微表處預(yù)防性養(yǎng)護(hù)技術(shù)的研究與應(yīng)用現(xiàn)狀

林小玉，劉 汴，代 杰，成 猛

(1.中南安全環(huán)境技術(shù)研究院股份有限公司，武漢 430070；2.湖北交投宜恩高速公路運(yùn)營(yíng)管理有限公司，武漢 430000)

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，我國(guó)對(duì)交通基礎(chǔ)設(shè)施的需求和重視達(dá)到前所未有的程度，規(guī)劃設(shè)計(jì)了大批高速公路、橋梁、隧道等交通工程，我國(guó)公路交通建設(shè)經(jīng)歷了高速發(fā)展時(shí)期，截止到2019年底，全國(guó)已建設(shè)高速公路里程14.96萬(wàn)km。高速路網(wǎng)不斷完善的同時(shí)，國(guó)內(nèi)對(duì)高速公路的養(yǎng)護(hù)管理水平也不斷提高，基于全壽命周期養(yǎng)護(hù)理念的預(yù)防性養(yǎng)護(hù)逐漸得到重視。根據(jù)近年來(lái)各地高速預(yù)防性養(yǎng)護(hù)工程的實(shí)際應(yīng)用效果反饋，微表處在路面養(yǎng)護(hù)效果、性價(jià)比及環(huán)保等方面都具有明顯優(yōu)勢(shì)，是目前被廣泛接受的公路預(yù)養(yǎng)護(hù)技術(shù)。

1 微表處技術(shù)概述

1.1 微表處應(yīng)用條件

作為一種預(yù)防性養(yǎng)護(hù)技術(shù)，微表處應(yīng)當(dāng)在路面結(jié)構(gòu)性完好、路面整體性能指標(biāo)滿足一定要求的前提下使用。微表處實(shí)施之前，應(yīng)當(dāng)對(duì)路面損壞狀況、平整度、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、抗滑性能等進(jìn)行檢測(cè)評(píng)定并分析路面主要病害情況。按照病害類型分類，當(dāng)原路面主導(dǎo)病害為瀝青表面層輕度到中度麻面、剝落病害、輕度車轍及路面抗滑性能不足時(shí)，宜采用微表處技術(shù)處治；當(dāng)原路面存在縱向裂縫、橫向裂縫、塊狀裂縫等結(jié)構(gòu)性病害時(shí)，不宜采用微表處技術(shù)處治；當(dāng)微表處用于處治車轍病害時(shí)，若車轍深度小于10 mm，可直接進(jìn)行微表處罩面；若車轍深度在10～20 mm之間，可先進(jìn)行輪跡帶處車轍填充，然后整體罩面。

1.2 微表處發(fā)展歷程及技術(shù)特點(diǎn)

微表處技術(shù)源于德國(guó)，20世紀(jì)70年代德國(guó)研究人員在傳統(tǒng)稀漿封層的基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)了微表處技術(shù)。1996年，國(guó)際稀漿罩面協(xié)會(huì)ISSA(International Slurry Surfacing Association)制定了A143微表處技術(shù)指南，對(duì)微表處技術(shù)在全世界的推廣起到了極大的促進(jìn)作用。1999年，我國(guó)在和國(guó)外公路部門技術(shù)交流中第一次了解微表處技術(shù)，并于2000年將微表處技術(shù)開(kāi)發(fā)列入國(guó)家經(jīng)貿(mào)委組織的“國(guó)家技術(shù)創(chuàng)新計(jì)劃”。2005年，交通運(yùn)輸部公路科學(xué)研究院在國(guó)內(nèi)數(shù)年來(lái)的研究及應(yīng)用基礎(chǔ)上，結(jié)合國(guó)外相關(guān)應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，制定《微表處和稀漿封層技術(shù)指南》[1]，對(duì)微表處的應(yīng)用及質(zhì)量保證具有重要指導(dǎo)意義，促進(jìn)了微表處在國(guó)內(nèi)更廣泛地應(yīng)用。

經(jīng)過(guò)多年的研究應(yīng)用，微表處成為較為成熟的路面預(yù)養(yǎng)護(hù)技術(shù)，在國(guó)內(nèi)已經(jīng)積累了豐富的研究及實(shí)體工程應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，目前普遍認(rèn)為在原路面結(jié)構(gòu)性良好、存在表面病害的狀況下，采用微表處進(jìn)行養(yǎng)護(hù)對(duì)路面封水、防滑、恢復(fù)道路表面功能具有良好效果。采用微表處進(jìn)行公路養(yǎng)護(hù)主要有以下優(yōu)勢(shì)：①微表處常溫施工，施工速度快，施工完成后數(shù)小時(shí)內(nèi)就能夠恢復(fù)交通，對(duì)交通的影響相對(duì)較小；②微表處具有封水、防滑的效果，有利于防止路面水損害的出現(xiàn)并快速恢復(fù)路面表面性能，增強(qiáng)行車安全性、延長(zhǎng)道路使用壽命；③和熱拌薄層罩面相比，微表處成本低、污染小，是一種綠色環(huán)保的技術(shù)手段，具有較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

2 微表處技術(shù)研究及應(yīng)用進(jìn)展

目前，我國(guó)微表處養(yǎng)護(hù)過(guò)程中多采用SBR改性乳化瀝青微表處混合料，SBR微表處性能穩(wěn)定、制備工藝成熟、施工和易性好，其使用壽命多在2～3年左右，在我國(guó)各省都有非常廣泛的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)。

經(jīng)過(guò)十余年的推廣應(yīng)用和跟蹤觀測(cè)，常規(guī)SBR微表處存在一些有待改進(jìn)的問(wèn)題：①隨著使用年限的增長(zhǎng)易產(chǎn)生掉粒、脫皮現(xiàn)象，微表處混合料自身的粘結(jié)力及微表處與原路面的粘結(jié)力有待進(jìn)一步提高；②和瀝青混合料路面相比，常規(guī)微表處噪音太大，影響行車舒適性，有必要改善常規(guī)微表處的噪音問(wèn)題；③當(dāng)微表處用于車轍填充時(shí)，由于攤鋪厚度大且微表處混合料級(jí)配較細(xì)，易產(chǎn)生車轍，對(duì)此類路段應(yīng)提高微表處抗車轍能力。

隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，基于常規(guī)微表處存在的問(wèn)題及市場(chǎng)應(yīng)用要求而開(kāi)發(fā)的高性能微表處逐漸得到成功應(yīng)用。目前，微表處技術(shù)研究及應(yīng)用熱點(diǎn)主要是通過(guò)優(yōu)化微表處級(jí)配、研發(fā)新型聚合物改性乳化瀝青等手段，開(kāi)發(fā)符合特定要求的功能性微表處材料。以下對(duì)降噪微表處、纖維微表處、高黏微表處、水性環(huán)氧微表處、彩色微表處研究應(yīng)用現(xiàn)狀進(jìn)行介紹。

2.1 低噪音微表處研究及應(yīng)用現(xiàn)狀

在微表處的應(yīng)用過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，和常規(guī)熱拌瀝青混凝土路面相比，車輛行駛在微表處路面上，車內(nèi)和車外噪音都明顯增大，不但造成較大的噪音污染，長(zhǎng)時(shí)間高分貝的行車噪音也會(huì)影響行車舒適性。

經(jīng)過(guò)相關(guān)研究人員多年來(lái)研究分析，目前普遍認(rèn)為微表處噪音形成是由于以下幾個(gè)因素：空氣的泵吸作用、汽車輪框的振動(dòng)噪音、車輛行駛過(guò)程中的摩擦噪音。

河南省平頂山公路局對(duì)微表處噪音較大的原因進(jìn)行分析，提出摻加廢舊膠粉和調(diào)整微表處級(jí)配的低噪音微表處設(shè)計(jì)方案，該研究鋪筑了1 km試驗(yàn)路并對(duì)試驗(yàn)段進(jìn)行噪音測(cè)試，根據(jù)測(cè)試結(jié)果，改進(jìn)后微表處的車內(nèi)噪音比基準(zhǔn)微表處降低了5～10 dB[2]。

長(zhǎng)安大學(xué)李微、韓森等人通過(guò)添加橡膠顆粒和纖維對(duì)微表處混合料進(jìn)行復(fù)合改性，以達(dá)到改善其性能并降低微表處噪音的目的，其試驗(yàn)研究結(jié)果顯示，聚酯纖維摻量為0.2%、橡膠顆粒摻量為3%的橡膠-纖維復(fù)合改性微表處材料具有優(yōu)良的降噪性能。和傳統(tǒng)微表處相比，其噪音降低了2.9 dB[3]。

近年來(lái)湖北省高速公路路面養(yǎng)護(hù)中，將MS-3型微表處最大粒徑調(diào)整為8 mm，在保證抗滑性能的前提下，采用更細(xì)的級(jí)配來(lái)降低微表處構(gòu)造深度，以減小粒徑集料產(chǎn)生的噪音。實(shí)踐證明，該措施有效降低了微表處路段路面行車噪音，雖然噪音相較熱拌瀝青混凝土路面稍大，但已經(jīng)在可接受范圍之內(nèi)。

綜上，國(guó)內(nèi)關(guān)于降噪微表處的研究主要是通過(guò)改進(jìn)微表處混合料級(jí)配、添加橡膠顆粒等降噪材料以達(dá)到降噪目的。其中，摻加橡膠粉會(huì)使微表處耐磨耗性能變差，宜選擇合適的膠粉細(xì)度和摻量，或者和高黏乳化瀝青等配合使用；調(diào)整微表處混合料級(jí)配的方法最為簡(jiǎn)單有效，調(diào)整級(jí)配的同時(shí)需注意保證路面的抗滑性能。

2.2 纖維微表處研究及應(yīng)用現(xiàn)狀

微表處作為路表封層，雖然不起到承受行車荷載的作用，但當(dāng)原路面存在裂縫時(shí)，微表處抗裂性能不足則容易形成反射裂縫。纖維微表處是在微表處混合料中添加了一定量的纖維材料，纖維在膠結(jié)料中起到吸附、穩(wěn)定、多向加筋等作用，有利于提高微表處混合料的抗裂性、穩(wěn)定性等路用性能。

研究發(fā)現(xiàn)，摻加橡膠顆粒雖然可以降低微表處噪音，但同時(shí)也導(dǎo)致微表處混合料的抗裂性能降低，可通過(guò)摻加纖維保證微表處的抗裂性能。山西省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)院李艷青將聚酯纖維和橡膠顆粒復(fù)合摻入微表處混合料并進(jìn)行試驗(yàn)研究，其試驗(yàn)結(jié)果認(rèn)為聚酯纖維-橡膠顆粒微表處混合料比普通微表處具有更好的路用性能和降噪性能，且造價(jià)僅比SBR微表處高出8.05%[4]。

長(zhǎng)安大學(xué)孫增智等人選用不同種類纖維制備微表處混合料，并通過(guò)試驗(yàn)評(píng)價(jià)不同微表處混合料的路用性能，其研究結(jié)果認(rèn)為摻加纖維改善了微表處混合料的抗裂性能，其中聚丙烯纖維和玄武巖纖維的改性效果最好[5]。

北京首發(fā)公路養(yǎng)護(hù)工程有限公司曹煒等人通過(guò)試驗(yàn)研究對(duì)比分析聚酯纖維、聚丙烯纖維、玻璃纖維、玄武巖纖維的性能特點(diǎn)，認(rèn)為玄武巖纖維微表處具有更優(yōu)異的路用性能，并將玄武巖纖維應(yīng)用于京港澳高速公路的實(shí)體工程中。其工程實(shí)際觀測(cè)結(jié)果表明，玄武巖纖維可明顯抑制微表處開(kāi)裂[6]。

目前常用于微表處混合料的纖維，主要有聚酯纖維、聚丙烯纖維、玄武巖纖維等，纖維摻量多在0.1%～0.2%左右。相關(guān)研究普遍認(rèn)為，纖維微表處具有更好的抗裂性、高溫穩(wěn)定性和抗?jié)B水能力，能更好地延緩原路面裂縫反射，延長(zhǎng)道路使用壽命。

2.3 高黏微表處研究及應(yīng)用現(xiàn)狀

目前我國(guó)微表處實(shí)體工程的應(yīng)用中大多采用SBR膠乳制備改性乳化瀝青，SBR改性乳化瀝青低溫性能良好，但高溫抗變形能力相對(duì)較弱。而SBS乳化瀝青軟化點(diǎn)高，具有更好的高溫性能，有利于增強(qiáng)微表處混合料的抗車轍能力。

山東大山路橋開(kāi)發(fā)了新型SBS膠乳并用于微表處稀漿混合料當(dāng)中，其性能對(duì)比試驗(yàn)表明，相較于SBR微表處，SBS微表處抗磨耗性能稍有提升、抗車轍能力明顯提升，認(rèn)為SBS膠乳更具有成本和性能優(yōu)勢(shì)[7]。

河南高遠(yuǎn)公司分別用SBR膠乳和SBS膠乳制備改性乳化瀝青，探討了SBR改性乳化瀝青和SBS改性乳化瀝青的性能差異，并對(duì)比二者用于微表處施工的性能差異。其性能對(duì)比試驗(yàn)表明，改性劑用量相同的情況下，SBS乳化瀝青軟化點(diǎn)更高，具有較好的高溫性能。SBS微表處具有更好的耐磨性、抗水損害能力和抗變形能力[8]。

2019年，筆者對(duì)SBS高黏微表處路用性能進(jìn)行研究，認(rèn)為SBS高黏微表處耐磨耗性能、水穩(wěn)定性能與SBR改性改性乳化瀝青微表處基本相當(dāng)，但抗車轍性能明顯優(yōu)于SBR改性乳化瀝青微表處。并在滬渝高速公路鄂西段鋪筑了長(zhǎng)度約1.2 km的SBS高黏微表處試驗(yàn)段，該試驗(yàn)段位于長(zhǎng)下坡路段，經(jīng)過(guò)一年來(lái)的跟蹤觀測(cè)，高黏乳化瀝青微表處有效解決了路面抗滑性不足問(wèn)題，提高道路行駛安全性，同時(shí)具有良好的抗車轍、封水性能。由于SBS瀝青粘度大，采用先改性后乳化的方法制備改性乳化瀝青難度較大，因此，近年來(lái)大多研究提出制備SBS膠乳，通過(guò)SBS膠乳直接改性乳化瀝青。大多研究認(rèn)為，SBS改性乳化瀝青微表處具有更好的抗車轍變形能力。

2.4 水性環(huán)氧微表處研究及應(yīng)用現(xiàn)狀

使用水性環(huán)氧樹(shù)脂改性乳化瀝青是近年來(lái)改性乳化瀝青的熱點(diǎn)研究方向之一。水性環(huán)氧樹(shù)脂是環(huán)氧樹(shù)脂以微?；蚰z體的形式分散在水中形成的水分散體或者水溶液，和乳化瀝青具有較好的相容性，并且其固化物保留了熱固性樹(shù)脂強(qiáng)度高、耐磨、耐水、耐腐蝕、溫度穩(wěn)定性好等特點(diǎn)，是一種較好的乳化瀝青改性材料。

水性環(huán)氧乳化瀝青由乳化瀝青、水性環(huán)氧樹(shù)脂及固化劑組成，其性能主要取決于水性環(huán)氧樹(shù)脂和固化劑本身性能，以及水性環(huán)氧樹(shù)脂、固化劑、乳化瀝青的配比。自從2006年以來(lái)，廣東工業(yè)大學(xué)、重慶特鋪路面工程技術(shù)有限公司、重慶融極環(huán)保工程有限公司、山西省交通科學(xué)研究院及其他研究單位先后提出不同種類的水性環(huán)氧乳化瀝青組成及選型[9]。

重慶交通大學(xué)李興富等人通過(guò)性能對(duì)比試驗(yàn)認(rèn)為摻加水性環(huán)氧樹(shù)脂能夠明顯改善微表處混合料的耐久性[10]。長(zhǎng)安大學(xué)張慶、郝培文等人提出通過(guò)水性環(huán)氧樹(shù)脂和SBR復(fù)合改性乳化瀝青，并分析復(fù)合改性劑對(duì)微表處性能的影響規(guī)律，其研究結(jié)果認(rèn)為水性環(huán)氧樹(shù)脂和SBR膠乳具有良好的配伍性，復(fù)配改性微表處水性環(huán)氧樹(shù)脂對(duì)微表處的抗松散和抗變形能力作用效果良好[11]。

北京建筑大學(xué)常衛(wèi)平考慮實(shí)際施工中的問(wèn)題，通過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)評(píng)價(jià)了水性環(huán)氧不同摻入方式的微表處混合料路用性能。認(rèn)為水性環(huán)氧微表處具有更好的耐磨耗和抗車轍能力，并在富硯高速公路瀝青路面工程中鋪筑了水性環(huán)氧微表處試驗(yàn)段，試驗(yàn)段開(kāi)放交通后路面狀況良好[12]。

筆者對(duì)水性環(huán)氧乳化瀝青及其微表處性能進(jìn)行試驗(yàn)研究，研究結(jié)果認(rèn)為，水性環(huán)氧樹(shù)脂對(duì)微表處的耐磨耗、抗車轍變形、抗水損害能力均有較好的改性效果。并于2020年在滬渝高速公路馬尾井隧道(滬渝向)和豬草灣隧道(渝滬向)路段應(yīng)用，有效解決了路面抗滑性不足問(wèn)題，提高道路行駛安全性。

早期水性環(huán)氧乳化瀝青普遍存在硬而脆的現(xiàn)象，改性乳化瀝青柔韌性較低。近年來(lái)為解決改性乳化瀝青低溫延度低、易脆裂的問(wèn)題，相關(guān)研究人員提出采用柔性固化劑、在環(huán)氧樹(shù)脂中引入柔性鏈段、和其它改性劑復(fù)配等方式制備水性環(huán)氧改性乳化瀝青，取得了一定的研究成果，并得到較好的應(yīng)用效果。相關(guān)研究及工程實(shí)踐認(rèn)為，水性環(huán)氧微表處具有較好的抗車轍性能、高溫穩(wěn)定性、水穩(wěn)定性及長(zhǎng)期耐磨耗性能。

2.5 彩色微表處研究及應(yīng)用現(xiàn)狀

彩色路面具有美化城市、改善道路環(huán)境的作用，隨著城市建設(shè)要求的不斷提高，應(yīng)用范圍愈加廣泛。彩色微表處是彩色路面技術(shù)之一，是將彩色乳化瀝青、彩色級(jí)配骨料、改性劑和多種助劑，在施工現(xiàn)場(chǎng)通過(guò)稀漿封層車拌合制備成為彩色稀漿混合料。

彩色微表處在我國(guó)已經(jīng)積累了較多研究及應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，長(zhǎng)安大學(xué)劉少文等采用彩色SBS乳化瀝青為膠結(jié)料、天然彩色石料為集料制備彩色微表處進(jìn)行性能研究并成功鋪筑試驗(yàn)段[13]；重慶交通大學(xué)徐藝嘉對(duì)脫色瀝青彩色微表處路用性能進(jìn)行研究，并將其成功應(yīng)用于自貢市城市公交車道上，使用效果良好[14]；山西喜躍發(fā)路橋引入荷蘭彩色乳化瀝青生產(chǎn)線，2008年為迎接奧運(yùn)首都機(jī)場(chǎng)對(duì)各場(chǎng)區(qū)路面進(jìn)行彩色罩面處理，喜躍發(fā)路橋成功鋪設(shè)了總面積7 012 m2的CSWB-II型彩色微表處[15]。此外，重慶、太原等多個(gè)城市市政工程相關(guān)從業(yè)者都對(duì)彩色微表處進(jìn)行研究并取得一定研究成果。

目前彩色微表處一般為改性乳化樹(shù)脂或者脫色瀝青，工程中采用顏料大多為性價(jià)比高的無(wú)機(jī)顏料，并選用色澤與所配制混合料色彩相近的彩色石料，這樣微表處表面膠結(jié)料薄膜被磨耗后，路面仍能顯示出原有色彩。除美化城市外，相關(guān)研究認(rèn)為彩色微表處可有效降低路面溫度、減緩城市熱島效應(yīng)，有利于交通管理和交通引導(dǎo)。

3 結(jié) 語(yǔ)

微表處技術(shù)因其環(huán)保低能耗、施工便捷、良好的路用性能等優(yōu)勢(shì)得到大量的推廣應(yīng)用。經(jīng)過(guò)多年來(lái)的研究，微表處技術(shù)水平不斷進(jìn)步，開(kāi)發(fā)了低噪音微表處、高黏微表處、水性環(huán)氧微表處、彩色微表處等性能更為優(yōu)良的微表處，提高了微表處的應(yīng)用技術(shù)水平。但仍應(yīng)做進(jìn)一步深入研究，改進(jìn)和提升微表處的綜合路用性能，滿足養(yǎng)護(hù)工程需求。此外，微表處施工效果對(duì)工程質(zhì)量具有較為直接的影響，其施工質(zhì)量控制有待進(jìn)一步規(guī)范和完善。