微表处技术在中国的应用-原稿

微表处技术在中国的应用徐剑黄颂昌秦永春（交通部公路科学研究院，北京100088）摘要：从上个世纪90年代末期开始，我国高速公路沥青路面养护需求迅速增大，养护技术落后的矛盾凸现。在此背景下，我国从2000年开始在高速公路沥青路面养护工程中使用微表处，并开展了大量研究和标准规范制订工作。至2005年底，微表处的累计摊铺面积已超过4000万m2，微表处逐渐成为我国高速公路路面养护的主流技术之一。关键词：微表处；改性乳化沥青；养护1背景经过近二十年的跨越式发展,截至2006年底，中国大陆公路通车里程已达到348万公里，其中高速公路4.54万公里。公路总里程和高速公路里程双双跃居世界第二位。公路建设成就越大,公路养护任务也就越重。从上个世纪90年代末期开始，随着使用期的延长，再加上路面早期损坏现象的推波助澜，我国高速公路大量进入维修养护期。但是传统养护技术和工艺无法满足高速公路路面养护需求，高速公路沥青路面的维修养护面临空前的压力：（1）传统养护技术费工费时，对交通影响大，百姓反映强烈；（2）传统养护技术的养护效果不尽理想，屡修屡坏，公路养护工作被动；（3）传统养护技术的经济成本较高，养护资金压力大；（4）传统养护技术重在维修，预防性养护技术缺乏。为此，国内各主要科研机构、高校、相关高速管理部门都在努力寻求借鉴发达国家的经验，引进相关技术，如超薄罩面、微表处、碎石封层、雾封层等。2早期试验路在上述背景下，我国于2000开始尝试使用微表处技术。2000年8月份，由交通部公路科学研究院与山西省高速公路管理局合作，在山西太旧高速公路铺筑了8km的微表处试验段，其实施目的是：修复外观，封闭渗水。2000年9月份，由交通部公路科学研究院与山东东营公路局合作，在山东潍高一级公路上铺筑了6km的微表处试验段，其实施目的是：抗滑处理，修复外观。2000年，由美国科氏公司与四川省管理局合作，在四川内江至宜宾高速公路铺筑了3km的微表处试验段，其实施目的是：封闭渗水，修复外观。通过这3条试验路的实施，验证了：（1）微表处与原沥青路面粘结牢固，可以经受住高速行车的作用；（2）微表处封水效果好，可以有效预防路面水损害；（3）微表处有良好的、持久的抗滑性能；（4）微表处施工速度快，对交通影响小。3技术研究与标准规范3.1微表处技术研究交通部公路科学研究院、东南大学等对微表处技术开展了大量的研究。科氏公司、壳牌公司、美德维实伟克公司等也做了大量的技术宣传工作。以交通部公路科学研究院为例，从2000年开始先后承担了交通部和国家经贸委的微表处相关研究项目4项，从材料技术要求、混合料设计指标与方法、施工与质量控制、竣工验收标准等方面对微表处技术进行了系统、全面的研究。主要研究结论包括：1）乳化剂、改性剂及改性乳化沥青的研究：①改性乳化沥青破乳速度的决定因素是乳化剂的化学结构和化学成分，同时受多种其它因素的影响。因此，针对工程实际使用的微表处混合料进行破乳速度的检测十分重要，但对改性乳化沥青本身的破乳速度指标进行检测意义不大。②改性乳化沥青恩格拉粘度与标准粘度之间存在一定的关系，但用一个确定公式进行换算不够精确，为了使粘度指标与国际接轨，可以直接采用恩格拉粘度；改性乳化沥青粘度与蒸发残留物含量之间存在良好的线性关系；SBR胶乳改性剂的加入，基本不影响乳化沥青的粘度。③对改性乳化沥青蒸发残留物的4种获取方法进行了对比，发现目前我国使用的直接加热法基本可行。④我国乳化沥青的筛上剩余量指标已经无法起到控制乳化沥青质量的作用，建议调整为1.18mm筛≤0.1%。⑤目前国产的阴离子SBR胶乳对乳化沥青和稀浆混合料的改性效果不够理想。2）矿料级配范围和集料技术要求的研究：①ISSA微表处级配范围基本适合我国使用。②微表处用于大交通量道路时宜采用III型级配，油石比宜小不宜大。③应谨慎使用间断级配；④集料中的超粒径颗粒必须在施工前筛除。⑤砂当量是评价细集料洁净程度的有效方法；⑥砂当量试验时取样不均会显著影响试验结果，集料越不洁净，影响的程度也就越大，因此，必须严格按集料取样法取样。⑦矿料砂当量的降低会显著缩短微表处混合料的可拌和时间、耐磨耗性能、抗裂性能和抗车辙能力，并可能造成混合料中的改性剂无法正常发挥改性效果，是微表处用矿料的关键技术指标之一。微表处用矿料砂当量不宜低于65%。3）微表处混合料配合比设计方法的研究：①微表处的施工性能到温度、湿度等多种因素的影响。不同混合料体系，其施工性能对各影响因素的敏感程度各不相同。②混合料设计时应在可能遇到的最高施工温度下进行可拌和时间的检验。③粘聚力试验数值经常出现假象。建议在记录粘聚力数值的同时，描述粘聚力试验后试样的破损状态，定性地评价混合料的成型速度。④研究发现，粘附砂量不大于的设计指标偏高，对设计出合理的沥青用量范围没有约束作用，建议调整为450g/m2；浸水1h湿轮磨耗指标不大于538g/m2和浸水6d湿轮磨耗不大于807g/m2的指标基本适合我国的实际情况，建议取整后使用。4）对微表处施工工艺与质量控制方法的研究结论：①探讨了微表处施工中经常遇到的，分析了原因，提出了相应的解决办法。②验证了国际稀浆封层协会提出的经验法检测微表处混合料稠度的方法可行，并对该检测方法进行了必要的补充。③建议采用以下的“三控检验法”对微表处混合料进行油石比检验：1每天摊铺前检查摊铺车料门开度和各个泵的设定是否与设计配比相符，认真记录每车的集料、填料用量和改性乳化沥青用量，计算油石比，每日一次总量检验；2每50000平米左右，统计一次施工用集料、填料和改性乳化沥青的实际总用量，计算摊铺混合料的平均油石比。3摊铺过程中数天取一次样进行混合料抽提试验，辅助检验油石比大小是否与设计油石比相符。④由于摊铺车的体积计量和矿料的湿胀性质，因此强调对矿料含水量进行检测，并根据检测结果及时调整摊铺车设定。5）通过对国内数条高速公路上沥青路面微表处养护工程使用情况的观测，验证微表处具有以下技术优点：微表处施工速度快，对交通的影响小；微表处有良好的抗滑性能，且宏观构造深度和摩擦系数随微表处使用期的延长衰减缓慢；微表处不透水，可以有效防止路表水下渗；微表处与原沥青路面粘结牢固；微表处可以修复轻度车辙及其它轻微病害。微表处可以满足高速公路沥青路面预防性养护的需要。6）通过对国内数条高速公路上沥青路面微表处养护工程使用情况的观测，发现微表处的使用效果受原路面状况影响很大，是一种预防性的养护方法。同时明确了微表处的适用范围，提出了微表处用作沥青路面养护时的适用条件：①微表处作为厚度仅为10mm左右的薄层结构，要求原路面有充足的结构强度，原路面强度不能满足要求时，应首先进行补强处理。②原路面15mm以下的车辙采用单层微表处可以起到很好的维修效果；深度15mm～25mm的车辙应采用双层微表处或首先进行微表处车辙填充；深度25mm～40mm的车辙应采用多层微表处车辙填充；深度40mm以上的车辙，建议采用其它方法处理车辙后再作微表处罩面。③微表处无法阻止原路面上宽度较大裂缝的反射，建议对宽度超过5mm的裂缝事先采用专用封缝设备和材料进行处理，然后再进行微表处罩面。④原路面宏观构造深度基本丧失的情况下，建议采用双层微表处。⑤原路面的隆起型病害应在微表处前进行处理，原路面的坑槽等病害必须彻底挖补。7）建议将封层划分为微表处、稀浆封层和其它类型封层三类，改性稀浆封层作为稀浆封层的一种，定位为掺加了改性剂的满足稀浆封层技术要求的稀浆封层。3.2标准规范根据近四年的应用经验和研究结论，微表处技术被纳入2004年修订的交通部《公路沥青路面施工技术规范》（JTGF40-2004）。交通部公路科学研究院还编写了《微表处和稀浆封层技术指南》，于2005年底由交通部正式颁布实施。本指南以我国微表处技术实践为主要依据，参照ISSA的相关技术指南，并进行了以下几个方面的调整：（1）在乳化沥青技术要求方面，要求乳化沥青的25℃恩格拉粘度在3～30之间，1天和5天贮存稳定性分别不得大于1%和5%，乳化沥青蒸发残留物含量不得小于60%，残留物的软化点不得低于53°C，针入度40～100ddm，5℃延度不得低于20cm；（2）降低负荷车轮粘砂量指标至450g/m2；（3）要求在记录粘聚力试验数值的同时描述试样的破碎情况，综合评价混合料的成型速度；（4）对用于车辙填充的混合料提出了轮辙变形试验的要求；（5）提出了新的微表处混合料设计步骤，不再考虑图解法确定混合料乳化沥青含量的办法；（6）增加了微表处和稀浆封层施工过程质量控制方法和竣工验收标准。4应用概况4.1用量从2000我国首次使用微表处技术以来，微表处的用量不断扩大。截止2005年底，我国微表处累计用量超过了4000万m2，使用微表处的省市区已经超过20个。已经实施的微表处几乎全部用在了高速公路路面养护中。图1中国大陆微表处用量统计图2中国大陆使用过微表处的省市区4.2设备与材料目前，我国微表处摊铺设备超过100台，其中进口设备占到一半以上，包括德国百灵、瑞典阿克苏诺贝尔、美国博堪、美国VSS等公司的微表处摊铺车。国产的微表处摊铺设备也0200400600800100012001400160018002000200020012002200320042005万平方米迅速成长起来，产品质量也在迅速提高。我国微表处施工设备几乎全部为间歇式摊铺车。我国微表处用改性乳化沥青，壳牌（中国）和中国科氏公司占据了主要市场份额；微表处用改性乳化沥青的乳化剂以美国维实伟克公司的产品为主，阿克苏诺贝尔公司、法国熙卡公司等也都在努力开拓中国市场。国产乳化剂产品的质量也在迅速提高。4.3混合料我国已经铺筑的微表处中，绝大多数采用III型级配，少量采用II型级配，还有一小部分采用比III型粗的所谓IV型级配，以提高还要粗路面抗滑性能。我国已经铺筑的微表处，乳化沥青用量一般在10%～11.5%之间，很少有超过12%的情况。按照乳化沥青蒸发残留物含量60%计算，混合料的油石比一般在6%～7%之间。与国外的微表处相比，我国微表处混合料的乳化沥青含量较小。4.4用途与寿命微表处已经大量应用于我国高速公路沥青路面的罩面、沥青路面车辙修复、水泥桥面的罩面、隧道道面的罩面。目前，我国使用微表处的主要目的是：（1）路面水损害严重，采用微表处作封水处理；（2）路面局部病害修补太多，采用微表处罩面以求恢复路表外观；（3）防止路面病害恶化，维持路面的使用，等待大中修的到来。图3中国的微表处由于我国微表处在使用时原路面状况往往较差，而且往往是用于维持路面至大中修，因此微表处的寿命一般在3年作用，这显然不是微表处应有的使用寿命，但是确实起到了业主期望的作用。如果可以将微表处真正用于路面的预防性养护，其使用效果和寿命还将大大提高。5前景展望（1）微表处在我国高速公路路面养护领域前景广阔。按照国家高速公路网发展规划，我国高速公路总里程将达到8.5万公里。假设这些高速公路每年有20%的路面需要进行预防性养护，如果这其中有20%采用微表处技术，那么每年将有3400km的微表处工程量。（2）微表处在新建道路表面磨耗层中的应用，有望成为微表处技术新的增长点。我国不少省份缺乏硬质石料，在修建高速公路时不得不远距离甚至跨省调运石料，大大增加了公路的建设成本。如果使用微表处作为表面磨耗层，硬质石料的用量将比采用4cm左右的沥青混凝土减少70%以上，可以大大降低建设成本。采用微表处作为表面磨耗层，其下的沥青混凝土层可以不必过多顾虑纹理深度和平整度，施工时大胆碾压，从而可以提高沥青混合料的密实度，改善路面的抗车辙能力和抗水损害能力。如果微表处技术在我国高速公路沥青路面表面磨耗层的领域得到推广，微表处的使用面积将会大幅度的扩大。截至2006年底，我国高速公路通车里程达到4.54万公里，离8.5万公里公里的发展规划还有4万公里的差距。如果这4万公里新建高速公路中能够有5%使用微表处作为表面磨耗层，那么每年将有2000km的微表处工程量。随着微表处技术的不断进步，微表处技术在我国高速公路建设和养护中的作用和地位将得到进