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基于二次熱固化環氧瀝青黏結層的超薄磨耗層應用研究

文檔作者：喻崢嶸 1，劉予 2，馬俊 3 文檔來源： 1. 湖南省交通科學研究院有限公司 2. 湖南省高速公路集團有限公司 3. 山西省晉焦高速公路有限公司		更新日期： 2026年04月03日	點擊數：
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18
工程前沿 2023 年 第 09 期 總第 137 期 工程技術研究
摘要：為解決山西晉焦高速公路部分路段路面抗滑不
足及輕度破損的問題，文章創新性地提出采用基于二
次熱固化環氧瀝青黏結層的超薄磨耗層技術，通過合
理優化級配設計，在室內開展各項材料和配合比試驗。
通過試驗路鋪筑，總結施工過程控制要點，并連續兩
年對試驗路進行性能檢測。研究表明，混合料各項馬
歇爾性能均能滿足設計要求。該方案能改善行車舒適
性，提高行駛安全性，擁有良好的服役性能，能有效
解決該項目存在的技術難題。
關鍵詞：環氧瀝青；黏結層；超薄磨耗層；配合比設計
Abstract: In order to solve the problem of insufficient skid resistance and mild damage of the pavement in some sections of Shanxi Jinjiao Expressway, an innovative ultra-
thin wear layer technology based on secondary heat curing epoxy asphalt bonding layer is proposed. Through reasonable optimization of gradation design, various materials and mix ratio tests are carried out indoors. Through the paving of the experimental road, the control points of the construction
process are summarized, and the performance test of the experimental road has been carried out for two consecutive years. The research shows that the Marshall performance of the mixture can meet the design requirements. The scheme can improve driving comfort and safety, and have good service performance, which can effectively solve the 基于二次熱固化環氧瀝青黏結層的超薄磨耗層應用研究
喻崢嶸 1，劉 予 2，馬 俊 3
1. 湖南省交通科學研究院有限公司，湖南 長沙 410015
2. 湖南省高速公路集團有限公司，湖南 長沙 410022
3. 山西省晉焦高速公路有限公司，山西 晉城 048000
Research on the Application of Ultra-thin Wear Layer Based on Secondary Heat
Curing Epoxy Asphalt Bonding Layer
YU Zhengrong1, LIU Yu2, MA Jun3
1.Hunan Communications Research Institute Co., Ltd., Changsha 410015, Hunan, China
2.Hunan Expressway Group Co., Ltd., Changsha 410022, Hunan, China
3.Shanxi Jinjiao Expressway Co., Ltd., Jincheng 048000, Shanxi, China
DOI:10.19537/j.cnki.2096-2789.2023.09.006 .
1 研究背景
國內高等級公路瀝青路面預防性養護措施常用的
主要有微表處、超薄磨耗層、薄層罩面和就地熱再生
等 [1]。各方案均能在一定程度上改善路面平整度、抗
車轍、抗磨耗和抗水損性能，但方案造價和適用條件
有所不同。微表處造價相對較低，對原有表面層路況
水平要求高，材料質量和施工水平稍有偏差，容易產
生早期剝落，耐久性相對較差。薄層罩面和就地熱再
生造價相對較高，但薄層罩面因需增加路面標高而造
成護欄高度不足，降低護欄的安全性能，就地熱再生
也需專業施工機組，技術復雜，不能有效處置下承層
病害，特別是表面層為SMA結構時質量控制難度大 [2]。
相比而言，超薄磨耗層方案造價適中，擁有不錯的抗滑、
降噪、抗磨耗等性能，路面標高增加較少，在標高受
限路段和表面層為 SMA結構路段的適用性較強 [3]。
目前國內常用的超薄磨耗層主要有五種，即SMA-
10，ECA-10，NovaChip，OGFC-5 和GT-8。這些超薄
磨耗層實現優異的黏結強度和抗疲勞性能的關鍵在于
采用高黏度的特種瀝青作膠結料以約束混合料的骨架
作者簡介： 喻崢嶸，男，碩士，工程師，研究方向為道路設計與
咨詢。
technical problems existing in the project.
Key Words: epoxy asphalt; bonding layer; ultra-thin wear layer; mix design
分類號：U414 ；U418.6
工程前沿
19
工程技術研究 第 8 卷 總第 137 期 2023 年 5 月
變形，同時采用高黏度乳化瀝青作黏結層以加強層間
黏結 [4]。而基于二次熱固化環氧瀝青黏結層的極薄磨
耗層在技術路線上與同類型方案比較，主要有兩點不
同：一是創新性地采用二次熱固化環氧瀝青作黏結層，
無須采用同步攤鋪機，實現混合料異步施工，能在攤
鋪上覆磨耗層時二次熔融，發生熱固化反應，黏結層
與磨耗層結合緊密，兩者相互融合、滲透并交互反應，
形成一個高強度的有機整體；二是結構設計采用經優
化后的骨架密實型間斷級配，兼具SMA和OGFC結構
的特點，使路面具有良好的抗裂、抗滑、抗滲水和降
噪等性能。將二次熱固化環氧瀝青與該類型級配結合
的超薄磨耗層技術，在國內尚屬首次。
文章依托山西省晉焦高速公路路面預防性養護項
目，對基于二次熱固化環氧瀝青技術的超薄磨耗層的
配合比設計、施工控制要點及路況指標衰變規律進行
了研究。
2 項目概況
晉焦高速公路是國家 G5512晉新高速的晉城至焦
作段，2002年年底建成通車，運營至今已達20 a，未
進行過大修，目前路面已處于超期服役狀態。該項目地
處兩省交界處，路線全長48 km，起終點高差達566 m，
幾乎全程都是長縱坡。原路面結構為3.5 cm厚的改性
瀝青SMA-13上面層+4 cm厚的普通瀝青AC-20I中面
層 +25 cm厚的連續配筋水泥砼下面層+20 cm厚的水
泥穩定碎石基層 +20 cm厚的水泥穩定碎石底基層。交
通荷載等級為特重，貨車占交通流量占比接近70%。
原路面結構的交通荷載已遠超預期，現狀路面不斷出
現中度橫向、縱向裂縫等路面破損，并伴隨輕度車轍，
同時部分路段瀝青表面層磨光嚴重，已嚴重影響行車
安全性和舒適性。針對以上問題，在往年的路面中修
養護中采用過微表處方案，但因項目效果欠佳。為解
決局部路段路面破損和抗滑不足的問題，因此考慮引
入基于二次熱固化環氧瀝青黏結層的超薄磨耗層技術。
具體處治方案為銑刨 1.5 cm厚的原瀝青路面，進行路
面病害處置，撒布0.5 kg/m2 的環氧瀝青黏結層后，加
鋪 1.5 cm厚的超薄磨耗層。
3 原材料
針對超薄磨耗層厚度僅 1.5 cm的特點，綜合考慮
抗滑、耐磨、抗疲勞、耐久的性能需求，并結合項目
實際情況，有針對性地提出如下原材料技術指標及配
合比設計要求。
3.1 瀝青
采用專用高黏改性瀝青，其中軟化點，60 ℃動力
黏度、25 ℃彈性恢復及老化后5 ℃延度為重要控制指
標 [5]。檢驗結果均滿足設計要求，技術指標如表1所示。
3.2 集料及填料
粗集料采用干凈、干燥、堅硬的輝綠巖，細集料的
巖性應與粗集料的巖性一致，同時保持潔凈、干燥、無
風化、無雜質且具備合適級配。按2.36～4.75 mm（1#）、
0 ～2.36 mm（2#）備料。填料采用石灰巖石料研磨得
到。檢測結果均滿足要求，技術指標如表2所示。
3.3 環氧瀝青
環氧瀝青黏結層油是采用 90號A級道路石油瀝
青（主劑）與環氧樹脂（固化劑）配制而成。環氧瀝青
檢測結果均滿足要求，技術指標如表3（見下頁）所示。
3.4 纖維穩定劑
纖維穩定劑可顯著提高混合料水穩定性和抗永久
項目
25 ℃針
入度 /
（0.1 mm）
5 ℃延
度 /cm
軟化
點 /℃
165 ℃
運動
黏度 /
（Pa·s）
60 ℃動
力黏度 /
（Pa·s）
黏韌性 /
（N·m）
韌性 /
（N·m）
閃點 /℃ 溶解度
離析軟
化點
差 /℃
25 ℃彈
性恢復
率
TFOT 試驗后
質量變
化率
25 ℃針
入度比
5 ℃延
度 /cm
檢驗
結果
44 32 98 2.84 435 675.5 27 22 340 99.68% 0.5 98% -0.039% 79.5% 25
技術
要求
40 ～70 ≥ 30 ≥ 90 ≤ 3 ≥ 400 000 ≥ 25 ≥ 20 ≥ 230 ≥ 99.5% ≤ 2.5 ≥ 90% ±1.0% ≥ 70% ≥ 25
表 1 SBS改性瀝青檢驗結果
表 2 集料及填料檢驗結果
項目 壓碎值
洛杉磯磨
耗損失
磨光
值
粗集料與
改性瀝青
黏附性
表觀相對密度 吸水率
2# 砂當量
2# 棱角性（流
動時間）/s
礦粉含
水量
礦粉
親水
1# 2# 礦粉 1# 2# 系數
檢驗結果 12.6% 13.7% 46% 5 2.783 2.696 2.730 0.52% 0.70% 65.00% 43 0.4% 0.6
技術要求 ≤ 24% ≤ 28% ≥ 42% 5 ≥ 2.6 ≥ 2.5 ≤ 2.00% ≥ 65.00% ≥ 30 ≤ 1.0% ＜ 1
20
工程前沿 2023 年 第 09 期 總第 137 期 工程技術研究
變形的能力。采用絮狀木質素纖維，檢測結果均滿足
設計要求，技術指標如表 4所示。
表 4 纖維穩定劑檢驗結果
點，創新性地采用一種間斷級配的骨架密實型結構，
各檔礦料摻配比例為 m（1#）：m（2#）：m（礦粉）= 70 ∶21∶9，礦料合成級配及級配范圍如表5所示。
通過馬歇爾試驗及凍融劈裂、析漏和飛散試驗，
確定超薄磨耗層目標配合比設計最佳油石比為 6.5%，
纖維摻量為 0.4%。
4.2 生產配合比
粗、細集料經干燥除塵并二次篩分后，規格變成
了 0～3 mm（1#）和3～6 mm（2#），熱料倉篩分結
果及礦料合成級配如表 6所示。
結合馬歇爾試驗數據和相關計算，確定確定超薄磨
耗層生產配合比設計最佳油石比為 6.5%，纖維摻量0.4%。
4.3 生產配合比驗證
根據生產配合比設計確定的礦料比例和最佳油石
比，分別驗證超薄磨耗層混合料礦料級配適用性和油
石比的準確性，檢驗結果符合技術要求如表 7所示。
5 施工控制要點
5.1 原路面預處理
（1）裂縫類：僅對銑刨1.5 cm厚面層后仍能被發
現的裂縫列入處置范圍。對于輕度的橫向裂縫和縱向
裂縫（裂縫寬度≤3 mm），環氧瀝青黏結層能有效滲
透和封閉，可不作處理。其余裂縫清縫和灌縫施工工
表 3 環氧瀝青黏結層檢驗結果
項目
質量比
（主劑 /
固化劑）
23 ℃拉
伸強度 /
MPa
23 ℃斷
裂伸長率
23 ℃黏
結強度 /
MPa
50 ℃黏
結強度 /
MPa
試驗結果 50/50 2.32 185% 1.72 0.59
技術要求 50/50 ≥ 2.00 ≥ 100% ≥ 1.50 ≥ 0.50
項目
纖維長
度 /mm
灰分含量 pH 值 吸油率 含水率
25 ℃纖維
相對密度
試驗
結果
＜ 6 19.6% 7.1 5.6 倍 4.2% 1.207
技術
要求
≤ 6
（18.0±
5.0）%
7.5±
1.0
不小于纖維
質量的 5倍
≤ 5.0% 實測
項目
通過下列方孔篩的質量百分率
9.500 mm 4.750 mm 2.360 mm 1.180 mm 0.600 mm 0.300 mm 0.150 mm 0.075 mm
合成級配 100.0% 92.0% 30.4% 21.9% 18.1% 15.8% 14.3% 12.5%
級配范圍 100.0% 90.0% ～100.0% 19.0% ～35.0% 16.0% ～26.0% 14.0% ～22.0% 13.0% ～19.0% 12.0% ～17.0% 11.0% ～14.0%
表 5 礦料級配設計
集料
規格
集料
比例
通過下列方孔篩的質量百分率
9.500 mm 4.750 mm 2.360 mm 1.180 mm 0.600 mm 0.300 mm 0.150 mm 0.075 mm
2# 74.0% 100.0% 95.3% 4.0% 1.0% 1.0% 1.0% 1.0% 0.7%
1# 14.5% 100.0% 100.0% 86.8% 51.5% 29.6% 17.8% 10.9% 8.6%
礦粉 11.5% 100.0% 100.0% 100.0% 100.0% 100.0% 100.0% 99.5% 95.0%
合成級配 100.0% 96.5% 27.0% 19.7% 16.5% 14.8% 13.8% 12.7%
級配范圍 100.0% 90.0% ～100.0% 19.0% ～35.0% 16.0% ～26.0% 14.0% ～22.0% 13.0% ～19.0% 12.0% ～17.0% 11.0% ～14.0%
表 6 生產配合比合成級配
表 7 生產配合比驗證試驗結果
4 配合比設計
4.1 目標配合比
傳統連續型懸浮密實級配的 AC系列罩面的構造
深度已經不能滿足超薄磨耗層的要求，OGFC-10耐
久性較差、早期建設路面排水失效嚴重等因素，我國
已經較少采用這兩種技術。不同于NovaChip的半開
級配的骨架空隙型結構及 GT-8的連續級配的骨架密
實型結構，該項目充分融合了SMA和OGFC的技術
特點，借鑒二者在抗滑性能和高溫穩定性方面的優
項目
最大理論相對
密度
試件毛體積相
對密度
試件空隙率 礦料間隙率 瀝青飽和度 穩定度 /kN 析漏損失 飛散損失
試驗結果 2.489 2.340 6.0% 19.3% 68.9% 14.29 0.05% 3.5%
技術要求 — — 5.0% ～6.0% ≥ 18.0% 65.0% ～75.0% ≥ 6.00 ≤ 0.10% ≤ 15.0%
工程前沿
21
工程技術研究 第 8 卷 總第 137 期 2023 年 5 月
藝及要求參照《公路瀝青路面預防養護技術規范》（JTG/
T 5142-01—2021）的相關要求執行。（2）變形類：在
銑刨 1.5 cm厚面層時，可兼顧處理輕度的車轍、波浪
和擁包等病害。對于重度病害，采取加深銑刨后再回
補瀝青混合料。（3）表面損壞類：對于坑槽和松散病
害，病害破壞到哪層就必須處理該層全部厚度，不留
夾層。以按照“圓洞方補、斜洞正補”的原則，距離
坑槽四周外邊緣 10 cm為界，采用冷鑿熱補工藝；當處
置長度≥ 20 m時，應采用銑刨機銑刨。
5.2 黏結層撒布
（1）應對預處理后的工作面進行清潔，清除水分、
雜質等其他污染物。不得在氣溫低于10 ℃，大風、
濃霧、下雨或路面潮濕時進行灑布作業施工。（2）采
用專用環氧瀝青黏結層智能灑布車施工，施工前應將
主劑和固化劑各自加熱到 160 ℃，按1∶1的比例
導入動力攪拌器充分拌勻，再放入同質量分數升溫
至 170 ℃的基質瀝青中攪拌均勻。（3）環氧瀝青撒
布量為 0.5 kg/m2，撒布應均勻足量。撒布完成后通常
在 20 min內完成固化，這是實現異步施工同時保障層
間黏結強度的關鍵，固化后效果如圖 1所示。
圖 1 環氧瀝青黏結層施工后效果
5.3 攤鋪及碾壓
（1）超薄磨耗層混合料的出料溫度控制在170～ 185 ℃，到場溫度不低于165 ℃，初壓溫度不低于160 ℃。
采用 1臺普通攤鋪機，行進速度控制在6～8 m/min。
（2）配備3臺工作質量11～13 t的雙鋼輪振動壓路
機。初壓時雙鋼輪振動壓路機靜壓1～2遍，行駛速
度控制在 2～3 km/h。復壓時雙鋼輪振動壓路機振動
碾壓 3～4遍，緊跟初壓進行。終壓緊接在復壓后進行，
采用雙鋼輪振動壓路機靜壓不少于 2遍，至無明顯輪
跡印為止。施工過程如圖 2～圖4所示。
6 效果評價
2020年10月，鋪筑了第一條超薄磨耗層試驗路，
采集了實施前后的平整度、滲水系數、構造深度、行
車噪聲等各項檢測指標。后續分別于2021年6月和
2022年7月，對試驗路各項指標進行跟蹤檢測，檢測
結果如表 8所示。
表 8 超薄磨耗層檢測結果
檢測時間
平整
度 /
mm
滲水系數 /
（mL·min-1）
構造深
度 /mm
摩擦系
數 /BPN
車內行
車噪
聲 /dB
車外行
車噪
聲 /dB
2020 年10
月（實施前）
1.9 15 0.43 42 65.9 89.7
2020 年10
月（實施后）
1.2 26 0.63 81 59.4 80.5
2021 年6月 1.3 20 0.65 78 58.6 82.1
2022 年7月 1.3 18 0.60 77 60.2 78.9
規定值或允
許偏差
1.5 ≤ 80 ≥ 0.50 ≥ 45 — —
圖 2 運料車接觸黏結層不粘輪
圖 3 超薄磨耗層碾壓
圖 4 碾壓完后表面密實均勻
檢測結果表明，基于二次熱固化環氧瀝青黏結層的
超薄磨耗層整體實施效果和后續服役性能良好：（1）實
施當年，平整度從1.9 mm減少至實施后的1.2 mm，實
施后車內噪聲降低了 6～7 dB，車外噪聲降低了9～ 10 dB，說明罩面后行車舒適性有了較（下轉第 28頁）
28
工程前沿 2023 年 第 09 期 總第 137 期 工程技術研究
2.52 mm、2.36 mm和3.82 mm，均小于規范規定計算
跨徑的 1/600[5]，規范允許值分別為57.3 mm、58.3 mm、
58.3 mm和57.3 mm，表明加固后該橋箱梁豎向剛度滿
足相關規范要求。
3.6 箱梁底板混凝土裂縫理論驗算分析
加固前第 1跨箱梁腹板裂縫最大高度為1.20 m，
第 4跨箱梁腹板裂縫最大高度為0.80 m，假定梁高與
裂縫高度之差為混凝土受壓區高度，可推算兩邊跨的
實際預應力損失。封閉混凝土裂縫，并在梁底粘貼鋼板，
箱梁應力將重分布，在這種狀態下，重新對兩邊跨箱
梁進行理論分析，在作用短期效應組合下，并考慮長
期效應影響系數，可得到加固后箱梁底板混凝土裂縫
寬度。計算結果表明，兩邊跨加固后箱梁底板混凝土
裂縫寬度為 0.06 mm和0.01 mm，均小于規范規定關于
B 類預應力結構混凝土最大裂縫寬度限值0.10 mm，第
1、4 跨箱梁能作為部分預應力B類構件使用。
4 結論
（1）荷載試驗結果表明，加固后箱梁兩中跨能夠
滿足相關規范規定的部分預應力 A類構件的正常使用
要求，兩邊跨能夠滿足相關規范規定的部分預應力B
類構件的正常使用要求。對于存在類似結構性病害的
橋梁，如通過加固手段仍然達不到原設計標準，若條
件允許可降低等級使用。
（2）由荷載試驗結果可知，加固鋼板參與了梁體
共同工作，因此采用此方法加固橋梁時應加強外貼鋼
板耐久性的保護，確保橋梁承載能力不被降低。
（3）研究表明，基于荷載試驗檢測并結合理論驗
算的方式對加固后的預應力混凝土連續箱梁進行承載
能力評估，通過分析梁底混凝土實測應變、偏載系數、
荷載效應校驗系數、結構相對殘余變形、結構剛度和
混凝土裂縫所得的橋梁實際承載能力結果真實可靠，
可為解決此類問題提供參考。
參 考 文 獻
[1] 李科.加固后混凝土梁橋技術狀態評定方法研究[D].重慶:重慶交
通大學,2016.
[2] 周特.橋梁荷載試驗方案優化及技術應用要點分析[J].工程技術研
究,2022,7(24):74-76.
[3] 鐘建國.帶裂縫的裝配式混凝土橋梁靜載試驗研究[J].上海公路, 2022(1):55-59,143.
[4] 周勇.基于裂縫觀測和靜力測試的混凝土箱梁橋狀態評估[D].南
京: 東南大學,2020.
[5] 中交公路規劃設計院.公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計
規范:JTG D62—2004[S]. 北京:人民交通出版社,2004.
（上接第 21頁）大的改善。經過兩年的跟蹤檢測，平整
度略微增加至 1.3 mm，車內和車外行車噪聲變化不明
顯，依然保持較好的行車舒適性。（2）滲水系數僅為
26 mL/min，說明磨耗層有良好的密水性和壓實度，經
過兩年行車荷載的壓密，滲水系數降低至18 mL/min。
（3）2020年實施后構造深度和摩擦系數分別較實施前
增加了 0.2 mm和39.0 BPN，說明該方案對抗滑性能有
大幅度提升。2年服役期后，構造深度和摩擦系數均
有小幅度的減小，路面抗滑性能衰減幅度較小。
7 結論
（1）采用一種經優化后的間斷級配的骨架密實型
級配用于超薄磨耗層配合比設計，該級配結合了SMA
和 OGFC的技術優勢。經配合比驗證，其各項馬歇爾
性能指標均滿足技術要求。（2）二次熱固化環氧瀝青
黏結層技術的關鍵是在撒布 20 min后首次固化，實現
了瀝青混合料異步施工，磨耗層上覆后環氧瀝青黏結
層在熔融后完成二次固化，黏結層與磨耗層相互融合滲
透，保證了磨耗層與下承層之間極佳的黏結。（3）試驗
段通車2年后的檢測結果表明：基于二次熱固化環氧瀝
青黏結層的極薄磨耗層能提高路面平整度，降低行車
噪聲，同時具有很好的抗磨耗性和密水性，提升了行
車舒適性及行駛安全性，較好地解決了該項目路面破
損和抗滑不足的問題。不過其長期服役性能有待后續
跟蹤檢測。（4）二次熱固化環氧瀝青黏結層的極薄磨
耗層應用于國內高速公路預防性養護，尚屬首次。其
實際施工單價約 65元/m2，方案造價適中，性價比突
出。試驗路的成功鋪筑，豐富了國內超薄磨耗層類型，
進一步總結相關經驗，可為后續同類型項目提供參考
和借鑒。
參 考 文 獻
[1] 交通運輸部公路科學研究院.公路瀝青路面預防養護技術規范:JTG/
T 5142-01—2021[S]. 北京:人民交通出版社股份有限公司,2021.
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[3] 交通運輸部公路科學研究院.公路瀝青路面養護設計規范:JTG 5421—2018[S]. 北京:人民交通出版社股份有限公司,2018.
[4] 虞將苗,楊倪坤,于華洋.道路高性能瀝青超薄磨耗層技術研究與
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國公路學報,2012,25(4):36-41.

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