關(guān)鍵詞：預(yù)防性養(yǎng)護(hù) | 乳化瀝青 | 微表處混合料

隨著《交通強(qiáng)國建設(shè)綱要》的出臺，我國公路行業(yè)的發(fā)展迎來了qian所未有的機(jī)遇。同時，由于交通量和交通荷載的持續(xù)增加，以及自然因素的綜合作用，加大了原有路面的損壞速度和程度，因此國內(nèi)放緩了公路修建，開始重視公路養(yǎng)護(hù)。相關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計表明，至2018年12月，國內(nèi)公路總里程為484.65x10^4km,居世界第yi位，其中，養(yǎng)護(hù)里程占比高達(dá)98%[1]。眾所周知，公路瀝青路面在使用初期往往就會出現(xiàn)各種病害[2]，若不及時對其采取有效的措施，對路面早期病害進(jìn)行處理，路面將會產(chǎn)生更嚴(yán)重的損壞，不僅使公路服務(wù)質(zhì)量變差，而且易引發(fā)各種交通事故。為了解決這一問題，建議對路面進(jìn)行預(yù)防性養(yǎng)護(hù)。這種養(yǎng)護(hù)形式在近幾年開始興起，它與傳統(tǒng)意義上的養(yǎng)護(hù)不同，其特點為主動養(yǎng)護(hù)、提前養(yǎng)護(hù)，即當(dāng)路面剛剛出現(xiàn)小的病害時，就及時對其開展養(yǎng)護(hù)工作，解決病害問題，避免因放任病害加重引起更嚴(yán)重的病害。該養(yǎng)護(hù)模式的優(yōu)點在于，既能有效減少養(yǎng)護(hù)成本，又能提高公路壽命[3]。

針對瀝青路面可使用的預(yù)防性養(yǎng)護(hù)方案大致有五種，分別為霧封層、薄層罩面、碎石封層、稀漿封層和微表處[4]。其中，微表處應(yīng)用zui為廣泛，它的優(yōu)點在于不僅養(yǎng)護(hù)成本低，而且施工周期短，同時治理效果較好，在改善路面抗滑性能、防止路面滲水、改善路面外觀和平整度、提高路面承載能力、防止路面老化、延長路面使用壽命等方面具有許多突出的優(yōu)點，無論是歐美等發(fā)達(dá)國家，還是在中國，這種養(yǎng)護(hù)方式都被普遍使用[5]。

微表處的組成及相關(guān)技術(shù)

微表處的組成和配合比有一定標(biāo)準(zhǔn)，使用的材料也很廣泛，主要包括聚合物改性乳化瀝青，各類集料以及多種礦料，再輔以水、添加劑等氣由千原材料質(zhì)量對微表處性能的影響很大，因此，了解每個組分的性能和影響其性能的關(guān)鍵因素對確保微表處混合料的質(zhì)量來說至關(guān)重要。

乳化瀝青

普通瀝青加熱時，會消耗大量化石能源，同時排出大量煙氣，嚴(yán)重污染環(huán)境。與此相比，乳化瀝青材料由于具有施工便捷、節(jié)能環(huán)保、減輕瀝青老化、延長施工季節(jié)等突出優(yōu)勢，符合《交通強(qiáng)國建設(shè)綱要》提出的綠色發(fā)展、節(jié)約集約、低碳環(huán)保的發(fā)展理念，得到了國內(nèi)外公路行業(yè)的廣泛認(rèn)可，因此十分適合公路修建與養(yǎng)護(hù)，尤其是在目前的養(yǎng)護(hù)技術(shù)手段中基于乳化瀝青技術(shù)的占比zui大。

乳化瀝青由兩個互不相容的相組成，即1~50um的瀝青微滴在乳化劑的作用下分散到水介質(zhì)中形成嘰按照乳化劑親水段的電荷差異，可將其劃分成三種，分別為陽離子乳化瀝青、陰離子乳化瀝青和非離子乳化瀝青。到目前為止，陽離子乳化瀝青在世界范圍內(nèi)zui常見。陽離子乳化劑本身一般呈堿性，需要與酸(一般為HCl)反應(yīng)，使其溶于水并帶正電荷，才能起到乳化作用。通常，制備乳化瀝青陽離子水溶液(皂液)的pH范圍在2~3之間[8]。

在工程應(yīng)用當(dāng)中，乳化瀝青的主要作用是改變?yōu)r青的流動狀態(tài)，使其在常溫下即可使用。而在瀝青混合料中起膠結(jié)料作用的仍然是基質(zhì)瀝青自身，因此基質(zhì)瀝青存在的易老化、粘附性不強(qiáng)、高低溫性能差、抗水損害能力差等缺點也會在基質(zhì)乳化瀝青中出現(xiàn)[9，10]。為了解決這一問題，通常在制備乳化瀝青時摻入橡膠、樹脂等高分子聚合物來改善改性乳化瀝青的性能。

乳化劑

乳化劑作為微表處混合料重要的組成部分之一，其主要作用是減少水與瀝青微滴的界面自由能，從而使得二者能夠均勻且穩(wěn)定的形成一種乳狀液。在乳化瀝青中，乳化劑的摻量往往非常小，但是對乳化瀝青的加工、貯存和使用性能等至關(guān)重要。在我國，對于微表處中的乳化劑，《微表處和稀漿封層技術(shù)指南》做出了詳細(xì)說明：微表處因其原材料選用和施工條件的限制，bi須使用陽離子乳化劑，且用量不得小于瀝青用量的3%[11]。我國常用的陽離子乳化劑有季銨鹽、胺化木質(zhì)素、酰胺類和咪唑啉等。實踐表明，使用陽離子乳化劑效果更好，可顯著提升集料和乳化瀝青的粘結(jié)能力，其原理是陽離子乳化劑本身帶有陽離子的基團(tuán)，摻入陽離子乳化劑的乳化瀝青會使得瀝青微滴帶正電荷，而集料表面通常帶負(fù)電荷，當(dāng)二者在攪拌機(jī)的作用下相互混合時，正負(fù)電荷就會相互吸引，使瀝青微滴與集料更好的粘附在一起[12]。

改性劑

改性劑在微表處改性乳化瀝青混合料中有著重要的地位。改性劑加入的效果具體體現(xiàn)在：增強(qiáng)瀝青路面的抗裂能力和高溫抗變形能力，改善瀝青與集料之間的粘附性，增強(qiáng)改性乳化瀝青混合料的保水性和流動性，同時，在經(jīng)濟(jì)和環(huán)保上有著巨大的優(yōu)勢。

改性劑的種類繁多，其性質(zhì)各不相同，因此改性劑的選擇至關(guān)重要。改性劑要對改性乳化瀝青起到預(yù)期的效果，其本身bi須均勻穩(wěn)定的填充到瀝青分子當(dāng)中。因此，在選擇瀝青的種類時應(yīng)從瀝青的組分和原始物理性質(zhì)兩個方面來考慮二者對改性劑的兼容性，同時，根據(jù)使用條件和使用目的以及使用環(huán)境合理地選擇改性劑也是保證其效果充分發(fā)揮的關(guān)鍵。

例如，在SBR改性乳化瀝青中加入水性環(huán)氧樹脂，可使體系在常溫環(huán)境下發(fā)生固化反應(yīng)和交聯(lián)反應(yīng)。從而形成三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，從而大大提高微表處的耐磨性和抗剝落性能。Sun等人[13]在微表處中加入2%的水性環(huán)氧樹脂，其耐磨性和水穩(wěn)定性均有明顯提升，與普通微表處對比，在抗滑性與抗剝落方面都具優(yōu)勢。

集料

集料可由花崗巖、石灰石和玄武巖等粉碎后得到，集料在微表處中占比很高[14]。由于微表處的快速凝固特性，選用集料的性質(zhì)至關(guān)重要。不同集料會產(chǎn)生不同的作用，因此從微表處的性能方面考慮，需要評估集料的幾個關(guān)鍵指標(biāo)，包括采集地的地質(zhì)情況、石料的形狀、結(jié)構(gòu)、完整性和耐磨性。此外，影響微表處混合料性能的要素還有很多，比如集料的級配和含水量的高低。

集料一般選擇粗粒式或中粒式，使用粗集料可以在混合料中形成骨架，再通過細(xì)集料的填充，就形成一種較為穩(wěn)定的骨架密實結(jié)構(gòu)。要想獲得更好的抗磨耗能力，應(yīng)選擇堅固且耐磨的石料，此外，大粒徑塊石、卵石等在破碎后也是很好的選擇。為了增強(qiáng)瀝青與礦料間的粘附性，集料表面bi須用清水洗凈并烘干。

鋼渣是目前廣泛用千瀝青路面施工的集料。Cui等人[15]將激光掃描技術(shù)與數(shù)字分析方法相結(jié)合，通過成像分析對玄武巖和鋼渣的形貌進(jìn)行了定量分析，采集并研究了含鋼渣微表處試樣的形貌特征。結(jié)果表明，鋼渣代替玄武巖后，微表處混合料具有較強(qiáng)的聯(lián)鎖結(jié)構(gòu)，磨耗損失、橫向位移和豎向位移均有所降低，這表明鋼渣可以提高微表處抵抗交通荷載的能力。

Peter等人[16]的研究結(jié)果表明：只要給定一種集料，微表處混合料的空隙率就一定，不會因級配而發(fā)生較大的變動。集料的形狀直接決定混合料的骨架結(jié)構(gòu)，zui終影響混合料的空隙率。

礦物填料

礦物填料可以填補集料之中的空隙，使其有較好的級配；也可以縮短改性乳化瀝青混合料的拌和時間、改善改性乳化瀝青混合料的成型狀況、延長或縮短微表處混合料的破乳速度[17]。微表處中常常摻入的填料為水泥、石灰等。

水

水以三種方式被引入到微表處混合料中，即集料中存在的水、拌和用水和乳化瀝青中的水。水作為微表處混合料各組分間相互作用的溶劑，其質(zhì)量bi須符合相應(yīng)的要求。水的主要目的是濕潤、溶解和粘附其他成分并緩和化學(xué)反應(yīng)，因此，用于微表處的水應(yīng)與其他組分兼容。此外，水中不能含有太多的雜質(zhì)，pH值需要控制在合理范圍內(nèi)，通常為6-8.5,這有利于混合料中集料與瀝青、礦粉和添加劑之間的相互作用[18]。影響微表處混合料所需水的因素有集料中的水分含量、溫度、相對濕度和路面吸水量[19]。

微表處混合料性能試驗

對于微表處，所制定的每一個配合比都是一個化學(xué)體系，它受到乳化瀝青和集料類型、集料級配、水和乳化瀝青用量以及礦物填料和添加劑種類等多個變量的影響。因此，在工程特定條件下對實驗室樣品進(jìn)行現(xiàn)場模擬試驗分析成為評價微表處混合料性能的關(guān)鍵，現(xiàn)對常用的幾個試驗介紹如下。

拌和試驗

拌和試驗的主要目的是模擬攤鋪的施工現(xiàn)場。通過微表處的成型狀態(tài)驗證乳化瀝青與集料的配伍性，進(jìn)而獲取具體準(zhǔn)確的拌和時間。拌和時間過長，路面達(dá)不到早期強(qiáng)度，則無法開放交通；拌和時間過短，則不能順利攤鋪施工。

微表處的施工效果很容易受到環(huán)境的影響。因此，進(jìn)行混合料設(shè)計時，可拌和時間bi須要在施工過程中可能出現(xiàn)的zui不利的溫度下檢驗。

居浩等人[20]通過一系列性能測試，全mian分析微表處混合料性能的影響因素。得到的結(jié)論有三點；一是溫度，高溫環(huán)境能夠明顯減少拌和時間；二是乳化劑，乳化劑占比越高，需要的拌和時間越久；三是水泥，摻入水泥可能延長也可能縮短混合料的拌和時間。

粘結(jié)力試驗

粘結(jié)力試驗主要測試微表處的早期強(qiáng)度，能準(zhǔn)確地測得初凝時間，足夠的早期強(qiáng)度是保證開放交通時間的前提。粘結(jié)力指標(biāo)需要綜合評判，應(yīng)將測得的粘結(jié)力數(shù)值與試樣破損狀態(tài)相結(jié)合，以確定混合料的初凝時間和開放交通時間。

濕輪磨耗試驗

濕輪磨耗試驗?zāi)M了路面在潮濕的情況下，抵抗汽車輪胎磨耗的能力。

1h濕輪磨耗試驗可以測定微表處功能層的抗磨耗性能以及瀝青與集料的裹覆性[21],而微表處改性乳化瀝青混合料的抗水損害性能則由6d的磨耗值表示[22],通過長時間的浸泡過程來考察水對混合料的侵蝕狀況。但是，水的破壞不僅體現(xiàn)在對瀝青膜的置換中，水分相態(tài)的改變也會對混合料造成損傷[23,24],而浸水6d磨耗試驗并沒有考慮到在季節(jié)性冰凍地區(qū)水的凍融循環(huán)對礦料表面的瀝青膜產(chǎn)生的凍脹剝落作用。因此，王兆宇[25]在6d浸水濕輪磨耗試驗的基礎(chǔ)上，擬采用凍融循環(huán)濕輪磨耗試驗，從而更全mian地反映水對微表處混合料的不利影響。

輪轍變形試驗

通過輪轍變形試驗可以得出輪跡寬度變形率，并由此來評價微表處混合料的抗車轍能力。寬度變形率越小，抗車轍變形能力越強(qiáng)，高溫穩(wěn)定性越好；反之，抗車轍變形能力越差。

肖勁松[26]研究發(fā)現(xiàn)，輪跡寬度變形率與乳化瀝青摻量有明顯的相關(guān)性，乳化瀝青摻量越大，微表處混合料的抗車轍能力越差。他指出這是因為將聚合物乳化瀝青摻入到水泥基無機(jī)結(jié)合料當(dāng)中后，由于聚合物的彈性模量相比水泥低很多，復(fù)合反應(yīng)后，膠凝材料性能發(fā)生改變，導(dǎo)致整體剛性降低，從而使輪轍變形增大。

除以上試驗外，還應(yīng)根據(jù)不同的情況，設(shè)置不同的試驗情境，采用不同的配合比試驗。實際施工中，根據(jù)不同的天氣和溫度，可以適當(dāng)?shù)恼{(diào)整配合比，特別是混合料的用水量和水泥的用量。

結(jié)語

微表處預(yù)防性養(yǎng)護(hù)技術(shù)可大幅提升路面的綜合性能，有效消除各種病害對路面的影響，同時，成本低、施工周期短，養(yǎng)護(hù)效果好。綜述了微表處混合料的組成，分析了它們對整體的影響，并對現(xiàn)行規(guī)范中微表處混合料的性能試驗做了簡單介紹與總結(jié)，對未來深入研究具有積極的借鑒意義。

微表處技術(shù)雖已日趨成熟，但仍應(yīng)深入研發(fā)，提升技術(shù)水平，以更好地改進(jìn)和提升公路的綜合性能，滿足交通運行的需要。此外，在微表處施工的過程中，很多外部的條件對于工程質(zhì)量的影響是比較直接的，因而bi須考慮實際施工條件，選擇更加科學(xué)的養(yǎng)護(hù)措施，從而保證微表處施工能夠順利實施，達(dá)到提升養(yǎng)護(hù)效果的目的。

全文完 發(fā)布于《石油瀝青》2020年10月。文章轉(zhuǎn)載于“瀝青路面”公眾號

作者簡介：任瑞波(1967年1月-），男，教授，博士，主要從事瀝青路面材料、瀝青路面力學(xué)分析等方面工作

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下面跟著小編了解下意大利matest雙輪式漢堡車轍儀，瀝青混合料車轍試驗是用來測定熱拌瀝青混合料在一定荷載下的形變敏感度，它是通過測量在設(shè)定的溫度下加載輪反復(fù)碾壓試樣一定次數(shù)而形成的車轍深度來實現(xiàn)的。漢堡車轍儀可用于確定熱拌瀝青混合料（HMA）抗車轍能力。用于瀝青混合料車轍試驗，在實驗室模擬瀝青路面高溫狀態(tài)受荷載作用下的永久變形（車轍），屬于現(xiàn)象學(xué)/經(jīng)驗法的試驗方法。

設(shè)備名稱：雙輪式漢堡車轍儀

型? ? ? ?號：B038A

制? 造? 商：意大利matest公司

滿足規(guī)范：EN 12697-22、AASHTO T324-04、JTG E20 T 0719-2011

試驗環(huán)境 : 空氣浴 + 水浴 專利號 : US 9, 964, 471

漢堡車轍儀可用于確定熱拌瀝青 (HMA) 抗車轍和水害的能力。意大利matest的“SmarTracker?” 型號的瀝青混合料車轍實驗儀符合并超過 EN 和 AASHTO 規(guī)范的要求。 采用智能設(shè)計，具有創(chuàng)新功能并考慮到用戶的需求。

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▍每個測試輪由單獨電機(jī)驅(qū)動，確保對每個試件進(jìn)行單 獨的車轍分析

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▍無需提升重型測試輪組件，測試輪自動退回

▍堅固耐用，專門為環(huán)境嚴(yán)酷的建筑實驗室設(shè)計

▍滑動定位機(jī)構(gòu)，便于模具安裝在儀器中

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▍全自動運行，當(dāng)達(dá)到目標(biāo)深度時自動識別并停止試驗

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▍每次試驗后都易于裝載、卸載、排水和清潔

▍占地面積小，小型建筑實驗室也能容納

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