沥青路面预防性养护技术研究

2023-06-18丁博

运输经理世界 2023年8期

丁博

（山西交通控股集团有限公司运城南高速公路分公司，山西运城 044000）

0 引言

沥青路面养护施工是保证其性能和安全的关键。预防性养护是周期性养护措施，可以在路面没有严重损坏的情况下，开展养护施工，从而防止病害扩散，保持路面最佳的运行状态。根据以往的经验发现，新建设的沥青路面在前75% 的时间内，性能降低40% 左右，该阶段就是预防性养护的关键阶段。如果没有采取预防性养护措施，在后续的12%的时间内，路面性能再下降40%，这时再进行养护需要投入大量的人力、财力，称为矫正性养护。从这个方面分析，预防性养护有较大的优势，必须全面落实和应用，以保证路面性能。

1 预防性养护技术

1.1 稀浆封层技术

在公路路面养护中，稀浆封层技术是指按照技术标准，将沥青、集料制作成的混合料摊铺在桥梁路面上，保持摊铺的均匀性，从而形成磨损层，对原桥梁路面的裂缝进行封闭处理，提高养护效果，降低养护成本。在应用该技术后，现场摊铺施工的厚度为5～10mm，通常可使用2～4 年。其中，集料包含细集料与矿物填料，如玻璃纤维等材料，达到材料性能的要求(稀浆封层流程见图1)。在养护施工中，稀浆封层技术的性能优越，结构黏结效果得到提升，所以应用更加广泛。对于交通流量大、重载车辆多的路段，采用在混合料中加入聚合物改性剂的方式，进行封闭处理，成型速度加快，可以快速恢复交通，养护质量水平不断提高。但是也要注意，施工环境对稀浆封层技术影响较大，需要加强温度控制，提高养护成型的效果[1]。

图1 稀浆封层工艺

1.2 同步碎石技术

在公路路面养护中，同步碎石是应用专业性的同步碎石封层机进行施工（见图2），将碎石、乳化沥青、改性沥青等组合形成的混合料摊铺在公路工程路面表层，形成稳定的整体结构，即磨耗层结构，强度性能较高。应用该技术，达到表面处理的效果，可以使沥青路面的寿命延长15 年以上。从实际应用的质量来看，同步碎石技术的应用可以全面提高公路工程路面的抗滑性、耐磨性、防水性，同时还有较高的经济效益。对于低等级的公路项目来说，将同步碎石的方式作为过渡型的施工方式，应用在资金不足的公路工程路面上，也能产生一定效果，其性价比较高，路面处理比较方便，在低成本的情况下，满足公路通行的要求。

图2 同步碎石封层机

1.3 雾封层技术

在公路路面养护中，雾封层技术可以有效地提升沥青路面的黏合性，使路面保持最佳的状态，预防在施工中发生松散的问题，并且及时进行路面裂缝的填充处理，延长路面的使用寿命，防止快速老化，提高公路通行的总体水平。目前雾封层技术是比较常用的预防性养护措施，应用范围比较广，现场施工方便、速度快，基本上只需要沥青喷洒车即可完成施工，一次性完成整个养护工作。通过喷洒车，将保护剂喷洒到公路工程路面上部的裂缝、孔洞内，及时修复病害问题。也可以在养护环节，应用慢裂乳化沥青稀释液开展施工，从而提高养护施工水平，恢复公路的通行性能。在喷洒现场施工中，车辆需保持匀速行驶，达到表面喷洒均匀。在喷洒结束后，路面的材料保持紧密结合的状态，从而提高路面的性能。通常来说，在沥青路面裂缝等病害问题不严重的情况下使用雾封层技术，预防病害的进一步扩大。

2 工程应用

2.1 工程概况

某高速公路项目投入运营的时间超过10 年，交通通行量不断扩大，还有比较多的重载车辆。据统计，该高速公路单日通行车辆折合为小客车已达到7 万辆。当地的气候条件为季风副热带海洋性气候，夏季温度高、降雨量大，每年降雨1200mm 左右，并且原公路结构表面的厚度小，在发生裂缝的问题后，表面雨水进入基层结构，再经过车辆的持续碾压而形成唧浆的情况，从而导致严重的病害问题。为了防止重载车辆对公路产生影响，要提升防排水效果，避免出现浪费的问题，延缓公路功能的衰减，降低养护成本。经过管理单位综合分析，最终决定应用含砂雾封层预防性养护技术，恢复公路的通行性能，保障交通的安全性。

2.2 原材料及配合比设计

对于沥青路面含砂雾封层施工来说，使用的施工材料是多种材料混合后形成的，包括乳化沥青、细集料、掺加剂、水等，加强材料的配合比控制，以满足混合的要求。该项目选择应用阳离子快裂乳化沥青，应用0.6mm 筛进行检测处理。应用玄武岩、金刚砂等制作机制砂，期间需要做好质量控制，一般而言，需要保证相关含水量小于1.0%，含泥量在0.5%以内。水的质量尤为重要，pH 值控制在6.0～8.0，并且没有多种有害物质存在。在施工中，预防出现混合料分层、离析等问题。为了提高混合料的性能并且能够快速成型，加入外加剂以满足施工的要求。根据配合比的要求，将多种材料充分搅拌后形成混合料，达到均匀后再加入细集料，保持高速搅拌，达到均匀性状态。混合料具备较高的性能，达到抗滑、防渗、耐热的效果。混合料在制作完成后，进行各项性能的检测，密度超过1.04g/cm3，黏度48.5s，有效物料占比64.7%，闪点125℃，预防出现离析、沉淀等问题。一次性生产混合料的数量不能过多，且存放时间控制在24h 以内。

2.3 施工设备

含砂雾封层预防性养护施工阶段应用的设备数量较少，但是对于喷洒设备的性能有较高的要求。所以，在该工程施工中，选择应用大型高压自动喷洒车。对于局部空间不足的情况，应用小型设备补充喷洒施工，形成整体的路面结构。在该设备中，沥青罐的容量为6t，内部配置搅拌装置，持续性搅拌以防止发生材料的离析问题。喷洒设备具有挡板结构，避免发生喷溅的问题。此外，喷洒车具有循环喷洒的效果，喷洒管为金属管，喷嘴的尺寸符合要求，形成强度较高的喷雾。在开启设备之后，逐步进行路面喷洒施工，达到全面覆盖、均匀性的要求，确保路面结构的性能合格[2]。

2.4 施工工艺

在含砂雾封层施工中，喷洒材料之前要对原路面进行全面清理，没有泥土、碎屑、砂砾等材料，且使用高压水全面冲洗处理，在水分蒸发后才能继续施工。如果原路面表层存在坑槽、裂缝、沉陷等严重的问题，按照施工工艺规范进行处理，达到要求后才能继续开展现场施工。为了有效地防止填缝料和含砂雾封层混合料产生化学反应，采用高含量乳化沥青、细粒砂浆作为填缝料。在现场施工环节加强天气的监测，如果出现降雨、有雾等天气，禁止开展施工，且环境温度要超过20℃。如果沥青路面在施工中温度在38℃以上，应立即喷洒水分进行湿润处理，将湿度控制在80%以内，再进行表面的喷洒施工。原路面清理施工后，按照施工技术的标准要求，进行表面标线的绘制，且要做好喷杆的遮挡处理，防止在施工中出现各个结构污染的情况。对于病害问题较为严重的情况，应该选择使用三层混合料喷射施工的方式，其他则应用两层喷射施工即可完成。

经过数据统计发现，对于单日车辆通行数量超过5 万辆的情况，含砂雾封层施工后的2～4 年内，路面性能比较高，所以需要间隔2～4 年进行一次养护施工，使公路寿命延长2 倍以上。在现场施工中，混合料采取随伴随用的方式处理，环境温度保持20～30℃。在施工前一天进行材料制作，撒布车装载施工材料后，进行搅拌处理，达到最佳的状态。采用智能化系统控制撒布车辆，使用大型撒布车辆时，要做好现场施工的管控，确保撒布的厚度符合要求，偏差不会超出设计标准。在现场撒布施工中，严格控制宽度，避免出现流淌问题。一般来说，在第一层含砂雾封层撒布工作结束后，进行1h 的干燥处理，然后再进行撒布施工，2h 后即可通行车辆，所以恢复交通的时间比较快。

2.5 交工验收

含砂雾封层养护施工之后，对于路面进行质量检测，主要从渗水系数、摩擦系数、构造深度等方面进行，确保施工质量合格。此次在通行后1 个月开展质量检测，结果见表1。

表1 含砂雾封层验收要求

3 路用性能试验

3.1 沥青室内试验

在养护施工前1 个月及施工后1、3、6、9、12 个月对路面进行检测，主要通过钻芯取样的方法。沿着芯样厚度选取2cm 的混合料展开性能检测，针对沥青路面的软化点、延度、针入度等方面参数进行检测，然后使用4cm 的切片进行马歇尔试验，验证性能参数是否符合工程的要求。检测分析发现，在含砂雾封层施工之后，路面的各项性能得到充分恢复，性能改善比较明显，说明该养护方式可以顺利恢复路面的性能，综合利用价值比较高[3]。在现场施工完成后，芯样的流值与马歇尔稳定度都超过施工之前，且最大值出现在施工后12 个月，提升效果不明显，但是对于提升沥青路面的总体性能产生积极的作用。

3.2 现场测试

根据目前国家标准规范和要求，对于该公路进行渗水系数、摩擦系数、构造深度方面的检测，展开现场试验分析，测定各方面的性能和参数。通过试验结论的分析可以发现，在现场施工开始前，该沥青路面的结构存在有较为严重的渗水问题，在施工后渗水系数为零，不会发生渗水的情况，表示在养护施工后，表层已经全部被封住，含砂雾封层养护施工可以全面提升防渗的性能。进行养护施工后，构造深度出现了降低、升高、微降的变化趋势，导致这一问题的原因是在短时间内，含砂雾封层内部分材料还停留在路面中，形成保护膜，构造深度减小；经过车辆的持续性碾压处理，荷载不断增大，保护膜也会逐步消失，构造深度增大。长期投入使用后，含砂雾封层的性能得到全面提升，抗磨耗水平升高，整个路面更加稳定。这说明，应用含砂雾封层施工技术可以全面提升路面的抗滑性，不断提高结构的稳定性[4-5]。通过对养护施工后的路面进行检测发现，含砂雾封层养护后的路面集料的裸露比例比较低。该路面在投入使用后，耐磨性不断提高，磨耗是沥青路面的重要指标，所以含砂雾封层养护后路面的综合性能得到了全面提高，保证公路通行的质量与安全。此外，含砂雾封层养护后，集料的裸露比例控制在合理的范围内，表面集料的裸露比例下降，随着雾封层的涂刷量不断增大，裸露比例还会出现先增加后下降的变化趋势。与此同时，为了能够达到最佳的抗磨效果，在现场施工中将涂刷量保持在0.6kg/m2以上。