彩色乳化瀝青微表處技術的研究與應用

彩色瀝青路面按所用的材料及施工方法不同，通常將其分成彩色瀝青路面、溫拌彩色瀝青路面、彩色微表處和彩色瀝青壓痕路面。這種路面主要可用于城市公路的交通指示、人行橫道、自行車道、橋梁路面、站臺表面、汽車停車場和工業(yè)生產區(qū)的劃分等場所[1]。

彩色微表處技術是20世紀90年代之后從國外引進的一項新材料技術，它是由稀漿封層技術發(fā)展而來的瀝青路面的養(yǎng)護方法。該技術是將彩色碎石、砂子、填料與乳化瀝青按比例加水后制成的流動性瀝青混合料，然后將它們以4～10mm的厚度均勻地鋪布在瀝青或水泥路面上進行的一種表面微層處理技術，工程上習慣稱為“微表處”。由于微表處鋪設后的路面具有防水、耐磨、防滑等作用，還可提高路面的平整度、美觀度，并有抗老化、延壽命等功效，且可在常溫下進行快速施工，沒有煙霧、粉塵和噪聲污染，也不產生廢水排放，因而得到了越來越廣泛地應用。微表處可以對公路的損傷進行修復和作為一種預防性保護層具有重要的應用價值，特別是隨著彩色乳化瀝青的開發(fā)成功，為各種功能性彩色路面的鋪設開拓出了更加廣泛的應用領域，從而成為改性瀝青研究中的一個重要研究熱點。目前，微表處的研究和開發(fā)重點主要是在漿料中添加微量纖維，可有效地改善提高路面在高溫時的不變形性，以及在低溫下的抗裂性和路面的耐久性，以此來提高道路的使用壽命。為了克服微表處后的路面會使車內噪聲增大的問題，通常采用碾壓的方法，而研發(fā)低噪聲微表處的面層新材料，以滿足對降低交通噪聲和提高行車舒適性日益提高的需求，也成為微表處一個重要的研發(fā)方向[2，3]。

一、彩色微表處的優(yōu)點及施工要求

1.彩色微表處的優(yōu)點

（1）可有效降低路面溫度

由于彩色微表處的路面可有效地減少太陽熱輻射的吸收和增加熱量的反射，因而可大幅度降低瀝青路面表面的溫度，這將會有利于降低或者減緩城市的“熱島效應”。目前，我國城市道路鋪裝主要以黑色瀝青路面為主，在夏季太陽的直接輻射強度在700～l 000W/m2之間，這就使黑色瀝青路面中蓄積了大量的熱能，可使瀝青路面的溫度高達65℃以上。經道路表面溫度測試的結果表明，在正午時刻，紅色微表處路表溫度比黑色微表處路表溫度低約10℃以上，可見彩色微表處路面比黑色瀝青路面的溫度相對較低（表1）。

（2）可減少路面的老化和車轍效應

由于彩色微表處減少了熱能的吸收，有效地降低了路面瀝青的老化和因路面軟化引起的車轍，從而可有效地延長瀝青路面的使用壽命、延長養(yǎng)護的周期，因而非常有利于路面抵抗車轍等病害。

（3）良好的防水抗?jié)B性和耐磨性

由于彩色微表處級配細、粉料含量多，油石比高，混合料的孔隙率小，經測試30min不滲水，這將有效減少路表水分的下滲，從而更好地保護道路的整體結構，將可延長原瀝青路面的使用壽命3～5年。

（4）有利于交通管理和交通引導，減少行車安全事故

由于黑色路面會分散人的注意力，使人產生郁悶、乏味的感覺，故駕駛員在黑色路面上長時間行駛會加速疲勞，使反應時間和速度比正常情況時下降50%。如果在交通事故高發(fā)路段或者路況復雜地段采用紅色微表處路面，突變的紅色可以瞬間有效刺激司機提高注意力40%以上，使駕駛員眨眼持續(xù)時間恢復到0.3s左右，從而可大大降低事故發(fā)生的概率。

（5）可美化環(huán)境和改善城市的景觀效果

由彩色構成的城市道路和公共設施路面，可大大美化建筑群的視覺效果，提高建筑物與道路色彩的協(xié)調性，如公園等公共設施鋪設彩色路面可有效地改善其景觀效果，提高人們對于環(huán)境和場地舒適度的感受[4]。

（6）造價低廉、施工方便和鋪設后可通行時間短

因鋪設的彩色微表處的厚度只有幾毫米，可用專用的鋪設設備進行快速施工，因而相對的成本大大低于普通瀝青路面的鋪設造價；同時，鋪設后的路面可快速凝固，所以在鋪設后數小時即可通行，適宜在城市繁忙線路上鋪設。

2.微表處的施工要求

為了保證瀝青與石料之間極高的粘附性以及微表處罩面極佳的耐磨性，從而保證微表處罩面在重交通作用下仍可達到較長的使用壽命，微表處對其組成材料有著極高的要求，主要應注意以下幾點[5]：

①要求石料必須堅固、耐磨且清潔，石料的級配通常采用中粒式或粗粒式，成型后的厚度一般為5mm或10mm左右。

②微表處所用的乳化瀝青必須是經聚合物改性的，通常是采用苯乙烯一丁二烯橡膠（SBR）膠乳，也可采用SBS改性瀝青，其殘留物具有較高的軟化點。目前一般要求其軟化點不小于57℃。

③微表處混合料的設計中增加了磨耗試驗和碾壓粘砂試驗（LWT），以評估其抗水損壞能力及最大瀝青用量，國外的調查顯示微表處的使用壽命一般為5～6年，長的可達到8年。

④當用于填補車轍時還需要對路面進行碾壓處理，并進行必要的碾壓變形測試。

⑤若施工對象如果有路面病害時，必須進行必要的處理后，才可以進行微表處的攤鋪。

⑥微表處的使用可根據路面狀況實施單層或雙層攤鋪，一般情況下，重型車多、交通量大的路面微表處厚度應為10mm左右；中等交通量路面應為7mm；交通量小、重型車少的路面可為3～4mm。

二、彩色微表處的研究及應用

1.彩色微表處的研究進展

我國微表處技術的研究和應用起步較晚，近年來才對彩色微表處開展了一些初步的研究和開發(fā)，因而有關彩色微表處技術的資料報道也甚少。同時，由于國內對彩色改性乳化瀝青進行了大量的研究，這就為彩色微表處提供了所必需的技術支撐[6-8]。彩色乳化瀝青是一種水包油結構的乳液，由于油相與水相的密度不同，故所形成乳液易發(fā)生分層離析，導致乳化瀝青的組成和性能的不穩(wěn)定，嚴重影響其使用和儲存，也會造成材料使用過程中的浪費和高成本。一些廠商通過引入雙親性β-D-葡聚糖作為乳液穩(wěn)定劑，降低了兩相界面上張力，制備成功了穩(wěn)定的乳化瀝青乳液。試驗表明，當選用（1→3）β-D-葡聚糖用量為0.005%～0.1%（質量分數）時可使乳液長期保持穩(wěn)定、不分層，且?guī)缀醪粫θ榛癁r青的其他性能產生任何負面影響，克服了目前通過增稠方法來提高乳液穩(wěn)定性而易于導致施工過程中破乳時間過長的技術難題[9]。劉少文等對不同SBS摻量彩色改性乳化瀝青與明色樹脂乳液相容性的測試結果表明，改性乳化瀝青殘留物的軟化點、5℃延度及60℃動力黏度均隨著SBS摻入量的增加而增大，并表明液體SBS改性劑和明色樹脂乳液有較好的相容性[10]。

目前，彩色微表處大多采用環(huán)氧粘結劑，環(huán)氧樹脂不僅質量輕、強度高、模量大、收縮性小，而且耐腐蝕性好、穩(wěn)定性及耐久良好，作為路面材料的環(huán)氧樹脂等，以增加材料的柔韌性和降低粘度，可加入增塑劑和非活潑性稀釋劑。劉曉文等研究的環(huán)氧粘結劑的配方如表2所示[11]。

周凱采用MS—II型級配，采用普通硅酸鹽325#水泥為填料。其配方為：干礦料：填料：添加劑：水：改性乳化瀝青=99%：1.0%：0%：7.0%：10.6%。在溫度為24℃±3℃，相對濕度為40%±5%條件下，所測試的粘聚力值如表3所示[12]。

錢彬和黃樹敏用M3-Ⅲ添加劑，混合料的配合比為：干礦料∶填料∶水∶改性乳化瀝青=98∶2∶8∶11.3，油石比為：6.5%。施工結束后的路面表觀、顏色、強度、抗滑等性能均達到了滿意效果。經對微表處后道路3個月的質量跟蹤檢測，結果平均滲水系數為4.5mL/min，構造深度為0.77TD/mm，摩擦系數57BPN，檢測結果表明，這些性能均優(yōu)于原來的瀝青路面，微表處后明顯地改善了原路面的抗滑性和防滲性[13]。賈勝華通過采用稠度、粘聚力、濕輪磨耗和負荷車輪試驗，其MS-2型微表處混合料配合比為：礦料∶彩色乳化瀝青∶水∶=100∶12.5∶5；礦料配比符合技術指標要求；混合料最佳用油量為6.84%，最佳乳化瀝青用量為12.5%[14]。

陳巖巖等對混合料中添加不同長度纖維對路面的影響進行研究表明，在間斷級配中加入一定量的纖維，可明顯提高微表處的抗水和抗車轍能力，并改善路面的綜合性能。同時發(fā)現，添加12mm纖維比6mm纖維的混合料有更好的低溫抗裂性能[2]。張增廉等人對MS-Ⅲ+纖維、MS-Ⅲ+碾壓、雙層MS-Ⅱ、雙層MS-Ⅱ纖維的對比分析的結果表明，由于MS-Ⅲ級配中3～5mm含量過高造成了行車噪聲過大，通過增加4.75～9.5mm、0～3mm含量，可使噪聲降低6～8dB；在MS-II級配中適當增加4.75～9.5mm含量，其行車噪音較普通微表處可降低6～8dB；纖維對路面噪噪聲的降低列大的貢獻，而通過碾壓消除路面孔隙可有效降低行車噪聲[3]。

2.彩色微表處的應用實例

高速公路在重載車輛、氣候條件等各種因素的作用下，將會出現龜裂、細骨料損失以及滲水等各種病害，因而采用微表處能夠有效解決路面老化、車轍坑槽、及嚴重磨損等病害，并可顯著提高路面的承載力、耐久性、抗滑性、平整度和防水性等，因此微表處在高速公路養(yǎng)護方面，具有廣泛的應用前景。

由于彩色微表處采用特殊的乳化劑，施工后可在1h左右開放交通，但因合成樹脂的粘結力不如瀝青，一般主要應用在非機動車道以及社區(qū)街道、風景區(qū)路面上[15]。經過多年陸續(xù)推廣，彩色微表處已運用到國內100多處道路工程，如北京紫竹院路公交車道、北京市大興區(qū)第二職業(yè)學校和太原長風高速收費站等處，這些路面經8年后，但路面仍然完整，無起皮脫落現象。為了迎接2008年奧運，北京首都機場對各場區(qū)路面進行彩色罩面處理，山西喜躍發(fā)路橋建筑材料有限公司對總面積為7 012m2鋪設了厚度為6cm的CSWB一Ⅱ型彩色微表處。該彩色微表處路面在使用6個月后進行的路面檢測，其檢測結果如表4所示，表明各項指標均可滿足2006年《微表處和稀漿封層技術指南》的技術要求[4，16]。山西忻州市跨云中河景觀橋梁工程的橋面人行道采用的是彩色微表處攤鋪，給人們提供一個良好的景觀環(huán)境，使人們獲得一個高質量的生活空間[14]。一些典型的路面應用實例如圖1-4所示。

三、展望

在近十幾年來，隨著我國城市化建設的高速發(fā)展，城市道路和高速公路的建設與日驟增，然而隨著時間的推移，許多城市道路和已經建成的高速公路將會逐漸進入維修養(yǎng)護期，急需研究和運用經濟、高效、施工方便的路面養(yǎng)護技術。微表處技術具有防水性好、施工方便、工藝簡單、節(jié)能環(huán)保和使用壽命長等特點，可以有效地解決公路路面輕度裂縫、車轍、掉粒等病害，解決傳統(tǒng)養(yǎng)護技術中的一些難題。彩色微表處可廣泛地應用于城市公交車道、公路交叉口、彎坡道、隧道口等一些交通提示區(qū)域的路面，鋪設彩色微表路面處不僅可美化環(huán)境，引導警示交通，減少行車安全事故的發(fā)生，而且其造價60元/m2的價格遠低于瀝青路面的鋪設費用，因而具有顯著的經濟及社會效益。然而，由于彩色石料的磨耗值較低，加之合成樹脂粘結料的粘聚力等性能都低于普通的重交瀝青，而且其行車噪聲也比較高，所以目前主要用于交通流量較低的城市道路、非機動車道以及社區(qū)街道，風景區(qū)路面等的鋪設。為此，應大力加強對于彩色微表處粘結強度、抗磨損性能、降低噪聲能級等方面的研究，以期大幅度提高彩色微表處的路用性能，以進一步促進彩色微表處技術更加廣泛的推廣應用。

參考文獻

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