瀝青路面預防性養護技術開發與應用研究

郭樹春

（北京城建十六建筑工程有限責任公司，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，經過多年使用會出現瀝青老化、車轍、裂縫、坑槽等病害，且病害的發展較迅速，嚴重影響行車安全和舒適性[1-3]。

傳統的道路養護觀念為“壞了再修”，而預防性養護措施是在路面的壽命周期內，在路面出現結構性破壞之前就對路面進行養護。這種"預支費用"的方式較之傳統的“非修不可”要節省很多[4-5]。

瀝青路面使用壽命范圍內，對路面維修、養護措施的時間越晚，則后期需要的維修養護成本越高；而在恰當的時間對路面采取預防性養護措施會大大減少瀝青路面在運營期間的成本費用[6-7]。

預防性養護措施是一種主動養護行為，在瀝青路面使用一段時間后，在未出現或已出現局部的早期病害時，對瀝青路面進行有計劃的采取預防性養護措施，道路可在后期很長一段時間內保持較好的路面質量，而在此期間只需進行日常養護管理。目前國內常見的預防性養護技術，如霧封層[8-9]、微表處[10-11]、薄層罩面[12-13]、瀝青碎石封層等，但這些技術都有各自的優缺點和適用條件。其實，在這一階段，最有效的方法是“霧封層技術”，即“FOG SEAL”，且它的費用非常的低廉。此外，對路面進行預防性養護的成本可在后期進行分攤。我國瀝青路面常規的中修小補費用約為50~70元/m2，而大修則高達200元/m2以上。因此，對瀝青路面進行預防性養護措施具有良好的經濟性。

2 高性能抗老化薄層修復技術

以高性能乳液和級配細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、修補微小裂縫等方面，其結合了霧封層的封水效果和微表處的優勢，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，薄層厚度在3~5 mm之間。高性能薄漿封層可對瀝青路面施工控制存在的結構性質量缺陷及工藝性缺陷（如級配狀況局部偏離、空隙率偏大、局部面層離析、瀝青面層固有滲漏特性等）進行彌補與修復，提高抗滑結構層的密水性，從而有效防止面層結構早期水損害，對于南方多雨地區預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，可避免長途遠運表面層材料的浪費現象，降低施工成本。

目前，國內外養護工作者們對于薄層類修復材料的研究還比較有限，對于瀝青原材料的選擇、合理的組成配方、灑布量以及施工設備的改造方面仍然沒有標準可依，應用效果還未達到預期，還有很多需要研究和改進。

2.1 高性能抗老化薄層修復材料設計與路用性能

2.1.1 材料組成設計

（1）乳液開發

高性能抗老化薄漿修復乳液是由基質瀝青、抗老化劑、聚合物、膠粉、乳化劑、硅膠等組成的瀝青復合乳液。基質瀝青選擇較高軟化點的瀝青，采用SBS與PE進行復合改性（添加量均為瀝青質量的3%），采用絹云母提高乳液的防紫外線老化性能，為進一步提高乳液與瀝青混凝土的粘結能力，選用硅橡膠乳液進行HTP薄層修復乳液配制。

（2）集料、水和添加劑

集料的級配應該根據集料、乳液、各種添加劑的多種試驗來確定。集料采用玄武巖砂，機選，有一定的級配，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量的3%~5%，典型的外加水質量比范圍是干礦料質量的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的外加水量）應控制在干集料重的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定懸浮。

2.1.2 路用性能研究

根據配合比試驗確定混合料最佳油石比為10.8%，通過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）抗滑測試結果可知，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個月后仍高出20%。高性能抗老化薄漿封層不但比傳統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 薄層修復后路面抗滑表觀(a)及摩擦系數測試結果(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，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粗集料的裹覆情況，測試結果見表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帶出的乳液也較多，乳液粘度也較大。經過水煮后，從傳統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（溫度濕度）老化三個方面進行測試。

① 熱氧老化試驗

采用瀝青常用的RTFOT和PAV老化試驗分析高性能抗老化薄層封漿的抗熱氧老化性能，其測試結果見表2和表3。經過老化試驗后，三種材料均出現針入度減小、延度下降及軟化點增高，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于其他兩種材料。

表2 RTFOT老化試驗結果Table 2 RTFOT aging test results

表3 PAV老化試驗結果Table 3 PAV aging test results

② 紫外光老化試驗

采用紫外線老化試驗箱模擬長期紫外老化過程，可通過測試紫外光老化后材料的相對羰基指數來判斷其老化情況，測試結果見表4。根據測試結果，三種材料在老化后，羰基指數均增大，且隨時間的增加呈增大的趨勢，高性能抗老化薄層修復乳液在老化過程中生成的羰基含量相對較少，其抗紫外線老化性能優于其他兩種材料。

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

③ 氣候循環（溫度濕度）老化試驗

通過模擬瀝青路面在自然環境（溫度、濕度）下的老化過程，分析其抗老化性能，結果如圖2所示。

圖2 高性能抗老化薄層修復材料耐老化性能測試對比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材料的耐老化性能較好，主要是由于改性硬質瀝青中含有耐高溫的礦物質，使其抗高溫性增加，且能有效延緩熱量傳導。同時與原路面中的瀝青相容性好，受水浸泡時不脫落。此外其體積膨脹隨溫度變化率比基質瀝青小，溫度穩定性要好，再加上含有橡膠纖維等物質，溫度較低時，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材料施工工藝

2.2.1 施工準備

施工前，原路面需具有足夠的剛度、強度、良好的整體穩定性。根據路況調查結果，對原路面病害進行處理，保證表面平整清潔，并對原有標線和路緣石進行保護。施工機械可采用含砂霧封層設備。

2.2.2 現場配制與施工工藝

乳液和水的比例為2.5：1，根據路面實際情況可進行調整，但須經試驗確定，兌水比例不宜超過3：1。高性能抗老化薄漿封層材料的配制過程主要解決細砂在體系中的懸浮問題，在噴灑過程中時刻保持材料均勻無沉淀現象，具體配制工藝為：打開噴灑設備開關，將乳液導入噴灑裝置中，同時進行攪拌，調整攪拌器中速運轉；按照比例加入已經稀釋的陶土水溶液，均勻添加玄武巖砂；根據路面實際狀況和養護需求，砂的比例范圍為0%~25%，調整加砂速度，一般速度為45kg/min；當玄武巖砂加入乳液中后，將攪拌容器封閉，攪拌速度調至最快檔，高速攪拌10min左右，使得砂和乳液充分混合。

混合完成后，進行路面劃線，調整好標志桿和尾噴管擋板，以保證行車順直，保證施工區域不外擴。噴灑量控制范圍為0.5~0.8 kg/m2，厚度在2.0~3.5 mm之間，噴涂速度根據所需噴灑量確定，在噴灑量為0.8kg/m2時，行車速度一般控制在6km/h左右。控制噴灑量重要的是調整噴灑車行進速度和機械噴嘴的噴灑速度，牽引車與噴灑設備協調行進，局部或小范圍噴灑可以采用人工或單噴嘴噴灑。

施工時應對待施工區域進行封閉，禁止車輛、行人進入施工區域。

施工完成后，應對施工路段進行保護，等待表面干燥之后，將保護覆蓋層清理干凈，清理過程中應防止破壞已經成型的路面。

開放交通時間應根據現場具體情況來確定，一般用手輕輕拍路面，手上不粘瀝青時即可開放交通。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即可開放交通。

3 總結

通過分析瀝青路面預防性養護技術，結合含砂霧封層、微表處等技術優勢，開發出高性能抗老化薄層修復乳液，并對其現場配置和施工工藝進行研究。

（1）與傳統預防性養護技術相比，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3：1，砂的摻配比例根據路面實際狀況和養護需求而定，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。