微表處長期性能研究

車俊霖 CHE Jun-lin

（甘肅省交通科學(xué)研究院集團(tuán)有限公司，蘭州 730030）

0 引言

近些年來，對于路面的性能進(jìn)行長期跟蹤觀測研究已經(jīng)成為了國際道路工程界普遍重視的一項基礎(chǔ)性研究。路面長期性能（Long Term Pavement Performance 簡稱LTPP）是SHRP 的四個研究領(lǐng)域之一，對采用不同設(shè)計方案和不同材料、處于不同環(huán)境條件和路基狀況下，經(jīng)歷不同荷載和養(yǎng)護(hù)維修措施的路面結(jié)構(gòu)進(jìn)行廣泛深入的調(diào)查研究，解答荷載、氣候、材料變異性、施工操作、養(yǎng)護(hù)維修實踐等長期影響路面性能的基本問題，延長路面使用壽命[1-3]。微表處是在稀漿封層基礎(chǔ)上發(fā)展起來的預(yù)防性養(yǎng)護(hù)方法，工作原理是用拌制而成的流動型混合料均勻灑布于路面上的封層[4，5]。本文對不同路段微表處的長期性能進(jìn)行研究并對比，為公路可持續(xù)養(yǎng)護(hù)提供技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 原材料

用具有一定級配的石屑或砂、填料（水泥、石灰、粉煤灰、石粉等）與聚合物改性乳化瀝青、外摻劑和水，按一定比例拌制成流動型混合料。

1.2 試驗方法

通過長期觀測鋪筑完成并運行的兩條高速公路不同典型路段的MS-3 型微表處，調(diào)查路面病害的狀況以及性能衰減的特征，采取預(yù)防性養(yǎng)護(hù)措施，對不同車道進(jìn)行路面微表處罩面處理。

2 結(jié)果與討論

2.1 路段1 微表處長期性能研究

2.1.1 路段1 病害狀況

該路段之前從未進(jìn)行過微表處類預(yù)防性養(yǎng)護(hù)或加鋪罩面類矯正性養(yǎng)護(hù)，為防止路面出現(xiàn)水損害，延長路面使用壽命，本路段針對病害之前進(jìn)行過微表處罩面處理，路面狀況得到改善，路面性能達(dá)到優(yōu)。在養(yǎng)護(hù)后的使用過程中，通過對該路段進(jìn)行現(xiàn)場觀測，得到該路段的主要路面病害如圖1、圖2 所示。

圖1 路面反射裂縫

圖2 路面表面磨光

通過對整個試驗段進(jìn)行詳細(xì)觀測，發(fā)現(xiàn)自2013 年該段微表處施工完畢運行過程中，反射裂縫發(fā)展迅速，平均5～10m 一道，并且呈現(xiàn)塊狀化發(fā)展，且該路段表面磨光嚴(yán)重。

2.1.2 路段1 路面性能衰變規(guī)律

對該路段路面性能的各項指標(biāo)隨時間的變化統(tǒng)計如表1 所示。

表1 SPS-1 路段性能指標(biāo)

從表中數(shù)據(jù)分析可知，該路段在2013 年經(jīng)過微表處養(yǎng)護(hù)處理后，路面狀況得到改善，路面使用性能得到提高，該良好狀態(tài)保持兩年左右。隨著時間的延長，路面的反射裂縫越來越多，路面狀況越來越差，PQI，PCI，RQI，RDI 指標(biāo)在2014～2017 年的4 年內(nèi)衰減率分別達(dá)到4.35%，10.88%，5.39%，4.22%。且隨著服務(wù)時間延長表面磨光越來越嚴(yán)重，路面抗滑能力越來越差，SRI 指標(biāo)4 年的衰減率分別達(dá)到16.52%。預(yù)防性養(yǎng)護(hù)措施在實施4 年后的路面性能指標(biāo)衰減百分比的范圍在6%～12%之間，該觀測路段在實施微表處預(yù)防性養(yǎng)護(hù)處理后，其PQI，RQI，RDI 的衰變速度低于預(yù)測的衰變速度，說明對該路段采取的微表處養(yǎng)護(hù)措施是合理有效的，同時也可看到PCI 的衰變速度偏高為10.88%，SRI 的衰變速度超過預(yù)測范圍為16.52%，從而說明該路段在經(jīng)過微表處預(yù)防性養(yǎng)護(hù)處理后所面臨的主要問題是裂縫和表面磨光。

2.2 路段2 微表處長期性能研究

2.2.1 路段2 病害狀況

該路段之前也從未進(jìn)行過微表處類預(yù)防性養(yǎng)護(hù)或加鋪罩面類矯正性養(yǎng)護(hù)，為防止路面出現(xiàn)水損害，延長路面使用壽命，本路段針對病害于2013 年進(jìn)行微表處罩面處理，路面狀況得到改善，路面性能達(dá)到優(yōu)。在養(yǎng)護(hù)后的使用過程中，通過對該路段進(jìn)行現(xiàn)場觀測，得到該路段的主要路面病害如圖3-圖6 所示。

圖3 路面滲水

圖4 路面唧漿

圖5 路面反射裂縫

圖6 路面剝落

通過對整個試驗段進(jìn)行詳細(xì)觀測，發(fā)現(xiàn)自2014 年該段微表處施工完畢以來，在運行過程中，路面的反射裂縫嚴(yán)重，部分路段出現(xiàn)細(xì)集料剝落現(xiàn)象，且緊急停車帶裂縫甚至出現(xiàn)滲水唧漿，同時某些路段出現(xiàn)坑槽。

2.2.2 路段2 路面性能衰變規(guī)律

對該路段路面性能的各項指標(biāo)隨時間的變化情況統(tǒng)計如表2 所示。

表2 路段2 性能指標(biāo)

從表中數(shù)據(jù)分析可知，該路段在2014 年經(jīng)過微表處養(yǎng)護(hù)處理后，路面狀況得到改善。隨著時間的延長，經(jīng)過4年的運行，路面相繼出現(xiàn)局部反射裂縫、滲水唧漿、細(xì)集料剝落、坑槽等病害，路面狀況越來越差。PQI，PCI，RQI，RDI，SRI 指標(biāo)在2014～2017 年的4 年內(nèi)衰減率分別達(dá)到4.93%，27.84%，4.72%，4.86%，4.51%。預(yù)防性養(yǎng)護(hù)措施在實施4 年后的路面性能指標(biāo)衰減百分比的范圍在6%～12%之間，該SPS-2 觀測路段在實施微表處預(yù)防性養(yǎng)護(hù)處理后，其PQI，RQI，RDI，SRI 的衰變速度低于預(yù)測的衰變速度，說明對該路段采取的微表處養(yǎng)護(hù)措施是合理有效的，同時也可看到PCI 的衰變速度高達(dá)27.84%，從而說明該路段在經(jīng)過微表處預(yù)防性養(yǎng)護(hù)處理后在服務(wù)的過程中，路面損壞狀況越來越嚴(yán)重，即出現(xiàn)上述的反射裂縫、剝落、滲水、唧漿、坑槽等病害，損壞速度越來越快[6][7]。

2.3 兩路段微表處對比分析

從2.1 和2.2 可知，路段1 和路段2 均為進(jìn)行MS-3微表處養(yǎng)護(hù)處理的路段，且兩個路段在經(jīng)過微表處養(yǎng)護(hù)處理后，路面狀況均得到改善。隨著服務(wù)時間的延長，4 年內(nèi)兩路段的PQI 衰變率相近，但路段2 的PCI 衰減率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于路段1 的PCI 衰減率，SPS-1 路段的SRI 衰減率大于路段2 的SRI 衰減率，因此，從路面原始結(jié)構(gòu)、氣候環(huán)境、交通量等方面對路段1 和路段2 微表處養(yǎng)護(hù)路段長期性能的差異進(jìn)行對比分析。

2.3.1 路面原始結(jié)構(gòu)

路段1 的路面原始結(jié)構(gòu)為：上面層為4cm 中粒式密級配瀝青混凝土AC-16，中面層為5cm 中粒式密級配瀝青混凝土AC-20，下面層為6cm 粗粒式密級配瀝青混凝土AC-25?；鶎硬捎?4cm 水泥穩(wěn)定砂礫，底基層采用20cm 水泥穩(wěn)定砂礫。路段2 的路面原始結(jié)構(gòu)為：上面層為4cm 中粒式改性瀝青混凝土AC-16，中面層6cm 為中粒式改性瀝青混凝土AC-20，下面層為7cm 粗粒式瀝青混凝土AC-25，基層為32cm 為水泥穩(wěn)定碎石，底基層為16cm 水泥穩(wěn)定碎石。

從原始路面結(jié)構(gòu)對比中可以看到路段1 和路段2 原始路面的上面層很相近，差異不大，因此原始路面結(jié)構(gòu)不是影響微表處養(yǎng)護(hù)長期性能的關(guān)鍵因素。

2.3.2 氣候環(huán)境

通過對路段1 和路段2 全年氣溫數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，可以得到試驗路段全年最高氣溫、最低氣溫等，另外也對試驗路段的降雨情況進(jìn)行了統(tǒng)計，得到表3。

表3 兩路段的氣候狀況

從表3 分析得出，路段2 所在地的溫差明顯大于SPS-1 路段，而溫差越大越有利于裂縫的發(fā)展，同時路段2所處的寶天高速公路沿線處于秦嶺山區(qū)，小氣候現(xiàn)象較為明顯，多雨潮濕。寶天高速大部分橫向裂縫是由于瀝青面層的低溫收縮、半剛性基層在裂縫部位的應(yīng)力集中與荷載的綜合作用而形成。它的產(chǎn)生不僅破壞路面的連續(xù)性、整體及美觀，而且會從裂縫不斷進(jìn)入水分使基層直至路基軟化，導(dǎo)致路面承載力下降從而加速路面破壞，也導(dǎo)致裂縫修補后反復(fù)發(fā)生，同時縱向裂縫開裂后的路面，在冬季面層模量較高，承受重復(fù)車輪荷載的作用，發(fā)生不規(guī)則裂縫、網(wǎng)裂、滲水、唧漿等。因此，路段2 比路段1 的氣溫溫差大，降雨量較大，是導(dǎo)致路段2 的PCI 衰減率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于路段1PCI 衰減率的關(guān)鍵因素。

2.3.3 交通量

依據(jù)從各收費站收集到的近年來的交通量等相關(guān)資料與數(shù)據(jù)，路段1 的交通量統(tǒng)計如表4 所示，路段2 的交通量統(tǒng)計如表5 所示。

表4 路段1 交通量統(tǒng)計表

表5 路段2 交通量統(tǒng)計表

將兩路段的日交通量和貨車、特大貨車所占的比例統(tǒng)計如表6 所示。

表6 兩路段交通量對比

從表6 中數(shù)據(jù)對比發(fā)現(xiàn)，路段2 的日交通量大于路段1，且路段2 的貨車比例及特大貨車比例都高于路段1，因此路段2 所承載著的交通壓力遠(yuǎn)大于路段1。路段2 大量長途重載貨運車的數(shù)量特別是超載貨車的大幅增加對原路基、路面及安全設(shè)施形成了較大沖擊，加之在雨水作用下，導(dǎo)致出現(xiàn)坑槽、剝落。因此，路段2 比路段1 的交通量大，尤其是特大貨車的占有比例大也是導(dǎo)致路段2 的PCI衰減率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于路段1 的PCI 衰減率的關(guān)鍵因素。

綜上所述，兩路段微表處養(yǎng)護(hù)路段長期性能產(chǎn)生差異的主要影響因素是氣候環(huán)境和交通量。

3 結(jié)論

①路段1 路面的反射裂縫發(fā)展迅速，平均5～10m 一道，并且呈現(xiàn)塊狀化發(fā)展，且該路段表面磨光嚴(yán)重。該路段經(jīng)過微表處預(yù)防性養(yǎng)護(hù)處理后所面臨的主要問題是裂縫和表面磨光。

②路段2 路面的反射裂縫嚴(yán)重，部分路段出現(xiàn)細(xì)集料剝落現(xiàn)象，且緊急停車帶裂縫甚至出現(xiàn)滲水唧漿，同時某些路段出現(xiàn)坑槽。該路段經(jīng)過微表處預(yù)防性養(yǎng)護(hù)處理后路面損壞狀況越來越嚴(yán)重，出現(xiàn)反射裂縫、剝落、滲水、唧漿、坑槽等病害，損壞速度越來越快。

③從原始路面結(jié)構(gòu)對比中可以看到路段1 和路段2的原始路面的上面層很相近，差異不大，因此原始路面結(jié)構(gòu)不是影響微表處養(yǎng)護(hù)長期性能的關(guān)鍵因素。

④兩個路段微表處長期性能產(chǎn)生差異的主要影響因素是氣候環(huán)境和交通量。

4 解決問題的建議

微表處作為一種預(yù)防性養(yǎng)護(hù)措施，建議通過優(yōu)化微表處級配、研發(fā)新型聚合物改性乳化瀝青等手段，優(yōu)化其抗開裂、抗剝落性能，如通過添加纖維，提高其抗開裂性能，采用高粘乳化瀝青，提高其抗剝落性能等。