路面快速養(yǎng)護技術的研究現狀

咼潤華， 周游佳， 陳爽， 王佩卿

(1.清華大學 土木工程系， 北京市 100084； 2.武漢東湖新技術開發(fā)區(qū)建設管理局； 3.臺州市公路管理局)

1 研究背景

當前，中國公路建設經歷了高速增長期后，公路總里程居世界首位，公路覆蓋范圍已取得顯著改善，今后發(fā)展的重心將逐漸由公路建設轉向公路養(yǎng)護管理。養(yǎng)護是指在保證公路基本運輸功能的前提下，對其進行破損修復以及功能提升，如果公路基礎設施得不到必要的養(yǎng)護，基本運輸功能必然會受到阻礙，也會對社會、經濟建設產生影響。傳統(tǒng)的養(yǎng)護工藝一般是針對地點集中、工程量較大的養(yǎng)護目標，而對于零星分散、工程量小的設施養(yǎng)護就很不方便，尤其在冬春、多雨季節(jié)，受氣溫、雨水限制較大，養(yǎng)護工作無法開展，存在較大局限性。相比而言，公路資產越重要，如高速公路、橋梁鋪面等，養(yǎng)護時間越長，其損壞產生的影響越大，這種影響來自于養(yǎng)護施工占道導致的長時間封閉交通所引起的出行延誤增加、交通擁堵、安全事故頻發(fā)、環(huán)境污染嚴重等現象，對正常交通運輸勢必產生較大影響 ，而普通養(yǎng)護方式由于自身材料和工藝的局限不僅不能及時對公路進行高質量養(yǎng)護，還因為養(yǎng)護時間長極容易造成上述現象 。因此，公路快速養(yǎng)護成為當下的迫切需求。與傳統(tǒng)養(yǎng)護方式相比，公路快速養(yǎng)護不僅可以提高養(yǎng)護效率、降低占道時間，設備對于氣候、時間的依賴性也大大降低，可進行全天候的養(yǎng)護，同時機械化的養(yǎng)護設備具有良好的技術性能，可以發(fā)揮更加穩(wěn)定的養(yǎng)護效果；另外，快速養(yǎng)護工藝和設備可以提高施工效率，縮短施工時間，減少車道的占用時間，大大降低交通堵塞和不順暢的可能，也因此可以提高施工期間作業(yè)的安全性，高度機械化的措施可以減少公路上人員的數量，因此減少了許多不確定的潛在危險。

現有規(guī)范未對路面快速養(yǎng)護給出明確定義，工程經驗表明：已有部分養(yǎng)護技術可在1 h內完成路面局部病害的修補養(yǎng)護?？紤]路面養(yǎng)護和交通通行的安全性，施工過程中道路至少需滿足1/2的設計交通通行能力，因此快速養(yǎng)護的時間容許值應為1 d中滿足1/2設計通行能力的最短時間段。研究表明:通常情況每天中午的2 h內，道路實際交通量小于1/2設計交通量，故可將快速養(yǎng)護的施工時間確定為2 h以內。

該文主要介紹瀝青路面和水泥混凝土路面的快速養(yǎng)護技術。

2 瀝青路面快速養(yǎng)護技術

路面快速養(yǎng)護技術主要包含材料和工藝兩部分，就瀝青混凝土路面而言，該文主要介紹公路基礎設施綜合養(yǎng)護車和快速修補瀝青混合料，其中快速修補瀝青混合料又可以分為以乳化瀝青或以聚合物預聚體為主要功能材料的兩種形式。

2.1 公路基礎設施綜合養(yǎng)護車

中國對道路綜合養(yǎng)護車的研究始于20世紀80年代，由于可以將路面加熱、翻松、破碎、復拌、攤鋪和壓路等程序融為一體并實現機械化操作，綜合養(yǎng)護車已成為實現市政道路基礎設施和高等級公路機械化養(yǎng)護的理想設備，目前中國開發(fā)的主要產品包括預拌熱補道路養(yǎng)護車、配備加熱墻的就地熱再生養(yǎng)護車、瀝青混合料再生功能養(yǎng)護車、滾筒式綜合養(yǎng)護車、噴射式綜合養(yǎng)護車等。上述幾種產品中，配備加熱墻的就地熱再生養(yǎng)護車最適用于公路快速養(yǎng)護。2015年，重慶市從德國引進了“就地熱再生列車”，該養(yǎng)護車由2臺路面加熱機、1臺銑刨復拌機和3臺壓路機組成。加熱機可將路面溫度加熱到130 ℃以上，銑刨復拌機把地面翻松的同時，攪拌好道路所需的瀝青等材料并攤鋪在路面，緊隨其后的壓路機，對瀝青路面進行整平、壓實。同時，養(yǎng)護過程只需要占用施工車道，為半開放交通，道路壓實后也僅需要幾個小時降溫即可開放交通，對交通影響較小。從工作效率上考慮，該列車1 d可維修1.5 km路面，工作效率是傳統(tǒng)技術的3～4倍。雖然該項目已經為重慶市節(jié)省了數百萬元養(yǎng)護成本，但其高昂的初期成本和折舊費用也成為這種技術進一步推廣的主要阻礙因素。

中國研究者以養(yǎng)護車的基本功能為基礎，已開發(fā)出多種高集成度的綜合養(yǎng)護機械，如基于金屬纖維紅外加熱方法的道路養(yǎng)護車、基于冷/熱修補技術以及乳化瀝青材料的路面養(yǎng)護車、基于“汽車底盤+加熱墻+料貯加熱保溫+手持式破碎和壓實機具+附件”模式的路面養(yǎng)護車等。養(yǎng)護車的具體功能配置可以配合具體的養(yǎng)護需求與當地經濟條件進行“組裝”，但針對快速養(yǎng)護的基本要求，養(yǎng)護車至少應當滿足如下條件：

(1) 基本功能：公路基礎設施綜合養(yǎng)護車的基本功能應包括就地加熱、舊料再生、路面銑刨、瀝青噴灑、新料攤鋪、路面壓實等，并且應滿足快速進入、快速作業(yè)、快速轉移的“三快”功能，即擁有穩(wěn)定的行走系統(tǒng)和控制系統(tǒng)，這些不僅是路面設施快速養(yǎng)護工作的基本需求，也是普通就地熱再生養(yǎng)護車應具有的基本功能。

(2) 路面加熱技術：對適用于快速養(yǎng)護的養(yǎng)護車來說，就地熱再生技術是為保證養(yǎng)護質量和養(yǎng)護速度不可或缺的工藝，該工藝的關鍵技術就是路面加熱軟化的過程，可供選擇的技術主要包括加熱墻、紅外輻射加熱、微波加熱、熱風循環(huán)加熱等。

(3) 儲料保溫技術：儲料一般從瀝青拌和站直接通過養(yǎng)護車運送至現場，當運輸距離較遠時，會嚴重影響?zhàn)B護效果，因此需要儲料倉具有良好的保溫性能或者可以對混合料進行快速加熱，可供選擇的技術主要包括紅外加熱型保溫倉、柴油燃燒器加熱導熱油、電陶瓷加熱等。

(4) 現場無環(huán)境污染：資源節(jié)約、節(jié)能減排的綠色養(yǎng)護符合政策導向也是公路養(yǎng)護的趨勢，在養(yǎng)護車設計中可通過使用天然氣加熱保溫倉、回收再加熱路面破損材料、避免滾筒式養(yǎng)護車等措施減小現場污染。

受路面加熱軟化技術的限制，綜合養(yǎng)護車對于路面的最大養(yǎng)護深度為6 cm，但由于快速養(yǎng)護的對象均為中、高等級公路，其“隨壞隨補”的養(yǎng)護模式使得正常情況極少出現病害深度超過6 cm的情況，對于暴雨、車禍等極端情況下出現的局部嚴重毀損，可通過其他方式進行養(yǎng)護。

總體來說，公路綜合養(yǎng)護車可對裂縫、坑槽、沉陷、脫皮、車轍、搓板、泛油等幾乎所有瀝青路面病害進行養(yǎng)護，并且由于占道時間短，對正常公路交通影響極小。同時也可通過適當添加新的材料對原路面瀝青進行性能改善，如加入聚合物改性劑以改善路面的穩(wěn)定性等，或加入吸波材料以方便配合后期養(yǎng)護中的微波熱再生工藝。

2.2 快速修補瀝青混合料

由于快速養(yǎng)護對養(yǎng)護時間的高要求，相比于熱拌修復材料，冷拌冷補或溫拌溫補材料能免去加熱環(huán)節(jié)以及養(yǎng)護工作結束后路面降溫所耗費的時間，不受施工現場溫度限制，并且由于在常溫環(huán)境下施工操作簡便，對養(yǎng)護設備的要求較低，對環(huán)境污染較小，且容易儲存，具有明顯的優(yōu)勢，已成為快速養(yǎng)護材料的發(fā)展趨勢。

根據混合料中主要功能材料的區(qū)別，可將快速修補瀝青混合料分為乳化瀝青和聚合物預聚體兩類。

(1) 乳化瀝青

(改性)乳化瀝青是目前使用最廣泛的公路養(yǎng)護材料之一，可以應用于透層油、封層油、稀漿封層、霧狀封層、微表處、罩面、灌漿、現場冷再生等幾乎所有養(yǎng)護工藝。工程經驗證明：在道路養(yǎng)護中使用慢裂快凝陽離子乳化瀝青可在1 h內開放交通。目前，中國已經開發(fā)出的慢裂快凝型陽離子瀝青乳化劑包括kzw801(BH-MK)、NE-6、CMK-20、MQK-1M等型號。

(2) 聚合物預聚體

聚合物預聚體是指將不同種類的高分子單體(聚烯烴類的烯烴或聚酯中的酸或醇)在一定條件下反應所生成的聚合度介于單體與最終聚合物之間的可反應性低分子量聚合物，主要用于對瀝青養(yǎng)護材料進行改性處理，其技術性能主要取決于預聚體的種類及其固化方式。

中國對以聚氨酯、聚硫環(huán)氧樹脂為代表的聚合物預聚體改性劑已經有較為豐富的研究經驗，目前性能較好的產品包括SBS/MAH(馬來酸酐)改性乳化瀝青材料、高分子聚合物貼縫帶、聚丙烯纖維乳化瀝青、同濟大學道路與交通工程系開發(fā)的GRH結合料、鄭州大學開發(fā)的NH冷補材料、高遠路業(yè)開發(fā)的MOH材料、廣東能達高等級公路維護有限公司研發(fā)的HU-L冷補材料、安徽公路局開發(fā)的AH冷補材料等。

此外，聚合物預聚體可以顯著改善瀝青養(yǎng)護材料與原路面的黏結性，提高混合料的抗老化性能及高低溫穩(wěn)定性，可配合微表處(病害比較密集)、封縫(病害未影響路面結構)、注漿(病害對結構強度產生影響)等工藝用于瀝青路面裂縫類及松散類的快速養(yǎng)護。

2.3 其他快速養(yǎng)護方法

對于承擔變換車道、轉彎等功能的路段或長大縱坡等特殊路段，路面抗滑性不足時，可應用超薄抗滑保護層施工工藝進行養(yǎng)護。利用該方法鋪筑的超薄磨耗層不僅可以改善路面抗滑性能，還兼?zhèn)淞己玫酿そY和防水性能。對于路面破碎工藝難以實施的地方，如井蓋周圍、橋面底部有鋼板處，可以用熱補板法進行快速養(yǎng)護。熱補板法是以丙烷為燃料，通過特定發(fā)熱元件對路面進行循環(huán)加熱軟化，然后進行養(yǎng)護。整個過程類似于公路綜合養(yǎng)護車的養(yǎng)護流程，不受氣候限制，可對廢棄瀝青料全部再利用，并且可以一次性處理2.4 m×1.2 m的路面，施工時間不到30 min，可以迅速開放交通，滿足快速養(yǎng)護的要求，可適用于坑洞、啃邊、車轍、龜裂、網裂、麻面、松散、脫皮、擁包、泛油等快速養(yǎng)護對象。

3 水泥混凝土路面快速養(yǎng)護技術

水泥混凝土路面病害種類繁多，并且一旦產生某種破損，極容易在短時間內擴展以及引起其他病害，養(yǎng)護起來比較困難，因此應加強路面的預防性養(yǎng)護，并注重路面接縫、橋頭銜接、軟基路段等薄弱環(huán)節(jié)。該文借鑒JTJ 073.1-2001《公路水泥混凝土路面養(yǎng)護技術規(guī)范》的分類方式將水泥混凝土路面快速養(yǎng)護分為裂縫修補、接縫修補、板塊修補和板下封堵灌漿4種情況。

3.1 裂縫修補

水泥混凝土路面裂縫可以根據其嚴重程度分為對路面板強度有影響和無影響兩種情況：

(1) 若路面僅出現裂縫而不影響面板強度時，可直接用貼縫帶(也稱壓縫帶/填縫帶)對裂縫進行封縫處理。相比于填縫或灌縫，貼縫帶不需要對路面開槽，因此也不會產生開槽帶來的啃邊、側縫等次生道路病害，施工工藝上只需進行清掃路面即可，養(yǎng)護速度快，可在1 h內開放交通。

(2) 若裂縫發(fā)展已經影響到面板強度，應對裂縫進行灌漿處理或注漿加固。一般來說裂縫灌漿材料包括聚合物改性快凝水泥、改性聚合物材料或聚合物乳液改性乳化瀝青：對于水泥砂漿類灌漿材料，水泥的凝結速度是養(yǎng)護施工總時長的關鍵影響因素，通?？赏ㄟ^使用快硬快凝水泥或添加早強劑、促凝劑等外加劑以達到減少凝結時間的目的。國外有代表性的快凝快硬水泥包括日本的噴射水泥、美國的派拉蒙特水泥、德國的ADDIMENT水泥，其終凝時間可控制在15 min左右，但價格昂貴；中國具有代表性的產品有超快硬磷酸鹽修補水泥和“快凝快硬硫鋁酸鹽水泥+特種添加劑”組合，價格適中且可分別在6、30 min內凝結硬化。

3.2 接縫修補

水泥混凝土路面接縫是路面板的薄弱環(huán)節(jié)，若接縫失養(yǎng)，容易迅速導致裂縫、唧泥、板底脫空、錯臺、斷板等其他病害，直接降低路面板的整體性能和壽命周期，因此應當加強接縫的養(yǎng)護工作，包括接縫料的填料和傳力桿的修復。

根據施工工藝的不同，可將接縫料填料分為熱施工填縫料和常溫施工填縫料兩種。

(1) 熱施工填縫料

熱施工填縫料需要對填料進行加熱處理，考慮到快速養(yǎng)護的時間限制，可使用QF-94Ⅲ型和QF-97Ⅳ型兩種加熱施工式嵌縫料。使用時只需放入專用加熱箱內熔融即可進行灌縫，配合XQ-95Ⅰ型嵌縫機以及YQ-95Ⅰ/ YQ-95Ⅱ型清縫機進行配套施工，經過清縫、灌縫操作后等待10 min左右可開放交通，滿足快速養(yǎng)護對時間的要求。

(2) 常溫施工填縫料

常溫施工填縫料不需加熱即可施工。使用道康寧硅酮路面專用密封膠同類的產品進行常溫填縫養(yǎng)護，基本可在1 h內失去與原有結構的黏性，且無需加熱，施工過程不受現場條件的影響，在實際工程應用中表現出良好的回彈性和耐久性，滿足快速養(yǎng)護對時間和質量的要求，類似的填縫料還包括魚刺型道路嵌縫條等。

3.3 板塊修補

水泥混凝土路面板塊的修補包括坑洞、角隅斷裂、磨損、拱起等局部板塊修補以及密集連續(xù)的大面積整體板塊修補，兩者在材料及工藝上都存在較大區(qū)別。

對于局部板塊的修補，根據施工工藝分為冷補和熱補。其通用養(yǎng)護流程可總結為：鑿除失效混凝土形成規(guī)則槽-表面清潔處理-養(yǎng)護材料填補-壓實-現場清理-開放交通。其中養(yǎng)護時間的控制環(huán)節(jié)在于養(yǎng)護材料的填補。

對于板塊病害較多且連成一片或者面積較大的一大片病害，可采用淺層結合式表面修復或者瀝青混凝土罩面處理。

對于板塊結構承載能力已經低于“良好”的情況，為縮短養(yǎng)護時間，應對路面板鑿除并安裝預制水泥混凝土路面板。

3.4 板下封堵灌漿

水泥混凝土路面板下封堵灌漿是對面板以下基層以上部分進行灌漿，以填補其中空隙的工藝，主要針對板底脫空、唧泥、沉陷等病害。

灌漿工藝流程可參考規(guī)范，常用灌漿材料包括瀝青灌注、水泥漿、水泥粉煤灰漿和水泥砂漿灌漿4種類型：其中瀝青灌注需要對現場進行加熱，且瀝青灑布機效率較低，不適用于快速養(yǎng)護；對于水泥類灌漿材料，宜采用快硬快凝水泥或超細水泥作為原料進行養(yǎng)護。

3.5 其他快速養(yǎng)護方法

(1) 路面廢料破碎技術。水泥混凝土快速養(yǎng)護中經常需要對路面廢棄混凝土進行破碎、清除，錘式破碎技術、板式破碎技術以及共振碎石化技術的破碎工藝簡單，成型迅速，可配合其他工藝與材料用于快速養(yǎng)護。

(2) 排鉆鉆孔技術。在接縫的傳力桿以及板下封堵灌漿養(yǎng)護作業(yè)中，需要對路面進行鉆孔，可以利用排鉆提高鉆孔效率。

(3)外加劑?？炷煊菜嗷炷琉B(yǎng)護材料雖然可以很快達到開放交通所需的強度，但是容易出現早期裂縫、收縮較大的問題，可以在混合料中添加一定比例的鋼纖維、高聚物纖維、碳纖維等來提高養(yǎng)護材料與原路面的黏結性以及穩(wěn)定性能。另外，添加一定量的減水劑、加氣劑等也可以在快速養(yǎng)護中提高混合料的施工性能。

(4) 快速修復材料。以美國開發(fā)的“Fast Patch”產品為代表的專用快速修復材料可以在常溫下對路面坑洞、磨損等表面病害進行養(yǎng)護，且在低溫等惡劣條件下也可保持較好的性能，可在攤鋪后1 h內開放交通。

公路快速養(yǎng)護應該做到一旦發(fā)現損壞情況就及時修復，但還應注意病害養(yǎng)護的最佳時機，比如北方季節(jié)性凍土區(qū)春融前、南方多雨地區(qū)的雨季前，裂縫病害會發(fā)展到最大，此時進行養(yǎng)護的效果最佳，可以最大程度避免水損害對路基、路面結構的影響。

另外，快速養(yǎng)護的效果也與養(yǎng)護材料自身性質、混合料配比、材料拌和溫度、養(yǎng)護人員對施工機械操作的熟悉程度、關鍵施工步驟的控制等息息相關，為保證養(yǎng)護質量還應注意：① 在現場施工前對養(yǎng)護材料進行室內試驗，確定混合料的配比以及檢驗材料的各項性能；② 在現場養(yǎng)護過程中嚴格遵守相關規(guī)范以及產品技術手冊，對于機械化程度高的養(yǎng)護設備，應由經過專業(yè)培訓的工作人員進行操作。對于不同的公路基礎設施快速養(yǎng)護對象，其養(yǎng)護工藝和材料相差較大，但無論如何變化都應滿足一定要求以適應快速養(yǎng)護的基本需求以及養(yǎng)護后公路的正常運輸功能。

4 結語

針對路面快速養(yǎng)護給出量化概念：運用快速養(yǎng)護材料及工藝，在2 h內完成針對路面局部病害的養(yǎng)護修復并開放交通。此外，針對快速養(yǎng)護技術的發(fā)展及現狀，從材料和工藝兩方面進行了介紹。針對瀝青混凝土路面，主要從材料和設備工藝兩方面進行總結；對于水泥混凝土路面，根據快速養(yǎng)護的病害類型，從裂縫修補、接縫修補、板塊修補、板下封堵灌漿4方面對快速養(yǎng)護技術進行總結。