沥青路面预防性养护性能分析

2023-05-13栾斌

运输经理世界 2023年2期

栾斌

（烟台市长岛公路建设养护中心，山东烟台 264000）

0 引言

在交通运输领域中，沥青路面的弹性变形性能非常明显，可以为交通参与者带来较舒服的出行体验，而且当沥青路面老化以后，只需进行适当的加工，沥青材料仍可以循环利用，具备良好的经济效益和环境效益。但是，沥青路面很容易受到外部环境的影响，沥青材料一旦处于高温、低温、强降水等环境中，就极易发生老化，导致基本性能下降，从而减少其实际使用寿命。而采取适当的预防性养护措施，可以很大程度地解决此问题，并能有效减少病害的发生，保证沥青路面的正常运行。

1 沥青路面预防性养护的重要性

随着改革开放的深入，公路建设越来越受到国家的重视，各地都按照国家出台的公路网络规划有关规定，加大了对公路设施的建设力度。在我国高速公路的施工中，有70%以上的高速公路都是用沥青摊铺而成，为确保高速公路的安全，降低各类事故的发生概率，必须加强对沥青路面的预防性养护管理，延长沥青路面的使用寿命。随着我国公路事业的发展，对公路的预防性养护管理提出了更高的要求，必须研究新的技术，逐步改进现有的养护管理方式，以适应公路行业的发展要求。所谓预防性养护，即对已经完工的公路及相关设施展开有效的维护管理，在不增加路面结构承载力的前提下，对结构完好的路面或附属设施有计划地采取有益的措施，以达到保养路面系统、延缓损坏、保持或改进路面性能的目的，确保公路的安全性和稳定性，为公路正常运营打下坚实的基础[1]。

预防性养护是一种较为科学的管理方式，它能有效地保障道路的正常使用，并能获得较大的经济效益。然而，在实际的应用中，却存在一些较为突出的问题，比如：预防性养护并不能减轻周围环境对路面的影响；只可以延长道路的使用寿命，而不能提高路面的承载能力；在特殊的情况下，甚至有可能对路面造成更大的损坏[2]。因此，在施工建设中应强化对沥青路面预防性养护管理的重视，合理规划和安排工作的重心，保证基础方式的科学化和合理性，避免对公路造成不良的影响。在具体的实践过程中，应强化对预防性维护功能的有效革新，尽可能地延缓路面结构的老化。在我国所颁布的关于公路养护管理的发展规划中，清晰地提出要进一步加大对养护管理模式的研究和开发，建立健全费用控制的管理机制，制定科学的养护管理方案，以避免各类矛盾的出现，使沥青路面可以平稳地运行。当然，加强对预防性养护标准的创新也非常重要，相关工作人员应该针对目前的养护方案进行优化，并将其细化为多种技术创新的模式，以达到提高预防性养护管理效果的目的（见图1）。

图1 沥青路面施工

2 沥青路面病害问题分析

2.1 车辙

车辙一般是由于一些超重车辆长时间碾压而产生的路面印记，路面的使用性能、使用寿命和舒适度等都能够从车辙的深度中得到体现。路面之所以会出现车辙，主要是由于基层、面层之间压实度不够，同时中间层的强度、硬度都比较低，致使路面局部发生凹陷；或由于路段地形比较复杂，局部有一定的视距限制，导致车辆经常需要刹车，车轮与地面频繁摩擦而产生横向和纵向的车辙；或由于路面基层的水稳性、强度、刚度都未达到标准，在水流冲刷和地表水下渗的影响下，使基层发生沉降，从而引起上部结构出现车辙；或由于路面材料的配合比控制不当，沥青用量超出设计要求，在高温天气则容易出现车辙[3]。

2.2 裂缝

裂缝是沥青路面普遍存在的一种病害类型，主要分为网裂、龟裂和纵横向裂缝。沥青路面的裂缝与路面基层的厚度、沥青混合料的配合比、施工的气候环境等诸多因素密切相关。在道路运行不久，路面上就会产生大小、宽度不一的纵横向裂缝，早期对路面的使用效果没有明显的影响。然而，由于道路环境的复杂性和车辆荷载的持续性，沥青路面的开裂面积持续增大，从而导致路面的使用性能下降[4]。在雨季，地面积水会透过裂缝向基层渗透，导致地基失稳。

3 沥青路面预防性养护材料主要性能的相关要求

3.1 抗老化的性能

沥青是一种耐老化能力比较弱的物质，在施工过程中经常会受到外部环境的影响，因而其性能在一定程度上也会受到影响。在选择预防性养护材料时，其主要特性要求是具备一定的耐老化性，以保证沥青路面的使用寿命。在材料测试中，需要对一些已经产生老化反应的沥青材料进行测定，向其添加一定量的预防性养护材料，再通过复合物理和化学作用优化原沥青材料的各项性能，使之尽可能地恢复到原来的程度，甚至可以进一步提高其与基层的结合强度，从而达到提高其抗老化能力的目的。材料测试结束后，可以展开取样和进一步的测试工作，测试内容包括针入度、延展性、软化点等，并根据测试结果选取最佳的养护材料。

3.2 高温稳定的性能

公路工程是一种户外施工项目，施工过程中经常会遇到高温气候环境，高温稳定性是沥青材料的一项非常重要的性能指标，所以在进行预防性养护时，必须充分考虑此种影响。在高温稳定性的测试当中，通常选择常规的沥青材料即可，将养护材料添加到沥青材料中，通过复合反应完成养护测试。上述工序结束以后，在确保其他因素不发生变化的情况下，将养护后的物料置于不同的环境温度下，同时测量其黏度，得出不同温度下的物料黏度情况表，通过对比，选择最佳的预防养护材料。之后，还要通过控制试验确定养护材料与沥青材料的最佳混合比例，在保持恒温的前提下，调整养护材料的用量，并对不同掺量下的黏性变化趋势进行合理的分析，以改善配合比的设计。

3.3 低温抗裂的性能

沥青材料在高温下需要考验其稳定性，而其在低温下则需要考验其抗裂性。在低温气候环境中，沥青材料的脆性会大幅度提高，在外界载荷的作用下，非常容易出现裂缝和断裂的情况，导致道路结构被破坏。在低温抗裂性能的测试当中，主要是在常规的沥青材料中添加养护材料，在保证其他因素相同的情况下，只对周围的温度环境进行变化，并利用适当的机械对其脆性进行测试。通常情况下是以脆点为基准，依据不同的温度等级，选用具备最佳抗裂性的养护材料。在上述试验结束以后，还应进行最佳配合比的试验分析。在相同的低温环境下，改变配合比，测量每一种配合比对应的脆点，并采用统计学方法进行优化。

3.4 抗滑的性能

沥青路面的抗滑性是衡量道路性能的一个重要评判指标，它直接影响着车辆行驶的安全度和舒适度。但实际应用中，由于太阳的照射、雨水的冲刷、车辆的碾压等因素的影响，其抗滑性能往往会受到一定的损害，严重时甚至会引发交通事故。在开展抗滑性能测试时，通常是将抗滑性能比较弱，或使用时间比较长的沥青材料作为研究和测试的对象，将拟测试的预防性养护材料添加到此类沥青材料中。加入养护材料后，沥青材料的抗滑性得到明显的改善，其主要参数表现为表面摩擦系数的增加。在上述测试工作结束以后，测试员可以利用摆动摩擦系数计测量出养护后的沥青材料的摆值，并将测量到的摆值转换为20℃的摆值，与未加工的摆值进行比较，以此确定最佳的养护材料。

3.5 防渗水的性能

防渗水性是沥青路面的另一个重要指标，如果防渗水性不好，则会使雨水渗入路面的内部结构和基层当中，从而破坏路面的耐久性。防渗性能测试是将拟测试养护材料加入具有明显渗透性的沥青材料中，利用两者产生反应后的物料对裂缝进行填补，以增强其抗渗性。在进行材料防渗性能测试后，根据实测的相关数据和资料展开分析，并将其与未经养护的沥青材料进行比较，同时考虑经济性、施工适应性等因素，选择出最佳的预防性养护材料。

3.6 耐久的性能

耐久性的目的在于保证道路的基础性能能保持足够长的时间，在预防性养护材料的作用下，最大限度地延长道路的使用寿命，提高工程的经济效益。耐久性测试是在抗车辙能力差的沥青材料中添加耐磨性能强的材料，并使二者充分反应。通过使用养护材料，可以提升沥青的耐久性。根据沥青结构的动态稳定性，将其置于轮胎表面进行挤压，直到结构失去动态稳定，并记录下整个过程。通过比较未经处理的沥青结构失去动态稳定所用的时间，可以选出性能最好的预防性材料。

4 预防性养护的技术分析

4.1 再生利用技术

在道路运行的过程中，由于车辆荷载和碾压等因素的作用，以及周围环境因素的影响，使得路面出现很多裂纹和老化现象。沥青路面是由沥青和胶质构成的，在使用较长一段时间后，会出现黏度下降、松散等问题，而采用再生利用技术，可以有效地解决上述问题：添加合适的再生剂，经加热之后，使其发生物理和化学性质的改变，从而提高其综合性能。

4.2 乳化沥青稀浆封层技术

乳化沥青稀浆封层技术是公路养护中比较常用的一种技术，它是将适当级配的石屑或砂、填料与乳化沥青、外掺剂和水依据一定的比例进行拌和，均匀地摊铺在路面上形成的沥青封层。该技术在处理沥青路面的裂缝、坑槽等病害方面具有较好的效果，且成本低，操作简单，因而得到了大范围的应用。在实施预防性养护技术时，需要对沥青路面的具体情况进行细致的分析，并根据沥青路面的构造和耐磨性能，选用适当的粗封层和细封层技术。在选用合适的添加剂和乳化剂时，应根据路面的情况，合理选用填料，并适当增加填料种类和用量，以提高稀浆封层的总体质量。此外，由于温度、湿度等因素的影响，在养护时，要根据当地的道路实际情况，对其配合比进行科学的控制（见图2）。

图2 沥青路面封层

4.3 微表处技术

微表处技术是高速公路和机场道路常用的养护方法，在形式上与稀浆封层技术有很多相似之处，但在原料选择、混合料技术要求、使用性能与寿命等方面存在差别。在沥青路面的施工中，采用专用的摊铺机将拌和好的混合料摊铺到原路面上。如果道路损坏比较严重，可以采取二次摊铺或多次摊铺的方法进行修复。但需要指出的是，该技术在实际使用中存在费用高昂、工序繁杂等缺点，故目前很少采用这种技术。

4.4 雾封层预防养护技术

雾封层技术是沥青路面预防性养护的一项前沿技术，在实际养护中，该技术不需要集料，只需要将稀释后的乳化沥青混合料均匀地喷洒在路面上即可，可以降低路面的水分，提高路面的平整度、承载力等综合性能。雾封层技术特别适用于易发生开裂的路面，此外，也可以用于道路填埋的预处理施工当中，但其缺点是会减少路面的摩擦力，所以，在应用时需要加以注意。