段美栋
山东高速股份有限公司淄博运管中心
摘 要：在概述含砂雾封层预防性养护技术适用范围的基础上，以某位于季风副热带海洋性气候区的高速公路为例，针对该公路沥青路面交通量大、上面层厚度薄、轻微裂缝、唧浆等早期病害，从原材料及配合比设计、施工设备、施工工艺等方面对含砂雾封层预养护技术的应用进行了分析探讨。最后通过沥青室内试验对养护后路面的软化点、延度及针入度等性能进行了检测，同时对养护后路面渗水系数、摩擦系数及构造深度等指标进行了现场检测，可为含砂雾封层预防性养护工程设计及施工提供借鉴参考。
关键词：沥青路面;含砂雾封层;预防性养护;
作者简介：段美栋（1990—），男，工程师，从事高速公路管理工作。;
0 引言
预防性养护属于沥青路面周期性强制保养措施，预防性养护必须在路面尚处于良好状况下进行，以防止路面早期轻微病害的持续扩展，延缓沥青路面路用性能的快速衰减。结合相关统计资料，一条新建沥青路面在使用寿命前75%的时间内性能将下降40%，这一阶段是预防性养护的最佳阶段[1]，如在此阶段未进行预养护，则在随后12%的寿命时间内路用性能将再次下降40%，必定大幅增加养护成本，这一阶段为矫正性养护阶段。可见，从沥青路面全寿命周期养护成本来看，必须进行适当的预防性养护。
1 含砂雾封层预养护技术概述
含砂雾封层混合料主要由特种沥青、细集料、催化剂、聚合物改性剂等制备而成，能够渗入并填充原沥青路面集料空隙，使沥青黏聚力得到恢复，并提升原路面防水抗渗、抗滑性能。含砂雾封层混合料能有效填补路面细微裂缝，渗透至路面裂缝深处后可避免裂缝进一步扩大，同时还能补给原沥青路面油性基质、激活老化的沥青分子；在不降低路面摩擦系数等性能的情况下，能固锁松动和散落骨料。除了优良的预养护功能外，还能起到美化作用。
含砂雾封层预养护技术对于新铺碎石封层，已经老化损坏、表面粗糙且抗滑性能较好的路面，铣刨及研磨的HMA沥青路面均较为适用，主要起到碎石固定并保护封层、修复再生、降尘及避免骨料剥落等作用[2]。对于表面不致密、OGFC路面、运行时间不足1a的新建路面及运行不足5a的改性沥青路面不适用，会造成路面泛油、阻碍乳化沥青吸收，影响原沥青路面正常排水。
2 工程应用
2.1 工程概况
某高速公路自2016年7月运行通车后便承担起重载货车交通运输功能，2018年最大断面日交通量折合成标准小客车为7万辆，部分路段客货交通量比例达到46∶54。该高速公路位于季风副热带海洋性气候区，夏季高温多雨，年降水量均值在1 200mm左右，且原沥青路面上面层厚度薄，在出现轻微裂缝后雨水便会渗入下面层和基层结构，在持续行车荷载作用下基层细集料必将唧出路面，引发严重病害。为减少重载货车交通对沥青路面的不利影响，加强路面防排水功能，防止沥青材料快速老化，延缓路用性能衰减，避免错过最佳的预养护时机后增大养护成本，相关部门决定于2021年对该公路段实施含砂雾封层预防性养护施工。
2.2 原材料及配合比设计
沥青路面含砂雾封层混合料主要由乳化沥青、细集料、掺加剂及拌和用水等拌制而成。①本公路使用阳离子快裂乳化沥青，其筛余量通过0.6mm筛孔检测；②采用玄武岩、金刚砂和石英砂机制砂，其中玄武岩、金刚砂和石英砂表观密度依次为2.8g/cm³、4.1g/cm³和3.2g/cm³，含水量和含泥量分别控制在1.0%和0.5%以内，石英砂硅含量不得小于99%，金刚砂氧化铝含量至少为80%；③拌和用水pH值应在6.0～8.0之间，且不含可溶性盐类等有害物质；④为防止含砂雾封层分层、离析，改善其路用性能并加速成型，必须按配合比掺加外加剂。
按照设计配比将外加剂和拌和用水加入含砂雾封层混合料中充分拌和，均匀后再加入细集料高速搅拌均匀，以保证所得到的混合料表干前具有较好的均匀性、流动性和渗透性，表干后黏结强度快速增大，并具有优越的防渗、抗滑、耐热、不黏轮等路用性能。含砂雾封层混合料相对密度应在1.04以上，黏度48.5s，有效物含量不小于64.7%，螺旋黏度在5 000MPa·s以上，闪点125℃，为避免出现混合料离析和沉淀，必须随拌随用，存放时间不得超出24h。
2.3 施工设备
含砂雾封层预防性养护施工所用施工机械少，但是对喷洒机械性能要求较高，为此，本沥青路面含砂雾封层预养护采用大型高压自动喷洒车，结构详见图1。而对于局部空间狭小区域辅之以小型手动高压喷洒设备。该大型高压自动喷洒车沥青罐容量为6t，罐内还设置有搅拌装置，通过不间断搅拌避免混合料沉淀和离析；喷洒系统还增设有挡板结构，防止材料喷溅。此外，喷洒车还具备循环喷洒功能，喷洒管为金属材质，外接螺纹接头型喷嘴，该喷嘴可产生高冲击力扇形喷雾；喷洒管和地面的直线距离为35～45cm，喷嘴间距为20～40cm，以保证相邻喷嘴的喷雾宽度互相重叠。
图1 大型高压喷洒车示意图 下载原图
1-车体；2-沥青罐Ⅰ；3-沥青罐盖；4-气缸；5-固定板；6-输送管；7-控制器；8-沥青罐Ⅱ；9-固定块；10-空腔；11-伺服电机；12-喷嘴
2.4 施工工艺
在含砂雾封层混合料喷洒前必须将沥青路面泥土、碎屑、砂砾等杂物彻底清扫，并通过森林灭火器二次吹净后用清水冲洗，待水分完全蒸发完毕后进行。对于原沥青路面既有坑槽、裂缝、沉陷等病害必须根据《公路养护安全作业规程》（JTG H30—2015）的规定进行挖除、灌封、填补、铣刨填充等处治。为避免所用填缝料和含砂雾封层混合料发生化学反应，该路面以高含量乳化沥青和细粒砂浆为填缝料。
含砂雾封层施工必须避开雨雾天气，应选择环境温度20℃以上的天气，如果沥青路面温度超出38℃，则必须将路面喷湿，并将相对湿度控制在80%以内，喷洒含砂雾封层混合料。原沥青路面清扫结束后还应按照公路管理部门的要求，通过特定尺寸胶带保护原标线；并通过挡板遮挡喷杆边缘，避免含砂雾封层喷洒施工时雾状细料污染路缘石。
对于构造深度较大的排水路面应喷涂三层混合料，而对于构造深度一般的路面仅喷涂两层混合料即可。根据统计，对于日交通量为5万辆次的沥青路面，喷涂两层含砂雾封层后可在2～4年内发挥良好的路用效能，每间隔2～4年喷洒一次，则可使沥青路面使用寿命延长2倍。
在施工当天进行沥青和集料拌制，拌制期间环境温度应在20～30℃之间；施工前1d将沥青材料加入洒布车，并在过滤后装入罐车或搅拌容器。乳化沥青通过智能沥青洒布车喷洒，根据工程实际选择喷头，并按照试喷洒试验所确定的喷洒量和行进速度施工。应用大型高压喷洒车进行含砂雾封层混合料撒布时，必须确保施工设备匀速前进以及混合料均匀撒布，将单层、双层撒布量依次控制在0.9～1.2kg/m2和1.5～2.0kg/m2，撒布量误差不得超出设计值的±0.1kg/m2；洒布宽度根据设计值的±20mm进行控制，保证撒布后的混合料均布无流淌。正常情况下待第一层含砂雾封层混合料撒布完成后，应干燥1h，此后继续撒布第二层，2h后即可开放交通。
2.5 交工验收
待原沥青路面含砂雾封层养护施工结束后，必须进行渗水、摩擦系数及构造深度等检验，确保含砂雾封层养护施工质量，其交工验收通常在通车后1个月进行，验收指标具体见表1。
表1 含砂雾封层验收要求 下载原图
3 路用性能试验
3.1 沥青室内试验
对该养护路段施工前1个月及施工后1个月、3个月、6个月、9个月、12个月的路面钻孔取芯，并沿芯样厚度向取2cm混合料展开抽提试验，按照《沥青混合料试验规程》（JTG E20—2011）对所分离出的沥青材料进行软化点、延度、针入度等指标的常规试验，再将芯样按照4cm尺寸切片处理后进行马歇尔试验。试验结果汇总至表2。根据表中试验结果可以看出：含砂雾封层养护施工后路面软化点、延度、针入度等性能均比施工前得到显著改善，并整体表现出促进材料自身性能提升的作用。施工后芯样的流值和马歇尔稳定度均比施工前大，且最大值均出现在工后12个月，虽然提升幅度较为有限，但对原沥青路面高温稳定性具有持续改善效果。
表2 试验结果汇总 下载原图
3.2 现场测试
按照《公路工程质量检验评定标准》（JTG F80/1—2017）及《公路路基路面现场测试规程》（JTG E60—2018）相关规定，进行该养护路段施工前后路面渗水系数、摩擦系数及构造深度等指标的现场试验。根据试验结果，施工前该沥青路面存在一定程度的渗水问题，工后渗水系数均降至0mL/min，意味着路面表层已经被彻底封住，含砂雾封层养护技术可显著提升沥青路面防渗性能（测试结果见表3）。含砂雾封层施工前后构造深度表现出明显的降低→升高→微降并趋于稳定的变化趋势，引起这一现象的原因在于工后短时间内含砂雾封层材料中的大部分原剂滞留于路面形成特殊保护膜，使路面构造深度大幅下降；此后在反复行车荷载的作用下保护膜也随之磨耗，路面构造深度增大。长期运行过程中，含砂雾封层发挥出较好的抗磨耗效果，故路面构造深度趋于稳定。也就是说含砂雾封层工后短期内沥青路面抗滑性能将下降[3]，随着交通运行过程中路面保护膜的磨耗，抗滑性能将恢复并持续提升。
表3 含砂雾封层施工前后沥青路面渗水系数检测结果 下载原图
（单位：mL/min)
从图2试验结果可以看出，含砂雾封层施工后沥青路面集料裸露率明显降低，说明含砂雾封层可使路面耐磨性能得到大幅度提升，考虑到磨耗是沥青路面表层最主要的功能，故含砂雾封层具有非常好的工程实用性[4]。此外，含砂雾封层涂刷量对路面集料裸露率存在一定影响，路面集料裸露率降低比例随封层涂刷量的增大而表现出先增后降的趋势，当含砂雾封层涂刷量分别为0.2kg/m2、0.4kg/m2、0.6kg/m2及0.8kg/m2时，路面集料裸露率降低比例依次为19.9%、42.4%、47.3%和29.2%。为取得最佳的抗磨性能，应将含砂雾封层涂刷量控制在0.6kg/m2。
图2 含砂雾封层摩擦系数试验结果 下载原图
4 结语
含砂雾封层属于预养护措施，其作为功能性路面层，对路面强度并无改善作用，仅针对轻微裂缝路面起到一定作用。施工实践证明，含砂雾封层虽在短期内会使沥青路面摩擦系数和构造深度降低，但是从远看，将显著提高沥青路面抗渗、抗滑性能，并改善沥青面层老化现象。与其他预防性养护技术相比，机械化程度高，施工周期短，原材料及施工过程对环境无污染，具有一定推广应用价值。
参考文献
[1] 付开华.试论含砂雾封层技术在公路沥青路面养护中的应用[J].四川水泥，2022(4):254-256.
[2] 刘晓军.含砂雾封层设备关键技术优化应用[J].石油沥青，2021(6):26-29.
[3] 王瑾.耐久性含砂雾封层在公路养护工程中的应用探究[J].低碳世界，2021(3):207-208.
[4] 黄卫国，胡勇.公路预防性养护含砂雾封层应用分析[J].运输经理世界，2020(15):129-130.
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