霧封層技術(shù)在公路預(yù)養(yǎng)護(hù)中的應(yīng)用

王建德

摘 要：為了處治或避免目前瀝青路面中存在較多的微裂紋、松散、脫落等病害，研究了預(yù)養(yǎng)護(hù)措施中較為常見的霧封層技術(shù)。在對其原理進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，總結(jié)并討論了霧封層技術(shù)適宜的實施時間、施工要點以及注意事項，可為瀝青路面的預(yù)養(yǎng)護(hù)提供參考。

關(guān)鍵詞：預(yù)養(yǎng)護(hù)；霧封層；病害；原理

中圖分類號：U418.6 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

Application of Fog Seal Technology in Highway Preventive Maintenance

WANG Jiande

（Road Construction Branch of China Railway 18th Bureau Group Co. Ltd.， Tianjin 300222， China）

Abstract： The fog seal technology was studied in order to avoid the common diseases such as tiny cracks， looseness and falling off of asphalt pavement. Appropriate executing time， key points for construction and matters that need to pay attention to were summarized on the basis of the analysis of mechanism， which provides reference for preventive maintenance of asphalt pavement.

Key words： preventive maintenance； fog seal； disease； mechanism

0 引 言

公路養(yǎng)護(hù)的目的就是以科學(xué)的管理理念和先進(jìn)的技術(shù)對現(xiàn)有的養(yǎng)護(hù)資金進(jìn)行合理的使用，使得公路在經(jīng)過適宜的養(yǎng)護(hù)后能夠在設(shè)計使用年限內(nèi)發(fā)揮正常的服務(wù)功能。國內(nèi)一般的養(yǎng)護(hù)方式是僅對已經(jīng)出現(xiàn)病害的路面進(jìn)行處理，這樣不能形成一個完善的系統(tǒng)性養(yǎng)護(hù)方案。在這種情況下，公路預(yù)養(yǎng)護(hù)應(yīng)運而生，它能夠在最大程度上解決以往的養(yǎng)護(hù)方式所造成的種種問題，同時降低養(yǎng)護(hù)成本，提高公路的服務(wù)能力[1]。預(yù)防性養(yǎng)護(hù)著眼于路面未出現(xiàn)病害或者病害剛開始發(fā)生時，通過采取一系列養(yǎng)護(hù)手段，抑制病害的發(fā)展趨勢，延長路面的使用壽命。

1 路面預(yù)防性養(yǎng)護(hù)的必要性

美國公路有關(guān)部門曾在路面的病害方面進(jìn)行了大量的研究，通過對幾十萬公里不同等級道路進(jìn)行跟蹤，最終總結(jié)出了路面使用性能和壽命之間的關(guān)系。研究指出：預(yù)防性養(yǎng)護(hù)發(fā)生于道路使用壽命從100%降低到75%這一時間段內(nèi)，在此期間，路面狀況的質(zhì)量降低40%；如果在這一時間段內(nèi)未能采取相應(yīng)的養(yǎng)護(hù)措施，在其隨后的12%使用壽命的時間內(nèi)，路面狀況質(zhì)量將再降低40%，在此階段的路面破壞較為嚴(yán)重，需進(jìn)行整形養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)成本會大幅度增加，如圖1所示。

路面的破壞是個逐漸累積的過程，路況可分為優(yōu)、良、中、次、差、破壞等6個等級[23]。道路通車的前幾年內(nèi)，路面的病害不明顯，但隨著時間的延續(xù)，路面等級從良到中、從中到次所需的時間越來越短。假設(shè)一條路的使用壽命是20年，當(dāng)路面壽命剩下75%的時候，路況質(zhì)量已經(jīng)下降了 40%；再過2～3年時間，路面性能便會從良降低到差。

圖1 路況與預(yù)防性養(yǎng)護(hù)的關(guān)系

更重要的是，如果在路面壽命的第5年發(fā)現(xiàn)問題并采取微表處等養(yǎng)護(hù)措施，僅需花費1美元；如果等到第15年再進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，則需要采取罩面或補強加鋪等措施，那么它的費用為5～6美元。

該項研究指出，若在壽命周期內(nèi)對路面進(jìn)行3～4次的預(yù)防性養(yǎng)護(hù)，則路面的使用壽命可延長10～15年，養(yǎng)護(hù)費用可節(jié)省45%～50%。由此可見，預(yù)防性養(yǎng)護(hù)是十分必要的養(yǎng)護(hù)措施。

2 霧封層技術(shù)的應(yīng)用

霧封層的定義是：噴灑少量霧狀稀釋的乳化瀝青密封現(xiàn)有瀝青路面，以減少松散和路面瀝青的老化。在公路的預(yù)防性養(yǎng)護(hù)措施中，霧封層技術(shù)屬于性價比較好的一種。使用霧封層處理后，可明顯改善路面的服務(wù)功能，減少病害的發(fā)生和進(jìn)一步惡化，降低路面使用過程的運營成本，延長公路的使用壽命。

霧封層的功能主要體現(xiàn)在以下4個方面。

（1） 對路面早期出現(xiàn)的微裂紋進(jìn)行密封處理，阻止因路面水下滲而造成的路基破壞。

（2） 對瀝青表面的流變性進(jìn)行修復(fù)，解決因瀝青老化導(dǎo)致的脆性破壞問題；對路面的松散結(jié)構(gòu)進(jìn)行固結(jié)處理，防止路面坑槽、脫落等情況的發(fā)生，進(jìn)而延長路面的使用壽命。

（3） 美化路容，提升駕駛者的視覺舒適度。

2.1 霧封層技術(shù)的原理

2.1.1 霧封層材料在微裂紋中的滲透深度

圖2 滲流模型

傳統(tǒng)的霧封層材料是水和瀝青在乳化劑的作用下形成的乳狀液體，在不考慮瀝青材料的粘性時，可將霧封層材料看作一種不可壓縮的液體材料。假設(shè)將路面有微裂紋處記為面A，霧封層材料最終的滲透深度處記為面B，將微裂紋看作一個個豎直向下的圓柱體結(jié)構(gòu)，則該過程可簡化為圖2。

由式（2）、（3）可知，流體的滲透深度與A、B斷面的壓力差有關(guān)，與流體經(jīng)過A面時的流速有關(guān)，即與噴灑霧封層材料時的初速度有關(guān)。當(dāng)壓力差越大時，滲透深度越大；滲流速度越大時，滲透深度越大。此外，流動能損失hLA-B也將影響滲透深度，該指標(biāo)與瀝青的粘度有關(guān)，一般情況下，隨著瀝青粘度的增大，霧封層材料的滲透深度隨之減小。霧封層材料的滲透深度還和溫度有關(guān)，特別是施工時路面的溫度以及當(dāng)時的氣溫。當(dāng)氣溫較高、路面溫度較高時，瀝青材料的強度形成速率快，噴灑于路面上的霧封層材料很快就會形成一層瀝青薄膜，阻止后續(xù)瀝青的下滲；此外，溫度升高也將導(dǎo)致壓強差降低，從而使?jié)B透深度減小。當(dāng)溫度較低時，霧封層的強度形成時間將大大增加，使得施工時間延長，工作效率下降。endprint

2.1.2 瀝青的破乳作用

當(dāng)瀝青流入微裂紋中之后，就會與結(jié)構(gòu)層中的集料粘結(jié)在一起。在氣溫、時間的綜合作用下，瀝青乳液之中的水分逐漸蒸發(fā)，經(jīng)過一系列的作用，最終在集料表面形成連續(xù)的覆蓋膜，并分解破乳。其破乳機理主要有表面能理論、電荷吸附理論和相似相溶理論。

（1） 表面能理論。從微觀角度出發(fā)，當(dāng)乳化瀝青與集料接觸時，乳化瀝青在兩者之間的接觸面上將形成定向排列的親水基，由于親水基與礦料有著極強的相互吸引作用，使得乳化瀝青緊緊地吸附在集料的表面。

（2） 電荷吸附理論。集料屬于帶電體的一種，其電荷主要來自集料表面活性成分的電離作用，以及礦料表面的相互吸引。一般來說，集料會在水的作用下產(chǎn)生電離，酸性集料在電離之后將會形成的表面帶負(fù)電荷的帶電體，而堿性集料在電離之后會形成表面帶正電荷的帶電體。

（3） 相似相溶理論。瀝青與乳化劑都屬于有機物，含有相同的碳酸基，所以隨著水分的蒸發(fā)，在同性質(zhì)相溶的機理下，乳化劑與瀝青相溶；或者乳化劑分子逐漸離開乳化瀝青表面聚結(jié)在一起，由于高度的自粘性相互結(jié)合而溶為一體。

2.2 霧封層技術(shù)的實施時間

預(yù)防性養(yǎng)護(hù)應(yīng)有一個恰當(dāng)?shù)膶嵤r機[4]，時機的選擇原則如下。

（1） 運用預(yù)防性養(yǎng)護(hù)方案進(jìn)行路面養(yǎng)護(hù)時，養(yǎng)護(hù)工作應(yīng)該發(fā)生于路面破損之前，錯過養(yǎng)護(hù)時機，養(yǎng)護(hù)費用會明顯增加。

（2） 預(yù)防性養(yǎng)護(hù)實施過早會造成養(yǎng)護(hù)資金浪費。

（3） 路面養(yǎng)護(hù)方案不惟一，不同的養(yǎng)護(hù)方式有不同的最佳養(yǎng)護(hù)時機，同時還應(yīng)考慮地區(qū)、路面類型和結(jié)構(gòu)，以及資金來源帶來的影響。

（4）預(yù)防性養(yǎng)護(hù)應(yīng)在路面結(jié)構(gòu)和性能良好、尚未加速惡化時進(jìn)行。

基于路況與預(yù)防性養(yǎng)護(hù)的關(guān)系，可得出不同時間所需要的不同預(yù)養(yǎng)護(hù)措施，如表1所示。

2.3 霧封層的施工

2.3.1 霧封層材料對原路面的要求

霧封層技術(shù)不僅能夠改變路面的剛度以及承載能力，在路面結(jié)構(gòu)出現(xiàn)微裂紋等破壞時，對路面進(jìn)行防水、封閉微裂紋等處理，還能夠改善路面的視覺舒適程度。為了保證霧封層養(yǎng)護(hù)的順利實施，原路面結(jié)構(gòu)應(yīng)該滿足一定的要求。

（1） 路面結(jié)構(gòu)應(yīng)具有足夠的強度與整體穩(wěn)定性。原路面的路面結(jié)構(gòu)應(yīng)能保證在車輛的反復(fù)作用下不產(chǎn)生殘余變形等病害。霧封層的實施對路面結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的影響不明顯，而且霧封層不具有抗應(yīng)變的能力。因此，路面結(jié)構(gòu)層應(yīng)具有良好的高溫穩(wěn)定性和水穩(wěn)定性。

（2） 路面應(yīng)平整、清潔。霧封層技術(shù)幾乎不能改善路面的平整度，因此，霧封層技術(shù)施工前，應(yīng)對不平整路面進(jìn)行處理。

2.3.2 霧封層施工前的準(zhǔn)備工作

（1） 原路面的修補。由于霧封層的實施無法增加路面結(jié)構(gòu)的強度，在施工前應(yīng)對路面結(jié)構(gòu)破損的地方進(jìn)行修補。霧封層技術(shù)能夠封閉路面的微裂紋，但當(dāng)裂紋寬度較大時，應(yīng)對此裂縫進(jìn)行處理后再進(jìn)行施工。處理方法可參照《公路瀝青路面養(yǎng)護(hù)技術(shù)規(guī)范》。

（2） 原路面的清潔。對原路面進(jìn)行修補之后，應(yīng)對擬施工路面進(jìn)行清掃，將路面所有雜物全部清除干凈。如若用水清洗，應(yīng)待路面干后再進(jìn)行霧封層施工。

霧封層材料應(yīng)采用專業(yè)的噴灑設(shè)備進(jìn)行噴灑。必須嚴(yán)格控制灑布量，一般為0.5～0.7 kg·m-2。灑布量過大會造成材料的浪費，提高成本，而且過多的瀝青也容易造成路面摩擦系數(shù)下降，影響行車安全；灑布量過小，則無法保證材料的完全反應(yīng)，影響材料性能的發(fā)揮[56]。

當(dāng)某地區(qū)無實際經(jīng)驗借鑒時，霧封層材料的灑布量可通過試驗的方法進(jìn)行確定[7]。具體試驗步驟為：取體積為1 L的霧封層材料均勻地灑布在1 m2路面上，此時該材料的噴灑密度為1 L·m-2；觀察2～3 min后，若霧封層瀝青材料無法滲入路面結(jié)構(gòu)中，則適當(dāng)減少瀝青用量，直到取得一個合理的用量為止；若在試驗時能夠觀察路面結(jié)構(gòu)還能吸收更多的瀝青，則應(yīng)該增加瀝青用量，重復(fù)該步驟，直到得到合適的瀝青用量。

由于資金等原因的限制導(dǎo)致無法采用專業(yè)設(shè)備進(jìn)行施工時，可采用人工進(jìn)行處理，但需要注意涂刷的均勻性。霧封層材料施工的完成應(yīng)有一個養(yǎng)護(hù)期，以保證其強度能夠完全形成，在養(yǎng)護(hù)期間需要對路面實行交通管制，嚴(yán)禁車輛和行人通過[8]。在灑布車完成噴灑任務(wù)之后，應(yīng)及時組織人員對路面進(jìn)行輔助工作。

2.4 霧封層施工時的注意事項

（1） 應(yīng)保持施工過程中道路的整潔與美觀，將施工時產(chǎn)生的廢棄物與垃圾清理干凈，防止造成污染。

（2） 霧封層材料的施工應(yīng)在適宜的溫度下進(jìn)行，當(dāng)溫度低于10 ℃時，應(yīng)立即停止施工。

（3） 為保證霧封層材料性能發(fā)揮良好，嚴(yán)禁在雨天或者即將下雨的天氣進(jìn)行施工。

（4） 霧封層材料在施工之前應(yīng)做好相關(guān)的試驗工作，防止霧封層材料與路面之間產(chǎn)生相斥作用。

3 結(jié) 語

霧封層施工是預(yù)防性養(yǎng)護(hù)措施中較為簡單的一種，具有價格低廉、施工效率高等優(yōu)點，能夠修復(fù)瀝青路面結(jié)構(gòu)在早期出現(xiàn)的坑槽、脫落、微裂紋等病害，防止路面水下滲對路面結(jié)構(gòu)層產(chǎn)生的影響。霧封層的社會和經(jīng)濟(jì)效益較為良好，是一項值得推廣的路面預(yù)養(yǎng)護(hù)技術(shù)。在進(jìn)一步的材料開發(fā)和推廣應(yīng)用研究中，應(yīng)將以下兩方面作為重點：改善霧封層施工初期的抗滑性能，例如如何有效地撒砂并固結(jié)砂，以提高抗滑性能；進(jìn)一步降低霧封層材料的成本。

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[責(zé)任編輯：王玉玲]endprint