UTM超薄罩面在公路瀝青路面預防養護工程中的應用

（重慶市銅梁區公路局,重慶 402560）

0 引言

基于“預防為主，防治結合”的路面養護方針，預防性養護逐漸得到公路管養人員的重視。在實際工程中，經常遇到路面抗滑、平整度等功能性衰退的情況，同時路面標高受到限制，對預防性養護提出了更高的要求，行業學者針對此展開了諸多的技術研究與工程實踐。目前，最為廣泛應用的預防性養護技術是熱瀝青混合料超薄層罩面[1]。

超薄層罩面作為預防性養護技術，其厚度一般為15～25 mm，雖然不能提高路面的承載能力，但是具有改善原路面抗滑、降噪、平整度等性能和造價低的特點[2]。最初，為了在節省造價的前提下恢復路面抗滑性能，法國采用了瀝青混合料薄層罩面[3,4]，罩面先后由50～90 mm的表面層混合料（BBSG）到30～40 mm薄面層（BBM），后來隨著結合料改性技術和攤鋪設備的快速發展，罩面厚度朝著越來越薄的方向改進[5]。20世紀90年代，美國開發了Novachip超薄罩面施工技術，罩面最薄可達10 mm，它的出現極大促進了超薄罩面技術在世界范圍內廣泛應用[6,7]。國內在90年代嘗試性利用對瀝青路面利用超薄磨耗層進行預防性養護，但是結果并不理想，暫時性阻礙了超薄罩面在國內的發展。直至2001年，交通部公路研究所開展了《超薄磨耗層混凝土面層技術研究》，取得了豐碩的研究成果，極大推動了超薄罩面技術在國內的應用。目前，各式各樣的超薄罩面技術雖然具有改善行駛質量、修復路表缺陷、延長路面壽命等特點，同時也存在一些不足：（1）薄層罩面與原路面的粘結性差，在水與載荷作用下極易發生推移、脫落等病害。（2）由于受級配合理性和材料性能限制，超薄罩面抗裂性不理想，而且經常出現車轍、松散、裂縫等路面病害[8]。（3）有些超薄罩面施工技術對設備依賴性強，需要專門的施工設備[9-11]。

UTM超薄罩面是一種厚度為10～20 mm的熱拌瀝青混合料加鋪層，壓實成型后可有效改善路面平整度和抗滑性能，降低道路行車噪音，具有優良的抗裂性和高溫穩定性。本文依托S303銅昌路銅梁段瀝青路面超薄罩面試驗路，對UTM超薄罩面的抗滑性能、高低溫性能、降噪性能等進行了評價。以期為UTM超薄罩面養護技術的推廣應用提供參考。

1 工程概況

項目組對S303銅昌路銅梁段瀝青路面進行了路面狀況調查，發現路面整體結構狀況良好，但是路面功能存在以下幾個問題：

（1）路面抗滑性能不足。由于長時間的車輪對瀝青路面的摩擦作用，導致表層瀝青與集料磨耗，瀝青路面構造深度明顯減小，路面抗滑能力不足。另外，局部位置由于泛油導致路面抗滑性能下降。尤其在降雨天氣，該路段的行車安全存在一定程度的隱患。

（2）路面裂縫與集料剝落。由于重載車輛和環境因素的共同作用，路面在服役期出現了少量的裂縫。另外，局部路段路表出現了集料剝落現象，是水損壞的初期表現。如果這些路面早期微損傷不能及時修復，路表水進入路面內部，將會危害路面結構的承載能力。

（3）路面行車噪音大。由于路面平整度狀況不良，車輛行駛過程中存在輕微顛簸，不僅影響行車舒適性，而且產生的噪音對沿線居民的生活造成一定的困擾。

UTM超薄罩面不僅能夠顯著恢復瀝青路面的抗滑性能和路面平整度，而且具有極強的抗反射裂縫能力，同時能夠密封路表，避免路表水進入路面內部。與同類超薄罩面相比，該罩技術具有造價低，施工快（每天單車道可施工4公里），無需專門施工設備的優勢。針對此情況，項目組決定采用UTM超薄罩面對該路段瀝青路面進行預防性養護。

2 UTM超薄罩面技術特征

2.1 材料

UTM超薄罩面是雙層結構，上層結構是熱拌高粘彈改性瀝青混合料層，下層是聚合物改性乳化瀝青粘結層，具體的原材料技術指標以及混合料的配合比設計如下所述。

2.1.1 高粘彈改性瀝青

UTM超薄罩面混合料對瀝青的性能要求遠高于普通瀝青混合料，本工程所采用的瀝青為高粘彈改性瀝青，對集料具有極強的粘附能力，這將使骨料之間的粘結強度更高。其技術指標測試結果見表1。由試驗結果可見，所用瀝青的60℃動力粘度值大于50 000 Pa·s，是UTM超薄罩面的結構體系在重載交通條件下具有足夠耐久性能的材料基礎，最終保證罩面在惡劣條件下保證長期穩定性。

表1 高粘彈改性瀝青主要技術性能

2.1.2 粘層瀝青

根據路面結構中罩面受力特點，一般要求罩面層與原路面之間的粘結強度足夠大[12,13]，以保證在使用壽命期內罩面不會發生脫層或推移破壞。上部瀝青混合料結構層厚度越薄對粘層瀝青的性能要求則更高。UTM超薄罩面采用的聚合物改性乳化瀝青的主要指標測試結果如表2所示。該乳化瀝青具有破乳速度快，破乳固化成型后粘結強度大，抗剪能力強等特點。同時，粘層不會不粘附車輪，可以避免出現常見的施工車輛對粘結層的破壞現象。

表2 改性高粘乳化瀝青主要技術性能

2.2 配合比設計

2.2.1 配合比設計

集料采用重慶當地石灰巖，填料采用由石灰巖石料磨細得到的礦粉，最佳油石比為6.0%。罩面混合料的級配類型為間斷型密級配，形成骨架密實型結構，這樣既能保證路面的抗滑性能而確保行車的安全性，又可以有效地保護原路面結構以避免受到雨水的侵害。級配要求及目標配合比如表3所示。

表3 UTM超薄層罩面混合料級配

2.2.2 高溫穩定性驗證

罩面是路面與車輪直接接觸的部分，如果形成車轍，將會影響路面的行車舒適性和路面使用壽命。因此，UTM超薄罩面應具有優異的高溫穩定性，以提高路面抗車轍能力。采用車轍試驗評價混合料的高溫穩定性，按照JTG E20—2011規程“瀝青混合料車轍試驗”方法，在標準試驗溫度60℃與輪壓0.7 MPa條件下進行。將UTM混合料與工程常用的密級配AC-13C及開級配OGFC-13混合料進行對比試驗結果如圖1所示。

圖1 車轍試驗結果

由圖1可知，3種類型瀝青混合料都具有較好的高溫穩定性能，高溫穩定性由高到低排序為：UTM超薄罩面瀝青混合料＞開級配OGFC-13＞密級配AC-13。試驗結果表明瀝青混合料的級配類型對動穩定度的有很大影響。瀝青混合料AC-13為連續級配懸浮密實結構，細集料含量最多，動穩定性能較差，而UTM及OGFC-13瀝青混合料為粗骨料之間相互接觸嵌擠形成骨架結構，能夠更加有效抵抗剪切破壞，從而有更高的動穩定度。且UTM較OGFC-13有更多的細集料，細集料與瀝青膠結料填充在骨料空隙之間，形成更高粘結力。故UTM超薄罩面在高溫條件下能更好地抵抗變形破壞。

2.2.3 低溫抗裂性能驗證

圖2 彎曲試驗結果

舊路面通常會有一些裂縫，如果罩面層的抗裂能力不足，將在工后不久形成反射裂縫，危害路面使用壽命。采用彎曲試驗，測定瀝青混合料在規定溫度和加載速率時彎曲破壞的力學性質，評價瀝青混合料的低溫抗裂性能。按照JTG E20—2011規程“瀝青混合料彎曲試驗”方法，在-10℃環境下進行彎曲試驗，試驗結果如圖2所示。

由試驗結果可以看到，3種類型瀝青混合料破壞彎拉應變均滿足規范中關于改性瀝青混合料的破壞應變大于2 500 με的要求。UTM混合料破壞應變優于OGFC混合料，與AC密級配混合料的破壞應變，差值僅僅132 με。UTM高性能聚合物改性高黏高彈瀝青粘結能力強，有很好的低溫性能，能夠提高UTM混合料低溫抗裂性能。

3 UTM超薄罩面工后評價

3.1 厚度檢測

施工完成后使用鋼尺對UTM超薄層罩面厚度進行檢測，檢測結果如表4所示。

UTM超薄罩面施工采用一體式攤鋪機進行攤鋪，該罩面技術可以實現更薄的施工厚度，平均厚度為20 mm，并且極限厚度能達到10 mm，具有良好的社會經濟效益。

表4 UTM超薄層罩面厚度測量結果

3.2 抗滑性檢測

采用擺式摩擦儀對UTM超薄層罩面路面與原路面進行抗滑性能檢測，以擺值（BPN）作為評價指標。檢測前需用掃帚等工具將測試點清掃干凈，將儀器沿路線方向擺放進行調平，然后對指針進行調零與滑動長度校核工作。檢測結果如表5所示，與原路面相比，UTM超薄罩面的BPN值提高了72%。由此可見，UTM超薄罩面能夠顯著提高舊路面的抗滑性能。

表5 UTM超薄層罩面路面與原路面BPN值檢測結果

3.3 噪聲檢測

圖3 路面施工前后行車噪聲水平

施工結束后，駕駛普通小客車以不同速度通過測試點，利用高精度噪音測試儀測定路面施工前后的噪聲，檢測結果見圖3。檢測結果表明，加鋪UTM超薄罩面后路面行車噪音顯著降低，車速越大降噪效果越明顯。當行車速度70 km/h時，噪聲降低了11.18%。

4 結論

本文依托S303銅昌路銅梁段瀝青路面預防性養護工程，調查了路面質量狀況和存在的問題，闡明了UTM超薄罩面主要的技術指標，通過室內和現場試驗主要結論如下：

（1）UTM超薄罩面攤鋪厚度能夠達到20 mm，路面抗滑性能顯著提高，BPN值較原路面提升了72%。

（2）UTM瀝青混合料具有優異的高溫穩定性，主要是因為粗骨料之間相互接觸嵌擠形成的骨架結構，以及細集料與高粘彈改性瀝青填充在骨料空隙之間能夠有效抵抗剪切破壞。

（3）UTM混合料低溫彎曲試驗破壞應變優于OGFC混合料，與AC密級配混合料的破壞應變相當。

（4）UTM超薄罩面可以顯著降低原路面的行車噪聲，且改善效果隨行車速度的增大而凸顯。