瀝青路面養(yǎng)護(hù)霧封層材料路用性能研究

安曉峰

（山西交通控股集團(tuán)有限公司太原高速公路分公司，山西 太原 030001）

0 引言

在霧封層施工完成后，所用的養(yǎng)護(hù)材料可不斷滲入至路面之中，并促使已老化的瀝青還原，同時(shí)與新鋪設(shè)瀝青層之間形成性質(zhì)穩(wěn)定、性能良好的結(jié)構(gòu)體，同時(shí)兩者之間的溫度變化相對(duì)一致，有助于形成均一的整體。這一技術(shù)主要應(yīng)用于承載能力良好的路面工程中，且對(duì)早期裂縫、路面松散、結(jié)構(gòu)滲水有著較好的處理效果[1]。本文基于霧封層的性能試驗(yàn)確定了路面黏附性、耐久性、抗滑性等基本性質(zhì)，并且綜合評(píng)定了其路用性能。

1 原材料

在本研究中主要采用SBS-I-D改性瀝青、70#道路石油瀝青進(jìn)行試驗(yàn)。其中所用的粗、細(xì)集料均采用石灰?guī)r，此外礦粉也通過石灰?guī)r打磨而成，纖維選用聚酯纖維。養(yǎng)護(hù)劑的各項(xiàng)成分及比例如表1所示。

表1 養(yǎng)護(hù)劑的主要材料成分

2 霧封層材料性能試驗(yàn)

2.1 黏附性

在借助霧封層技術(shù)將材料撒布至道路表面之后，養(yǎng)護(hù)劑就能夠附著在原有路面結(jié)構(gòu)之上且不斷向下滲透抵達(dá)一定的深度，進(jìn)而還原瀝青，封堵結(jié)構(gòu)中存在的微小裂隙，起到防水的作用。研究表明[2]，在可靠的霧封層技術(shù)下，路面結(jié)構(gòu)的防水效果能夠持續(xù)2~3年，所以需要對(duì)其自身黏度及養(yǎng)護(hù)劑、粗集料之間的黏附性展開研究。

（1）養(yǎng)護(hù)劑自身黏度

在測定養(yǎng)護(hù)劑自身黏度時(shí)，遵照瀝青黏度試驗(yàn)方法分別在25℃及60℃溫度條件下對(duì)養(yǎng)護(hù)劑開展試驗(yàn)，最終測得其黏度為16s及8s，這也表明養(yǎng)護(hù)劑具有較好的滲透能力，能夠有效封堵裂縫，起到防水效果。

（2）養(yǎng)護(hù)劑與粗集料的黏附性

養(yǎng)護(hù)劑、粗集料之間黏附性的檢測，借助水煮法完成，其試驗(yàn)檢測結(jié)果如表2所示。

表2 養(yǎng)護(hù)劑、粗集料黏附性試驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)表2中試驗(yàn)結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，該養(yǎng)護(hù)劑能夠與粗集料之間產(chǎn)生較好的黏附性。

2.2 抗老化性

以SBS-I-D改性瀝青為研究對(duì)象，分別在0h，5h，10h的老化時(shí)間下開展旋轉(zhuǎn)薄膜老化試驗(yàn)，測定材料性能。隨后在相應(yīng)的瀝青中分別以4%的比例摻加養(yǎng)護(hù)劑，并將其攪拌至均勻狀態(tài)，隨后再次測定其3個(gè)時(shí)間點(diǎn)下的老化性能，結(jié)果如表3所示。

表3 4%養(yǎng)護(hù)劑水平下瀝青指標(biāo)結(jié)果

根據(jù)表3中數(shù)據(jù)可以看出，瀝青的老化全過程中，針入度、延度及軟化點(diǎn)指標(biāo)在老化的早期均發(fā)生了較為顯著的變化。但在后續(xù)老化進(jìn)程中，這3個(gè)指標(biāo)的變化速度逐漸變緩。在摻加養(yǎng)護(hù)劑后，針入度、延性均呈現(xiàn)出變大的趨勢，而軟化點(diǎn)則不斷變小。由此可以看出，養(yǎng)護(hù)劑在針入度、延度方面的改善效果較好，可以改善老化瀝青的輕質(zhì)成分。

2.3 防水性能

對(duì)4種不同組分構(gòu)成下的混合料展開試驗(yàn)檢測，其中AC-13及AC-16混合料摻加70#道路石油瀝青，而SMA13、SMA16混合料則摻加SBS-I-D改性瀝青。其中所用的粗、細(xì)集料均采用石灰?guī)r，此外礦粉也通過石灰?guī)r打磨而成，纖維選用聚酯纖維。

在這4類混合料之下分別形成車轍板后，需要依據(jù)我國現(xiàn)行檢測標(biāo)準(zhǔn)，借助滲水儀測得車轍板的滲水系數(shù)，同時(shí)對(duì)其進(jìn)行清洗、晾干處理，并在其上以0.25kg/m2為標(biāo)準(zhǔn)涂刷養(yǎng)護(hù)劑，在通風(fēng)環(huán)境中靜置48h后再次測定其滲水系數(shù)。將涂刷養(yǎng)護(hù)劑前后的車轍板測得的滲水系數(shù)進(jìn)行比對(duì)，其各自試驗(yàn)結(jié)果如表4所示。

表4 養(yǎng)護(hù)劑防水性試驗(yàn)檢測結(jié)果

根據(jù)表4可以發(fā)現(xiàn)，涂刷養(yǎng)護(hù)劑前后試驗(yàn)所用4種混合料的滲水系數(shù)均發(fā)生了較大的變化，這也表明養(yǎng)護(hù)劑能夠很好地封閉其中存在的空隙，阻隔外部水的滲透作用。此外，在相近公稱粒徑下當(dāng)孔隙率更大時(shí)試件的滲透性也更強(qiáng)。

2.4 抗滑性能

（1）抗滑擺值

抗滑性能的檢測選用AC-13、AC-16、SMA-13、SMA-16四類混合料，并首先在未涂刷養(yǎng)護(hù)劑的情況下借助擺式儀來檢測試件的擺值，同時(shí)記錄下測試的位置。隨后在其清洗、晾干后在原測試位置以0.25kg/m2的標(biāo)準(zhǔn)涂刷養(yǎng)護(hù)劑，將其置于通風(fēng)環(huán)境中靜置1d、3d后分別按照標(biāo)準(zhǔn)測定其擺值，試驗(yàn)結(jié)果如圖1所示。

根據(jù)圖1可以發(fā)現(xiàn)，不同類型的試件在涂刷養(yǎng)護(hù)劑后，所測得的擺值均存在一定的減小，且都滿足大于等于42BPN的基本要求。此外，涂刷養(yǎng)護(hù)劑后，隨著時(shí)間的不斷推移，測得的擺值也表現(xiàn)出增加的趨勢。

圖1 養(yǎng)護(hù)劑抗滑性能試驗(yàn)檢測結(jié)果

（2）表面構(gòu)造深度

選用以上4種不同的混合料制備的試件，通過手工鋪砂法來檢測涂刷養(yǎng)護(hù)劑前后試件的表面構(gòu)造深度。其試驗(yàn)檢測結(jié)果如圖2所示。

圖2 養(yǎng)護(hù)劑表面構(gòu)造深度試驗(yàn)檢測結(jié)果

根據(jù)圖2可以發(fā)現(xiàn)，對(duì)于不同混合料制備的試件，通過涂刷養(yǎng)護(hù)劑均呈現(xiàn)出表面構(gòu)造深度減小的趨勢，其減幅分別達(dá)到了24%,19%,13%和11%。也即是在相近的公稱直徑條件下，AC系列混合料制備的試件較SMA系列，養(yǎng)護(hù)劑的作用效果更加顯著。

2.5 滲透性能

在借助霧封層技術(shù)將養(yǎng)護(hù)劑灑布至路面之上后，往往需要結(jié)構(gòu)具有良好的滲透性，才可保證養(yǎng)護(hù)劑能夠順利滲入至結(jié)構(gòu)中，并在深層次位置產(chǎn)生還原作用，此外與新鋪瀝青融合，形成穩(wěn)定的整體，因此養(yǎng)護(hù)劑的滲透性能也是需要考慮的一項(xiàng)重要因素[3]。

在本研究中將熒光粉散布至養(yǎng)護(hù)劑中，并以0.25kg/m2的標(biāo)準(zhǔn)將其撒布至車轍板試件上，使其保持靜置養(yǎng)護(hù)48h后進(jìn)行切割，通過紫光燈照射切割面。通過切割面的發(fā)光程度來判斷養(yǎng)護(hù)劑在試件中的滲透程度。在本研究中，可于切割面上選擇5個(gè)不同的測點(diǎn)，取其所有實(shí)測數(shù)據(jù)的平均值，得到試驗(yàn)結(jié)果如圖3所示。

圖3 養(yǎng)護(hù)劑滲透深度試驗(yàn)檢測結(jié)果

通過圖3可以發(fā)現(xiàn)，在養(yǎng)護(hù)劑處理后，車轍板試件中的滲透深度大多集中于4.2~4.9mm的范圍內(nèi)。同時(shí)對(duì)于不同類型的混合料而言，一般其空隙率越大滲透程度也更深。

2.6 耐磨耗性能

在采用養(yǎng)護(hù)劑處理路面結(jié)構(gòu)后，若受到降水、車輪磨損等的影響很容易出現(xiàn)養(yǎng)護(hù)層損耗的問題，這樣就會(huì)導(dǎo)致預(yù)防性養(yǎng)護(hù)效果的喪失。為了保證路面養(yǎng)護(hù)效果、提升其耐久性，就需要對(duì)養(yǎng)護(hù)劑進(jìn)行濕輪磨耗試驗(yàn)。研究表明[4]，在霧封層技術(shù)處理下，路面結(jié)構(gòu)最容易發(fā)生磨損的位置在粗集料的棱角，本研究中首先將試件切割為10~15mm厚的切片，并分別通過切割面和車轍板碾壓面來假定集料頂面的接觸。將切片清洗、晾干后分別以0.25kg/m2為標(biāo)準(zhǔn)涂刷養(yǎng)護(hù)劑，隨后在室溫條件下靜置養(yǎng)護(hù)24h后稱重并做濕輪磨耗試驗(yàn)。

將養(yǎng)護(hù)、稱重后的切片置于濕輪磨耗儀中，并向其中加水至淹沒，啟動(dòng)濕輪磨耗儀，保持儀器內(nèi)水溫為20℃，持續(xù)磨耗5min后取出，并經(jīng)清洗、晾干后再次稱重，得到其磨損質(zhì)量，以此來評(píng)定材料的耐磨耗性能。

表5 養(yǎng)護(hù)劑耐磨耗性試驗(yàn)檢測結(jié)果

根據(jù)表5可以發(fā)現(xiàn)，持續(xù)磨耗5min后，切割面及碾壓面養(yǎng)護(hù)劑的損失量分別達(dá)到了28.8%及24.4%，其中切割面的損耗程度更高，這主要是由于切割面具有更加光滑的表面，因此其上的養(yǎng)護(hù)劑更易發(fā)生磨損，因此滲透性指標(biāo)的影響往往也更加突出。

3 試驗(yàn)路段實(shí)例驗(yàn)證

以我國某公路工程為例進(jìn)行分析，該項(xiàng)目所處地區(qū)降水較為豐富，且存在超載的問題，因此在運(yùn)營早期就出現(xiàn)了橫向及縱向裂縫，此外還伴隨坑槽、下陷等病害，若不加以處理這些病害將持續(xù)發(fā)展，損害路面結(jié)構(gòu)的性能。在這樣的背景下，技術(shù)人員選擇采用預(yù)防性養(yǎng)護(hù)技術(shù)進(jìn)行處理，借助霧封層技術(shù)對(duì)瀝青路面左右幅位置3m的超車道開展作業(yè)。

在霧封層施工后，路面結(jié)構(gòu)的外觀發(fā)生了顯著改善，其顏色更深且路標(biāo)線更加明確。通過霧封層技術(shù)，原有路面結(jié)構(gòu)中存在的裂隙、空隙得到了填充密實(shí)，使得老化瀝青恢復(fù)了原有的性能，同時(shí)增強(qiáng)了集料件的黏結(jié)性，顯著減少了路面地表水對(duì)于路面結(jié)構(gòu)的滲透作用，減弱了可能出現(xiàn)的水損問題，避免路面松散、下陷的發(fā)生。

4 結(jié)語

本文基于霧封層技術(shù)展開了研究，探究了其在路面預(yù)防性養(yǎng)護(hù)中的主要作用。同時(shí)，借助室內(nèi)試驗(yàn)的方法分析了霧封層的主要性能，并驗(yàn)證了其處理的實(shí)際效果。試驗(yàn)結(jié)果表明：在霧封層技術(shù)的處理下，養(yǎng)護(hù)劑能夠深入到原有路面結(jié)構(gòu)中，改善結(jié)構(gòu)的外觀，加深其顏色，有助于創(chuàng)造更加穩(wěn)定、良好的行車環(huán)境。同時(shí)，養(yǎng)護(hù)劑對(duì)于結(jié)構(gòu)中微裂縫的還原作用也可以恢復(fù)路面力學(xué)性能，防止結(jié)構(gòu)剝落、松散、開裂等問題的發(fā)生，減弱由此帶來的路面損壞，延長公路工程的使用壽命。