, 陈富达1, 彭馨彦2, 刘国华3, 邓科4, 余贤书1, 张文锋5, 莫广亮5, 卢学5, 陈镇文2, 徐天尧2, 李俊华5 1. 华南理工大学 土木与交通学院, 广州 510640;
2. 广州市市政工程维修处, 广州 510030;
3. 珠海格力港珠澳大桥珠海口岸建设管理有限公司, 珠海 519000;
4. 中交公路规划设计院有限公司, 北京 100088;
5. 华运通达(广东)道路科技有限公司, 佛山 528300
收稿日期：2019-04-26
基金项目：国家自然科学基金面上项目（51678251）；中央高校基本科研业务费成果转化培育项目（2018KZ001）
作者简介：虞将苗(1979-), 男, 教授, E-mail: yujm@scut.edu.cn
摘要：为对港珠澳大桥珠海人工岛通道（原施工便桥）桥面铺装层进行品质化提升并延长桥面系服役寿命，采用了高韧超薄沥青磨耗层对其进行整体罩面。实施过程中，结合桥梁恒载受限、作业时间紧等特点，在铺装层材料与配比设计、桥面修复材料选择与工艺、水泥桥面与铺装层界面处置技术、施工质量精细化管理与控制等方面进行了系统的试验研究和现场实施方案设计。设计的基于同步摊铺工艺的高韧超薄沥青磨耗层具有实施厚度薄、铺装性能强、压实功需求小、施工效率高等技术特点。经现场测试，罩面前后的桥面铺装在构造深度（提升0.34 mm）、摩擦系数（提升15.5 BPN）、降噪性能（降低噪音3~6 dB）与平整度（由6.5 mm提升至1.4 mm）上得到了明显改善，且其密水性能（< 30 mL/min）和拉拔强度（>0.7 MPa）良好。相关的成套技术体系可进一步推广为各类公路、城市道路、桥梁和隧道结构的表面磨耗层方案。
关键词：高韧超薄磨耗层同步摊铺界面粘结
High-toughness, ultra-thin friction course for the channel on the Zhuhai artificial island of the Hong Kong-Zhuhai-Macao Bridge
YU Jiangmiao1
, CHEN Fuda1, PENG Xinyan2, LIU Guohua3, DENG Ke4, YU Xianshu1, ZHANG Wenfeng5, MO Guangliang5, LU Xue5, CHEN Zhenwen2, XU Tianrao2, LI Junhua5 1.School of Civil Engineering and Transportation, South China University of Technology, Guangzhou 510640, China;
2.Guangzhou Municipal Engineering Maintenance Department, Guangzhou 510030, China;
3.Zhuhai Gree Hong Kong-Zhuhai-Macao Bridge Zhuhai Port Construction Management Co., Ltd., Zhuhai 519000, China;
4.CCCC Highway Consultants Co., Ltd., Beijing 100088, China;
5.China Fortune Connection(Canton) Roadway Technology Co., Ltd., Foshan 528300, China
Abstract: This paper describes a high-toughness, ultra-thin friction course developed to improve the pavement quality and extend the service life of the channel (originally a temporary bridge) for the artificial island in the Hong Kong-Zhuhai-Macao Bridge. The effects of extra loads and the extended operating period on the bridge were investigated experimentally for various binding materials, gradation designs, repair plans for the bridge deck, various bonding interface treatment, and construction quality management techniques. The results show that the high-toughness, ultra-thin friction course coupled with synchronous paving provides thinner pavement thicknesses, much higher mechanical strength, less compaction requirement, and higher construction efficiency. The texture depth (increased by 0.34 mm), friction coefficient (increased by 15.5 BPN), noise (reduced by 3~6 dB), and flatness (improved from 6.5 mm to 1.4 mm) were significantly better than for the original cement concrete bridge pavement. The water sealing ability (< 30 mL/min) and the debonding strength (> 0.7 MPa) reached a good condition. This paving system can also be applied upgrade highway, urban road, bridge, and tunnel surfaces.
Key words: high-toughnessultra-thin friction coursesynchronous pavinginterface bonding
港珠澳大桥珠海人工岛通道(水泥混凝土桥)原为港珠澳大桥施工便桥，是大桥建设期间陆上建设材料与物资运输的主要通道，属于港珠澳大桥项目的重要附属工程设施。桥面宽度12 m，双向两车道，设计全长共2 435.6 m。自2014年投入使用以来由于频繁经受重型运输车辆的轮载作用，作为临时结构的水泥混凝土桥面铺装出现部分破损与开裂的现象。为满足人工岛内部后续的大规模开发与建设需求，在港珠澳大桥主桥建设任务完成后，该人工岛通道仍将继续长期服役。故需对既有桥面铺装系进行病害修复和沥青罩面(“白改黑”)品质化提升改造，以延长使用寿命，并提高服务质量。
传统水泥混凝土桥面进行“白改黑”设计时，一般采用厚度为7~10 cm双层改性沥青热拌混凝土[ 1- 3]。然而，人工岛通道原铺装体系恒载已接近桥梁承载能力上限，若采用传统厚度的沥青层加铺方案，会因自重过大等原因对该桥梁的结构稳定性产生不利影响。经结构验算分析，人工岛通道加铺层厚度须控制在2 cm以内，即仅能采用非常规厚度的薄层沥青铺装体系。
然而，薄层沥青铺装体系的受力特点与传统厚度铺装层有着本质的区别[ 4- 10]：首先，铺装层厚度越薄，对铺装层与水泥桥面的层间力学性能要求则越高，若铺装层的层间抗剪和抗拉拔能力不足，将极易产生推移、脱皮等早期病害。其次，由于人工岛通道原水泥混凝土铺装层存在较多微裂缝，为防止反射裂缝在薄层铺装结构中过快产生以及雨水侵入原铺装层内部加剧钢筋的锈蚀，在薄层铺装的抗裂和密水性能方面提出了更为苛刻的要求。再次，桥梁恒载受限的技术问题限制了加铺层的压实仅可采用非振动式的碾压工艺，即要求混合料同时还应具有更好的可压实性。
针对上述技术现状，结合对该通道品质化提升的需求，在铺装层材料与配比设计、桥面修复材料选择与工艺、水泥桥面与沥青层界面处置技术、施工质量精细化管理与控制等方面进行了系统的试验研究和实施方案设计，为人工岛通道水泥桥面的品质化改造提供了技术保障。
1 方案设计港珠澳大桥珠海人工岛通道品质化改造项目中，采用了铣刨1.0 cm的旧水泥混凝土桥面板后加铺2.0 cm的高韧超薄沥青磨耗层的技术方案(如 图 1所示)。为增强高韧超薄沥青磨耗层与原桥面铺装的黏结，在混合料摊铺时同步洒布1.0 kg/m2的SBS高黏改性乳化沥青作为黏层。针对桥面既有的开裂、啃边和坑洞等病害，采用高性能聚合物砂浆快速修复技术(high-performance rapid repair，HRR)对其进行快速处理。结合精铣刨工艺对桥面进行拉毛处置，为上层铺装体系提供一个平整粗糙、坚实耐久、刚度均匀的下承层。
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| 图 1 高韧超薄沥青磨耗层示意图 |
| 图选项 |
1.1 高韧超薄沥青磨耗层技术及其特点高韧超薄沥青磨耗层(GT-8)技术是一种采用同步摊铺施工工艺，实施厚度为0.8~2.0 cm的沥青混凝土面层。分别以GT TECH高黏高弹改性沥青(PG100型)和SBS高黏改性乳化沥青作为热拌沥青混合料和黏结层的材料，结合高沥青用量的骨架密实型连续级配设计，成型后的磨耗层具有良好的抗裂、密水和抗滑性能。其技术特点如下。
1) 抗滑性能强：采用特殊的级配设计，形成表面粗糙、内部密实的骨架结构，实施完成后构造深度大(在1.0 mm左右)，摩擦系数高(可长期保持在55 BPN以上)，给车辆提供了一个更为安全的行驶表面。
2) 耐久性能好：设计油石比大于7.2%，形成15 μm以上的厚沥青膜，结合骨架密实型级配设计，可显著提高混合料的抗裂能力(15 ℃、1000 με条件下疲劳寿命≥200 000次)，有效延缓反射裂缝的产生。
3) 黏结强度高：黏层油体系具有高软化点(≥80 ℃)、高弹性恢复(>98%)和高黏结强度(15 ℃抗拉拔强度＞0.3 Mpa)等优点，可确保在使用期内薄层结构与原桥面铺装之间的紧密黏结(不发生脱皮和推移)。
4) 行车噪声低：实施完成后可显著提升桥面铺装平整度，结合丰富的表面纹理，能够有效衰减、消耗噪声能量，比传统的降噪型SMA和OGFC路面具有更好的降噪性能。
5) 施工速度快：采用同步摊铺技术，施工作业速度达10~16 m/min，为常规摊铺速度的2~5倍。摊铺完成后半小时内即可开放交通，对道路交通的正常运营影响小。
6) 封水效果好：骨架密实型薄层铺装与高黏改性乳化沥青形成双重封水结构，密水性能出色(渗水系数 < 80 mL/min)，能够有效地封闭裂缝，实现对原桥面铺装系的长期保护。
1.2 原材料关键技术指标对高韧超薄沥青磨耗层的沥青胶结料——GT TECH高黏高弹改性沥青进行常规指标与流变性能测试，并选取目前常规工程应用较多的PG82改性沥青和NovaChip专用胶结材料NovaBinder进行性能对比分析，具体试验结果如 表 1所示。试验结果表明：GT TECH高黏高弹改性沥青的60 ℃动力黏度＞580 000 Pa·s，PG高温性能分级达到PG100，60 ℃复合剪切模量G*为17.94 kPa，相比PG82改性沥青和NovaBinder，在高温抗变形能力、变形恢复能力与黏结性能上具有显著优势。
表 1 不同类型改性沥青试验检测结果
| 试验项目 | 高黏高弹改性沥青 | PG 82改性沥青 | Nova Binder |
| 针入度(25 ℃, 5 s, 100 g)/(0.1 mm) | 38 | 45 | 57 |
| 软化点/℃ | 98.0 | 82.0 | 73.5 |
| 弹性恢复(25 ℃)/% | 99.5 | 96.5 | 92.0 |
| 溶解度(三氯乙烯)/% | 99.8 | 99.8 | 99.8 |
| 离析，48 h软化点差/℃ | 2.1 | 1.0 | 1.6 |
| 60 ℃复合剪切模量G* /kPa | 17.94 | 3.33 | 2.97 |
| 60 ℃动力黏度/(Pa·s) | >580 000 | 21 580 | 35 607 |
| TFOT(或RTFOT)后残留物 | |||
| 质量损失/% | +0.01 | -0.06 | +0.02 |
| 针入度比(25 ℃)/% | 83.9 | 78.9 | 80.5 |
| G*/sinδ ≥2.2 kPa临界温度/℃ | 100 | 82 | 76 |
表选项
对高韧超薄沥青磨耗层的黏层体系——GT TECH高黏改性乳化沥青，进行常规指标与流变性能测试，并选取NovaChip专用黏层材料NovaBond进行性能对比分析，具体结果如 表 2所示。试验结果表明：高黏改性乳化沥青的蒸发残留物的60 ℃动力黏度为36 785 Pa·s，软化点为82.5 ℃，15 ℃拉拔强度为1.06 MPa，相比NovaBond具有更好的层间黏结能力和高温稳定性。
表 2 不同类型乳化沥青试验检测结果
| 试验项目 | 高黏改性乳化沥青 | NovaBond | |
| 筛上残留物(1.18 mm筛) /% | 0.02 | 0.02 | |
| 粒子电荷 | 阳离子(+) | 阳离子(+) | |
| 沥青标准黏度C25, 3/s | 26 | 19 | |
| 15 ℃拉拔强度/MPa | 1.06 | 0.37 | |
| 蒸发残留物 | 残留分含量/% | 63.7 | 65.9 |
| 针入度(25 ℃)/(0.1 mm) | 52.0 | 71.0 | |
| 软化点/ ℃ | 82.5 | 57.0 | |
| 延度(5 ℃)/cm | 24 | 26 | |
| 溶解度/% | 99.5 | 99.0 | |
| 弹性恢复(25 ℃) /% | 95.0 | 82.0 | |
| 60 ℃动力黏度/(Pa·s) | 36 785 | 3 237 | |
表选项
1.3 混合料配比设计与评价工程上常用的Marshall设计法、Superpave设计法和GTM设计法等传统的沥青混合料配合比设计方法均属于沥青混合料性能的平衡设计法[ 11- 12]，无法针对铺装层的特定性能进行专项设计。鉴于人工岛通道对铺装层体系的抗裂、抗滑性能和可压实性等方面具有极高的技术要求，本项目实施过程中，采用了项目组自主研发的可实现混合料结构性能与功能性能同步设计的高韧超薄沥青磨耗层混合料设计方法，进行了薄层铺装材料的配合比设计，其主要步骤和设计参数如下：
1) 按照粗集料的规格分档，确定粗集料的掺配比例，并测定其粗集料间隙率VCADRC。根据当地气候特点与交通组成等因素，对混合料的设计孔隙率、初拟沥青用量与矿粉用量进行控制，结合主骨料空隙填充法[ 13]，求出粗集料与细集料的用量。
| $q_{\mathrm{c}}+q_{\mathrm{f}}+q_{\mathrm{p}}=100 \%, $ | (1) |
| $\frac{q_{\rm{c}}}{100 \gamma_{\rm{s}}}\left(\mathrm{VCA}_{\mathrm{DRC}}-V_{\mathrm{V}}\right)=\frac{q_{\mathrm{f}}}{\gamma_{\mathrm{f}}}+\frac{q_{\mathrm{p}}}{\gamma_{\mathrm{p}}}+\frac{q_{\mathrm{a}}}{\gamma_{\mathrm{a}}}.$ | (2) |
2) 根据计算所得的粗、细集料用量和高韧超薄沥青磨耗层级配范围，结合各档集料的级配组成，合成矿料级配曲线。成型试件后，检验沥青混合料是否满足VCAmix≤VCADRC和有效沥青膜厚度≥15 μm的设计标准。
3) 通过测定析漏损失率确定沥青混合料中是否存在有多余的自由沥青；
将沥青混合料的构造深度与车辙动稳定度，疲劳寿命与飞散损失率两两组合形成组合验证指标，检验混合料路用性能并指导设计修正。
4) 若构造深度或车辙动稳定度不满足设计要求，应适当调整粗集料的掺配比例；若疲劳寿命或飞散损失率不满足设计要求，应适当增加沥青用量。若检验指标均满足设计要求，则设计完成。
本项目采用3种规格分别为5~8 mm、3~5 mm、0~3 mm的辉绿岩集料和PG100型高黏高弹改性沥青作为热拌混合料的原材料。通过控制沥青混合料的油石比为7.5%(即沥青用量为7.0%)，矿粉用量为3%，孔隙率Vv为4.5%。通过实测γf、γp、γa、γs分别为2.950、2.722、1.030、1.762 g/cm3，VCADRC为36.89%，结合主骨料空隙填充法计算得出粗、细集料的控制比例为78:19。最终确定混合料合成矿料级配如 表 3所示。
表 3 混合料合成矿料级配
| GT-8 | 通过下列筛孔(方孔筛/mm)的质量比/% | ||||||||
| 9.5 | 7.2 | 4.75 | 2.36 | 1.18 | 0.6 | 0.3 | 0.15 | 0.075 | |
| 目标级配 | 100 | 100 | 44.1 | 19.3 | 13.7 | 10.9 | 7.7 | 6.1 | 4.6 |
| 级配上限 | 100 | 100 | 85 | 35 | 25 | 20 | 15 | 12 | 8 |
| 级配下限 | 100 | 80 | 40 | 15 | 8 | 6 | 5 | 4 | 3 |
表选项
配比设计过程中，采用车辙试验、飞散试验、抗滑测试等对高韧沥青混合料的综合路用性能进行评价测试，并采用四点弯曲疲劳试验对高韧沥青混合料和其他3类常用的桥面铺装混合料的疲劳寿命(该指标为评价薄层结构抗裂性能的关键指标)进行对比测试，测试结果如 表 4和 5所示。
表 4 高韧沥青混合料技术指标要求及测试结果
| 试验项目 | 测试结果 | 技术要求 |
| 油石比/% | 7.5 | ≥7.2 |
| 残留稳定度/% | 91 | ≥85.0 |
| 冻融劈裂抗拉强度比/% | 87 | ≥80.0 |
| 谢伦堡析漏损失/% | 0.25 | ≤0.3 |
| 60 ℃车辙动稳定度/(次/mm) | 5 640 | ≥3 000 |
| 疲劳寿命(15 ℃, 1 000 με)/次 | 1 168 356 | >200 000 |
| 肯塔堡飞散试验损失/% | 5 | ≤8 |
| 构造深度/% | 1.1 | ≥0.8 |
表选项
表 5 四点弯疲劳寿命测试结果
| 试验条件 | 级配类型 | 测试结果/次 |
| 15 ℃, 1 000 με | GT-8 | 1 168 356 |
| NovaChip | 7 434 | |
| 环氧沥青混合料 | 319 757 | |
| SMA-13 | 11 121 |
表选项
结果表明：骨架嵌挤稳定性的增强，使得高韧沥青混合料具有良好的抗车辙性能与抗滑性能；远大于常规沥青膜厚度的设计，大幅提升了高韧沥青混合料的抗疲劳开裂性能，在大应变测试水平下的疲劳寿命达到百万次的级别，远高于其他类型的桥面铺装混合料。
2 水泥混凝土桥面预处理技术人工岛通道原桥面铺装在港珠澳大桥建设阶段经受大量重载作用后，存在部分开裂和破损的现象(如 图 2所示)。因此，在罩面实施前，采用HRR高性能聚合物砂浆对其进行快速修复，为薄层铺装提供一个坚实稳定、刚度均匀的下承层。另外，为确保层间黏结效果，在病害修复完成后，应用精铣刨工艺对原桥面铺装层进行界面拉毛处置。
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| 图 2 原桥面存在开裂、破损病害 |
| 图选项 |
2.1 水泥桥面快速修复技术HRR高性能聚合物砂浆是一种以环氧树脂、改性胺固化剂等作为主材料，添加改性剂和填料混合而成的多组分热固性树脂，并与特定级配的碎石现场混合固化成型的快速修复材料。HRR砂浆的施工采用现场拌和、常温振捣的方式进行，无需加热与大型机械碾压，其主要实施步骤可分为坑槽基面处理(包括破碎、开槽、清扫、植筋等步骤)、配胶、基面预涂及混合料拌制、修补成型与养护等工序，具体工艺如 图 3所示。
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| 图 3 HRR技术施工工序 |
| 图选项 |
HRR砂浆具有以下功能特点：1)常温下固化时间短，一般2~4 h可实现开放交通；2)黏结强度高，对混凝土的黏结强度高达3 MPa，大于混凝土本身强度；3)材料强度高，3 d抗折强度达9 MPa，抗压强度大于40 MPa，且抗压弹性模量低于桥面混凝土；4)耐腐蚀性强，固化后的环氧树脂胶膜可防止表面水的侵入和各类酸碱油污的腐蚀；5)胶结料具有良好的耐湿热老化性能，特别适用于潮湿炎热的海洋环境下的水泥混凝土桥面破损修复应用。
应用HRR砂浆修复后的桥面效果如 图 4所示。可以发现，HRR砂浆修复的原破损位置在经历铣刨拉毛作业后，砂浆材料与原水泥混凝土结合处均无啃边、崩角等破损，说明HRR砂浆自身强度高，且与原水泥混凝土的界面黏结效果良好。
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| 图 4 HRR砂浆实施后的桥面病害修复效果图 |
| 图选项 |
2.2 桥面精铣刨作业水泥桥面与沥青薄层罩面之间的界面强度是影响薄层罩面耐久性的关键因素[ 8, 14]。轮载作用下会使界面处产生较大的剪应力，使得沥青薄层罩面极易发生推移、脱皮等早期病害。因此，为确保高韧超薄沥青磨耗层与原水泥混凝土桥面的紧密黏结，有必要对水泥桥面进行界面处置。
目前常用的桥面处置工艺主要有凿毛、喷砂、抛丸和精铣刨作业等[ 15]。为选择合适的水泥桥面处置工艺，通过开展拉拔试验和层间剪切试验(分别见 图 5和 6)，评价了混凝土原有界面、抛丸界面(去除浮浆层，露出细骨料)、精铣刨界面(露出部分粗骨料)等不同界面形式下的层间黏结效果。
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| 图 5 拉拔试验 |
| 图选项 |
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| 图 6 层间剪切试验 |
| 图选项 |
从 表 6可知，相比未处置的水泥界面，抛丸界面的拉拔强度和抗剪强度分别提高了46.3%和50%，而精铣刨界面的拉拔强度和抗剪强度分别提高了57.4%和73.9%，均优于抛丸界面。结合界面粗糙度分析，精铣刨界面的构造深度与摩擦系数均高于抛丸界面，说明精铣刨作业能够显著提高界面粗糙度，确保沥青混合料与水泥混凝土之间的机械咬合效果，有利于层间抗剪切变形的能力与层间黏结性能的提升。
表 6 铣刨前后桥面构造深度、摩擦系数、拉拔强度、抗剪强度汇总表
| 界面状态 | 构造深度 | 摩擦系数 | 拉拔强度 | 抗剪强度 | |||
| mm | BPN | MPa | MPa | ||||
| 未处置界面 | 0.67 | 51.5 | 0.54 | 0.46 | |||
| 抛丸界面 | 0.82 | 63.2 | 0.79 | 0.69 | |||
| 铣刨界面 | 0.96 | 68.6 | 0.85 | 0.80 |
表选项
3 高韧超薄沥青磨耗层现场实施在高韧超薄沥青磨耗层实施过程中，主要对其摊铺工艺和碾压成型方式进行了优化调整：采用同步摊铺机双机联铺的作业方式，实现了从夜间10点至次日下午5点的长达2.4 km的连续、快速摊铺作业；非振动式碾压工艺的应用最大限度地避免了碾压作业对桥梁结构稳定性和水泥混凝土桥面铺装系微裂缝的不利影响。
3.1 混合料的生产高韧超薄沥青磨耗层采用了PG100型高黏高弹改性沥青作为胶结材料，对拌和工艺具有更高的技术要求。为确保混合料的成品质量，需要严格控制每一盘混合料的生产：沥青和集料的加热温度分别控制在(185±2) ℃和(205±2) ℃；准确控制材料投放比例，加料次序按照集料→沥青→矿粉的次序执行，调整总拌和时间为50 s(干拌10 s、湿拌40 s)；最终确保每一盘料的级配稳定性，且出料温度严格控制在185~190 ℃之间。经现场对每一盘料进行质量排查，均未发现有花白、冒青烟或离析、析漏等现象，混合料总体生产质量良好。
3.2 混合料的摊铺在人工岛通道的摊铺作业中，采用同步摊铺机双机联铺的施工方式(如 图 7所示)。采用此工艺的优势在于：
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| 图 7 同步摊铺工艺 |
| 图选项 |
1) 双机联铺能够有效消除2幅摊铺面的接缝痕迹，可在显著提升罩面外观质量的同时，有效解决接缝位置由于压实不足造成的空隙率偏大、罩面层渗水等问题，降低罩面运营期间出现早期水损害的风险。
2) 同步摊铺工艺能够防止薄层体系中最重要的黏层体系不受污染或破坏，确保薄层材料与原桥面的有效紧密黏结。
3) 同步摊铺工艺在实施厚度、摊铺均匀性、原桥面平整度修复方面均可实施精准控制，提高罩面层的整体施工质量。
4) 同步摊铺实现了黏层油和混合料的同步实施，减少了施工工序，而双机联铺的作业方式则实现了桥面全幅摊铺，显著地提升了作业效率。该工艺的应用，使得项目最终顺利在19 h内即完成了原计划3天的作业任务。
3.3 混合料的碾压传统沥青混合料在实施碾压作业时，为保证其压实度达到设计要求，一般都需采用振动式碾压工艺。然而，人工岛通道存在恒载受限和桥面微裂缝较多等问题，为避免振动碾压带来的不利影响，要求桥面罩面层的压实必须采用非振动式碾压工艺，即沥青混合料需要具备极易压实的特性。
为满足特殊的碾压要求，在室内采用新型轮碾成型仪(如 图 8所示)成型2、3、4 cm厚的GT-8沥青混合料试件以确定其压实特性。在同等试验条件下，开展了SMA-10和GAC-16的对比测试。与旋转压实仪类似，该轮碾成型仪能够在试件成型的同时，实时记录试样的高度变化。但相比旋转压实仪，该轮碾成型仪能够更真实地模拟实际路面材料的压实状态与受力情况(如揉搓、移动、重排、定向作用过程)，故所得到的轮碾压实曲线比SGC旋转压实曲线更能表征混合料在实际碾压过程中所需压实功的大小。
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| 图 8 新型轮碾成型装置及其碾压过程 |
| 图选项 |
根据试件压实阶段的实时高度数据，绘制不同类型沥青混合料的轮碾压实曲线，如 图 9所示。并通过数值拟合和积分计算其轮碾压实能量指数RCEI(rolling compaction energy index，初始碾压状态至压实度93%时的轮碾压实曲线积分面积[ 16- 17])。
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| 图 9 不同厚度条件下沥青混合料的轮碾压实曲线图 |
| 图选项 |
| $\mathrm{RCEI}=\int_{0}^{x_{0}} f(x) \mathrm{d} x-f(0) \cdot x_{0}.$ | (3) |
采用指数函数对不同沥青混合料的压实曲线进行数值拟合，其表达式为
| $\gamma=A N^{b}.$ | (4) |
不同类型沥青混合料压实曲线的数值拟合结果如 表 7所示。在成型厚度一致的条件下，GT-8达到93%压实度所需的压实功均远小于SMA-10和GAC-16所需的压实功，且压实功的差值随试样厚度的增大而增大。此外，对比3类沥青混合料在常规实施厚度下的压实功可以发现，成型2 cm GT-8试件所需的压实功为225.86，仅为成型3 cm SMA-10试件的34.1%和4 cm GAC-16试件的16.9%，说明GT-8高韧沥青混合料具有良好的压实特性，更易在较小的压实功率下较快被压实。原因是GT-8采用了较高的沥青用量，在混合料形成结构前的碾压阶段，沥青对集料的润滑作用显著，则混合料更容易被压实。
表 7 不同类型沥青混合料压实曲线的数值拟合汇总表
| 混合料类型 | 成型厚度/cm | 压实曲线拟合结果 | R2 | x0 /次 | RCEI |
| GAC-16 | 2 | γ=72.564·N0.066 4 | 0.970 6 | 41.96 | 614.47 |
| 3 | γ=76.029·N0.058 8 | 0.965 1 | 30.77 | 975.43 | |
| 4 | γ=76.368·N0.065 1 | 0.951 0 | 20.63 | 1 335.61 | |
| SMA-10 | 2 | γ=67.900·N0.079 1 | 0.973 6 | 53.35 | 363.27 |
| 3 | γ=71.288·N0.070 9 | 0.955 5 | 42.52 | 661.40 | |
| 4 | γ=73.247·N0.069 4 | 0.951 5 | 31.20 | 1 042.77 | |
| GT-8 | 2 | γ=65.621·N0.083 2 | 0.981 7 | 66.10 | 225.86 |
| 3 | γ=68.596·N0.074 9 | 0.970 9 | 58.18 | 428.00 | |
| 4 | γ=71.835·N0.069 6 | 0.963 0 | 40.86 | 617.53 |
表选项
经现场实施验证，高韧超薄沥青磨耗层在摊铺机熨平板的夯实作用下已达到较高的初始密实度，在碾压过程中仅采用了13 t双钢轮压路机静压1~2遍即达到了最终压实度。
3.4 应用效果评估项目完工后，对高韧超薄沥青磨耗层在人工岛通道的应用效果情况进行检测评价，主要检测指标包括平整度、构造深度、摩擦系数、渗水系数、行车噪声和拉拔强度，具体测试结果如 表 8所示。
表 8 应用效果后评估汇总表
| 测试内容 | 罩面前平均值 | 罩面后左幅 | 罩面后右幅 | 左右幅平均值 | 技术要求 |
| 平整度/mm | 6.5 | 1.5 | 1.3 | 1.4 | ≤5.0 |
| 构造深度/mm | 0.63 | 0.96 | 0.98 | 0.97 | ≥0.80 |
| 摩擦系数/BPN | 48.6 | 64.9 | 63.2 | 64.1 | ≥52.0 |
| 车内行车噪声/dB | 42.8 | 38.8 | 39.7 | 39.3 | — |
| 车外行车噪声/dB | 80.2 | 73.9 | 74.8 | 74.4 | — |
| 渗水系数/(mL·min-1) | — | 25.4 | 27.3 | 26.4 | ≤80.0 |
| 拉拔强度/MPa | — | 0.78 | 0.73 | 0.76 | ≥0.30 |
表选项
试验检测结果表明，高韧超薄沥青磨耗层的总体实施效果良好：1)渗水系数小于30 mL/min，说明铺装层具有良好的压实度和密实性；2)层间拉拔强度测试结果大于0.7 MPa，表明薄层罩面与原水泥桥面的层间黏结效果良好；3)罩面后的车内噪声降低3~4 dB，车外噪声降低5~6 dB，桥面平整度由罩面前的6.5 mm改进至罩面后的1.4 mm，桥面行车舒适性得到显著改善；4)罩面后的构造深度和摩擦系数分别由罩面前的0.63 mm和48.6 BPN提升至罩面后的0.97 mm和64.1 BPN，桥面的抗滑性能得到大幅提升。
4 结论针对港珠澳大桥珠海人工岛通道既有的“白改黑”技术难题，提出了高韧超薄沥青磨耗层技术体系，配合下承层快速修复和界面处置工艺，快速高效地完成了该通道的品质提升工作。
相关技术体系的实施，显著提升了人工岛通道原桥面铺装的功能性能(降噪、平整与封水)、安全性能(抗滑)与力学性能(抗裂与层间黏结)等各项性能。实现了对原桥面的综合品质提升，改善了通道行车服务环境，最大限度地保护了桥面系结构并延长了其服务寿命。高韧超薄沥青磨耗层的成套技术体系符合当前绿色与高性能材料的发展趋势，经进一步优化调整后，可推广为各类公路、城市道路、桥梁和隧道结构的表面磨耗层方案。
参考文献
| [1] | 黄晓明. 水泥混凝土桥面沥青铺装层技术研究现状综述[J]. 交通运输工程学报, 2014, 14(1): 1-10. HUANG X M. Research status summary of asphalt pavement technology on cement concrete bridge deck[J]. Journal of Traffic and Transportation Engineering, 2014, 14(1): 1-10. DOI:10.3969/j.issn.1671-1637.2014.01.002 (in Chinese) |
| [2] | WANG Y H. The effects of using reclaimed asphalt pavements (RAP) on the long-term performance of asphalt concrete overlays[J]. Construction and Building Materials, 2015, 120: 335-348. |
| [3] | 臧继成.重载交通水泥混凝土特大桥桥面铺装受力分析及关键技术研究[D].天津: 河北工业大学, 2014. ZANG J C. Research on force analysis and key technologies of heavy load traffic pavement of cement concrete bridge deck[D]. Tianjin: Hebei University of Technology, 2014. (in Chinese) |
| [4] | OZER H, AL-QADI I, WANG H, et al. Characterisation of interface bonding between hot-mix asphalt overlay and concrete pavements:Modelling and in-situ response to accelerated loading[J]. International Journal of Pavement Engineering, 2012, 13(2): 181-196. DOI:10.1080/10298436.2011.596935 |
| [5] | GE Z S, WANG H, ZHANG Q, et al. Glass fiber reinforced asphalt membrane for interlayer bonding between asphalt overlay and concrete pavement[J]. Construction and Building Materials, 2015, 101: 918-925. DOI:10.1016/j.conbuildmat.2015.10.145 |
| [6] | CHEN D H, WON M. CAM and SMA mixtures to delay reflective cracking on PCC pavements[J]. Construction and Building Materials, 2015, 96: 226-237. DOI:10.1016/j.conbuildmat.2015.08.020 |
| [7] | 代笠.温度和粗糙度对混凝土桥面铺装层间力学性能的影响[D].重庆: 重庆交通大学, 2017. DAI L. Effect of temperature and roughness on the mechanical properties of concrete bridge deck pavement[D]. Chongqing: Chongqing Jiaotong University, 2017. (in Chinese) |
| [8] | KTARI R, FOUCHAL F, MILLIEN A, et al. Surface roughness:A key parameter in pavement interface design[J]. European Journal of Environmental & Civil Engineering, 2017, 21(S1): 27-42. DOI:10.1080/19648189.2017.1304284 |
| [9] | YU J M, ZHANG X N, XIONG C L. A methodology for evaluating micro-surfacing treatment on asphalt pavement based on grey system models and grey rational degree theory[J]. Construction and Building Materials, 2017, 150: 214-226. DOI:10.1016/j.conbuildmat.2017.05.181 |
| [10] | ZHONG Y, LIU H. Theoretical analysis of overlay resisting crack propagation in old cement concrete pavement[J]. Road Materials and Pavement Design, 2014, 15(3): 701-711. DOI:10.1080/14680629.2014.908133 |
| [11] | Lü J B, XU Z C, YIN Y M, et al. Comparison of asphalt mixtures designed using the Marshall and improved GTM methods[J]. Advance in Materials Science and Engineering, 2018, 7328791. |
| [12] | HAN D D, WEI L Y, ZHANG J X. Experimental study on performance of asphalt mixture designed by different method[J]. Procedia Engineering, 2016, 137: 407-414. DOI:10.1016/j.proeng.2016.01.275 |
| [13] | 肖鑫, 张肖宁. 基于CAVF法的排水沥青混合料组成设计[J]. 公路交通科技, 2016, 33(10): 7-12. XIAO X, ZHANG X N. Design of porous asphalt mixture based on CAVF method[J]. Journal of Highway and Transportation Research and Development, 2016, 33(10): 7-12. DOI:10.3969/j.issn.1002-0268.2016.10.002 (in Chinese) |
| [14] | 孔保林, 蔡燕霞. 水泥混凝土桥面构造对桥面防水层粘结性能的影响[J]. 公路工程, 2012, 37(4): 207-209. KONG B L, CAI Y X. Influence on the waterproofing layer bonding performance of construction of concrete bridge deck[J]. Highway Engineering, 2012, 37(4): 207-209. (in Chinese) |
| [15] | 王火明, 凌天清, 肖友高, 等. 刚柔复合式路面界面层强度特性试验研究[J]. 重庆交通大学学报(自然科学版), 2009, 28(6): 1033-1036. WANG H M, LING T Q, XIAO Y G, et al. Experimental study on interface layer strength characteristics of rigid-flexible composite pavement[J]. Journal of Chongqing Jiaotong University (Natural Science), 2009, 28(6): 1033-1036. (in Chinese) |
| [16] | GARDETE D, PICADO-SANTOS L, CAPIT?O S. Improving bituminous mixture performance by optimizing the design compaction energy-A cost effective approach for better pavements[J]. Construction and Building Materials, 2018, 190: 1173-1181. DOI:10.1016/j.conbuildmat.2018.09.169 |
| [17] | YEUNG E, BRAHAM A, BARNAT J. Exploring the effect of asphalt-concrete fabrication and compaction location on six compaction metrics[J]. Journal of Materials in Civil Engineering, 2016, 28(12): 04016163. DOI:10.1061/(ASCE)MT.1943-5533.0001682 |
