微表处技术在高速公路养护中的应用

'微表处技术在高速公路养护中的应用摘 要：稀浆封层技术是一种性能优良的路面养护措施。随着聚合物改性乳化沥青的迅猛发展，以及施工技术的改进，又出现了聚合物改性乳化沥青稀浆封层，即微表处。在国外，微表处技术已广泛应用于高速公路的养护，并被证明是一种具有很高性价比的养护措施。而微表处技术在我国高速公路养护中的应用尚处于起步阶段。为此，本研究通过室内试验以及试铺路段，跟踪观测了工程实施后的路用性能，对微表处技术应用条件、实施效果以及应用前景进行了全面的分析。关键词：改性乳化沥青稀浆封层微表处   1. 前言   近年来，我国的公路建设有了快速的发展，已初步形成了一个干支衔接，四通八达的公路网，因此今后的重点必将从新路的建设转向旧路的养护。养护对于路面的使用寿命起着相当重要的作用，并且随着通车里程的增加和行驶速度的提高，这一作用还将更加明显。以往的养护方法，如热沥青修补，热沥青罩面，填缝修补等等，往往成本高而效果差。相比之下，稀浆封层，特别是微表处技术，则显得更为经济有效。   微表处（Micro-Surfacing）是以聚合物改性乳化沥青为粘结料的密级配快凝型冷拌沥青罩面材料【1】，它施工工艺简单，成本低，污染小，不仅可以迅速恢复和改善原沥青路面的磨损、老化、光滑、松散、坑槽等病害，提高沥青路面的行车性能以及可靠性和耐久性，还可以提高原路面的承载力和防病害能力【2】。因此，微表处技术以其优良的使用性能和显著的社会经济效益，在公路养护维修中有着广泛的应用前景。本研究结合国内外的有关试验规程和文献，通过室内试验和试验摊铺对微表处技术进行了较全面的研究，力求为微表处技术的推广应用提供必要的经验。   2. 室内试验研究   2.1 材料的选择    微表处混合料一般由得到认可的改性乳化沥青、集料、填料、水和特定的添加剂按比例拌和而成并在给定的指导下均匀地摊铺在预处理好的路面上。矿料在微表处中起骨架作用，它的最大粒径决定封层的厚度【3】。在中国，玄武岩集料由于坚硬、耐磨、耐久性好，经常用于热沥青路面。但由于其对沥青的粘附性差，因此在稀浆封层和微表处中很少采用。为此，我们采用玄武岩作为骨料，并掺加适量的石灰岩矿粉。这样就使集料具有了满意的耐磨性和良好的粘附性。   用于微表处的集料，必须坚硬、耐磨，不含泥土杂质，砂当量大于65%【3】，同时还应当满足路用石料的各项技术要求。本次试验研究所用集料的各项技术指标见下表： 表1 集料主要技术指标   用于微表处的集料还应符合一定的级配标准[6]。首先，在集料中要有一定数量的粗料起骨架作用。粗料过少将会造成粗细集料之间嵌挤力下降，导致封层强度和高温稳定性降低；其次，需要掺加适当数量的细料以保证稀浆的密实性、粘结性、耐久性和和易性。室内拌和试验和稠度试验表明，如果混合料级配过粗，则由于混合料的孔隙率偏大，拌和时会离析分散，大颗粒沉淀不能形成稠度适宜的粘稠浆体。   为方便微表处的混合料设计，ISSA 推荐了Ⅰ～Ⅲ型级配。本研究采用了Ⅲ型级配[7]（粗封层），混合料级配曲线见下图：图1 混合料级配图    改性乳化沥青是微表处的粘结材料，其质量好坏对封层质量的影响最直接，最明显。改性乳化沥青的特性主要与乳化剂和改性剂的种类有关。本次试验研究采用了慢裂快凝型阳离子乳化剂和SBR 改性剂，改性乳化沥青的技术指标如下表：表2 改性乳化沥青的主要技术指标   本次试验研究所用填料为325 号普通硅酸盐水泥，其主要作用是调节乳化沥青的破乳速率。拌和用水采用自来水。由于本次试验的混合料级配合理，破乳成型时间较理想，故不掺加外加剂。   2.2 乳化沥青用量的确定   通过负荷车轮试验【8】和湿轮磨耗试验【8】，我们得到了合适的沥青乳液用量范围，并根据粘结力试验【8】、拉拔试验的结果初步确定了乳液最佳用量为10%～11%，下表是二者的对比情况：表3 不同乳液用量的稀浆混合料试验结果对比表   从上表可以看出，两种乳液用量的稀浆混合料的试验结果都能较好满足规范ASTM D3910 的要求。考虑到施工影响，最佳沥青乳液用量定为11％。   3. 试验路概况   为检验微表处在高速公路上的使用效果，我们选取了两段沥青路面进行试铺。 1#试验路为国道二级公路，该路段交通量大，重载超载车多。其主要病害为网裂（图2）、横缝（图3）、车辙和光滑，并兼有拥包、坑槽等其它病害。   2#试验路为高速公路，交通量很大，经过6 年的使用，路面的光滑现象严重，并存在轻微的网裂现象。                     图2 网裂                                                          图3 横缝   4. 施工概况   本次施工于2001 年10 月中、下旬进行，施工机械采用阿克苏•诺贝尔HD－10 型稀浆封层机。为检验微表处对各类病害的改善效果，故未对原路面的病害进行预处理。   4.1 施工情况对比   1、天气情况   1#试验路：天气晴朗，有3～4 级微风，气温约20℃～25℃。   2#试验路：阴雨天气，气温约16 ℃～20℃。   2、混合料施工级配   1#试验路：施工级配较室内试验级配稍稍偏细；   2#试验路：施工级配较室内试验级配大为偏细。   3、摊铺效果   1#试验路施工时由于存在少量超径颗粒，且局部摊铺厚度偏薄（6～9mm），因此出现了一些划痕和粗颗粒脱落现象，经人工清扫后，脱粒现象基本消失；2#试验路施工时，为避免出现类似于1#试验路上的划痕和粗颗粒脱落现象，减少了粗颗粒的用量，施工过程中发现，划痕和粗颗粒脱落现象大大减少，摊铺效果明显优于1#试验路。   4.2 使用效果评价   加铺微表处之后，两段试验路的平整度、抗滑性能都有了明显的提高。其对比如下图： 图4 1#、2#试验路路面性能对比柱形图   除此以外，路面的美观性、防水性能和噪音污染也都有了很大的改善。   在行车荷载的作用下，两段封层路面也出现了一些病害。2#试验路行车1 周后，路表出现了轻微白色网裂和局部起皮。1#试验路的情况则较好，虽然该路段原路面的开裂情况比前者严重得多，但是通车半年后，网裂仍未反射到表面，而原横缝处则在行车3 周后出现轻微反射裂缝。   4.3 原因分析   针对2#试验路在加铺微表处1 周后所出现的轻微白色网裂，我们进行了钻芯取样。结果发现，新路面的网裂与原路面的网裂（包括潜在的网裂）完全吻合，因此所出现的网裂是反射裂缝。根据施工条件、材料配合比及原路面的状况，2#试验段迅速出现网裂的原因可归结为：   * 阴雨天气造成细料和矿粉结团，混合料拌和不均，影响了沥青对矿料的裹附，稀浆混合料粘结力下降；气温偏低，路面积水不能及时蒸发，在行车荷载的碾压下，层间水压力加快了裂缝的反射；*水分侵入裂缝导致稀浆混合料无法对裂缝起到填充和修补作用。*粗集料用量的减少导致微表处强度降低，抗行车冲击能力下降。*   对于2#试验路出现的面层起皮，主要是因为路面积水较多而造成层间粘结力降低。因此，气温、湿度和路面积水对微表处施工质量的影响相当大。   1#试验路的网裂虽然严重得多，但都属于温度裂缝，由于稀浆混合料的填充起到了很好的修补作用，因此行车半年后还未反射到路面。而原路面的横缝属于结构性破坏，在没有经过预处理的情况下，仅3 周就已经反射到路面。   5. 结论   1) 微表处技术是一种功能完善的道路养护方法，它不仅可以提高路面的抗滑性和耐磨性，改善路面平整度和行车舒适性，对于降低路面的透水性，治理和改善路面网裂、松散等功能性破坏也有良好的效果。   2) 微表处由于厚度薄，在路面结构体系中只能作为表面保护层和磨耗层，而不起承重性的结构作用。对于结构性的破坏和严重的坑槽、唧浆、拥包等病害必须进行有效的预处理后才能加铺封层。   3) 微表处的设计、施工应严格按照相关的技术规程进行，同时应根据气温、湿度、风力和施工设备等外部条件的变化对各材料的用量进行适当调整，以保证微表处的成功实施。    4) 微表处技术完全适用于高速公路的养护，与其它的路面施工养护措施相比，微表处技术具有施工快捷方便，大大缩短开放交通时间，节约能源，成本较低等优点，因此具有较好的社会经济效益和广泛的应用前景。'