CAP瀝青還原劑防治水損害的預(yù)防性養(yǎng)護(hù)應(yīng)用研究

王建章 章金橋 寧 軍

（1.武漢市公路管理處 武漢 430051；2.蔡甸區(qū)公路管理局 蔡甸 430100）

瀝青路面在使用過(guò)程中，在光、水、空氣等各種因素的作用下，路面容易產(chǎn)生老化現(xiàn)象，進(jìn)而導(dǎo)致路面產(chǎn)生裂縫、網(wǎng)裂、龜裂、麻面、脫皮、松散與坑槽等路面病害，并進(jìn)一步發(fā)展為結(jié)構(gòu)性破壞等水損害［1］。湖北省潮濕多雨，夏季嚴(yán)熱，冬季寒冷，境內(nèi)大部分為山區(qū)丘陵，氣候條件對(duì)瀝青路面非常不利，很容易導(dǎo)致瀝青路面的老化和水損害，對(duì)瀝青路面進(jìn)行預(yù)防性養(yǎng)護(hù)尤其顯得重要［2－4］。因此，針對(duì)我省的氣候條件和通常采用的瀝青路面表面層結(jié)構(gòu)，本文在我省蔡城公路開(kāi)展了用“魁道CAP瀝青還原劑”來(lái)進(jìn)行預(yù)防性養(yǎng)護(hù)的應(yīng)用研究，以尋求一種經(jīng)濟(jì)、實(shí)用、快捷、方便的預(yù)防性養(yǎng)護(hù)方式。

1 完全封層室內(nèi)試驗(yàn)研究

1.1 “魁道完全封層”機(jī)理

瀝青路面的裂縫區(qū)域是脆弱的［5］，任何損傷勢(shì)必帶來(lái)裂縫更大更快的惡化，而裂縫里的石粒對(duì)裂縫壁起著重要的支撐作用，見(jiàn)圖1。

圖1 荷載力的分解

為了防止和減少裂縫在輪載沖擊時(shí)裂縫兩邊的塌裂，在裂縫的封閉過(guò)程中，應(yīng)防止機(jī)械外力惡化裂縫的結(jié)構(gòu)。使用無(wú)損傷的工藝對(duì)裂縫封閉的同時(shí)還起著防止裂縫惡化的作用，對(duì)較寬的裂縫應(yīng)撒上適當(dāng)?shù)乃槭a(chǎn)生擠嵌連結(jié)作用，即封閉裂縫的同時(shí)，把外力在裂縫上產(chǎn)生的集中沖擊力轉(zhuǎn)化為對(duì)裂縫壁的支撐力，達(dá)到防止裂縫崩塌的效果。

同時(shí)，必須把可見(jiàn)裂縫、孔隙、微裂等滲水通道都封閉。在具體的工程實(shí)踐中，要把看得見(jiàn)的裂縫用膠質(zhì)材料進(jìn)行封閉后，再把周圍的微裂縫、孔隙等可能滲水的通道用有滲透性和粘結(jié)性的材料進(jìn)行封閉，形成防水層，達(dá)到完全封閉的效果。例如，傳統(tǒng)的“灌縫”等裂縫處治方法，沒(méi)有綜合處治裂縫區(qū)域的松散和細(xì)微裂縫，對(duì)裂縫區(qū)域的防水不完全，成為裂縫病害處治無(wú)效的主要原因。

“魁道完全封層”是通過(guò)“魁道壓縫帶”與“魁道CAP瀝青還原劑”共同作用，封閉瀝青層所有可能的進(jìn)水通道，徹底切斷水的來(lái)源，從而達(dá)到避免或推遲瀝青層受到損壞的目的。

1.2 壓縫帶及其性能

壓縫帶主要由改性瀝青、高強(qiáng)粘結(jié)材料、高強(qiáng)纖維、抗老化劑、抗剝落劑等材料組成。

1.2.1 高低溫性能

（1）壓縫帶軟化點(diǎn)和耐高溫性能的測(cè)試。根據(jù)《瀝青軟化點(diǎn)試驗(yàn)（環(huán)球法）》T0606－2000方法測(cè)試，結(jié)果＞100℃。

在55，60，65，70，75，80 ℃下，把壓縫帶放置于烤箱中各24h，測(cè)量其減少的高度，測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 壓縫帶耐高溫性能測(cè)試

（2）壓縫帶低溫彈性測(cè)試。把壓縫帶試件放置在如下溫度：5，0，－5，－10，－15℃各24h，然后每個(gè)試件沿著1m直徑的半圓彎曲，在測(cè)量彎度后，檢驗(yàn)開(kāi)裂和偏移，測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 壓縫帶低溫彈性測(cè)試

根據(jù)以上測(cè)試結(jié)果，可以證明壓縫帶材料具有良好的高低溫性能，保證壓縫帶在應(yīng)用到路面上以后，高溫不粘車輪，低溫不開(kāi)裂。

1.2.2 壓縫帶力學(xué)性能

（1）壓縫帶粘接力和延度測(cè)試。在打毛的水泥板上涂普通瀝青粘結(jié)油，把切成4cm×4cm尺寸的壓縫帶，用環(huán)氧樹(shù)脂粘貼在試件上。中等程度加熱壓縫帶后放置到水泥板上。然后把水泥板置于測(cè)試機(jī)中，進(jìn)行力度為200N的拉伸測(cè)試。結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 壓縫帶粘結(jié)力和延度測(cè)試

（2）壓縫帶水密性測(cè)試。試件尺寸為25mm×40mm，用壓縫帶連接水泥預(yù)制管，管內(nèi)徑是100 mm，表面涂上底油。在建筑預(yù)制件的兩端用壓縫帶粘結(jié)上金屬塊。用螺栓給整個(gè)預(yù)制件加壓，另一端有壓力表，連接進(jìn)水和空氣輸出，溫度為20℃，時(shí)間為15min。測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 壓縫帶水密性測(cè)試

從壓縫帶力學(xué)性能的測(cè)試結(jié)果，可以證明壓縫帶材料具有良好的粘結(jié)力和延展性，保證壓縫帶緊密粘結(jié)在裂縫面上，在裂縫變化、車輪荷載和水的作用下不會(huì)脫落，同時(shí)保證良好的隔水效果。

1.3 CAP瀝青還原劑及其性能

CAP瀝青還原劑為含活化物的雙組份冷混合瀝青還原劑，對(duì)老化的瀝青路面、橋面進(jìn)行滲透和粘接，激活老化膠質(zhì)和恢復(fù)其原有性能。本試驗(yàn)通過(guò)室內(nèi)老化試驗(yàn)?zāi)M瀝青在路面使用過(guò)程中的老化，然后對(duì)比原樣瀝青、老化瀝青和摻入不同摻量CAP的老化瀝青的性能指標(biāo)，從而檢驗(yàn)CAP對(duì)老化瀝青的還原性能。

1.3.1 CAP對(duì)道路石油瀝青還原性

原樣瀝青采用較常用的70號(hào)A級(jí)道路石油瀝青，老化瀝青通過(guò)薄膜加熱烘箱制取。老化后瀝青及技術(shù)指標(biāo)見(jiàn)表5。

表5 原樣瀝青老化后性能及技術(shù)要求

分別在老化后的瀝青中加入3%，6%，9%，12%的CAP，攪拌均勻后檢測(cè)瀝青的各項(xiàng)性能指標(biāo)，其結(jié)果匯總見(jiàn)表6。由表6可見(jiàn)，隨著CAP的加入，老化后瀝青的針入度、延度明顯恢復(fù)，甚至達(dá)到和超過(guò)了原樣瀝青的性能，而軟化點(diǎn)卻沒(méi)有出現(xiàn)顯著降低。上述結(jié)果說(shuō)明CAP對(duì)老化后的瀝青有明顯的再生作用，但顯然過(guò)多的摻入CAP會(huì)降低瀝青的高溫性能，而且從性價(jià)比的角度來(lái)考慮也不合適。綜合考慮后，選定CAP摻量為4.5%～11%，還原后的老化瀝青各項(xiàng)性能都能符合《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》（JTG F40－2004）中70號(hào)A級(jí)道路石油瀝青的技術(shù)要求。

表6 瀝青性能試驗(yàn)結(jié)果匯總表

1.3.2 CAP滲透性能試驗(yàn)

根據(jù)馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果確定的礦料級(jí)配和最佳油石比成型車轍試件用于CAP滲透性能試驗(yàn)，為了模擬路面的老化效果，在成型車轍試件前對(duì)改性瀝青進(jìn)行了10h的薄膜老化試驗(yàn)。成型后在試件表面上按0.5kg／m2的用量刷涂CAP，放置30d后，用棉紗粘三氯乙烯把車轍試件表面的瀝青膜擦掉，然后把車轍試件涂有CAP的上表面3 cm切割下來(lái)，最后把試件上表面3cm與下面2 cm的混合料分別用離心分離法抽提，并用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器把瀝青分離出來(lái)分別作針入度、軟化點(diǎn)、延度試驗(yàn)，具體試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表7。

表7 CAP滲透性試驗(yàn)結(jié)果

從上述試驗(yàn)結(jié)果可以看到，車轍試件上部3 cm混合料中的瀝青與車轍試件3cm以下混合料中的瀝青相比：針入度從25增加到了34，增加了36.0%；延度從8cm增加到了15cm，增加了87.5%；軟化點(diǎn)從75℃降到了69℃，僅降低了9.3。這說(shuō)明CAP已滲入到瀝青混合料的內(nèi)部，并對(duì)瀝青混合料中的瀝青起到了明顯的再生作用，同時(shí)對(duì)瀝青的高溫性能沒(méi)有明顯的降低。

通過(guò)上述試驗(yàn)與分析，可以得出“魁道CAP瀝青還原劑”對(duì)瀝青路面具有較強(qiáng)的滲透效果，從而保證了對(duì)瀝青面層一定厚度內(nèi)老化瀝青還原的有效性。

1.4 抗磨砂及其性能

抗磨砂為高強(qiáng)度、耐磨耗的機(jī)制砂研磨料，粒徑一般為0.2～0.5mm。抗磨砂材料可選用碳化硅、棕剛玉、鐵礦砂、金剛砂等磨料，顏色為灰、黑色，經(jīng)過(guò)水力精心篩選，機(jī)械加工，篩選分級(jí)等方法制成的研磨材料，用于改善路面實(shí)施完全封層后的微觀構(gòu)造，從而改善路面抗滑能力。

2 蔡城公路預(yù)防性養(yǎng)護(hù)應(yīng)用研究

蔡城公路于2012年7月在K5＋700－K7＋700對(duì)原路面實(shí)施了CAP同步抗磨砂封層養(yǎng)護(hù)施工，于2012年9月在K7＋700－k9＋800實(shí)施了微表處養(yǎng)護(hù)施工。為了解預(yù)防性養(yǎng)護(hù)施工工藝的效果，本文選取了微表處和CAP施工的相鄰斷面做比較，其中K7＋200～K7＋700為經(jīng)過(guò)CAP同步抗磨砂封層施工的路面，K7＋700～K8＋200為微表處施工的路面。

2014年7月19日對(duì)以上路段進(jìn)行調(diào)查后發(fā)現(xiàn)：微表處處治路面不到2年后，路面出現(xiàn)翻漿、脫塊、網(wǎng)裂、裂縫等病害，見(jiàn)圖2。

圖2 微表處路面病害圖

裂縫的數(shù)量統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表8。

表8 K7＋700～K8＋200段微表處處治路面裂縫統(tǒng)計(jì)

由圖3和表8可見(jiàn)，經(jīng)過(guò)微表處措施后，厚度達(dá)到1cm，通車2年后因各種因素，整個(gè)微表處可能仍是一個(gè)透水層，已經(jīng)失去了保護(hù)原有路面結(jié)構(gòu)的作用，并且經(jīng)實(shí)地行駛，其噪音比原路面要大，影響行車舒適性。

CAP同步抗磨砂封層施工2年后，路面視覺(jué)效果隨著時(shí)間的變化變得有些花，但其對(duì)原有路面的美化作用還是存在的，最主要的是對(duì)原路面結(jié)構(gòu)起到了很好的保護(hù)作用。

經(jīng)CAP同步抗磨砂封層施工2年后路面的裂縫情況見(jiàn)表9。

表9 經(jīng)CAP同步抗磨砂封層施工2年后路面裂縫統(tǒng)計(jì)表

對(duì)比沒(méi)有做預(yù)防性養(yǎng)護(hù)的路面效果來(lái)看，CAP同步抗磨砂封層作為一種高性能超薄封層，它有效地保護(hù)了原有路面，路面裂縫只有微表處的4%，較好地延緩了路面病害的產(chǎn)生。

3 結(jié)論

在舊瀝青路面上實(shí)施CAP同步抗磨砂封層，實(shí)現(xiàn)功能主要體現(xiàn)在：

（1）防治水損害。

（2）通過(guò)耐磨細(xì)集料牢固粘附于舊瀝青路面表面或部分充填空隙，保持或明顯提高原路面表面抗滑能力。

（3）通過(guò)表面涂層吸收紫外線從而保護(hù)瀝青混凝土，延長(zhǎng)瀝青膜老化時(shí)間。

（4）在舊路面上充填封閉已經(jīng)出現(xiàn)的微裂紋，延遲龜裂、網(wǎng)裂及坑洞出現(xiàn)的時(shí)間，避免出現(xiàn)加速損害。

綜上所述，CAP瀝青還原劑對(duì)于南方多雨地區(qū)預(yù)防早期水損害，延長(zhǎng)瀝青路面使用壽命有顯著效果。

［1］ 沙慶林.高速公路瀝青路面早期破壞現(xiàn)象及預(yù)防［M］.北京：人民交通出版社，2008

［2］ 張恒娟.一種瀝青路面預(yù)防性養(yǎng)護(hù)的好方法：表面涂刷瀝再生［J］.中國(guó)市政工程，2002（6）：14－15，29.

［3］ 姚玉林，任 勇，陳拴發(fā).瀝青路面的預(yù)防性養(yǎng)護(hù)時(shí)機(jī)［J］.長(zhǎng)安大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2006（6）：34－38.

［4］ JTJ 073.2－2001公路瀝青路面養(yǎng)護(hù)技術(shù)規(guī)范［S］.北京：人民交通出版社，2001.

［5］ 肖 偉，何健杰，雷 鳴.瀝青路面裂縫修復(fù)新技術(shù)初探［J］.西南公路，2006（1）：29－30.