况某公路所在地区夏季炎热，冬季严寒，昼夜及四季温差大，降水稀少，蒸发强烈。公路为沥青混凝土路面，原路面结构为4 cm厚中粒式密级配AC-16上面层、5 cm厚中粒式密级配AC-20中面层、6 cm厚粗粒式密级配 AC-25 下面层。该公路于 2009 年建成通车，在重载车辆及其他外界环境因素的综合作用下，部分路段行车道出现坑槽和车辙等病害。为保障公路路用性能，管理部门决定实施预防性养护。考虑到多数路段交通量大，长时间中断交通必然造成不良影响，故决定错峰加铺MS-型微表处混合料薄层罩面。为验证MS-型微表处混合料的抗车辙性能，并确定合理的摊铺施工参数，以该病害沥青公路的K74+000K74+400段为试验段，展开微表处相关性能试验。2 原材料选择及级配设计2.1 原材料1）改性乳化沥青改性乳化沥青作为微表处混合料的黏结材料，其质量对微表处路用性能影响较大。MS-型微表处混合料应使用阳离子快裂型聚合物改性乳化沥青，并基于微表处混合料配合比设计结果确定聚合物改性剂的最小掺量。该公路预防性养护施工选用壳牌阳离子慢裂快凝型SBR乳胶改性乳化沥青，路用性能检测结果见表1。根据检测结果，所选用的SBR乳胶改性乳化沥青性能完全符合规范。性能指标试验值规范值1.18 mm筛余量（%）0.0061.0电荷阳离子阳离子25 恩格拉黏度/（MPas）3.68330蒸发残留物含量（%）62.360针入度/（0.1 mm）80.240100软化点/59.653延度/cm9720溶解度（%）99.297.5存储稳定性（%）1 d0.81.02 d4.55.0表1 SBR乳胶改性乳化沥青路用性能检测结果46交通世界TRANSPOWORLD2）集料MS-型微表处混合料中集料占比在90%以上，集料级配直接关系到微表处路用性能。微表处集料必须硬质粗糙、洁净、耐磨。其中，粗集料在微表处中主要起到骨架作用1。细集料和矿粉也必须保持合理配比，以提升微表处混合料的黏结强度和密实性，同时满足摊铺施工和易性要求。根据微表处和稀浆封层技术指南2（以下简称指南），本试验以粒径510 mm的辉绿岩为粗集料，以粒径05 mm的辉绿岩和石灰岩为细集料，工程性能检测结果见表2。检测结果表面，粗细集料性能均符合指南要求。表2 粗、细集料路用性能检测结果材料类型性能指标试验值规范值粗集料（辉绿岩）压碎值（%）13.826洛杉矶磨耗损失（%）12.428磨光值42坚固性（%）1.012针片状含量（%）8.315细集料（辉绿岩）坚固性（%）1.012砂当量（%）82.865细集料（石灰岩）坚固性（%）3.512砂当量（%）6965以疏松干燥、无结团的消石灰、矿粉及水泥为填料，填料性能必须符合公路沥青路面施工技术规范（JTG F402004）3的要求。矿粉的主要作用在于改善矿料级配，而水泥和消石灰因具备化学活性，对调整稀浆混合料成型速度、成浆状态、拌和时间等均具有积极效果4。本试验以冀东PO42.5水泥为填料，按照2.0%的比例添加，在提升MS-型微表处混合料早期强度方面起到较好的效果。2.2 级配优化根据指南的要求，MS-型微表处标准养生后厚度应达到810 mm，且最大粒径必须达到9.5 mm，如此处理，必将引发摊铺厚度比最大粒径小的超粒径现象，使微表处表面出现大粒径集料星点状分布，车辆运行过程中必然存在轮胎跳跃振动及轮胎与大集料撞击现象，行车舒适性降低。通过比较MS-型微表处级配中相邻筛孔尺寸差值可知，4.75 mm与9.5 mm之间间隔最大，其余相邻筛孔之间间隔均未超出4 mm。为此，本试验尝试在4.75 mm与9.5 mm筛孔之间增加一档7.13 mm的关键性筛孔。为便于施工，最终确定增加7.0 mm的筛孔。在指南规定的MS-型微表处级配范围的基础上，遵循线形顺畅原则，增加了一档7.0 mm筛孔，优化后的筛孔通过率见表3。在调整指南级配表中关键筛孔尺寸，控制筛孔 7.0 mm 以上集料的通过率后，展开四因素三水平正交表设计5，以 0.075 mm、2.36mm、4.75 mm、7.0 mm等4个关键性筛孔为“四因素”，按照相应的正交试验设计方案，各因素筛孔相应水平值满足 公路沥青路面施工技术规范（JTG F402004）的要求。表3 优化后的MS-型微表处级配范围筛孔尺寸/mm通过率（%）级配中值0.075515100.1571812.50.3122518.50.6193426.51.18285038.52.36457057.54.757090807.080100909.51001002.3 最佳油石比的确定根据负荷车轮试验确定沥青最高用量，以避免因用量过大而导致路面泛油；沥青最低用量则根据湿轮磨耗试验确定，确保公路沥青路面正常运行所需的油石比。结合现行规范及工程经验，初拟混合料配比后展开混合料拌和试验及黏稠度试验。试验结果见表4。根据表中结果，将该试验段MS-型微表处混合料水泥掺量确定为2.0%，总用水量为集料质量的11%，以保证稀浆混合料拌和及初凝时间的合理性，并获得较好的黏稠度。表4 混合料拌和试验及黏稠度试验结果水泥掺量（%）油石比（%）水掺量（%）黏稠度/mm拌和时间/s初凝时间/min1.55.55.020240156.05.021150256.54.522240307.04.024160152.05.56.022180156.06.022135156.55.023145157.05.024130152.55.57.525155156.07.025125156.56.026165157.05.52612015根据初拟混合料配合比展开湿轮磨耗试验和负荷车轮试验，结果表明，当油石比取5.5%7.0%时，试验结果满足指南要求，油石比选择余地较大。但从负荷车轮试验结果来看，油石比超过7.0%时试件经过高温养生会发亮，碾压时还会出现黏轮，说明沥青用量偏多。可见，在MS-型微表处混合料配合比设计阶段，不能仅关注抗磨耗性能而忽略路面泛油的事实；沥青用量增多还会增大工程造价。综合以上分析，该公路养护工程 MS-型微表处混合料最佳油石比取6.5%。3 试验段施工3.1 施工控制要点在摊铺MS-型微表处封层前，必须清扫原路面，彻底清除原路面的泥土和杂物，修补坑洞。根据路面47总653期2023年第23期（8月 中）全宽调节摊铺箱宽度，保证施工幅数为整数，并在原路面摊铺宽度两侧施画封层机行走基准导线，保证封层机顺直行走。调整好稀浆封层机的机位，并将摊铺箱调整至设计宽度与拱度，设定好摊铺厚度。开启进料开关后，将检验合格的矿料、改性乳化沥青、填料、稳定剂等按照设计比掺入搅拌锅，充分搅拌后加入摊铺箱，同时检测稀浆混合料的黏稠度。当摊铺箱内稀浆混合料注满 2/3时，开动摊铺机，并按照 1.53.0 km/h的速度沿着导线匀速前进。稀浆混合料摊铺量必须与生产量保持一致，摊铺箱内稀浆混合料体积应始终保持在摊铺箱容积的1/2左右。当封层机上备用材料中的任何一种用尽时，立即关闭运行开关，待搅拌锅及摊铺箱内的稀浆混合料全部摊铺完后，停止封层机，打开摊铺箱，用清水彻底冲洗后继续装料。在乳化沥青破乳后通过胶轮压路机碾压摊铺后的铺面，至少碾压 23遍，使大粒径集料充分嵌入新铺层。碾压后的微表处表面必须均匀密实，安排人工清扫局部松散集料。过早破乳会造成沥青结块，影响微表处面层的平整度及美观性，还会影响封层与路面的黏结效果。微表处施工后，必须为封层破乳成型留出时间，在此期间必须封闭交通。MS-型微表处混合料摊铺厚度应按照集料最大粒径的0.951.25倍确定。当集料中大粒径颗粒占比较大时，必须适当增大摊铺厚度，防止出现集料无法嵌入封层的超粒径现象；当集料中细集料占比较大时，应减小铺层厚度，加快施工进度，节省造价。施工过程中若摊铺厚度得到有效控制，则可保证稀浆混合料用量。检测摊铺厚度主要是用游标卡尺在摊铺好的稀浆封层及微表处铺层上直接进行检测。若厚度超出允许范围，必须及时调整摊铺箱。3.2 路用性能评价为评价MS-型微表处混合料成型后的路用性能，对试验段芯样开展45 车辙试验，根据动稳定度值评价混合料的高温稳定性，并通过渗水系数评价其水稳性。根据表5中的检测结果，试验段MS-型微表处沥青路面动稳定度为1 9842 589次/mm，渗水系数为3.05.3 mL/min，表明试验段路面经养护处治后具有较好的抗车辙变形能力及抗渗性能。表5 MS-型微表处混合料路用性能检测结果桩号密度/（t/m3）动稳定度/（次/mm）渗水系数/（mL/min）0002.0802 5893.00502.0542 4103.61002.0512 1844.31502.0482 2154.82002.0432 3164.32502.0372 1104.03002.0342 0504.13502.0251 9844.94002.0182 0085.3为评价MS-型微表处混合料湿轮磨耗降噪效果，按照 乳化沥青稀浆混合料湿轮磨耗试验仪（JT/T7082010）6分别成型3个普通微表处及MS-型微表处试件，将试件置于湿轮磨耗仪托盘，通过声级计展开噪声测量。在4个试验阶段中，前2个阶段为磨耗仪启动后的1130 s和3050 s；后2个阶段为将磨耗仪内磨耗颗粒彻底清除后继续试验625 s及2645 s。为剔除试验结果中磨耗仪自身噪声的影响，保证试验结果的准确性，在试验前测量并记录了磨耗仪空转时的噪声值。对4个阶段噪声级取值计算整理后确定湿轮磨耗噪声试验结果：磨耗仪空转过程中将产生65.8 dB的噪声，等级较高；普通微表处试件湿轮磨耗噪声比磨耗仪空转的湿轮磨耗噪声增加了15.8%；而MS-型微表处试件湿轮磨耗噪声仅比磨耗仪空转的湿轮磨耗噪声增加了7.8%。试验结果表明，MS-型微表处能有效降低车轮和沥青路面集料之间的接触碰撞，运行噪声低，对周围环境的干扰小，行车舒适度好。4 结束语综上所述，MS-型微表处混合料薄层罩面养护技术能快速恢复旧沥青路面功能层，使沥青路面防水、抗滑、抗磨耗、降噪等性能得到提升。与其他养护处治技术相比，施工更加快捷，可快速开放交通，施工成本更低。通过比较该公路沥青路面养护处治段运营6个月、1年、2年后的横向力系数、渗水系数等性能参数发现，微表处路面各项路用性能衰减缓慢，较好地保持了抗滑降噪性能，经济效益和社会效益优异。参考文献：1 张慧军.玄武岩沥青混合料微表处路用性能J.山东交通科技，2022（5）：43-45，57.2 交通部公路科学研究院.微表处和稀浆封层技术指南M.北京：人民交通出版社，2006.3 交通部公路科学研究院.公路沥青路面施工技术规范：JTG F402004S.北京：人民交通出版社，2004.4 黄维蓉，李怀龙，王成，等.级配对MS3型微表处性能影响的研究J.中外公路，2022，42（4）：211-217.5 姜月波，张长弓，姚爱玲，等.MS-型微表处混合料配合比优化设计方法研究J.公路，2015，60（8）：264-267.6 交通部公路科学研究院，河南省高远公路养护技术有限公司，唐山路益达科技有限公司.乳化沥青稀浆混合料湿轮磨耗试验仪：JT/T 7082008S.北京：人民交通出版，2008.48