瀝青路面微表處路用性能研究與應(yīng)用效果評價

魯圣弟， 扈惠敏， 王昌引

(1.安徽省高速公路控股集團有限公司，安徽合肥 230011;2.合肥工業(yè)大學(xué)土木與水利工程學(xué)院，安徽合肥 230009)

0 引 言

微表處技術(shù)起源于普通稀漿封層，稀漿封層是以乳化瀝青為黏結(jié)料的密級配快凝型冷拌瀝青罩面技術(shù)[1]，該技術(shù)的使用始于20世紀(jì)40年代，目前己被世界各國廣泛采用，它不僅能延長道路壽命，同時也非常經(jīng)濟有效。微表處是采用專用機械設(shè)備，由聚合物改性乳化瀝青、粗細(xì)集料、填料、水和添加劑等按照合理的配合比拌和成稀漿混合料，并均勻攤鋪到已適當(dāng)處理過的路面上的具有高抗滑性和耐久性的薄層。

我國從1998年開始進(jìn)入高速公路的快速發(fā)展階段，至 2008年高速公路通車總里程已達(dá)6.03×104km。在高速公路建設(shè)取得飛速發(fā)展的同時，高速公路養(yǎng)護(hù)技術(shù)與管理問題則日益突出。很多高速公路面臨著交通量增長快、超載車輛多的壓力，路面遭到了不同程度的損壞，道路的養(yǎng)護(hù)成了保證道路正常使用的關(guān)鍵。微表處養(yǎng)護(hù)技術(shù)以其養(yǎng)生和交通固化期較短、可填補修復(fù)車轍及抗滑性能好等優(yōu)點，成為預(yù)防性養(yǎng)護(hù)的有效手段之一。隨著改性乳化瀝青的生產(chǎn)工藝和微表處施工技術(shù)及施工設(shè)備的發(fā)展，微表處養(yǎng)護(hù)技術(shù)在很多高速公路得到了推廣和應(yīng)用[2，3]，安徽省從2004年開始應(yīng)用微表處技術(shù)修復(fù)車轍。國內(nèi)研究者對微表處的配合比設(shè)計方法、稀漿混合料性能等開展了較為系統(tǒng)的研究，為微表處的成功應(yīng)用奠定了良好的基礎(chǔ)。但對于微表處的長期路用性能的研究較少。本文對應(yīng)用3～4 a后的微表處路段性能進(jìn)行檢測、分析，評價微表處養(yǎng)護(hù)措施的應(yīng)用效果，提出微表處的適用條件，為瀝青路面預(yù)防性養(yǎng)護(hù)技術(shù)的選擇與實施提供技術(shù)依據(jù)。

1 微表處路用性能

通過對微表處試驗段檢測的分析，探討其路用性能。在安徽省合巢蕪高速公路K 24+000～K 25+000下行行車道施工微表處。該路段裂縫較少，縱縫短，主要病害為車轍及小塊的坑槽修補，路面外觀如圖1所示。

圖1 合巢蕪K 24+600～K 24+800段情況

經(jīng)檢測，車轍深度平均值為19mm，最大值為22 mm。車轍深度大于15 mm，采用雙層微表處處理。

檢測合巢蕪試驗路段微表處稀漿混合料礦料級配、濕輪磨耗、可拌合時間、負(fù)荷輪附砂量等指標(biāo)[4，5]。對于微表處混合料礦料級配，2.36、 4.75 mm篩孔通過率是關(guān)鍵篩孔，試驗路段檢測2.36 mm篩孔通過率為 45.9%～49.2%， 4.75 mm篩孔通過率為72.2%～74.9%。

浸水1 h濕輪磨耗測值為196～202.4 g/m2，稀漿混合料30m in黏聚力為1.37 N?m，60 min黏聚力為2.34 N?m，大于2.0 N?m，微表處稀漿混合料在初凝時及開放交通時黏聚力良好。

在微表處施工前后，分別對路面摩擦系數(shù)、構(gòu)造深度、滲水系數(shù)進(jìn)行檢測[6，7]，檢測結(jié)果見表1所列。

表1 路面微表處各參數(shù)的檢測結(jié)果

由表1可看出，采用微表處施工后路面摩擦系數(shù)有所提高，施工微表處后路面構(gòu)造深度明顯增大，微表處可以封閉路面孔隙與細(xì)微裂縫，檢測微表處路段的滲水系數(shù)為1.4 m L/min，原路面為7.4m L/min，說明路面基本不滲水。

2 長期路用效果調(diào)查與評價

2.1 路段與檢測方案

為了全面、客觀地評價微表處路面的使用性能，在選擇調(diào)查路段時遵循以下原則:選擇不同使用年限的微表處路面，評價微表處各種性能隨時間的變化規(guī)律，分別選取2005—2008年施工路段;選擇不同施工單位施工的微表處路面;選擇重交通路段的微表處路面;考慮微表處技術(shù)的2種使用形式——微表處罩面與微表處填充。調(diào)查與檢測內(nèi)容包括路段信息調(diào)查、微表處路段外觀、抗滑性能、滲水系數(shù)、車轍深度和平整度。

2.2 微表處外觀

測試與調(diào)查結(jié)果顯示，微表處路段外觀差別較大，有些路段路況良好，有些路段病害嚴(yán)重，路面病害主要表現(xiàn)為縱縫和橫縫，同微表處自身質(zhì)量相關(guān)的病害較少。微表處路段外觀狀況見表2所列。

表2 微表處路段外觀狀況

2.3 車轍

車轍是由瀝青路面的再壓實和高溫時瀝青混凝土的側(cè)向流動變形形成的。微表處突出的優(yōu)點在于能夠填補車轍，若1～2 a后微表處路面又出現(xiàn)比較嚴(yán)重的車轍，說明微表處沒有起到作用。合徐北K 169+000～K 170+500段(上行行車道)微表處施工前車轍深度平均值為8.97mm，最大值18.0 mm。施工完成經(jīng)通車2 a后，檢測車轍深度平均值為6.36 mm，最大值9.98 mm，該路段車轍修復(fù)效果良好。2009年12月底，在合徐北高速公路選擇2006—2008年施工的微表處路段，檢測其車轍深度見表3所列。

表3 合徐北施工路段車轍深度檢測值 mm

對車轍深度檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計分析(2006年施工路段)，得到車轍深度數(shù)據(jù)頻率分布及頻率累計分布如圖2、圖3所示，合徐北2006年微表處施工路段車轍深度數(shù)據(jù)主要分布在3～6mm之間，從圖3可以看出，80%的車轍深度小于6 mm，90%的車轍深度小于7mm，超過10mm的數(shù)據(jù)僅有0.6%。

圖2 車轍深度數(shù)據(jù)頻率分布

圖3 車轍深度數(shù)據(jù)頻率累計分布圖

在2007年、2008年施工的路段中，車轍深度均值為4～7 mm，車轍深度大于10mm檢測值有10%，最大值為14mm，局部斷面存在微表處修復(fù)后車轍深度偏大的情況。

在以往的路面養(yǎng)護(hù)過程中，也發(fā)現(xiàn)了修復(fù)后車轍仍舊較大的路段，如合徐北 2004年進(jìn)行微表處車轍處理部分路段，在2006年8月檢測時，共有10路段車轍深度較大，見表4所列。車轍深度較大處多伴隨明顯的推移現(xiàn)象。

調(diào)查結(jié)果顯示，對于大部分路段，微表處修復(fù)車轍具有很好的效果，經(jīng)3 a行車后，車轍深度均小于10mm。

但不同高速公路修復(fù)效果的差異及部分路段修復(fù)后車轍深度的快速發(fā)展，說明微表處車轍修復(fù)的效果還取決于路面本身瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性。

表4 微表處修復(fù)后車轍深度mm

瀝青路面的車轍形成一般分為壓密、穩(wěn)定和剪切流動3個階段。第1階段主要是由于施工壓實時，存在剩余孔隙，高溫時在車輛的碾壓作用下形成再壓實;第2階段過程相對較長，主要是高溫時車輛碾壓形成再壓密;第3階段是由于高溫時荷載形成的剪切應(yīng)力超過材料的剪切強度而形成的剪切流動。微表處的修復(fù)效果取決于原路面瀝青混合料的抗車轍性能，原路面處于第1、第2階段時，車轍變形發(fā)展速度慢，并能趨于穩(wěn)定，處于第3階段，車轍深度會快速發(fā)展，微表處修復(fù)后1～2 a內(nèi)仍會出現(xiàn)較大的車轍變形。

路況調(diào)查結(jié)果表明，必須根據(jù)車轍的深度及車轍發(fā)展的階段確定處理方式。對于沒有明顯隆起的比較淺的車轍(＜2.5 cm)，可以采用微表處或薄層罩面的處理方法。對于車轍深度大的路面，兩側(cè)隆起已進(jìn)入剪切流變階段的車轍，采用微表處填充或微表處罩面不能達(dá)到良好的效果，車轍仍會繼續(xù)發(fā)展。對于橋面瀝青面層出現(xiàn)車轍，伴隨推移、擁包病害時，不宜采用微表處措施。

2.4 摩擦系數(shù)

采用摩擦系數(shù)測定車檢測路面摩擦系數(shù)，微表處路段的摩擦系數(shù)(縱向)見表5所列，由表5可看出，所有微表處路段的摩擦系數(shù)都大于0.60，說明其抗滑性良好。微表處處理路段摩擦系數(shù)高于未經(jīng)處理的路面，即使經(jīng)過4 a行車后，摩擦系數(shù)仍比較高。隨著時間的延長，微表處的摩擦系數(shù)檢測值有增大的趨勢，這是由于細(xì)集料在行車過程中有散失或局部的剝落而導(dǎo)致的。

表5 微表處罩面處理路段摩擦系數(shù)

2.5 平整度

對做過微表處罩面處理的路段平整度指標(biāo)進(jìn)行檢測。合安路K86+760～K 87+307上行行車道平整度平均值為1.465 mm，其兩端路段未做微表處填充處理的平整度為1.897。微表處路段與臨近未做微表處路段平整度如圖4所示，其中，路段1～12對應(yīng)樁號如下，K86+500、600、700、800、900，K 87+000、100、200、300、400、500、600。從圖4可以看出，微表處填充處理路段，經(jīng)過5 a行車后，其平整度仍然好于臨近未做微表處路段。對其它微表處路段平整度進(jìn)行檢測，通車2 a后路面的平整度指標(biāo)，見表6所列。由表6可看出，通車2 a后路面平整度仍可以達(dá)到新建高速公路的竣工驗收標(biāo)準(zhǔn)[8]。

做過微表處路段的平整度會隨著使用年限的增加逐漸降低。

微表處維修過的路面噪音較大，但隨著年限的增加，噪音會減小。

圖4 微表處路段與臨近未做微表處路段平整度對比

表6 微表處罩面平整度檢測數(shù)據(jù)

3 結(jié)束語

采用微表處施工后路面摩擦系數(shù)有所提高，摩擦系數(shù)測值及構(gòu)造深度增大，微表處可以封閉路面孔隙與細(xì)微裂縫，檢測微表處路段的滲水系數(shù)可知路面基本不滲水。經(jīng)過3～4 a行車后，微表處路段摩擦系數(shù)仍明顯高于未經(jīng)處理的路面。安徽省最早施工的合安路K 86+760～K87+307上行行車道微表處路段，經(jīng)過5 a行車后，其平整度仍然好于臨近未做微表處路段。

微表處處理不能解決裂縫問題，一般在微表處完成后1～2 a裂縫會重新出現(xiàn)，但微表處可以緩解水分下滲。微表處修復(fù)車轍具有很好的效果，3 a行車后，大部分路段車轍深度均小于10 mm。但不同高速公路修復(fù)效果的差異及部分路段修復(fù)后車轍深度的快速發(fā)展，也說明微表處車轍修復(fù)的效果還取決于路面本身瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性。

應(yīng)根據(jù)車轍的深度、車轍發(fā)展的階段及趨勢確定車轍病害的處理方式。對于沒有明顯隆起的比較淺的車轍(＜2.5 cm)，可以采用微表處的處理方法。當(dāng)車轍深度較大，兩側(cè)明顯隆起已進(jìn)入剪切流變階段，采用微表處不能達(dá)到良好的效果，車轍仍會繼續(xù)發(fā)展。對于橋面瀝青鋪裝層車轍，伴隨推移、擁包病害時，不宜采用微表處措施。

微表處罩面的耐久性好于微表處車轍填充;微表處車轍填充在行車3～4 a后，局部出現(xiàn)條帶狀剝落。

[1] 黃頌昌，徐 劍，秦永春.微表處技術(shù)在我國的研究應(yīng)用與發(fā)展前景[J].石油瀝青，2004，(6):1-5.

[2] 陳春輝.瀝青路面預(yù)防性養(yǎng)護(hù)技術(shù)的探討[J].筑路機械與施工機械化，2007，24(6):32-33.

[3] 交通部公路科學(xué)研究院.微表處和稀漿封層技術(shù)指南[M].北京:人民交通出版社，2008:13-18.

[4] 徐劍秦，秦永春.微表處混合料可拌和時間的影響因素[J].公路交通科技，2002，19(1):4-7.

[5] 徐 劍，秦永春，黃頌昌.微表處混合料路用性能的研究[J].公路交通科技，2002，19(4):39-42.

[6] JTJ 059-95，公路路基路面現(xiàn)場測試規(guī)程[S].

[7] JTG F80/1-2004，公路工程質(zhì)量檢驗評定標(biāo)準(zhǔn)[S].

[8] JTG H 20-2007，公路技術(shù)狀況評定標(biāo)準(zhǔn)[S].