高黏常温精薄罩面技术应用研究.pdf

第 23 卷 第 5 期2023 年 10 月交摇 通摇 工摇 程摇 摇Vol.23No.5Oct.2023DOI:10.13986/ki.jote.2023.05.013高黏常温精薄罩面技术应用研究王建洁1,韩先瑞,宋晓磊2(1.天津市交通运输基础设施养护集团有限公司,天津摇300201;2.天津市公路事业发展服务中心,天津摇300170)摘摇 要:本文旨在丰富公路预防性养护技术,开发绿色低碳、舒适降噪、美观抗滑、经济耐久的新型预防性养护技术.通过对高黏常温精薄罩面技术进行研究,确定了 NTAC鄄5 专用骨架结构矿料级配,分析比对了 NTR 交联型常温复合改性沥青技术指标和性能优势,结合常温就地拌和摊铺施工和碾压工艺对混合料试验方法进行设计,并与空隙型超薄罩面混合料和 A 级微表处混合料进行路用性能比较.高黏常温精薄罩面结合了微表处简单、快速、环保的施工工艺优点和热拌超薄罩面混合料路用性能优势,解决了路面麻面、松散、裂缝、轻型车辙等路面病害问题.关键词:高黏常温精薄罩面;动力黏度;沥青膜厚度;NTR;NTAC鄄5中图分类号:TU 528郾 42文献标志码:A文章编号:2096鄄3432(2023)05鄄077鄄05Application Research of High Viscosity Normal AtmosphericTemperature Thin鄄Overlay TechnologyWANG Jianjie1,HAN Xianrui,SONG Xiaolei2(1.Tianjin Transportation Infrastructure Maintenance Group Co.,Ltd.,Tianjin 300201,China;2.Tianjin Highway Development Service Center,Tianjin 300170,China)Abstract:The purpose of this paper is to enrich highway preventive maintenance technology,developnew preventive maintenance technology with green,low鄄carbon,comfortable and noise鄄reducing,beautiful and skid鄄resistant,economic and durable,through the study of high viscosity normal atmospherictemperature thin鄄overlaytechnology,theNTAC鄄5specialskeletonstructureoregradationwasdetermined,the technical indicators and performance advantages of NTR cross鄄linked normal atmospherictemperature composite modified asphalt were analyzed and compared,the mixture test method wasdesigned in combination with the local mixing and paving construction and rolling process at normalatmospheric temperature,and the road performance was compared with the void type ultra鄄thin maskmixture and the A鄄class micro鄄surface mixture.The high鄄viscosity normal atmospheric temperature thin鄄overlay combines the advantages of simple,fast and environmentally friendly construction technology atthe micro鄄surface and the performance advantages of hot鄄mixed ultra鄄thin cover material mixture,andsolves the road surface disease problems such as hemp surface,looseness,cracks and light ruts.Keywords:high viscosity normal atmospheric temperature thin鄄overlay;dynamic viscosity;asphalt filmthickness;NTR;NTAC鄄5收稿日期:2022鄄10鄄07.作者简介:王建洁(1986),男,高级工程师,本科,研究方向为沥青路面材料研发与公路预防性养护技术质量管理.E鄄mail:549975728 .交摇 通摇 工摇 程2023 年摇 摇 为了保持路面良好的服务状态,减少路面病害的发生,延缓早期病害的发展,延长路面使用寿命,降低养护成本,根据沥青路面使用性能的变化情况合理的选取养护时机和养护技术实施路面预防性养护,对于公路自身和社会经济的可持续发展都具有重要的意义.随着预防性养护技术在国内的不断推广,快速、低碳、环保、节能、性价比高的预防性养护材料和技术匮乏问题急需解决.如应用较多的微表处技术,缺陷是与原路面粘结效果较差,易脱落,噪音大,表面功能衰减快,使用寿面较短;超薄磨耗层技术虽然能够克服微表处技术的部分缺陷,但是由于其磨耗层采用的是热拌沥青混合料,结构层厚,所以碳排放量大、造价较高,而且需要配置大型热拌沥青混合料拌合设备和同步一体摊铺机方可施工,经济效益和社会效益都不理想1.针对快速、低碳、环保、经济、耐久、舒适、安全的预防性养护材料和技术发展方向,需要开发一种常温工艺低噪抗滑的罩面技术用于沥青路面的预防性养护.高黏常温精薄罩面技术是将交联型常温复合改性沥青及热拌薄层级配矿料用稀浆封层车在常温下拌合摊铺到原路面上,通过适当碾压快速成型的预防性养护技术(厚度一般为 5 9 mm),是一种融合超薄罩面技术与微表处技术的新型公路预养护技术.该技术摆脱了沥青混合料拌和机、自卸运输车、黏层撒布车、同步摊铺机等复杂的生产拌和摊铺施工机具,节省了施工造价;采用常温就地摊铺压实工艺,快速经济环保;高黏常温精薄罩面采用 NTR 交联型常温复合改性沥青和 NTAC鄄5 骨架空隙矿料级配,通过提高动力黏度和沥青膜厚度改善罩面层的黏结力、强度和高低温性能与柔韧性;克服了常规微表处易脱皮、噪音大、寿命短等缺点,又规避了热拌超薄罩面对于热拌沥青混合料拌合楼及传统摊铺机队的依赖而形成的施工工艺繁杂、施工成本过高等缺点.1摇 原材料1郾 1摇 集料集料采用洁净、表面粗糙,且不含风化颗粒的3 5 mm 和0 3 mm 玄武岩.集料经过整形机整形,避免针片状颗粒含量偏高影响混合料骨架结构形成.在使用前应保证集料的含水率不大于3%,避免集料水分过高影响混合料的成型.细集料用量增大能够提高沥青混合料的抗剥落性,但过多的细集料会导致沥青混合料的油膜厚度降低,使得高黏常温精薄罩面混合料的压实性变差.NTAC鄄5 合成矿料级配参考了公路沥青路面预防养护技术规范 JTG/T 5142鄄012021 对于空隙型超薄罩面混合料的矿料级配范围2,并结合高黏常温精薄罩面混合料技术特点进行矿料级配设计.NTAC鄄5 合成矿料级配及建议级配范围如表 1、图1 所示.表 1摇 NTAC鄄5 合成矿料级配筛孔尺寸/mm集料规格玄武岩3 5 mm玄武岩0 3 mm矿料配合比例/%8020通过各筛孔的质量通过百分率/%矿料合成级配/%建议级配范围/%9郾 500100郾 0100郾 0100郾 0100 1004郾 75086郾 499郾 589郾 065 1002郾 3606郾 290郾 923郾 112 301郾 1800郾 371郾 214郾 59 190郾 6000郾 352郾 410郾 77 140郾 3000郾 339郾 58郾 15 110郾 1500郾 329郾 26郾 14 80郾 0750郾 322郾 24郾 72 6图 1摇 NTAC鄄5 合成矿料级配曲线摇1郾 2摇 沥青NTR 高黏常温精薄罩面改性沥青是通过掺加高黏改性剂、高分子聚合物、石油树脂、表面活性剂、乳化剂、稳定剂等外掺剂,通过胶体研磨剪切加工制成的蒸发残留物含量不小于 62%的常温交联型高黏沥青结合料.增加沥青黏度可以减弱水对沥青与集料颗粒之间的浸润剥离作用3.通过高黏改性剂、高分子聚合物复合改性作用,使得沥青 60 益动87摇 第 5 期王建洁,等:高黏常温精薄罩面技术应用研究力黏度极大提升.石油树脂能够增强沥青结合料与集料、沥青混合料与原路面的黏结力.加入表面活性剂,在不影响沥青结合料性能的情况下,实现高黏沥青乳化效果稳定.表 2 为 NTR 高黏常温精薄罩面改性沥青与SBS 改性沥青和 BCR 乳化改性沥青的技术要求4对比结果.由表 2 可以看出,NTR 高黏常温精薄罩面改性沥青各项性能指标较传统的 SBS 改性沥青和 BCR 乳化改性沥青明显提高.软化点达到了90 益以上,60 益动力黏度达到 11 万帕秒以上,具有优异的高温稳定性能.另外,高黏度沥青能够提高沥青膜厚度至 14 滋m 以上的同时,沥青结合料有效裹附于集料表面,形成丰富沥青胶结料,提高水稳定性和抗松散性3、5.5 益 低温延度达到改性沥青的低温延度指标.薄膜加热模拟的是热拌沥青混合料在加热拌和过程中沥青的短期老化过程,与热拌沥青混合料不同,高黏常温精薄罩面由于采用常温拌和摊铺工艺,其沥青性能相较经过热拌短期老化的热拌沥青混合料相比,摊铺后的沥青低温性能优势显著6.微表处用改性乳化沥青普遍采用 SBR 胶乳作为改性剂,但其延度断裂拉力和弹性恢复是不能与 NTR 改性沥青相比拟的.弹性恢复达到了98%,加之丰富的高黏沥青膜厚度、未经短期老化作用的低温延度,提高了沥青混合料的抗裂性,有效减缓罩面层开裂问题7.表 2摇 NTR 与 SBS 改性沥青、BCR 改性乳化沥青技术指标比对试验项目单位NTR 检测结果SBSI鄄D 技术要求BCR 技术要求试验方法针入度(25 益,100 g,5 s)0郾 1 mm4440 6040 100T0604软化点益92逸60逸53T0606延度(5 益)cm36逸20逸20T060560 益动力黏度Pa s114 603T0620弹性恢复(25 益)%98逸75T0662TFOT 后残留延度(5 益)cm逸152摇 试验方法与混合料性能2郾 1摇 试验方法设计2郾 1郾 1摇 基于微表处试验方法设计为模拟现场常温摊铺碾压的施工工艺,评价沥青混合料耐磨耗性能,试验研究按 3 5 mm:0 3 mm:NTR=80%:20%:13%配合比比例进行拌和,拌和时间不超过 30 依2 s.将拌匀的混合料倒入湿轮磨耗试模中并迅速刮平,取走模板.养生环境与预计的施工环境温度相近.待混合料表面完全破乳后且完全成型之前,将试件置于轮碾成型机,轮碾表面应用湿布擦拭湿润,碾压 2 个往返(4 次),碾压过程中应用水雾喷洒轮碾以防止粘轮.再将碾压后的试件放入 60 依 3 益 的烘箱中烘至恒重,不少于24 h,再至于室内通风良好的环境下静置不少于6 h.之后按 T0752 后续试验步骤进行湿轮磨耗试验,计算磨耗值6.2郾 1郾 2摇 基于超薄罩面试验方法设计为与热拌沥青混合料超薄罩面比较沥青混合料的性能,将拌和后的高黏常温精薄罩面混合料置于浅盘,放入 60益烘箱烘至完全破乳并恒重.烘干过程中应间隔一段时间翻拌混合料,加快破乳.将混合料加热至试验击实温度 175 依5 益,按 T0702 马歇尔击实方法双面击实 50 次.再按 T0733 进行混合料肯塔堡飞散试验,测定混合料肯塔堡飞散损失.按 T0708 压实沥青混合料密度试验(体积法)测定混合料的毛体积相对密度,并计算空隙率8.2郾 2摇 混合料性能公路沥青路面预防养护技术规范 JTG/T5142鄄012021 中将微表处级,对 A 级微表处提出更高的技术要求2.本研究按照设计的试验方法对高黏常温精薄罩面混合料进行肯塔堡飞散损失和湿轮磨耗试验,与 UTO 空隙型超薄罩面混合料、A 级微表处技术要求进行比对分析,如表 3 所示.摇 摇 通过与超薄罩面和微表处技术要求比对可以看出,高黏度 NTR 改性沥青与高沥青膜厚度的 NTAC鄄5 混合料,配合可碾压工艺,高黏常温精薄罩面混合料 1 h 湿轮磨耗值为 0 g/m2,说明该混合料抗剥落性能远高于微表处.6 d 湿轮磨耗值远小于微表处技术要求,肯塔堡飞散指标满足超薄罩面不大于15%的技术要求,高黏常温精薄罩面混合料表现出良好的抗剥落和抗水损性能.97交摇 通摇 工摇 程2023 年表 3摇 高黏常温精薄罩面混合料与超薄罩面、微表处沥青混合料技术指标比对项目单位NTAC 检测结果空隙型超薄罩面技术要求A 级微表处技术要求试验方法空隙率%16郾 410 18T0708肯塔堡飞散损失%6郾 3臆15T0733湿轮磨耗值25 益浸水 1 hg/m20臆360T075225 益浸水 6 d74郾 6臆480油膜厚度滋m16逸93摇 工程应用效果2022 年 7 月在 S245 武静线 K0043+700 K0043+900 实施了高黏常温精薄罩面试验段,铺筑厚度为 7 mm.施工方法简单快速,施工工艺为:稀浆封层车就地常温拌和摊铺寅破乳寅碾压寅养生.底部富余沥青可有效封水和保障层间粘结,原路面不需要进行铣刨拉毛处置.采用稀浆封层车进行混合料摊铺,摊铺前按标定曲线提前调节混合料出料速度,按设计配合比标定沥青用量.混合料摊铺后自然养生 1 2 h 待完全破乳后、成型前进行静压.先由 5 t 轻型双钢压路碾压 1 2 遍,再由8 t 轮胎压路机碾压2 3 遍,碾压过程应保证洒水装置完全覆盖碾压轮,严禁压路机在作业面急刹或停留.碾压后养生 0郾 5 h 待路表水分蒸发即可开放交通.实施通车 3 个月后检测了噪音、横向力系数和PCI 检测指标评价高黏常温精薄罩面舒适性、安全性和养护效果.3郾 1摇 降噪效果高黏常温精薄罩面采用开机配沥青混合料,空隙率可达 15%28%,具有良好的降噪效果,如图摇 摇 摇2 所示.实施后能够达到超薄罩面的降噪效果,较原路面噪音降低约 3 dB,相比微表处可降低噪音约7 dB,有效提高了行车舒适性,可适用于各等级公路及城市道路的预防性养护施工.图 2摇 各类型路面行车噪音对比摇3郾 2摇 抗滑性能由表 4 可以看出,实施高黏常温精薄罩面后原路面抗滑水平显著提升,构造深度可达 0郾 9 mm,降低摊铺厚度的同时,解决了细粒式沥青混合料摩擦系数不足的难点问题.实现预防性养护经济性的同时,有效保证了行车安全性.表 4摇 高黏常温精薄罩面施工前后横向力系数对比桩号段落SFC 平均值SFC 标准差SFC 代表值代表值 SRIK0043+700 K0043+800施工前37郾 91郾 67736郾 9775郾 9K0043+700 K0043+800施工后64郾 72郾 11463郾 4697郾 7K0043+800 K0043+900施工前38郾 71郾 76137郾 6877郾 0K0043+800 K0043+900施工后69郾 92郾 38468郾 5398郾 63郾 3摇 养护效果由表 5 可以看出,实施高黏常温精薄罩面后全部消除路面破损,路段仍处在完好水平,无剥落、破损,能够维持较高的路面技术状况,体现出了良好的养护效果.4摇 经济效益将不同的沥青路面养护技术经济效益进行对08摇 第 5 期王建洁,等:高黏常温精薄罩面技术应用研究比,如表 6 所示.表 5摇 高黏常温精薄罩面施工前后 PCI 对比桩号段落破损率DR/%PCIK0043+700 K0043+800施工前5郾 3570郾 08K0043+700 K0043+800施工后0郾 00100郾 00K0043+800 K0043+900施工前2郾 9776郾 50K0043+800 K0043+900施工后0郾 00100郾 00表 6摇 不同养护措施等效年度成本 EAC养护措施使用寿命/a单位成本/元 m-2EAC高黏常温精薄罩面5285郾 6微表处3227郾 3热拌超薄罩面5377郾 44 cm 薄层罩面5489郾 6摇 摇 高黏常温精薄罩面采用微表处就地常温拌和摊铺和配合适当碾压的施工工艺,无需沥青混合料拌和设备、同步一体摊铺机,节省了大量设备机具费用,也节省了高黏乳化改性沥青黏层费用.相比薄层和超薄罩面,高黏常温精薄罩面单位成本相比其他罩面类的单位成本明显降低,比微表处单位成本略高,但取得的路用性能效果比微表处更好,更具有降噪和美化路面的功能,使用寿命较微表处要长,等效年度成本 EAC 最低.5摇 结论1)通过提高 NTR 改性沥青动力黏度和增大沥青用量,保证沥青混合料的高温性能的前提下,实现高黏常温精薄罩面可压实性.2)NTAC鄄5 骨架空隙结构沥青混合料可提升高黏常温精薄罩面的抗滑性能,降低路面噪音,提高了罩面层的行车安全性和舒适性.3)通过与超薄罩面和微表处混合料性能比对分析发现,高黏常温精薄罩面具有超薄罩面沥青混合料的路用性能和使用效果,且不需要超薄罩面施工所需要的拌和设备、同步一体摊铺机、高黏改性乳化沥青黏层等复杂的工艺设备和材料,具有较高的性价比.4)该工艺施工简便、节能环保、铺筑厚度薄,大大降低石料和沥青资源的同时,可减少沥青路面养护施工过程中有害气体的排放以及对施工人员身体健康的影响.参考文献:1 成海华.复合改性沥青乳液制备及冷拌冷铺混合料性能研究J.石油沥青,2021(6):34鄄36.2 中华人民共和国交通运输部.JTG/T 5142鄄012021,公路沥青路面预防养护技术规范S.北京:人民交通出版社,2021:34鄄49.3 裘秋波.基于飞散试验的小粒径沥青混合料耐久型能研究J.公路,2021(5):278鄄280.4 中华人民共和国交通运输部.JTG F402004,公路沥青路面施工技术规范S.北京:人民交通出版社,2004:15鄄17.5 刘红霞.沥青膜厚度对混合料性能的影响J.北方交通,2017(7):127鄄129.6 王衡.沥青膜厚度对沥青混合料老化性质的影响J.重庆交通学院学报,2006(2):49鄄51.7 贾朝霞.沥青膜厚度法评价抗疲劳层沥青混合料油石比J.公路交通科技,2008(7):88鄄90.8 中华人民共和国交通运输部.JTG 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