沥青路面新工艺、新材料、新技术

沥青路面养护维修技术的发展与新材料、新工艺、新技术的应用 沥青路面在交通载荷与气候影响的作用下，随着时间的推移，路面状况和服务能力将逐渐地恶化。为了保持路面良好的使用性能和延长它的使用寿命，在路面寿命周期的各个不同阶段需要采用不同的养护维修措施。沥青路面的养护维修工作对保持路面的服务能力，延长其寿命周期，以及改善噪音、振动等对周边环境的污染有着重要的作用。在我国高速公路建设的初期，路面养护的工作量还不是很大，人们容易产生重建设、轻养护的思想，但是随着我国公路建设的重点逐步向中、西部地区推移，在东南沿海地区将迎来一个路面养护维修的高潮，因而养护维修技术正日益成为人们关注的一个热点。1 沥青路面养护维修作业的分类我国现行的沥青路面养护技术规范通常根据工程量的规模大小、技术的难易程度将沥青路面的养护维修作业分为保养小修、中修、大修、改善（改建）等四类。这种分类方法的核心是“修理”，它是20世纪50年代从前苏联的规范中引入的，至今已经沿用了数十年。但是随着路面养护维修技术在材料、工艺、设备方面的不断发展和进步，这种分类方法已经很难反映出现代路面养护维修技术的特点和要求，因而也愈来愈显示出难以与现代养护维修技术的发展相适应了。现行分类方法所反映的并不仅仅是一个分类的方法问题，其实质是反映了一种“重修理，轻预防”的观念。更为合理的分类方法是根据病害的类型、路面损害的程度，以及所需采用养护维修措施的性质和功能来对养护维修作业进行分类。在美国等西方国家将沥青路面的养护维修作业分为：预防性养护（Preventive Maintenance）、修复性养护（Corrective Maintenance）、路面翻修（Pavement Rehabilitation）、路面重建（Pavement Reconstruction）等四类。这种分类方法的核心是作业的功能和目的，因而不仅在概念上是十分清晰的，而且有着很强的目的性和针对性。预防性养护是指那些带有保护路面，防止病害的进一步扩展，和以减缓路面使用性能的恶化速率以及延长路面使用寿命为目的的养护作业，它通常用于没有发生损坏、或只有轻微缺陷与病害迹象的路面。预防性养护没有路面补强的功能，因而不应期望预防性养护具有改善路面强度和承载能力的作用。修复性养护是指那些用来修复路面的局部损害或某种特定病害的养护作业，它通常用于路面已经发生局部的结构性损坏，但还没有波及全局的场合。路面翻修是指路面的损坏已经波及到路面的大部分面积，使之发生全面性的结构性损坏，从而需要在一定的深度下进行面层的再生和重铺的修理作业。路面重建是指当路面的损坏由于没有及时进行翻修、补强而进入整个路面各结构层发生结构性破坏时，这时不仅路面的面层，而且它的基层和底基层，甚至于路基也需进行翻修，这样的养护维修作业称为重建。当路基也需翻修时则称为道路的重建。2 预防性养护技术的新发展利用在已有路面上敷设一层防护层来保护原有路面的方法在很早以前就有了，但是预防性养护作为一个完整的概念出现在20世纪的80年代，它是许多国家在公路网的重建过程中总结了以往经验教训的基础上提出来的。预防性养护的重要意义体现在四个方面：保持路面良好的使用性能；延长路面的使用寿命；减少路面寿命周期的成本；节约养护维修资金，是一种费用-效益十分良好的养护措施。美国在80年代开始大规模进行路网的重建工程时，面对未来公路交通日益强化的挑战，于1987年启动了一个庞大的战略性公路研究项目（SHRP），其中第三个子项目“养护费用-效益”（Maintenance Cost-Effectiveness）就是专门从改善费用-效益的角度来研究养护技术的，它包括了两个主要研究课题，H101和H-106，前者的研究对象是四种预防性养护技术，后者的对象则是坑洞修补和裂缝（接缝）填封等两种修复性养护方法。在1993年SHRP计划结束之后，SHRP第二个子项目“路面长期性能”仍在FHWA的监督下成为一个新的为期20年的“路面长期性能研究计划”（Long Term Pavement Performance Program）继续进行，其中有关柔性路面的养护课题SPS-3作为H-101课题的延伸和LTPP计划的一部分巳于1998年完成了第一个五年的跟踪研究1。SHRP H-101和LTPP SPS-3课题的一个重要研究成果就是明确了预防性养护在延长路面寿命周期、节约寿命周期费用方面的良好费用-效益1。这一成果的一个总结，可以看到经过三次预防性养护，路面服务能力的评分仍可达到70分以上；路面经四次预防性养护而终结其寿命周期，共延长使用寿命15年；养护维修工程总费用可节省约45%。正是由于预防性养护的巨大经济和社会效益，使这一技术得到了迅速发展。目前广泛应用的预防性养护技术主要有表面封层、裂缝填封和薄层罩面三种类型。2.1 表面封层表面封层是一层用连续方式敷设在整个路表面上的养护层，封层材料可以是单独的沥青或其他封层剂，也可以是沥青与集料组成的混合料。表面封层用于解决的养护问题主要有：复原或延缓表层沥青材料的氧化（老化）；重新建立路面的抗滑阻力；密封表面的微小裂缝；防止水从表面渗入路面结构层；防止集料从表面失落、崩解。目前常用的表面封层技术有：雾层封层、还原剂封层、石屑封层、稀浆封层（微表封层）等。雾层封层和还原剂封层 此类封层是将雾状的乳化沥青或专门的再生剂喷洒在老化的沥青路面上（专用的再生剂要求渗入路面6 cm左右）,其目的是更新和还原表面已氧化的沥青膏体。雾层封层和还原剂封层都有一些共同的特点：施工后需要较长的时间才能开放交通；必须严格掌握单位面积的喷洒量，过多的喷洒量会在路表面形成一层薄膜而使路面丧失摩擦阻力，必要时需用铺砂的方法来改善其抗滑阻力。撒砂虽然可以提高抗滑阻力但它与路面的粘结力较差，即便经过碾压，在高速行驶的车轮的作用下仍会被带出，而导致抗滑能力的很快衰减，由于上述原因,雾层和还原剂封层通常主要用于低交通流量、低速的道路和停车场上。为改进雾层封层缺点所作的努力一直沿着两个方向在取得进展，一方面是从材料上采用粘附性更高的粘结料，另一方面是从工艺上来改善粘结剂与砂粒之间的裹覆性能，例如将砂粒与粘结剂事先拌和后再喷洒至路面上。美国STAR-SEAL公司开发的“SUPREME”牌沥青路面封涂层就是上述努力的一个例子。“STAR-SEAL SUPREME”是一种以精制煤焦油沥青乳液为主，添加有橡胶类高分子聚合物和表面活性剂的混合物。一般来说，煤焦油具有抵抗汽柴油等轻质油分的侵入和改善集料湿润性的能力，因而也改善了它们之间的粘附性能，高分子聚物则增强了粘结剂的粘韧性，而表面活性剂则改善了附着表面的抗水性。将此种乳液与细的石英砂（粒径0.4250.212mm）搅拌混合后将其喷洒、涂刷在沥青路面上23遍可形成一层极薄的保护层。它对沥青路面具有一种屏蔽保护作用，可以抵抗阳光、空气对沥青粘结剂的老化，阻止水分侵入沥青路面而导致的水损害，保护路面沥青不受泄漏的汽油、柴油、机油等轻质油分的软化作用，防止冬天防冻盐或其他化学品对沥青路面的侵蚀。高粘附性的粘结材料和事先与高耐磨性集料（例如石英砂）的充分裹覆，保证了表面必要的抗滑性能以及它的耐久性。石屑封层单层的石屑封层是最早出现的预防性养护技术，其施工方法是在路面上喷洒一层沥青材料（热沥青、轻制沥青、乳化沥青等），紧接着撒布砂、单粒径或适当级配的集料，并紧跟着进行碾压。石屑封层是一种敷设简单、易行，价格低廉的养护方法。它的缺点是要有较长的初期养护时间，高速行驶时噪音过大，路面上的松散集料还会被高速行驶的车轮带出而撞击、粘附在车身和档风玻璃上，集料的损失还会导致抗滑能力的衰减，所以一般很少用在大交通流量和高速行驶的道路上。石屑封层的新发展是围绕着减缓抗滑性能的衰减速率所作的努力。这种努力同样表现在从材料和工艺两方面对粘结剂和集料之间粘附性能所取得的改善。材料方面的改善，主要是更多地采用改性沥青和改性乳化沥青，以及改善它们与集料之间的相容性。在工艺方面的改善，同步石屑封层（Synchronous Surface Dressing）的出现就是一个典型的例子，它将粘结剂的喷洒和集料撒布两道工序集中在一台车辆上同步进行。这样做的好处是使碎石颗粒立即与刚喷洒的粘结剂相接触，此时由于热沥青或乳化沥青的流动性较好而使石屑能更深地埋入粘结剂内，并更好地渗入到路面的裂缝中。对于热沥青来说在温度尚未下降之前沥青的粘度较低，而对于乳化沥青来说则在尚未破乳前，喷洒的粘层油具有更厚的铺层，这些都有利于增加石屑埋入的深度和由于毛细管作用而增高石屑颗粒间粘结剂吸附的高度。同时，较好的流动性也有助于粘结剂更好地渗入到原路面的裂缝中而改善它的封水性能。稀浆封层和微表封层 稀浆封层是一种由乳化沥青、破碎的集料、矿粉、水和添加剂组成的稀浆状的混合物，它在拌和均匀后被摊铺到原有的沥青路面上形成一层与原路面接合牢固、具有抗磨表面结构的均匀养护层。微表封层是在乳化沥青稀浆封层基础上发展起来的，它由慢裂快凝的高分子聚合物改性乳化沥青、100%破碎的集料、矿粉、水和添加剂组成稀浆混合料。微表封层的厚度可达1015mm，抗滑阻力和抗磨耐久性也比普通的稀浆封层更好，并可具有某些修复性的功能，例如用于修补车辙、轻度松散、泛油等病害的校正。稀浆封层尤其是微表封层由于其良好的抗滑性能、快速凝固成型、早期开放交通、省去了喷洒和碾压工序，一台机械即可连续作业以及简单的施工过程和很高的生产效率，因而更加适用于大交通流量和高速行驶的道路上。微表封层技术的新发展主要表现在应用领域的不断扩大，现在微表封层不仅作为一种预防性养护的手段，而且还广泛地应用于：各种不同深度车辙的修补工作；作为防水和防止反射裂缝用的下封层；加铺在水泥路面和桥面上作为抗滑磨耗层；以及在水泥混凝土-沥青复合路面上作为两者之间的防水粘结层等等。2.2 裂缝填封裂缝是沥青路面常见的一种病害，从养护工艺的角度来看，裂缝可按其缝宽分为微裂缝或发裂（2mm以下）、微小裂缝（26mm）、小裂缝（612.7mm）、中裂缝（12.725mm）、大裂缝（>25mm）。对于发裂来说一般不需作处理，除非在单位面积内的发裂十分多，则可以在其上作表面封层的处理。6mm以下的微小裂缝由于尚未发生结构性损坏，通常不对裂缝作更多的处理，或只在表面上作贴封式的封面，其目的是防止由于雨水、冰雪通过裂缝向下渗入而继续扩大，因而属于预防性养护的范畴。宽度在612.7mm的小裂缝因尚未造成严重的结构性破坏因而常将它们的处理归入预防性养护。此类裂缝通常需要进行扩缝处理，有时也将它们归入修复性养护的范畴，本文将在修复性养护中与中、大裂缝的处理一并讨论。中、大裂缝的出现表明路面已发生较严重的局部损坏，而且往往带有严重的剥落，对它们的修补类似于坑槽的修补，已经属于修复性养护的范畴。6 mm以下的微小裂缝尤其是2 mm以下的微裂缝用普通的热沥青或乳化沥青进行密封处理，由于很难渗入裂缝深处，封层的厚度又很薄，不易取得良好效果，因而通常不作任何处理。微小裂缝处理技术的新进展主要得力于裂缝密封材料的不断改进，由于橡胶沥青技术的发展，出现了许多高粘度高粘弹性的裂缝密封胶，它们具有非常高的承受弹塑性变形的能力，这就使得微小裂缝的贴封式处理有了可能。许多国家的经验表明对微小裂缝，特别是低温裂缝在裂缝形成初期就用高粘度的密封胶作贴封式处理是非常有效的。它可以防止雨雪渗入裂缝，避免水分侵入混合料内部发生冻胀或沥青剥落而导致病害的进一步扩大和更为严重的路面损坏。2.3 薄层罩面薄层罩面也是一种很早采用的传统预防性养护方法，它是在原有路面上加铺一层厚度不超过2.5cm的热沥青混合料，薄层罩面可以有效地防止品质正在下降的路面继续恶化，改善