微表处预防性养护技术的研究与应用现状

林小玉，刘 汴，代 杰，成 猛

(1.中南安全环境技术研究院股份有限公司，武汉 430070；2.湖北交投宜恩高速公路运营管理有限公司，武汉 430000)

随着社会经济的快速发展，我国对交通基础设施的需求和重视达到前所未有的程度，规划设计了大批高速公路、桥梁、隧道等交通工程，我国公路交通建设经历了高速发展时期，截止到2019年底，全国已建设高速公路里程14.96万km。高速路网不断完善的同时，国内对高速公路的养护管理水平也不断提高，基于全寿命周期养护理念的预防性养护逐渐得到重视。根据近年来各地高速预防性养护工程的实际应用效果反馈，微表处在路面养护效果、性价比及环保等方面都具有明显优势，是目前被广泛接受的公路预养护技术。

1 微表处技术概述

1.1 微表处应用条件

作为一种预防性养护技术，微表处应当在路面结构性完好、路面整体性能指标满足一定要求的前提下使用。微表处实施之前，应当对路面损坏状况、平整度、结构强度、抗滑性能等进行检测评定并分析路面主要病害情况。按照病害类型分类，当原路面主导病害为沥青表面层轻度到中度麻面、剥落病害、轻度车辙及路面抗滑性能不足时，宜采用微表处技术处治；当原路面存在纵向裂缝、横向裂缝、块状裂缝等结构性病害时，不宜采用微表处技术处治；当微表处用于处治车辙病害时，若车辙深度小于10 mm，可直接进行微表处罩面；若车辙深度在10～20 mm之间，可先进行轮迹带处车辙填充，然后整体罩面。

1.2 微表处发展历程及技术特点

微表处技术源于德国，20世纪70年代德国研究人员在传统稀浆封层的基础上开发了微表处技术。1996年，国际稀浆罩面协会ISSA(International Slurry Surfacing Association)制定了A143微表处技术指南，对微表处技术在全世界的推广起到了极大的促进作用。1999年，我国在和国外公路部门技术交流中第一次了解微表处技术，并于2000年将微表处技术开发列入国家经贸委组织的“国家技术创新计划”。2005年，交通运输部公路科学研究院在国内数年来的研究及应用基础上，结合国外相关应用经验，制定《微表处和稀浆封层技术指南》[1]，对微表处的应用及质量保证具有重要指导意义，促进了微表处在国内更广泛地应用。

经过多年的研究应用，微表处成为较为成熟的路面预养护技术，在国内已经积累了丰富的研究及实体工程应用经验，目前普遍认为在原路面结构性良好、存在表面病害的状况下，采用微表处进行养护对路面封水、防滑、恢复道路表面功能具有良好效果。采用微表处进行公路养护主要有以下优势：①微表处常温施工，施工速度快，施工完成后数小时内就能够恢复交通，对交通的影响相对较小；②微表处具有封水、防滑的效果，有利于防止路面水损害的出现并快速恢复路面表面性能，增强行车安全性、延长道路使用寿命；③和热拌薄层罩面相比，微表处成本低、污染小，是一种绿色环保的技术手段，具有较好的经济效益和社会效益。

2 微表处技术研究及应用进展

目前，我国微表处养护过程中多采用SBR改性乳化沥青微表处混合料，SBR微表处性能稳定、制备工艺成熟、施工和易性好，其使用寿命多在2～3年左右，在我国各省都有非常广泛的应用经验。

经过十余年的推广应用和跟踪观测，常规SBR微表处存在一些有待改进的问题：①随着使用年限的增长易产生掉粒、脱皮现象，微表处混合料自身的粘结力及微表处与原路面的粘结力有待进一步提高；②和沥青混合料路面相比，常规微表处噪音太大，影响行车舒适性，有必要改善常规微表处的噪音问题；③当微表处用于车辙填充时，由于摊铺厚度大且微表处混合料级配较细，易产生车辙，对此类路段应提高微表处抗车辙能力。

随着技术的不断发展，基于常规微表处存在的问题及市场应用要求而开发的高性能微表处逐渐得到成功应用。目前，微表处技术研究及应用热点主要是通过优化微表处级配、研发新型聚合物改性乳化沥青等手段，开发符合特定要求的功能性微表处材料。以下对降噪微表处、纤维微表处、高黏微表处、水性环氧微表处、彩色微表处研究应用现状进行介绍。

2.1 低噪音微表处研究及应用现状

在微表处的应用过程中发现，和常规热拌沥青混凝土路面相比，车辆行驶在微表处路面上，车内和车外噪音都明显增大，不但造成较大的噪音污染，长时间高分贝的行车噪音也会影响行车舒适性。

经过相关研究人员多年来研究分析，目前普遍认为微表处噪音形成是由于以下几个因素：空气的泵吸作用、汽车轮框的振动噪音、车辆行驶过程中的摩擦噪音。

河南省平顶山公路局对微表处噪音较大的原因进行分析，提出掺加废旧胶粉和调整微表处级配的低噪音微表处设计方案，该研究铺筑了1 km试验路并对试验段进行噪音测试，根据测试结果，改进后微表处的车内噪音比基准微表处降低了5～10 dB[2]。

长安大学李微、韩森等人通过添加橡胶颗粒和纤维对微表处混合料进行复合改性，以达到改善其性能并降低微表处噪音的目的，其试验研究结果显示，聚酯纤维掺量为0.2%、橡胶颗粒掺量为3%的橡胶-纤维复合改性微表处材料具有优良的降噪性能。和传统微表处相比，其噪音降低了2.9 dB[3]。

近年来湖北省高速公路路面养护中，将MS-3型微表处最大粒径调整为8 mm，在保证抗滑性能的前提下，采用更细的级配来降低微表处构造深度，以减小粒径集料产生的噪音。实践证明，该措施有效降低了微表处路段路面行车噪音，虽然噪音相较热拌沥青混凝土路面稍大，但已经在可接受范围之内。

综上，国内关于降噪微表处的研究主要是通过改进微表处混合料级配、添加橡胶颗粒等降噪材料以达到降噪目的。其中，掺加橡胶粉会使微表处耐磨耗性能变差，宜选择合适的胶粉细度和掺量，或者和高黏乳化沥青等配合使用；调整微表处混合料级配的方法最为简单有效，调整级配的同时需注意保证路面的抗滑性能。

2.2 纤维微表处研究及应用现状

微表处作为路表封层，虽然不起到承受行车荷载的作用，但当原路面存在裂缝时，微表处抗裂性能不足则容易形成反射裂缝。纤维微表处是在微表处混合料中添加了一定量的纤维材料，纤维在胶结料中起到吸附、稳定、多向加筋等作用，有利于提高微表处混合料的抗裂性、稳定性等路用性能。

研究发现，掺加橡胶颗粒虽然可以降低微表处噪音，但同时也导致微表处混合料的抗裂性能降低，可通过掺加纤维保证微表处的抗裂性能。山西省交通规划勘察设计院李艳青将聚酯纤维和橡胶颗粒复合掺入微表处混合料并进行试验研究，其试验结果认为聚酯纤维-橡胶颗粒微表处混合料比普通微表处具有更好的路用性能和降噪性能，且造价仅比SBR微表处高出8.05%[4]。

长安大学孙增智等人选用不同种类纤维制备微表处混合料，并通过试验评价不同微表处混合料的路用性能，其研究结果认为掺加纤维改善了微表处混合料的抗裂性能，其中聚丙烯纤维和玄武岩纤维的改性效果最好[5]。

北京首发公路养护工程有限公司曹炜等人通过试验研究对比分析聚酯纤维、聚丙烯纤维、玻璃纤维、玄武岩纤维的性能特点，认为玄武岩纤维微表处具有更优异的路用性能，并将玄武岩纤维应用于京港澳高速公路的实体工程中。其工程实际观测结果表明，玄武岩纤维可明显抑制微表处开裂[6]。

目前常用于微表处混合料的纤维，主要有聚酯纤维、聚丙烯纤维、玄武岩纤维等，纤维掺量多在0.1%～0.2%左右。相关研究普遍认为，纤维微表处具有更好的抗裂性、高温稳定性和抗渗水能力，能更好地延缓原路面裂缝反射，延长道路使用寿命。

2.3 高黏微表处研究及应用现状

目前我国微表处实体工程的应用中大多采用SBR胶乳制备改性乳化沥青，SBR改性乳化沥青低温性能良好，但高温抗变形能力相对较弱。而SBS乳化沥青软化点高，具有更好的高温性能，有利于增强微表处混合料的抗车辙能力。

山东大山路桥开发了新型SBS胶乳并用于微表处稀浆混合料当中，其性能对比试验表明，相较于SBR微表处，SBS微表处抗磨耗性能稍有提升、抗车辙能力明显提升，认为SBS胶乳更具有成本和性能优势[7]。

河南高远公司分别用SBR胶乳和SBS胶乳制备改性乳化沥青，探讨了SBR改性乳化沥青和SBS改性乳化沥青的性能差异，并对比二者用于微表处施工的性能差异。其性能对比试验表明，改性剂用量相同的情况下，SBS乳化沥青软化点更高，具有较好的高温性能。SBS微表处具有更好的耐磨性、抗水损害能力和抗变形能力[8]。

2019年，笔者对SBS高黏微表处路用性能进行研究，认为SBS高黏微表处耐磨耗性能、水稳定性能与SBR改性改性乳化沥青微表处基本相当，但抗车辙性能明显优于SBR改性乳化沥青微表处。并在沪渝高速公路鄂西段铺筑了长度约1.2 km的SBS高黏微表处试验段，该试验段位于长下坡路段，经过一年来的跟踪观测，高黏乳化沥青微表处有效解决了路面抗滑性不足问题，提高道路行驶安全性，同时具有良好的抗车辙、封水性能。由于SBS沥青粘度大，采用先改性后乳化的方法制备改性乳化沥青难度较大，因此，近年来大多研究提出制备SBS胶乳，通过SBS胶乳直接改性乳化沥青。大多研究认为，SBS改性乳化沥青微表处具有更好的抗车辙变形能力。

2.4 水性环氧微表处研究及应用现状

使用水性环氧树脂改性乳化沥青是近年来改性乳化沥青的热点研究方向之一。水性环氧树脂是环氧树脂以微粒或胶体的形式分散在水中形成的水分散体或者水溶液，和乳化沥青具有较好的相容性，并且其固化物保留了热固性树脂强度高、耐磨、耐水、耐腐蚀、温度稳定性好等特点，是一种较好的乳化沥青改性材料。

水性环氧乳化沥青由乳化沥青、水性环氧树脂及固化剂组成，其性能主要取决于水性环氧树脂和固化剂本身性能，以及水性环氧树脂、固化剂、乳化沥青的配比。自从2006年以来，广东工业大学、重庆特铺路面工程技术有限公司、重庆融极环保工程有限公司、山西省交通科学研究院及其他研究单位先后提出不同种类的水性环氧乳化沥青组成及选型[9]。

重庆交通大学李兴富等人通过性能对比试验认为掺加水性环氧树脂能够明显改善微表处混合料的耐久性[10]。长安大学张庆、郝培文等人提出通过水性环氧树脂和SBR复合改性乳化沥青，并分析复合改性剂对微表处性能的影响规律，其研究结果认为水性环氧树脂和SBR胶乳具有良好的配伍性，复配改性微表处水性环氧树脂对微表处的抗松散和抗变形能力作用效果良好[11]。

北京建筑大学常卫平考虑实际施工中的问题，通过室内试验评价了水性环氧不同掺入方式的微表处混合料路用性能。认为水性环氧微表处具有更好的耐磨耗和抗车辙能力，并在富砚高速公路沥青路面工程中铺筑了水性环氧微表处试验段，试验段开放交通后路面状况良好[12]。

笔者对水性环氧乳化沥青及其微表处性能进行试验研究，研究结果认为，水性环氧树脂对微表处的耐磨耗、抗车辙变形、抗水损害能力均有较好的改性效果。并于2020年在沪渝高速公路马尾井隧道(沪渝向)和猪草湾隧道(渝沪向)路段应用，有效解决了路面抗滑性不足问题，提高道路行驶安全性。

早期水性环氧乳化沥青普遍存在硬而脆的现象，改性乳化沥青柔韧性较低。近年来为解决改性乳化沥青低温延度低、易脆裂的问题，相关研究人员提出采用柔性固化剂、在环氧树脂中引入柔性链段、和其它改性剂复配等方式制备水性环氧改性乳化沥青，取得了一定的研究成果，并得到较好的应用效果。相关研究及工程实践认为，水性环氧微表处具有较好的抗车辙性能、高温稳定性、水稳定性及长期耐磨耗性能。

2.5 彩色微表处研究及应用现状

彩色路面具有美化城市、改善道路环境的作用，随着城市建设要求的不断提高，应用范围愈加广泛。彩色微表处是彩色路面技术之一，是将彩色乳化沥青、彩色级配骨料、改性剂和多种助剂，在施工现场通过稀浆封层车拌合制备成为彩色稀浆混合料。

彩色微表处在我国已经积累了较多研究及应用经验，长安大学刘少文等采用彩色SBS乳化沥青为胶结料、天然彩色石料为集料制备彩色微表处进行性能研究并成功铺筑试验段[13]；重庆交通大学徐艺嘉对脱色沥青彩色微表处路用性能进行研究，并将其成功应用于自贡市城市公交车道上，使用效果良好[14]；山西喜跃发路桥引入荷兰彩色乳化沥青生产线，2008年为迎接奥运首都机场对各场区路面进行彩色罩面处理，喜跃发路桥成功铺设了总面积7 012 m2的CSWB-II型彩色微表处[15]。此外，重庆、太原等多个城市市政工程相关从业者都对彩色微表处进行研究并取得一定研究成果。

目前彩色微表处一般为改性乳化树脂或者脱色沥青，工程中采用颜料大多为性价比高的无机颜料，并选用色泽与所配制混合料色彩相近的彩色石料，这样微表处表面胶结料薄膜被磨耗后，路面仍能显示出原有色彩。除美化城市外，相关研究认为彩色微表处可有效降低路面温度、减缓城市热岛效应，有利于交通管理和交通引导。

3 结 语

微表处技术因其环保低能耗、施工便捷、良好的路用性能等优势得到大量的推广应用。经过多年来的研究，微表处技术水平不断进步，开发了低噪音微表处、高黏微表处、水性环氧微表处、彩色微表处等性能更为优良的微表处，提高了微表处的应用技术水平。但仍应做进一步深入研究，改进和提升微表处的综合路用性能，满足养护工程需求。此外，微表处施工效果对工程质量具有较为直接的影响，其施工质量控制有待进一步规范和完善。