超韧磨耗层技术在西安市城市桥梁中的应用研究

超韧磨耗层技术在西安市城市桥梁中的应用研究

张景航

西安市政道桥建设集团有限公司

摘要：文章通过对西安市超韧磨耗层配合比设计及西二环金光门桥的使用，主要介绍了超薄磨耗层在西安市城市桥梁上摊铺应用研究。经过项目检测及分析，该技术适用于西安城市桥梁的预防性养护，超薄磨耗层具有抗裂、抗渗水、抗滑性能，还具有行车平顺、低噪音，耐久性能好，施工快且质量好，对交通影响小，面层美观、节能环保等优点，可应用于高等级公路、城市道路、桥梁和隧道结构的表面磨耗层，值得大力推广。

关键词：超薄磨耗层，桥面，抗滑，静音

与传统的铣刨重铺相比，超薄磨耗层具有工艺简单，施工效率高，交通干扰小的优点。因此，越来越多的超薄型沥青热铺罩面正逐渐成为业主所重点关注的优先考虑的养护技术方案选择。

随着研究的深入和应用经验的积累，业界对超薄磨耗层的性能逐渐提出了更高的要求，尤其是在抗裂性和耐久性方面。纵观各类超薄罩面，由于其本身不具备足够的柔韧性，防治路面裂缝实际效果并不理想。ARC超韧磨耗层是一种实施厚度为1.2~2.0cm的热拌沥青混凝土超薄结构层，以高性能聚合物改性沥青和高性能粘结剂为热拌沥青混合料和粘结层原料，采用普通异步摊铺工艺，路用性能均衡耐久，在高/低温稳定性、水稳定性、抗疲劳性等诸多方面更高、更好，尤其是在抗裂性方面表现优异，远高于普通的超薄磨耗层。ARC是Anti-Reflective Cracking的简称。

一、技术简介

沥青胶结料的创新改性是ARC超韧磨耗层的核心技术之一。ARC超韧磨耗层所用的沥青胶结料为基于特殊配方优化设计的高韧高弹复合改性沥青，重点强化了沥青的粘性、韧性、延性、弹性恢复等关键技术指标。ARC超韧磨耗层的显著特征是具有比较优秀的抗裂能力，对于解决沥青路面的裂缝问题（疲劳裂缝和半刚性基层/水泥砼路面导致的反射裂缝）具有较好的效果。沥青胶结料的创新改性使得混合料的性能表现更加均衡，混合料本身不仅具有良好的高温稳定性，同时也具有优秀的低温抗裂性。低温弯曲破坏应变实测值能达到规范要求的5倍以上。

ARC超韧磨耗层技术是在传统超薄磨耗层技术上的继承和创新，本身具备优秀的抗变形能力，具有超强的抗裂性能，不仅适合于沥青路面的预防养护和品质提升，而且为水泥砼路面、桥面、隧道的超薄型“白改黑”提供了卓有成效的新型技术手段。

二、工程设计

2.1、原材料

2.1.1.沥青

ARC超韧磨耗层混合料配合比设计采用了经过特殊配方与工艺化学处治的PG82型高韧高弹复合改性沥青。

2.1.2.集料

ARC超韧磨耗层混合料配合比设计采用集料为玄武岩：5~10mm玄武岩、3~5mm玄武岩、0~3玄武岩。所用集料符合《公路沥青路面施工技术规范》（JTG F40-2017）“高速公路、一级公路表面层沥青混合料用集料质量要求”。

2.1.3.矿粉

ARC超韧磨耗层混合料配合比设计采用石灰岩碱性石料经磨细得到的矿粉，所用矿粉符合《公路沥青路面施工技术规范》（JTG F40-2017）“沥青混合料用矿粉质量要求”。

表-1  矿料检验结果汇总表

2.2 ARC超韧磨耗层混合料技术性能要求

表-2  ARC超韧磨耗层混合料技术性能要求   

2.3.ARC超韧磨耗层混合料矿料级配（最佳级配）设计

ARC超韧磨耗层混合料的矿料级配根据已有的集料的总量和通过率曲线来合成级配曲线。级配各档掺配比率及各筛孔通过率分别如表-3和表-4所示，曲线图一

表-5列出了ARC超韧磨耗层混合料初试级配马歇尔试验结果，由此表可见：在油石比7.0%的情况下的合成级配，各体积指标基本能满足要求。并根据以往配合比设计经验和已建实体工程的实践经验，确定马歇尔试件的初试油石比为7.0%。因此，在进一步的设计中确定合成的级配作为最佳矿料级配。

表-3 级配各档材料掺配比率 (单位：%)

表-4 矿料级配各筛孔通过率

表-5  ARC超韧磨耗层混合料初试级配马歇尔试验结果

三、工程实例

3.1工程概况

西安市二环路位于西安市中心地带，全长34.04公里，由东二环路、南二环路、西二环路和北二环路组成，为城市快速干道。为迎接第十四届全运会，计划对二环路高架桥桥面品质提升。初步选定金光门桥段为试验路段。西安市西二环金光门桥段是西安重要的交通枢纽，目前整体结构依然完整，结构承载力充足。经过多年运营，在高频次交通荷载的持续作用下，路面表面功能性指标持续衰减，主要表现为表面抗滑性能下降，路面出现裂缝，局部路段存在结构性损坏。

3.2 设计方案

基于西安市二环路金光门桥面现状，在将局部结构性病害维修好的前提下，本项目的路面加铺技术方案将以全面提高改善现有路面的功能性指标为首要目标，并综合考虑其它因素，具体叙述如下： 

一、全面提高改善现有路面的功能性指标（包括抗滑、渗水、平整度、噪音、外观等）。在长期交通荷载的作用下，西安市二环路金光门桥面表面被磨光，抗滑能力下降，外观泛白。这些目前存在的问题都需要通过新的加铺技术方案一并解决。预期经过处治后抗滑指标摩擦摆值BPN不小于55，宏观构造深度不小于0.6mm，全面提升路面的平整度和美观性能，降低路面噪音。

二、预防原路面的路表渗水问题。桥面的防水是非常值得重视的技术问题。本项目的技术方案需要从点、线跃升到面的高度着手解决，即全幅（包括所有车行道和路肩）实施有效的封水处理，使路面内部结构免受路面渗水的影响。

三、不对桥面恒载及标高有太大影响。西安市二环路金光门桥面整体状况比较稳定，结构承载力足够，无需加铺厚的沥青层。加铺层的厚度应在保证路用性能的基础上尽量薄，应以尽量不增加桥面的恒载负荷，尽量减少对路面标高的影响为基本原则。

如果采用基于一般意义上的改性沥青混凝土铣刨加铺方案，不仅成本很高，施工效率低，对西安市二环路金光门桥面的正常运营造成影响，而且由于普通的改性沥青混凝土的韧性不足，抗裂性能不佳，会直接影响到加铺薄层的耐久性。因此，该项目对沥青罩面的综合性能要求提升到了极高的水平。拟采用的超薄沥青罩面要求密水性好，能有效隔离路面水的下渗；厚度要求必须尽可能地薄以减少对桥面恒载和标高的影响；所采用的复合改性沥青胶结料应具有足够的柔韧性以抵御温度裂缝和反射裂缝，保证沥青罩面具有极佳的抗裂耐久性。此外，考虑到西安市二环路金光门桥面车流量大、车速快，临近西安中心主城区，沥青罩面表面应平顺静音，降低交通噪音，施工效率高，减少交通干扰。

综合考虑标高影响、罩面平整度控制、改善加铺层结构的受力以及全面恢复现有路面的功能性指标等多方面因素，加铺厚度按2.0cm控制。

四、结论

通过本次在西安市二环路金光门桥桥面加铺ARC超韧磨耗层试验路的实践，充分证明ARC超韧磨耗层技术体系完备成熟，施工质量可控，符合西安市政道路快速养护的需求（尤其是在桥面养护方面），结合当地完备的技术力量。