含砂霧封層技術(shù)預(yù)防性養(yǎng)護(hù)效果分析

摘要 含砂霧封層技術(shù)是一種瀝青路面早期預(yù)防性養(yǎng)護(hù)技術(shù)，目前國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上生產(chǎn)的含砂霧封層膠結(jié)料的種類很多，材料的各項(xiàng)指標(biāo)及需要參配的添加劑、細(xì)集料不相同，再加上各地區(qū)氣候特點(diǎn)不同，原路面技術(shù)狀況差異較大，往往很難達(dá)到滿意的實(shí)施效果。文章主要通過(guò)正交試驗(yàn)進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)，確定合適的灑布量，利用研究結(jié)果在國(guó)道G106線龍歸路段進(jìn)行試驗(yàn)段鋪筑，結(jié)合試驗(yàn)路段施工前后路面技術(shù)狀況檢測(cè)情況，對(duì)比分析評(píng)價(jià)含砂霧封層技術(shù)的實(shí)施效果。

關(guān)鍵詞 含砂霧封層；瀝青路面；預(yù)防性養(yǎng)護(hù)；效果分析

中圖分類號(hào) U416.217 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 2096-8949（2023）08-0059-03

0 引言

近年來(lái)，我國(guó)公路建設(shè)規(guī)模的飛速增長(zhǎng)，極大地推動(dòng)了社會(huì)經(jīng)濟(jì)的蓬勃發(fā)展。隨著時(shí)間的推移和設(shè)施總量的增加，我國(guó)公路養(yǎng)護(hù)需求呈現(xiàn)快速增長(zhǎng)的趨勢(shì)，大量早期修建的公路陸續(xù)進(jìn)入改擴(kuò)建及大中修養(yǎng)護(hù)階段，養(yǎng)護(hù)任務(wù)逐年增加[1]。因此，為了讓公路保持良好的技術(shù)狀況，公路管養(yǎng)部門需要轉(zhuǎn)變以往的養(yǎng)護(hù)觀念，建立健全科學(xué)的公路養(yǎng)護(hù)機(jī)制，對(duì)于在公路使用壽命的不同時(shí)期出現(xiàn)的病害問(wèn)題，有針對(duì)性地提出養(yǎng)護(hù)措施，早發(fā)現(xiàn)問(wèn)題早處理，不要錯(cuò)過(guò)了最佳的養(yǎng)護(hù)時(shí)機(jī)，否則將會(huì)導(dǎo)致無(wú)形中提高公路養(yǎng)護(hù)的資金成本，增加財(cái)政部門壓力[2-4]。該文通過(guò)含砂霧封層技術(shù)在國(guó)道G106線龍歸路段的試驗(yàn)研究，為工程技術(shù)人員在瀝青路面預(yù)防性養(yǎng)護(hù)技術(shù)選擇和應(yīng)用提供了參考。

1 含砂霧封層技術(shù)適用條件

含砂霧封層是一種延緩路面發(fā)生破壞時(shí)間的早期預(yù)防性養(yǎng)護(hù)措施，適用于有輕微病害、存在病害隱患或尚未出現(xiàn)病害，路面技術(shù)狀況良以上且結(jié)構(gòu)強(qiáng)度滿足要求的瀝青路面。根據(jù)《公路瀝青路面養(yǎng)護(hù)技術(shù)規(guī)范》（JTG5142—2019），含砂霧封層適用于表面有松散麻面、滲水、瀝青老化且抗滑性能較好的瀝青路面，但不適用于由酸性巖石、鵝卵石等破碎集料鋪筑的瀝青路面。其適用的各等級(jí)公路路況水平應(yīng)符合表1的規(guī)定[5]。

2 試驗(yàn)路段選擇

國(guó)道G106線是廣州市白云區(qū)重要的交通主干道之一，車流量大。2015年底，國(guó)道G106線K2414+268～

K2434+778廣州市白云區(qū)路段已完成了瀝青路面升級(jí)改造。2018年11月，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)勘查，發(fā)現(xiàn)上述路段又出現(xiàn)了一定程度老化，局部存在松散、微裂縫等病害，為防止微小病害進(jìn)一步擴(kuò)大，確保路面始終處于良好的服務(wù)狀態(tài)，應(yīng)及時(shí)對(duì)該路段采取預(yù)防性養(yǎng)護(hù)措施。為科學(xué)論證含砂霧封層技術(shù)預(yù)防性養(yǎng)護(hù)效果，故選擇國(guó)道G106線K2425+980～K2426+560為含砂霧封層技術(shù)試驗(yàn)路段。

在使用含砂霧封層技術(shù)對(duì)瀝青路面進(jìn)行預(yù)防性養(yǎng)護(hù)前，需要對(duì)原路面的技術(shù)狀況進(jìn)行評(píng)定。根據(jù)《公路路基路面現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試規(guī)程》（JTGE60—2008）相關(guān)要求，對(duì)該路段的路面技術(shù)狀況進(jìn)行檢測(cè)。檢測(cè)結(jié)果表明，該試驗(yàn)路段路面狀況指數(shù)PCI平均值為96.6，路面行駛質(zhì)量指數(shù)RQI平均值為91.8，路面車轍深度指數(shù)RDI平均值為91.4，路面抗滑性能指數(shù)SRI平均值為96.3。雖然存在少量裂縫等病害，但試驗(yàn)段路面各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)評(píng)價(jià)等級(jí)均為優(yōu)，符合含砂霧封層技術(shù)適用條件。

3 原材料選擇

按照《公路瀝青路面養(yǎng)護(hù)技術(shù)規(guī)范》（JTG5142—2019）關(guān)于含砂霧封層材料的要求選擇原材料：

3.1 細(xì)粒砂

可采用金剛砂、石英砂或者機(jī)制砂（宜選用優(yōu)質(zhì)玄武巖生產(chǎn)），細(xì)度要求30～50目。

3.2 水

可摻入一定比例的水，應(yīng)符合三類及三類以上水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。

3.3 膠結(jié)料

含砂霧封層膠結(jié)料應(yīng)具有良好的滲透性和黏附性，符合表2的規(guī)定。

3.4 添加劑

可根據(jù)實(shí)際路況和施工需求，適量加入添加劑，未經(jīng)試驗(yàn)驗(yàn)證的添加劑不能使用。

4 配合比設(shè)計(jì)

含砂霧封層是采用專用高壓噴灑設(shè)備將乳化后的瀝青材料以及其他重要物質(zhì)、高分子聚合材料、含砂材料、催化反應(yīng)試劑混合使用于瀝青路面，從而形成保護(hù)薄膜?，F(xiàn)在我國(guó)制造此類封層材料的廠家居多，可選用的細(xì)粒砂包括石英砂、金剛砂或玄武巖砂（機(jī)制砂）等，并且此種材料的黏性將會(huì)影響整個(gè)養(yǎng)護(hù)過(guò)程，還會(huì)導(dǎo)致施工后公路性能的改變。材料的黏度值是與進(jìn)行噴灑的機(jī)器相互聯(lián)系的，往往憑經(jīng)驗(yàn)確定膠結(jié)料用量、細(xì)粒砂用量和用水量，缺少針對(duì)適應(yīng)當(dāng)?shù)貧夂蛱攸c(diǎn)以及路況實(shí)際情況而進(jìn)行的科學(xué)配合比設(shè)計(jì)，從而大大影響了含砂霧封層技術(shù)的使用效果。含砂霧封層材料的配合比主要考慮用砂量與用水量?jī)蓚€(gè)因素變量，對(duì)兩個(gè)變量進(jìn)行正交試驗(yàn)研究，從而確定含砂霧封層材料的最佳配合比。

4.1 用水量

流體運(yùn)動(dòng)過(guò)程中會(huì)由于相對(duì)性摩擦產(chǎn)生牛頓阻力，出現(xiàn)流體黏度。黏滯力便是將物體黏度呈現(xiàn)出來(lái)的信息，并由外界因素和自身屬性的改變而改變。材料黏性對(duì)含砂霧封層施工具有極大影響，而且材料黏性與噴灑設(shè)備存在著一定聯(lián)系。

黏度是在工業(yè)各領(lǐng)域最為廣泛使用的實(shí)驗(yàn)參數(shù)，黏度的測(cè)量遍及工業(yè)領(lǐng)域各個(gè)角落，雖然大部分不同的測(cè)試規(guī)范在數(shù)據(jù)上可以簡(jiǎn)單換算，但對(duì)于同行的數(shù)據(jù)比對(duì)就很不方便，而KU-2是專用于涂料行業(yè)的黏度測(cè)試儀器，該文對(duì)含砂霧封層混合料黏度測(cè)定采用的是KU-2黏度計(jì)。

根據(jù)實(shí)際施工經(jīng)驗(yàn)，如果施工的時(shí)候含砂霧封層混合料的黏度值小于65 KU，混合料可能出現(xiàn)懸砂，甚至沉砂現(xiàn)象，效果不是很好。如果黏度超過(guò)70 KU，混合料的黏度就會(huì)顯得偏稠，這樣的話也會(huì)影響霧化噴灑施工，容易出現(xiàn)噴嘴堵塞現(xiàn)象。因此，含砂霧封層混合料黏度值控制在66～70（KU值）之間，混合料能夠從噴嘴流出并達(dá)到良好的霧化效果。因此，可通過(guò)試驗(yàn)得出黏度－用水量曲線關(guān)系，計(jì)算出最佳黏度為67.5時(shí)的用水量從而確定最佳用水量。

4.2 用砂量

細(xì)砂作為含砂霧封層的材料，其主要作用是填充原路面空隙當(dāng)中，增大路面與車輪之間的摩擦。用砂量與路面抗滑性能息息相關(guān)，并不是用砂量越多，路面抗滑性能就越高。實(shí)際施工中可以發(fā)現(xiàn)，如果用砂量過(guò)多，不僅會(huì)浪費(fèi)材料還會(huì)導(dǎo)致路面附著大量松動(dòng)的細(xì)砂，反而會(huì)降低路面的抗滑性能；反之，如果用砂量過(guò)少，也會(huì)導(dǎo)致路面的抗滑性能達(dá)不到抗滑要求。

由于路面行駛車輛的輪胎與路面棱角處直接接觸，時(shí)間長(zhǎng)了會(huì)出現(xiàn)部分磨耗現(xiàn)象，但是如果接觸面材料短時(shí)間內(nèi)磨耗掉，則說(shuō)明材料與集料的黏附性和耐磨性能較差，可以采用浸水磨耗試驗(yàn)來(lái)評(píng)價(jià)含砂霧封層材料的耐磨性能。根據(jù)《瀝青路面霧封層材料乳化瀝青類薄漿封層》（JT//T1330—2020）相關(guān)要求，乳化瀝青類薄漿封層材料按照施工配合比混合后，應(yīng)符合濕輪磨耗試驗(yàn)?zāi)ズ闹? d≤350 g/m2技術(shù)要求，故可以確定最佳用砂量。

5 確定灑布量

控制灑布量是含砂霧封層的施工工藝關(guān)鍵因素。灑布量是由原路面的技術(shù)狀況所決定的，包括原路面的構(gòu)造深度、路面病害狀況等因素。施工過(guò)程中如果噴灑量過(guò)多，不但提高了用料成本，還容易導(dǎo)致路面構(gòu)造深度降低，從而降低了路面摩擦系數(shù)；反之，如果噴灑量過(guò)少或是噴灑不均勻，則會(huì)降低路面空隙的填充率。

通過(guò)浸水磨耗試驗(yàn)，可以得出不同構(gòu)造深度的試件表面浸水磨耗值會(huì)隨著灑布量的增大呈下降后上升的趨勢(shì)，浸水磨耗值最低點(diǎn)對(duì)應(yīng)的灑布量故為適宜灑布量。

6 施工作業(yè)

6.1 檢驗(yàn)原材料，調(diào)試設(shè)備

施工前對(duì)原材料進(jìn)行檢測(cè)，是否符合相關(guān)規(guī)范要求；檢查機(jī)械設(shè)備，確保處于良好狀態(tài)；對(duì)施工路段進(jìn)行保潔，清掃路面雜物；用塑料膠膜對(duì)道路標(biāo)線進(jìn)行保護(hù)，噴灑作業(yè)完成后清理膠膜。

6.2 提前處理原路面輕微病害

對(duì)原路面輕微裂縫或局部坑槽進(jìn)行修復(fù)。

6.3 施工步驟

將含砂霧封層混合材料攪拌均勻后放入噴灑設(shè)備容器罐內(nèi)；噴灑前再次進(jìn)行攪拌約30 min；正式噴灑前進(jìn)行試噴，通過(guò)試噴確定噴灑量、作業(yè)時(shí)速，確保噴灑材料均勻分布在路面上；如果進(jìn)行兩層施工，待噴灑第一層后養(yǎng)生1～2 h后（一般情況下為1～2 h后，視具體天氣情況調(diào)整），干燥后可噴灑第二層。施工完畢后，由專門人員維持后期的交通秩序。當(dāng)路面表干后，揭去覆蓋在交通標(biāo)志線上的塑料膠膜后，方可開(kāi)放交通。

7 預(yù)防性養(yǎng)護(hù)效果分析及結(jié)論

國(guó)內(nèi)對(duì)含砂霧封層使用效果的評(píng)價(jià)方法基本上是以對(duì)比施工前后路段的摩擦系數(shù)、滲水系數(shù)和構(gòu)造深度這三個(gè)指標(biāo)為主，周期較短，缺少對(duì)含砂霧封層施工路段和未施工路段的橫向路況對(duì)比。這可能與我們公路管理單位長(zhǎng)期存在“重建設(shè)輕養(yǎng)護(hù)”的現(xiàn)象有關(guān)，對(duì)養(yǎng)護(hù)的重視程度不夠，忽略長(zhǎng)期預(yù)防性效果跟蹤評(píng)價(jià)。

7.1 施工前后效果分析

在含砂霧封層試驗(yàn)段施工前和施工完成后半個(gè)月分別進(jìn)行了相關(guān)技術(shù)指標(biāo)檢測(cè)。檢測(cè)內(nèi)容包括路面構(gòu)造深度、路面滲水系數(shù)、路面摩擦系數(shù)以及外觀檢查。

試驗(yàn)段施工前檢測(cè)結(jié)果：構(gòu)造深度TD平均值為0.95 mm，標(biāo)準(zhǔn)差S為0.05 mm，變異系數(shù)Cv為5.3%；路面滲水系數(shù)測(cè)試值為0，均不滲水；摩擦系數(shù)平均擺值FB20為66 BPN，標(biāo)準(zhǔn)差S為2.48 BPN，變異系數(shù)Cv為3.8%。

試驗(yàn)段施工后半個(gè)月檢測(cè)結(jié)果：構(gòu)造深度TD平均值為0.87 mm，標(biāo)準(zhǔn)差S為0.05 mm，變異系數(shù)Cv為5.7%；滲水系數(shù)測(cè)試值為0，均不滲水；摩擦系數(shù)平均擺值FB20為51 BPN，標(biāo)準(zhǔn)差S為2.04 BPN，變異系數(shù)Cv為4.0%。

實(shí)施預(yù)防性養(yǎng)護(hù)后，該試驗(yàn)段路面構(gòu)造深度平均值下降了0.08 mm，瀝青路面摩擦系數(shù)平均擺值下降了15 BPN，由此可以得出施工后短期內(nèi)路面抗滑性能有所下降。另外，施工前后該試驗(yàn)段的瀝青路面滲水系數(shù)均為不滲水，抗?jié)B水性能較好。

7.2 長(zhǎng)期跟蹤觀測(cè)效果分析

為了進(jìn)一步驗(yàn)證含砂霧封層技術(shù)對(duì)瀝青路面的長(zhǎng)期改善效果，在試驗(yàn)段施工完成后，按一定周期（施工后3個(gè)月、6個(gè)月、9個(gè)月、12個(gè)月、15個(gè)月為檢驗(yàn)周期），對(duì)同路段做含砂霧封層與未做含砂霧封層瀝青路面進(jìn)行構(gòu)造深度和抗滑性能跟蹤檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果如圖1～2所示。由于試驗(yàn)段和未施工路段的滲水系數(shù)檢測(cè)結(jié)果均不滲水，故不再進(jìn)行抗?jié)B水性能分析。

從路面構(gòu)造深度長(zhǎng)期跟蹤檢測(cè)結(jié)果和路面摩擦系數(shù)長(zhǎng)期跟蹤檢測(cè)結(jié)果可以得出，路面構(gòu)造深度和路面抗滑擺值均呈現(xiàn)短期內(nèi)降低，然后回升，再降低的變化特征。主要是因?yàn)樵谑┕ず蠖唐趦?nèi)，含砂霧封層材料附著在路面，形成了一層保護(hù)膜，導(dǎo)致短期內(nèi)路面摩擦系數(shù)明顯降低，但在行車荷載的反復(fù)作用下，路面保護(hù)膜不斷被破壞，路面抗滑性能才慢慢恢復(fù)。

8 結(jié)論

常用的預(yù)防性養(yǎng)護(hù)措施還包括稀漿封層、碎石封層、微表處等措施，應(yīng)根據(jù)路面技術(shù)狀況及損壞類型、交通量大小及組成、氣候條件、外觀質(zhì)量要求等因素進(jìn)行合理確定。通過(guò)試驗(yàn)路段長(zhǎng)期跟蹤觀測(cè)驗(yàn)證，含砂霧封層技術(shù)具備以下幾個(gè)特點(diǎn)：

（1）能快速黑化路面，使路面標(biāo)線更加清晰醒目，在一定程度上增強(qiáng)了駕駛?cè)藛T的視覺(jué)舒適感，提高了車輛出行的安全性。

（2）施工方便快捷，單層施工只需圍蔽2～3 h即可開(kāi)放交通，極大縮短了占道施工作業(yè)的時(shí)間，減少了對(duì)道路交通的影響。

（3）施工全過(guò)程均為冷施工操作，無(wú)需加熱，不產(chǎn)生廢料，避免了加熱瀝青造成的環(huán)境污染。

由于時(shí)間限制和個(gè)人研究水平有限，相關(guān)檢測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)比分析仍不夠嚴(yán)謹(jǐn)，只針對(duì)同一車道采用含砂霧封層技術(shù)施工前后路面技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行了對(duì)比分析，未對(duì)相鄰車道進(jìn)行路面狀況指數(shù)PCI等路面技術(shù)狀況指標(biāo)橫向?qū)Ρ扰c分析，進(jìn)一步評(píng)價(jià)含砂霧封層技術(shù)長(zhǎng)期預(yù)防性養(yǎng)護(hù)效果。

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