HET高性能抗滑表層在特長隧道路面抗滑處治中的應用

李 斌

(廣東省南粵交通龍懷高速公路管理中心，廣東 英德 513000)

0 引言

廣東省交通集團有限公司組織研究開發了HET系列高性能抗滑表層技術，其由特制的HET高性能粘結層和1.0～3.0cm的HET高性能瀝青混合料組成，具有抗高溫、抗水損、抗老化、抗疲勞開裂等優良性能，尤其在路面抗滑性能提升方面優勢明顯。HET系列高性能抗滑表層技術已在我省惠清、花莞、云茂等新建高速公路路面、橋面鋪裝、隧道路面等多個不同工況路段，以及汕梅、廣清高速公路等多個養護工程薄層罩面中得到了應用，效果良好。

連英高速公路金門隧道長6.48km，雙線四車道，設計行車速度100km/h，采用水泥混凝土路面結構。建成通車后，隧道路面抗滑性能快速衰減。為提升金門隧道的行駛安全性，以及改善行車舒適性，于2021年采用HET高性能抗滑表層技術對金門隧道西行方向進行加鋪罩面。另根據調研，路面養護中，隧道水泥路面加鋪瀝青層厚度一般為1.0～2.0cm，較薄的瀝青層對路面的平整度改善有限，且在加鋪后1～2年即出現反射裂縫，耐久性不足。經設計計算分析，本次加鋪推薦采用2.5cm HET-Y(C)型高性能抗滑表層，其結構見表1所示。

表1 金門隧道路面加鋪結構

1 HET-Y(C)混合料設計

1.1 原材料

采用河源芙蓉石場5～10mm粗集料、0～3mm的機制砂以及佛山市三水區南山鎮宏達石仔加工場的礦粉、北京天成肯特萊科技有限公司生產的絮狀木質纖維進行配合比設計，膠結料采用廣東華路交通科技有限公司研發的HET專用特種瀝青，其技術指標見表2。

由表2可見，HET專用特種瀝青60℃動力粘度為50萬Pa·s，135℃運動粘度僅2.38Pa·s，粘韌性為30N·m。從關鍵指標看，該瀝青性能優良，具有較好的高溫性能，且具有較好的施工和易性，以及使用過程中的耐疲勞性能。

1.2 配合比設計

HET在級配選擇時，優先采用增強型骨架結構體系，利用石料嵌擠形成的穩定骨架抵抗行車荷載，瀝青膠漿對礦料空隙的進行部分填充以形成半開級配結構，同時外摻0.3%(瀝青混合料質量)纖維穩定劑增強瀝青混合料的抗裂性能。采用馬歇爾設計方法對HET-Y(C)改性瀝青混合料的配合比進行設計，級配曲線如圖1所示。雙面擊實50 次成型馬歇爾試件，擊實溫度為170℃～180℃。采用體積法測定其毛體積密度，試驗結果見表3，體積指標均滿足設計要求。

圖1 兩種混合料的級配曲線

表3 瀝青混合料體積及性能技術指標

1.3 混合料的性能

1.3.1 高溫穩定性

基于車轍試驗評價HET-Y(C)改性瀝青混合料的高溫穩定性，以車轍動穩定度及車轍深度作為評價指標，試驗結果見表4。試驗結果表明，HET-Y(C)改性瀝青混合料的高溫抗變形能力較強，70℃的車轍動穩定度大于5 000次/mm，如此的空隙結構還能保持優良的抗車轍性能，得益于混合料增強型骨架的設計、HET專用特種瀝青的高粘結性能以及混合料中纖維穩定劑的穩定、增強作用，優良的材料及結構設計確保了HET-Y(C)改性瀝青混合料整體強度以及耐高溫的性能。

二是四萼獼猴桃與中華獼猴桃嫁接親合力好，成活率可以達到70%以上，根系發達，有“小腳”現象，抗根腐病、潰瘍病效果好，嫁接的苗木生長比較旺盛，適宜在南方栽培。

表4 瀝青混合料車轍試驗結果

1.3.2 水穩定性

基于浸水馬歇爾飛散試驗評價瀝青混合料的抗水損壞性能，試驗結果見表5。試驗結果表明，HET專用特種瀝青、纖維穩定劑的使用，馬歇爾試件空隙率14.5%的條件下，試件的飛散損失僅為1.61%，說明HET-Y(C)改性瀝青混合料在力、水、溫耦合作用下具有較強的粘聚性能及強度，能夠較好地抵抗水、溫對其結構的破壞。

1.3.3 抗裂性能

水泥路面加鋪的瀝青磨耗層抗裂性能的優劣，是確保其功能及耐久性能的關鍵?；诎雸A彎曲試驗對HET-Y(C)改性瀝青混合料、PG76改性瀝青GAC-16瀝青混合料(油石比4.8%、空隙率4.0%)、PG76改性瀝青OGFC-13瀝青混合料(油石比5.3%、空隙率20.0%)的抗裂性能進行評價，采用斷裂能Gf、柔性指數FI作為評價指標。Gf表征瀝青混合料裂縫擴展過程中所需的能量，其值越大表明抗裂性能越好；FI表征瀝青混合料開裂過程中裂縫的擴展速率，其值越大表明擴展速度越慢。

試驗結果如圖2和圖3所示，可以看出，HET-Y(C)改性瀝青混合料Gf、FI指標均高于GAC-16、OGFC-13的，這說明HET改性瀝青混合料的抗裂性能更優，出現裂縫時，擴展速度更慢。這是由于HET-Y(C)混合料中高粘、高彈的瀝青、粉料組成的膠漿將石料牢牢地粘固在一起，同時纖維在混合料中又起到穩定、加筋的作用，這使得HET-Y(C)混合料的柔韌性、粘彈性相比更優，更能抵抗裂縫的出現及擴展，具有更優的抗裂性能。

圖2 斷裂能Gf試驗結果

圖3 柔性指數FI試驗結果

2 施工工藝

2.1 舊路處治

由于在長期半封閉的環境下行車，洞內水泥路面表面已存在黑黃色的光滑油膜，高壓水槍難以沖洗干凈，且該油膜不利于水泥路面與HET抗滑表層之間的有效黏結。因此采用BLASTRAC 2-4800DH拋丸機對原水泥路面進行拋丸處治(圖4)。為確保層間的有效黏結，要求拋丸后的路表構造深度不小于0.8mm，擺值不小于45BPN。實際拋丸后，路面構造深度在0.95～1.10mm之間，路面擺值處于75～80BPN之間，拋丸效果良好(圖5)。

圖4 車載式拋丸機

圖5 拋丸效果

對于老化的嵌縫材料，更換為改性熱瀝青封縫，對于板塊脹縫、縮縫、吭邊等大于1cm的，采用瀝青砂進行回填。此處，原設計瀝青砂采用河砂，實際施工中，河砂拌合乳化瀝青后，粘聚成團，無法進行回填，本項目改進為采用1.18～2.36mm的集料代替河砂，施工效果更好。

2.2 混合料的生產

采用HDG3000型間歇式瀝青混合料攪拌設備，混合料拌合溫度為175℃～185℃，拌合時間為60s?；旌狭仙珴奢^黑亮，攪拌均勻，無纖維成團及混合料花白現象，混合料攪拌效果較好。在增加木質素纖維的情況下，拌合時間較一般的半開級配瀝青混合料僅延長了5s，說明HET-Y(C)型瀝青混合料加工較為容易。

2.3 混合料的攤鋪

施工采用2臺福格勒SF1800-3L型履帶式瀝青攤鋪機成梯隊作業。為確定攤鋪速度，HET-Y(C)的攤鋪設計了4、6、8、10、12m/min五種速度。從現場攤鋪效果看，攤鋪速度12m/min左右時，混合料攤鋪面出現少量拉毛、拉裂及小坑洞等現象；攤鋪速度10m/min左右時，1臺壓路機明顯跟不上攤鋪速度，因此，攤鋪速度不宜大于10m/min；攤鋪速度6～8m/min左右時，混合料攤鋪面較均勻，粗骨料搭接緊密，能形成較好的骨架結構，攤鋪表面未出現拉毛、拉裂及小坑洞等現象。另因目前運輸車僅能裝載15～20t混合料，在攤鋪速度小于6m/min左右時，混合料等待時間延長，當環境溫度較低時，混合料存在溫度降低至不可接受范圍的風險。建議HET-Y(C)瀝青混合料的攤鋪速度控制在6～8m/min，如圖6所示。

圖6 6～8m/min攤鋪速度的攤鋪效果

2.4 混合料的碾壓

配備了兩臺BOMAG 120A(13t)壓路機、一臺BOMAG 3t小壓路機，小壓路機用于對邊部進行補充碾壓。試驗段設計了三種碾壓工藝方案(表5)。從外觀看，方案2(靜壓4遍)比方案1(靜壓3遍)的碾壓效果好，多1遍復壓確保了混凝土的密實性及均勻性，更加平整；方案3在初壓中采取前靜后振1遍，前進方向靜壓對松散混合料的骨料進行了重新排列以及初步壓實，后退振動使混合料內部粗集料相互擠壓形成穩定的骨架結構，初壓階段混合料的壓實度即可達到90%以上，且從工后檢測的平整度、構造、抗滑等數據及分布均勻性看，該碾壓工藝較為合理，鋪筑的效果較佳。

表5 混合料碾壓工藝

2.5 粘層油的灑布

HET粘層油采用HET專用高粘改性乳化瀝青，采用同步噴灑工藝，乳化瀝青加熱到60℃～70℃時，乳化瀝青能夠均勻噴出，且不堵塞噴頭。灑布量為0.6kg/m2時，噴灑出的乳化瀝青未能有效覆蓋構造深度為0.8～1.2mm的水泥混凝土基面；灑布量調整為0.9kg/m2時，粘層油灑布均勻，能有效覆蓋基面構造，不流淌，如圖7所示?？紤]到乳化瀝青在覆蓋瀝青混合料后，破乳速度變慢，因此建議粘層油灑布按0.9kg/m2控制，兼顧乳化瀝青的破乳和粘結效果。

圖7 0.9kg/m2粘層油灑布的外觀

3 施工質量檢測及評價

3.1 平整度

采用G3高精度手推式斷面儀(圖8)對HET平整度進行檢測。G3是通過安裝在滾動平臺上的三軸加速度計對縱斷面的相對高程進行測量，通過計算得到國際平整度指數IRI(m/km)，測試結果如圖9所示。從測試結果看，IRI(m/km)分布在0～1之間的占比85%，IRI(m/km)分布大于2的占比僅為4%，測試路段的平整度數據整體較為均勻，路面平整度較好。

圖8 G3高精度手推式斷面儀

圖9 IRI分布情況

3.2 表面構造

鋪砂法測試結果表明，HET-Y(C)構造深度平均值為1.22mm，且縱橫向構造深度差值僅在0.1mm之內，即HET表面均勻，紋理粗糙。

TM2路面激光紋理儀使用線掃描激光器對路面進行掃描，通過測量的高程來計算平均斷面構造深度MPD，通過數據處理可評價路面紋理的構造及均勻性。對加鋪瀝青罩面進行測試，主車道、超車道位置各測試兩道，取10mMPD平均值進行統計分析，分析結果如圖11所示。圖11表明，HET路面的構造粗糙，分布均勻；MPD在1.15～1.25mm區間內的占比85%，小于1.05mm的僅占4.5%。

圖10 路面激光紋理儀測試

圖11 MPD分布情況

3.3 層間粘結性能

采用層間拉拔儀對試驗段路面層間粘結強度進行測試。抽檢的5個測點取得的芯樣均顯示粘結層水泥板被拉斷而粘結層未斷裂，如圖12、圖13所示，表明粘結層拉拔強度已超過水泥路面表層(拋丸后)的黏結能力，其具體的黏結強度需借助室內試驗獲取。因此從現場進行粘層油取樣，于室內標準環境下進行補充拉拔試驗，得到20℃條件下的拉拔強度為0.62MPa。

圖12 芯樣粘結層斷面之一

圖13 芯樣粘結層斷面之二

3.4 抗滑性能

通車7d后，采用橫向力測試車對HET-Y(C)罩面進行測試。HET-Y(C)高性能抗滑表層在通車7d后，主、超車道橫向力系數分別為74.5、76.8，說明其初始抗滑性能較好。其抗滑耐久性仍需長期跟蹤觀測。

4 結語

依托連英高速公路金門隧道水泥混凝土路面加鋪HET-Y(C)高性能抗滑表層工程項目，對HET-Y(C)高性能抗滑表層從原材料、配合比設計、施工工藝及適用性等方面進行總結與分析，得到如下結論：

(1)HET-Y(C)瀝青混合料的高溫抗車轍性能、水穩定性及抗裂性能優異，從混合料性能看，適合用于水泥混凝土路面的加鋪。

(2)HET-Y(C)施工工藝較為簡單，混合料抗離析，碾壓后路面粗糙，紋理分布均勻，路面平整舒適，抗滑性能優良。

(3)采用HET-Y(C)高性能抗滑表層技術應用于特長隧道水泥混凝土路面的加鋪，能有效地改善行車舒適性及安全性，適用性好，具有良好的社會效益及經濟效益。