瀝青路面預(yù)防性養(yǎng)護(hù)技術(shù)開(kāi)發(fā)與應(yīng)用研究

郭樹(shù)春

（北京城建十六建筑工程有限責(zé)任公司，北京 100089）

1 概述

瀝青混凝土路面由于受到交通荷載、氣候等不利條件影響，經(jīng)過(guò)多年使用會(huì)出現(xiàn)瀝青老化、車(chē)轍、裂縫、坑槽等病害，且病害的發(fā)展較迅速，嚴(yán)重影響行車(chē)安全和舒適性[1-3]。

傳統(tǒng)的道路養(yǎng)護(hù)觀念為“壞了再修”，而預(yù)防性養(yǎng)護(hù)措施是在路面的壽命周期內(nèi)，在路面出現(xiàn)結(jié)構(gòu)性破壞之前就對(duì)路面進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。這種"預(yù)支費(fèi)用"的方式較之傳統(tǒng)的“非修不可”要節(jié)省很多[4-5]。

瀝青路面使用壽命范圍內(nèi)，對(duì)路面維修、養(yǎng)護(hù)措施的時(shí)間越晚，則后期需要的維修養(yǎng)護(hù)成本越高；而在恰當(dāng)?shù)臅r(shí)間對(duì)路面采取預(yù)防性養(yǎng)護(hù)措施會(huì)大大減少瀝青路面在運(yùn)營(yíng)期間的成本費(fèi)用[6-7]。

預(yù)防性養(yǎng)護(hù)措施是一種主動(dòng)養(yǎng)護(hù)行為，在瀝青路面使用一段時(shí)間后，在未出現(xiàn)或已出現(xiàn)局部的早期病害時(shí)，對(duì)瀝青路面進(jìn)行有計(jì)劃的采取預(yù)防性養(yǎng)護(hù)措施，道路可在后期很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)保持較好的路面質(zhì)量，而在此期間只需進(jìn)行日常養(yǎng)護(hù)管理。目前國(guó)內(nèi)常見(jiàn)的預(yù)防性養(yǎng)護(hù)技術(shù)，如霧封層[8-9]、微表處[10-11]、薄層罩面[12-13]、瀝青碎石封層等，但這些技術(shù)都有各自的優(yōu)缺點(diǎn)和適用條件。其實(shí)，在這一階段，最有效的方法是“霧封層技術(shù)”，即“FOG SEAL”，且它的費(fèi)用非常的低廉。此外，對(duì)路面進(jìn)行預(yù)防性養(yǎng)護(hù)的成本可在后期進(jìn)行分?jǐn)?。我?guó)瀝青路面常規(guī)的中修小補(bǔ)費(fèi)用約為50~70元/m2，而大修則高達(dá)200元/m2以上。因此，對(duì)瀝青路面進(jìn)行預(yù)防性養(yǎng)護(hù)措施具有良好的經(jīng)濟(jì)性。

2 高性能抗老化薄層修復(fù)技術(shù)

以高性能乳液和級(jí)配細(xì)集料冷拌成稀漿鋪覆于瀝青路面表面的高性能薄漿封層主要應(yīng)用在降低路面滲水、提高路面抗滑性能、增加路面的可視效果、修補(bǔ)微小裂縫等方面，其結(jié)合了霧封層的封水效果和微表處的優(yōu)勢(shì)，施工后又不影響原路面的抗滑能力或使得路面的抗滑性能略有提高，建造成本低于微表處、與霧封層相當(dāng)，薄層厚度在3~5 mm之間。高性能薄漿封層可對(duì)瀝青路面施工控制存在的結(jié)構(gòu)性質(zhì)量缺陷及工藝性缺陷（如級(jí)配狀況局部偏離、空隙率偏大、局部面層離析、瀝青面層固有滲漏特性等）進(jìn)行彌補(bǔ)與修復(fù)，提高抗滑結(jié)構(gòu)層的密水性，從而有效防止面層結(jié)構(gòu)早期水損害，對(duì)于南方多雨地區(qū)預(yù)防早期水損害有顯著效果。此外瀝青面層的高密水性，有利于保證碎石與瀝青之間的粘附性能，為就地取材（特別是就近取用酸性碎石作為面層主要材料）提供了有利條件，可避免長(zhǎng)途遠(yuǎn)運(yùn)表面層材料的浪費(fèi)現(xiàn)象，降低施工成本。

目前，國(guó)內(nèi)外養(yǎng)護(hù)工作者們對(duì)于薄層類修復(fù)材料的研究還比較有限，對(duì)于瀝青原材料的選擇、合理的組成配方、灑布量以及施工設(shè)備的改造方面仍然沒(méi)有標(biāo)準(zhǔn)可依，應(yīng)用效果還未達(dá)到預(yù)期，還有很多需要研究和改進(jìn)。

2.1 高性能抗老化薄層修復(fù)材料設(shè)計(jì)與路用性能

2.1.1 材料組成設(shè)計(jì)

（1）乳液開(kāi)發(fā)

高性能抗老化薄漿修復(fù)乳液是由基質(zhì)瀝青、抗老化劑、聚合物、膠粉、乳化劑、硅膠等組成的瀝青復(fù)合乳液。基質(zhì)瀝青選擇較高軟化點(diǎn)的瀝青，采用SBS與PE進(jìn)行復(fù)合改性（添加量均為瀝青質(zhì)量的3%），采用絹云母提高乳液的防紫外線老化性能，為進(jìn)一步提高乳液與瀝青混凝土的粘結(jié)能力，選用硅橡膠乳液進(jìn)行HTP薄層修復(fù)乳液配制。

（2）集料、水和添加劑

集料的級(jí)配應(yīng)該根據(jù)集料、乳液、各種添加劑的多種試驗(yàn)來(lái)確定。集料采用玄武巖砂，機(jī)選，有一定的級(jí)配，粒徑要求在30~70目。

乳液中含水量為40%~60%，一般礦料的含水量約為礦料質(zhì)量的3%~5%，典型的外加水質(zhì)量比范圍是干礦料質(zhì)量的3%~11%，因此性能良好的混合料的總含水量（集料中的水、乳液中的水以及拌合時(shí)的外加水量）應(yīng)控制在干集料重的10%~20%。

添加劑的選取分散型添加劑，可使耐磨集料在乳液中穩(wěn)定懸浮。

2.1.2 路用性能研究

根據(jù)配合比試驗(yàn)確定混合料最佳油石比為10.8%，通過(guò)將拌和好的混合材料攤鋪在路面，研究其路用性能。

（1）抗滑性能

由圖1（b）抗滑測(cè)試結(jié)果可知，與原路面相比，高性能抗老化薄漿封層凝固后的初期抗滑性能提高了30%，3個(gè)月后仍高出20%。高性能抗老化薄漿封層不但比傳統(tǒng)霧封層具有更好的抗滑性能，甚至能改善原路面抗滑效果。

圖1 薄層修復(fù)后路面抗滑表觀(a)及摩擦系數(shù)測(cè)試結(jié)果(b)Fig.1 Test results of anti-skid surface and friction coefficient of pavement after thin layer repair

（2）水損害性能

參照水煮法試驗(yàn)，將粗集料水中浸泡1min后取出立即放入乳液中浸泡1min，將其取出后在室溫下放置1d，待乳液完全破乳固化后將粗集料在微沸狀態(tài)的水中浸煮3min，取出后冷卻并放入常溫水中觀察乳液殘留物對(duì)粗集料的裹覆情況，測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 不同乳液與集料黏附效果Table 1 Adhesion effect of different emulsions and aggregates

前兩種乳液中取出的粗集料表面都均勻地裹覆了一層黑色油膜；但加入了高性能抗老化薄層封漿乳液中取出的粗集料裹覆的油膜要厚且?guī)С龅娜橐阂草^多，乳液粘度也較大。經(jīng)過(guò)水煮后，從傳統(tǒng)霧封層乳化瀝青中取出的粗集料表面油膜不再均勻，總體覆蓋面積大于2/3，而浸入高性能抗老化薄層修復(fù)乳液中的粗集料表面依舊裹覆了一層均勻的油膜，雖然有一定油膜推移，但粘附效果明顯比普通改性乳化瀝青好。

（3）抗老化性能

抗老化性能的研究從熱氧老化、紫外線老化、氣候循環(huán)（溫度濕度）老化三個(gè)方面進(jìn)行測(cè)試。

① 熱氧老化試驗(yàn)

采用瀝青常用的RTFOT和PAV老化試驗(yàn)分析高性能抗老化薄層封漿的抗熱氧老化性能，其測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表2和表3。經(jīng)過(guò)老化試驗(yàn)后，三種材料均出現(xiàn)針入度減小、延度下降及軟化點(diǎn)增高，但高性能抗老化薄層封漿乳液的殘留針入度比較大，其抗老化性能明顯優(yōu)于其他兩種材料。

表2 RTFOT老化試驗(yàn)結(jié)果Table 2 RTFOT aging test results

表3 PAV老化試驗(yàn)結(jié)果Table 3 PAV aging test results

② 紫外光老化試驗(yàn)

采用紫外線老化試驗(yàn)箱模擬長(zhǎng)期紫外老化過(guò)程，可通過(guò)測(cè)試紫外光老化后材料的相對(duì)羰基指數(shù)來(lái)判斷其老化情況，測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表4。根據(jù)測(cè)試結(jié)果，三種材料在老化后，羰基指數(shù)均增大，且隨時(shí)間的增加呈增大的趨勢(shì)，高性能抗老化薄層修復(fù)乳液在老化過(guò)程中生成的羰基含量相對(duì)較少，其抗紫外線老化性能優(yōu)于其他兩種材料。

表4 不同時(shí)間紫外光老化后瀝青羰基指數(shù)Table 4 Carbonyl index of asphalt after UV aging at different times

③ 氣候循環(huán)（溫度濕度）老化試驗(yàn)

通過(guò)模擬瀝青路面在自然環(huán)境（溫度、濕度）下的老化過(guò)程，分析其抗老化性能，結(jié)果如圖2所示。

圖2 高性能抗老化薄層修復(fù)材料耐老化性能測(cè)試對(duì)比Fig.2 Test and comparison of aging resistance of high-performance antiaging thin-layer repair materials

高性能抗老化薄層修復(fù)材料的耐老化性能較好，主要是由于改性硬質(zhì)瀝青中含有耐高溫的礦物質(zhì)，使其抗高溫性增加，且能有效延緩熱量傳導(dǎo)。同時(shí)與原路面中的瀝青相容性好，受水浸泡時(shí)不脫落。此外其體積膨脹隨溫度變化率比基質(zhì)瀝青小，溫度穩(wěn)定性要好，再加上含有橡膠纖維等物質(zhì)，溫度較低時(shí)，能降低其形變能力下降的幅度。

2.2 高性能抗老化薄層修復(fù)材料施工工藝

2.2.1 施工準(zhǔn)備

施工前，原路面需具有足夠的剛度、強(qiáng)度、良好的整體穩(wěn)定性。根據(jù)路況調(diào)查結(jié)果，對(duì)原路面病害進(jìn)行處理，保證表面平整清潔，并對(duì)原有標(biāo)線和路緣石進(jìn)行保護(hù)。施工機(jī)械可采用含砂霧封層設(shè)備。

2.2.2 現(xiàn)場(chǎng)配制與施工工藝

乳液和水的比例為2.5：1，根據(jù)路面實(shí)際情況可進(jìn)行調(diào)整，但須經(jīng)試驗(yàn)確定，兌水比例不宜超過(guò)3：1。高性能抗老化薄漿封層材料的配制過(guò)程主要解決細(xì)砂在體系中的懸浮問(wèn)題，在噴灑過(guò)程中時(shí)刻保持材料均勻無(wú)沉淀現(xiàn)象，具體配制工藝為：打開(kāi)噴灑設(shè)備開(kāi)關(guān)，將乳液導(dǎo)入噴灑裝置中，同時(shí)進(jìn)行攪拌，調(diào)整攪拌器中速運(yùn)轉(zhuǎn)；按照比例加入已經(jīng)稀釋的陶土水溶液，均勻添加玄武巖砂；根據(jù)路面實(shí)際狀況和養(yǎng)護(hù)需求，砂的比例范圍為0%~25%，調(diào)整加砂速度，一般速度為45kg/min；當(dāng)玄武巖砂加入乳液中后，將攪拌容器封閉，攪拌速度調(diào)至最快檔，高速攪拌10min左右，使得砂和乳液充分混合。

混合完成后，進(jìn)行路面劃線，調(diào)整好標(biāo)志桿和尾噴管擋板，以保證行車(chē)順直，保證施工區(qū)域不外擴(kuò)。噴灑量控制范圍為0.5~0.8 kg/m2，厚度在2.0~3.5 mm之間，噴涂速度根據(jù)所需噴灑量確定，在噴灑量為0.8kg/m2時(shí)，行車(chē)速度一般控制在6km/h左右。控制噴灑量重要的是調(diào)整噴灑車(chē)行進(jìn)速度和機(jī)械噴嘴的噴灑速度，牽引車(chē)與噴灑設(shè)備協(xié)調(diào)行進(jìn)，局部或小范圍噴灑可以采用人工或單噴嘴噴灑。

施工時(shí)應(yīng)對(duì)待施工區(qū)域進(jìn)行封閉，禁止車(chē)輛、行人進(jìn)入施工區(qū)域。

施工完成后，應(yīng)對(duì)施工路段進(jìn)行保護(hù)，等待表面干燥之后，將保護(hù)覆蓋層清理干凈，清理過(guò)程中應(yīng)防止破壞已經(jīng)成型的路面。

開(kāi)放交通時(shí)間應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)具體情況來(lái)確定，一般用手輕輕拍路面，手上不粘瀝青時(shí)即可開(kāi)放交通。在材料允許的氣候條件下，溫度7℃以上，濕度低于60%的情況下，一般施工完成后2~3h即可開(kāi)放交通。

3 總結(jié)

通過(guò)分析瀝青路面預(yù)防性養(yǎng)護(hù)技術(shù)，結(jié)合含砂霧封層、微表處等技術(shù)優(yōu)勢(shì)，開(kāi)發(fā)出高性能抗老化薄層修復(fù)乳液，并對(duì)其現(xiàn)場(chǎng)配置和施工工藝進(jìn)行研究。

（1）與傳統(tǒng)預(yù)防性養(yǎng)護(hù)技術(shù)相比，高性能抗老化薄漿封層凝固后初期抗滑性能提高了30%，與集料的裹覆性較好，乳液的殘留針入度比較傳統(tǒng)材料大，表明其抗滑性能、與集料的粘附性、抗老化性能得到改善。

（2）乳液和水的比例為2.5：1，最大不超過(guò)3：1，砂的摻配比例根據(jù)路面實(shí)際狀況和養(yǎng)護(hù)需求而定，其范圍一般為0%~25%。

（3）混合料噴灑量控制范圍為0.5~0.8 kg/m2，厚度在2.0~3.5 mm之間，其效果較好。