微表處技術(shù)在高速公路路面預防性養(yǎng)護中的應用

孫久民，孫莉萍

(河南交通職業(yè)技術(shù)學院道橋工程系，河南鄭州450005)

0 引言

微表處(Micro-Surfacing)是國外在稀漿封層技術(shù)的基礎(chǔ)上開發(fā)出的瀝青路面養(yǎng)護技術(shù).按照國際稀漿罩面協(xié)會(ISSA)對微表處的定義：微表處是一種由聚合物改性乳化瀝青、集料、填料、水和外加劑按合理配比拌和并均勻攤鋪到已適當處理過的路面上的薄層.它應能滿足攤鋪不同截面厚度(楔形、凹形)的要求，不同瀝青用量和不同攤鋪厚度的混合料，經(jīng)養(yǎng)生和初期交通固化后，能經(jīng)受住行車的作用，并在使用壽命內(nèi)保持良好的抗滑性能(高的摩擦系數(shù));它應能適應迅速開放交通的需要，在氣溫24℃，濕度小于50%的情況下，12.7 mm厚的微表處施工后1 h可開放交通.

微表處技術(shù)在高速公路瀝青路面養(yǎng)護中的應用范圍主要體現(xiàn)在以下3個方面：防止水破壞、防止車轍發(fā)展、恢復路面服務(wù)功能.按照預防性養(yǎng)護觀念，國外高速公路瀝青路面在3～8年內(nèi)是預防性養(yǎng)護階段，一般應該采用微表處技術(shù)，迅速恢復路面服務(wù)功能［1］.微表處技術(shù)在歐美和澳大利亞、日本已得到普及.我國高速公路的瀝青路面結(jié)構(gòu)、交通狀況、氣候條件等與國外大不相同，結(jié)合我國高速公路瀝青路面病害的特點，研究和總結(jié)微表處施工技術(shù)及質(zhì)量控制，對改善瀝青路面使用性能、延長其使用壽命，具有十分重要的意義.筆者根據(jù)河南省地理氣候特性，對微表處技術(shù)的應用進行研究.

1 試驗路段養(yǎng)護方案的選擇

1.1 試驗路段情況

試驗路段位于連霍高速公路河南段，長2 km.該段高速公路建成通車后，由于超載車輛過多、交通流量過大，導致路面出現(xiàn)網(wǎng)裂、車轍等早期病害.從車轍實測數(shù)據(jù)可知該路段行車道均出現(xiàn)不同程度的車轍，車轍深度一般在5～15 mm之間，個別路段出現(xiàn)20 mm左右的車轍 ，開裂破損處滲水嚴重.其他病害有橫向裂縫、龜裂，沉陷及坑槽基本沒有.

1.2 養(yǎng)護方案的技術(shù)經(jīng)濟比選

結(jié)合試驗路段的具體情況，初步選擇適合該路段的兩種預養(yǎng)護措施：微表處和薄層熱瀝青罩面.兩種養(yǎng)護方案的比較如表1所示.

由表1可知，微表處較薄層熱瀝青罩面有較明顯的年度費用優(yōu)勢，直接經(jīng)濟效益較好.從工程因素考慮，兩方案都能滿足工程養(yǎng)護改善路面性能的要求.微表處不僅工藝先進，而且有加快維修速度、提高路面及時維修率、降低養(yǎng)護成本的綜合效益.因此微表處是最合適的預養(yǎng)護措施.

2 材料選擇與混合料配合比設(shè)計

2.1 材料選擇

2.1.1 乳化瀝青的選擇

改性乳化瀝青是微表處的粘結(jié)材料，其質(zhì)量對微表處路面的性能起著至關(guān)重要的作用.微表處應選用陽離子型快開放交通型的聚合物改性乳化瀝青，聚合物改性劑的最小用量由微表處混合料配合比設(shè)計確定［3］.一般情況下，聚合物改性劑劑量(固膠占瀝青的質(zhì)量百分比)不宜小于3%［4］.選用的改性乳化瀝青應符合《微表處和稀漿封層技術(shù)指南》中BCR型的規(guī)定.

試驗路段采用的是殼牌公司生產(chǎn)的陽離子慢裂快凝型SBR乳膠改性乳化瀝青.改性乳化瀝青檢測結(jié)果見表2.

表2 改性乳化瀝青指標要求Tab.2 The index of modified emulsified asphalt

2.1.2 集料的選擇

微表處所用集料，特別是粗骨料部分應該使用耐磨耗的硬質(zhì)石料.規(guī)范要求集料的砂當量不低于65%，高于對普通稀漿封層用集料砂當量不低于45%的要求，也高于規(guī)范中高速公路瀝青面層用細集料砂當量不小于60%的要求.對不同砂當量值的集料進行濕輪磨耗試驗，結(jié)果表明：砂當量越低，混合料的濕輪磨耗值就越大，耐磨耗能力也就越差;砂當量低的集料還可能使改性劑無法發(fā)揮改性效果.因此微表處用集料砂當量不宜低于65%.

試驗路段選用石料由玄武巖和石灰?guī)r混合而成，其中粗集料為玄武巖，細集料為石灰?guī)r.玄武巖作為粗料部分能提供較好的耐磨耗性能，但考慮到玄武巖對瀝青的黏附性能相對較差，故摻加了適量的石灰?guī)r礦粉以改善黏附性，混合料的級配也因此得到了改善.其篩分結(jié)果(已經(jīng)將集料中含少量粒徑大于9.5 mm的顆粒篩除)如表3和表4所示.

2.1.3 其他材料

微表處用水不得含有有害的可溶性鹽類、能引起化學反應的物質(zhì)和其他污染物，一般采用可飲用水，PH值在7左右.填料采用32.5級以上水泥，要求為袋裝水泥，無結(jié)塊和顆粒.

2.1.4 礦料級配

微表處級配宜粗不宜細.隨著微表處使用期的延長，最初外觀表現(xiàn)較好，級配較細的微表處，出現(xiàn)抗滑功能不足的問題，而最初表觀粗糙的微表處，不僅外觀效果變得美觀，而且保持了良好的抗滑性能［5］.因此微表處用于交通量大、重載車多的高速公路時，不宜采用Ⅱ型級配，而應采用Ⅲ型級配.交通量特別大的，級配曲線宜在Ⅲ型級配范圍中值與下限之間［6］.經(jīng)研究認為，在粗料與細料比例為30：70時級配曲線接近中值，對應混合料有較大的構(gòu)造深度，同時封水效果也較好.

2.2 油石比的確定

混合料配合比設(shè)計應根據(jù)原路面情況、交通量的大小和施工季節(jié)選擇合理的油石比.瀝青最佳用量是由濕輪磨耗試驗和負荷車輪試驗共同確定的.濕輪磨耗試驗確定瀝青最低限度用量，保證需要的油石比;負荷車輪試驗確定瀝青最大限度用量，防止用量過大，出現(xiàn)路面泛油.

2.2.1 微表處混合料的配方初試

按照工程經(jīng)驗，初步擬定混合料配方后進行微表處混合料的拌和試驗和稠度試驗，結(jié)果如表5～6所示.

表3 集料篩分通過率結(jié)果表Tab.3 Aggregates sieving results %

表4 集料配比情況Tab.4 The proportion of aggregates %

表5 稠度試驗結(jié)果Tab.5 The results of consistence tests

表6 初凝時間試驗數(shù)據(jù)表Tab.6 The test data of initial setting time

試驗路段微表處混合料，最終確定采用水泥摻量為2.0%，總用水量為集料質(zhì)量的11.0%，此時稀漿混合料具有合適的拌和時間和初凝時間及較好的稠度.

2.2.2 混合料最佳油石比的確定

按照初選配方，進行混合料的濕輪磨耗試驗和負荷車輪試驗，結(jié)果如圖1所示.

由圖1看出，采用5.5% ～7.5%油石比的試驗結(jié)果都能符合《微表處和稀漿封層技術(shù)指南》的技術(shù)指標，油石比的可選范圍很寬.但是從負荷車輪試驗的過程來看，7.0% ～7.5%油石比的試件經(jīng)高溫養(yǎng)生后表面有輕微的“發(fā)亮”現(xiàn)象，且在碾壓過程中，試件表面會發(fā)生粘輪的現(xiàn)象，這些都是瀝青用量偏多的跡象.因此不能因為一味追求好的抗磨耗性能而忽略了路面泛油的可能.此外，從經(jīng)濟性方面考慮，采用過高的瀝青用量也是不合理的.經(jīng)過綜合分析認為，6.5%的油石比是比較合理的.

圖1 LWT與WTAT試驗結(jié)果曲線圖Fig.1 The curve of LWT and WTAT tests

2.3 微表處混合料配方驗證

根據(jù)初步確定適宜的油石比為6.5%，進一步驗證混合料的性能，試驗結(jié)果見表7.從表7可以看出，所設(shè)計的微表處混合料的性能均能夠滿足規(guī)范的技術(shù)要求，說明混合料各組分有良好的配伍性，性能良好，油石比合適.

3 微表處試驗路施工與評價

微表處按下列程序施工：封閉管制交通—清掃路面—放樣放線—攤鋪—修補修邊—早期養(yǎng)護—開放交通.

表7 微表處混合料性能試驗結(jié)果Tab.7 The results of mixture performance tests

對微表處試驗路段原路面、運營1個月和兩年后路面的橫向力系數(shù)、滲水系數(shù)進行了對比檢測.行車道橫向力系數(shù)原路面檢測結(jié)果為52，運營一個月后檢測結(jié)果為56.5，運營兩年后檢測結(jié)果為43;按照現(xiàn)行規(guī)范，原路面行車道橫向力系數(shù)的抗滑能力為優(yōu)，運營兩年后的行車道抗滑性能為良，通過長時間的行車，證明微表處路面保持了良好的抗滑性能.對原路面進行滲水試驗，發(fā)現(xiàn)較多的破損處滲水嚴重，滲水系數(shù)平均值達396.08 mL/min;運營1個月后的檢測結(jié)果顯示：路面滲水系數(shù)基本為零;運營兩年后的檢測結(jié)果顯示：滲水系數(shù)平均值為8.75 mL/min.微表處處理路面滲水取得明顯的效果.

檢測結(jié)果表明，微表處改善了路面的服務(wù)狀況，保持了路面良好的抗滑性能，緩解了高速公路的水破壞速度和程度.

4 結(jié)束語

微表處技術(shù)主要用于建立和恢復道路表面面功能層，使道路形成防水、抗滑、耐磨、耐久的表面功能層，與其它的路面施工養(yǎng)護措施相比，具有施工快捷方便，大大縮短開放交通時間，節(jié)約能源，成本較低等優(yōu)點，具有較好的經(jīng)濟效益和社會效益.

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