常溫瀝青超薄抗滑恢復面層技術的應用

周世強 蔡海軍 孫明 譚靖杰 宋永濤

（1.湘潭市公路管理局，湖南 湘潭 411199；2.南通福倫利新材料有限公司，江蘇 南通 226399；3.湖南福倫利新材料有限公司，湖南 株洲 425599；4.湖南明鵬工程建設有限公司，湖南 湘潭 421099）

一、項目概況

近年來，湖南省高等級公路在交通荷載、環(huán)境因素的反復作用下，總體抗滑耐磨性能下降明顯，道路病害日益增多。譬如國道320線湖南省湘潭市段（簡稱“國道320線”）是溝通湘中、湘東的重要干線，自上一周期（2010年）大修以來，由于繁忙的交通運輸和過多的雨水侵蝕，部分路段瀝青混凝土路面出現(xiàn)龜裂、沉降、坑槽、泛油、車轍、裂縫等病害。經(jīng)調(diào)查分析，路面強度指數(shù)SSI為0.72，路面狀況指數(shù)PCI為0.75。根據(jù)《湖南省交通運輸廳關于下達2018年度第一批國省道大中修（含災毀恢復重建、路政治超）計劃的通知》（湘交計統(tǒng)〔2018〕56號），國道320線19km路段的預防性養(yǎng)護被列入了該省2018年至2019年“四新技術”應用計劃，即采用一種集超薄、耐磨、降噪、防滑等多功能于一身的，常溫瀝青超薄抗滑恢復面層技術預防性養(yǎng)護。

2018年至2019年，國道320線19km路段的兩次超薄抗滑恢復預防性養(yǎng)護工作，在盡可能不破壞原有路面結構的情況下，充分挖掘了原有路面的承載潛能。依托長期研究成果，南通福倫利新材料有限公司用上述節(jié)能減排、綠色交通新材料, 以及積累近10年的常溫瀝青施工經(jīng)驗，通過選擇原材料，根據(jù)相關試驗確定常溫瀝青超薄抗滑恢復面層混合料的最佳級配與油石比，分析常溫瀝青超薄抗滑恢復面層（約8mm厚）的可行性和實用性，為湘潭市提供了全方位的常溫施工產(chǎn)品技術及相應的工程解決新方案。

國道320線19km路段預防性養(yǎng)護新材料的規(guī)?；瘧门c預防性養(yǎng)護模式，與傳統(tǒng)養(yǎng)護模式相比，具有黏附性好、摩擦系數(shù)高、耐磨抗壓、冷拌冷鋪、節(jié)能環(huán)保、開放交通快等優(yōu)勢。為今后“四新”技術在湖南省公路建設與養(yǎng)護中的進一步推廣打下了堅實基礎，也為湖南省高等級公路未來大規(guī)模養(yǎng)護升級提供了一條可靠的新技術參考途徑。

二、常溫瀝青超薄抗滑恢復面層技術的創(chuàng)新點

目前與“常溫瀝青超薄抗滑恢復面層技術”最為接近的同類技術是微表處或改進微表處技術。從以前國內(nèi)一些實體工程來看，常規(guī)微表處路面存在抗變形、抗磨耗、抗疲勞開裂等能力缺陷，以及行車噪聲大的缺點。

與上述類似解決方案相比，國道320線19km路段采用的預防性養(yǎng)護新技術，旨在提高抗滑性能和剛韌平衡，具有以下創(chuàng)新性技術手段和優(yōu)勢。

（一）高柔韌性

解決方案中采用改善常溫瀝青混合料的柔韌型低溫韌性水乳液。

1.新材料中使用多相聚合物結構模型的粒子設計概念，通過軟、硬相分組與比例的不同設計, 基本得到符合低溫柔性設計要求的水性乳液鏈段排列組合。

2.乳液聚合后的膠粉含高分子軟段和硬段，并制備陽離子抗強酸的有機氟硅改性丙烯酸酯乳液，聚合物玻璃化溫度小于-30℃。

這類水乳液常規(guī)為堿性，不抗酸，與陽離子乳化瀝青不相容，而且聚合物玻璃化溫度不低于-15℃，易脆裂。將陽離子抗強酸氟硅改性丙烯酸酯乳液，既能保證與瀝青的相容性，又能在小于-30℃時有聚合物鏈段運動和低溫韌性。

圖1 陽離子氟硅改性丙烯酸酯水乳液

（二）優(yōu)異的抗滑耐磨特性

國道320線19km路段預防性養(yǎng)護工作中，采用了兩種具有自主知識產(chǎn)權的增黏專用乳液對傳統(tǒng)乳化瀝青進行改性。一種乙烯含量不少于25%，另一種是以陽離子環(huán)氧基團為主體改性的丙烯酸水乳液。

這些增黏乳液與上述低溫韌性乳液復配，形成了一系列“增黏增韌復合水乳液”高新技術產(chǎn)品，旨在提升傳統(tǒng)乳化瀝青品質(zhì)。

上述“增黏增韌水乳液”對常規(guī)乳化瀝青改性，能夠形成常溫速強瀝青復合水乳液，如圖2所示。

圖2 常溫瀝青復合水乳液的配制

增黏增韌常溫瀝青水乳液是一種高分子化合物和瀝青的綜合體，兼具兩者優(yōu)勢，具體表現(xiàn)為該液體蒸發(fā)殘余物不僅有聚合物的高黏附性與剛韌平衡，而且有瀝青的延展性。從而能夠部分替代熱改性瀝青，對集料不加熱就可以拌和成各種類型耐高、低溫和剛韌平衡的瀝青混凝土，是一種低揮發(fā)、節(jié)約能源、有利環(huán)境的材料。與熱瀝青或中溫瀝青相比，施工溫度能夠從170℃或130℃降至常溫，這將為傳統(tǒng)熱瀝青產(chǎn)業(yè)提供全面的技術升級，極大降低公路路面鋪裝的能耗，改變公路路面的施工方式和環(huán)境，大大豐富柔性路面的結構形式和強度控制手段。

針對水性路用混合料硬化慢的缺點，該技術研制了一種結合水量大、固化速度快、在水基混合料中產(chǎn)生微纖維增韌的新型高勁度混合添加劑。

圖3 高勁度混合添加劑遇水反應后的微纖維狀結晶物（微觀結構）

另外，優(yōu)化粗集料、細集料的級配設計，篩掉7.5mm以上的較粗集料，形成超薄耐磨層優(yōu)良的嵌擠結構復配集料體系。

由上述常溫瀝青液體結合高勁度混合添加劑、具有“嵌擠結構”的復合集料，所配制成的常溫瀝青混合材料，兼有獨一無二的快速固化、強力黏附、耐寒耐熱、抗滑耐磨等特性，能夠滿足路橋、機場、站場等各建筑行業(yè)對抗滑恢復、降低噪音的嚴格要求。

三、常溫瀝青超薄抗滑恢復面層技術內(nèi)容

（一）常溫速強瀝青復合水乳液

先配制高性能增黏增韌水乳液改性劑，確保與改性乳化瀝青相混合時不沉積、不絮結,又能形成快速固化、強力黏附、高耐磨、節(jié)能環(huán)保、耐寒抗凍的高剛韌平衡瀝青液體。其將使路橋面層混凝土有突出的耐寒性和高溫勁度 (-40℃到40℃)，使瀝青韌性比大于等于6。常規(guī)濃縮化學改性劑在與乳化瀝青復配時，由于含細微無機填料，極易發(fā)生沉積或絮結，使瀝青液體不均勻。該項目根據(jù)工程要求調(diào)配增黏增韌水乳液改性劑，力圖解決它與瀝青混合時不均勻的問題，并充分發(fā)揮這種濃縮改性劑的高性能，保證瀝青液體滿足路橋工程需求，尤其是低溫性能要求。

該項應用研究主要是通過設計多種聚合物的耦合作為改性乳液，從而優(yōu)化聚合物乳液的性能，并以此乳液為種子，與瀝青一起乳化，形成聚合物與瀝青化學交聯(lián)網(wǎng)的乳液，如圖4所示，最終達到常溫速強瀝青復合水乳液剛韌平衡的目標，如表1所示。

圖4 化學網(wǎng)絡結構（TEM形態(tài)）

表1 常溫速強瀝青復合水乳液技術要求

（二）原材料的選用

常溫瀝青超薄抗滑恢復面層采用福倫利自主研發(fā)生產(chǎn)的黑色常溫速強復合乳液、高勁度混合添加劑和水按比例混合成的稀砂漿，厚度一般為2mm至10mm。粗集料選擇玄武巖碎石，細集料為玄武巖石屑，填料選擇礦粉。原材料的選用必須嚴格控制材料質(zhì)量，對不符合技術要求的不得采用。

（三）生產(chǎn)配合比設計

根據(jù)設計級配要求，如表2所示，選擇最佳礦料摻配比例。

根據(jù)相關實驗，為了保證常溫瀝青罩面質(zhì)量，設計的常溫瀝青超薄層混合料各項檢測結果均滿足各項指標要求，如表3所示。

表2 設計級配范圍要求

表3 常溫瀝青罩面混合料技術要求

圖5 常溫超薄耐磨面層施工流程

四、常溫瀝青超薄抗滑恢復面層的施工技術和效果

常溫瀝青超薄抗滑恢復面層施工流程，如圖5所示。

對該項目最為關心的常溫瀝青超薄抗滑恢復事項，經(jīng)過一年多不斷觀察考證，證明已鋪裝的常溫瀝青超薄抗滑恢復面層，其抗滑性能都在合格范圍的高限（摩擦擺值大于等于55），而且穩(wěn)定可靠，如圖6所示；沒有鋪裝的舊瀝青路面，抗滑性能有些在合格線之下，而且一年后還有下降，如圖7、圖8所示。

正因為施工時無需加熱、簡單靈活、無需抬高路標，施工后又能夠快速固化，高溫時穩(wěn)定且低溫時抗脆裂，而且開放交通快，能夠大大減少擾民和對交通的影響，常溫瀝青超薄抗滑恢復面層技術在未來將有著巨大的經(jīng)濟效益和社會效益。

圖6 修復升級后的超薄抗滑面層

圖7 已鋪裝的路面抗滑性能

圖8 未鋪裝的路面抗滑性能