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探索沥青路面养护技术的发展方向

发布日期：2012-06-15 信息来源：公路养护与管理

0 前言
    沥青路面在交通载荷和气候影响的作用下，随着时间的推移，路面状况和服务能力将逐渐恶化。为了保持沥青路面的使用性能和延长其使用寿命，在寿命周期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．延长寿命周期，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初期．路面养护的工作量不是很大．人们容易产生重建设、轻养护的思想．但随着我国公路建设的重点逐步向中、西部地区转移．在发达的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，这种分类方法是2O世纪5O年代从前苏联的有关规范中引进的。至今已沿用了近5O年。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．难以与现代养护维修技术的发展相适应。其主要有以下几个缺点。

1．1 现行分类方法的核心是“修理”，在四个级别的作业中，都是以修理作业量的大小为标志的，即使是保养小修作业中的保养也只是路容、路貌的日常养护工作，并未涉及路面的养护作业。但是在现代的养护维修技术中．一个重要的观念是立足于“预防”。预防性的养护技术在近2O年来得到了很大的发展，而在现行的规范中却没有对“预防”这个概念的反映。

1．2 现行分类方法给人们一个概念．似乎技术难易程度是与修理工作量成正比的，即保养小修要比中修容易，而中修则比大修容易。这在以小型机具为主的养护维修中或许是正确的，但现代养护维修技术的发展已经打破了这种界限．某些养护技术的技术含量和难度并不比有些修理作业低。正是由于以工作量来划分，现行的规范中只能将稀浆封层这样的养护技术列进中修工程的范畴．这就容易引起概念上的混淆。

1．3 现行的分类方法在经费的定额上也做出了界定．似乎养护经费的定额应该是最低的．然后依次是小修、中修、大修,并由此规定了审批计划、管理部门的相应层次，这就为现代养护技术的引入和应用设置了经费的障碍，显然对我国养护技术的发展不利。

    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”的观念问题。更为合理的分类方法应该是根据病害的类型、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。

    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、修复性养护、路面翻修、路面重建等四类．这种分类方法的核心是作业的功能和目的，不仅在概念上十分清晰，而且有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、防止病害进一步扩展和减缓路面使用性能的恶化速率以及以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．从而需要在一定的程度上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、补强而使整个路面各结构层发生结构性损坏，这时不仅路面的面层．而且它的基层和底基层，甚至路基也需要进行翻修，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
    在老路面上敷设一层防护层来保护原有路面的方法很早以前就有，但是预防性养护作为一个完整的概念出现在2O世纪8O年代，它是许多国家在公路网重建过程中总结了以往经验教训后提出来的。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；减少路面寿命周期费用：节约养护维修成本。它是一种费用效益十分明显的养护措施。

    美国在20世纪80年代开始进行大规模路网重建工程时，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”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H106，前者的研究对象是四种预防性养护技术．后者的研究对象则是坑洞修补和裂缝(接缝)填封等两种修复性的养护方法。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”继续进行．其中有关柔性路面的养护课题SPS3作为H101课题的延伸和LTPP计划的一部分，已于1998年完成了第一个五年的跟踪研究。

    SHRP H101和LTPP SPS3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。通过路面使用性能的衰减与养护维修费用的分析和比较．路面经过四次预防性养护而终结其寿命周期，可延长使用寿命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；防止集料从表面脱落、崩散。目前常用的表面封层技术有雾状封层、还原剂封层、石屑封层、稀浆封层(微表封层)等。

    雾状封层和还原剂封层：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6cm左右)，其目的是更新和还原路表面已氧化的沥青膏体。雾状封层和还原剂封层有一些共同的特点：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．喷洒量过多会在路表面形成一层薄膜而使路面丧失磨擦阻力，必要时需用铺砂的方法来改善其抗滑阻力。由于上述原因．雾状封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。

    石屑封层：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、轻质沥青、乳化沥青等)，紧接着散布砂子、石屑或适当级配的集料，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，汽车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、粘附在车身和挡风玻璃上，集料的丧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。

    稀浆封层(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料。它在搅拌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，它是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、水和添加剂组成的稀浆混合料。微表封层的厚度可达10mm～15mm．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以及快速凝固成型、早期开放交通的特性，省去了喷洒和碾压工序，一台机械即可连续作业。由于其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。

2．2 裂缝填封
    裂缝是沥青路面的一种常见病害，从养护工艺角度看．按缝宽可以分为发裂(2mm以下)，微小裂缝(2mm～6mm)、小裂缝(2mm ～12．7mm)、中裂缝(12．7mm～25mm)、大裂缝(>25mm )。对于发裂来说一般不需要做处理，除非在单位面积内发裂十分多，则可以在其上做表面封层处理。6mm以下的微小裂缝由于尚未发生结构性损坏．通常不对裂缝做更多的处理．而只是在表面上作贴封式封面，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6mm～12．7mm的小裂缝因尚未造成严重的结构性破坏。因此常将它们的处理归人预防性养护。此类裂缝通常需要进行扩缝处理。有时也将其归人修复性处理的范畴。路面出现中、大裂缝时表明路面已发生比较严重的局部损坏。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了。

    小裂缝的填封是一种经常遇到的沥青路面养护作业，正确的填封工艺对填封的寿命有着很大影响。影响寿命的工艺因素主要是：施工气温；裂缝是否做了清洁、干燥处理。裂缝填封的方式较多。其中方槽有贴封和浅槽无贴封的效果最好。效果最差的是无槽贴封和方槽无贴封。因此，先进的裂缝填封工艺通常是由开槽、热空气清理和干燥、压力灌入填封材料、撒砂封边等工序组成的。

2．3 薄层罩面
    薄层罩面也是一种很早采用的传统的预防性养护方法。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。薄层罩面可以有效防止品质正在下降的路面继续恶化。改善其平整度，恢复它的抗滑阻力，校正路面的轮廓。对路面有一定的补强作用，但在多数情况下费用效益较其他预防性养护方法要差。薄层罩面在施工中最大的困难是由于层面较薄、容易冷却又不宜使用振动压路机。因而不易达到较高的密实度，因此正确的混合料设计、温度控制、碾压工艺和压路机选型显得尤为重要。

3 修复性养护技术
    修复性养护主要包括路面的局部翻修和坑洞修补两类。前者与路面表层翻修并无本质的区别．后者则是修复沥青路面局部面积损坏最常进行的作业。

3．1 坑洞修补工艺
    从修补寿命的长短来分，坑洞修补工艺可分为应急性修补、半永久性和永久性修补三种；从修补的施工方法来分，则有冷态修补和热态修补。其中应急性修补是指为了不使坑洞继续扩大或从保证行车安全的角度出发采取的临时性修补措施。通常在对坑洞稍做清理后，即可将修补材料填入坑中。不做切边处理也没有专门的清洁和压实、封边工序，这样的修补方法只能维持1～3个月的时间；半永久性修补是指那些采用冷态修补的方法。其工艺通常包括切边(小坑洞也可不切边)、清理松散材料、填人冷补材料或填入集料后灌入乳化沥青再撒砂压实。这种方法一般能保持7～12个月的寿命；永久性修补是指那些按照严格步骤进行的热补工艺，此类修补寿命可达两年以上。

    坑洞的修补工艺对修补寿命有着很大影响。影响修补牢固性的因素主要有：施工气温；坑洞内部与周边薄弱路面是否经过清理、干燥；坑底、侧壁是否覆盖粘结剂；修补材料是否充分压实；是否进行封边处理。坑洞修补是一项难度很大又费工费时的作业，它的难点主要有三个方面：一是如何保证修补材料与洞壁有牢固的结合；二是如何保证修补后的路面平整且与周围路面保持在同一水平上。围绕着如何提高修补质量和效率，坑洞修补工艺在近十余年来有了不少新的发展。出现了加热修补和压力喷射修补等一些新的工艺方法，前者是对传统热补工艺的改进，后者则是对冷补工艺的改进。加热修补通过对洞壁与周围路面的加热来软化沥青混合料并使修补材料与周边材料融合，从而改善两者之间的结合。虽然一些养护公司称该工艺不需要作切边处理。但是实践结果表明。由于坑洞周边原路面处在半损坏的状态．对原路面的加热不可能完全融合损坏的混合料。因而向坑洞直接填补新料的工艺往往得不到良好的效果。正确的做法是将周边旧料耙松，与新料混合后再填补压实。用加压的方式也可促使新料与旧料之间的结合。

3．2 坑洞修补设备
    传统的综合养护车实施的是标准的热补工艺，车上除热混合料的贮存、保温、加热系统外。其他工作主要靠手扶式工具来完成。现代综合养护车近几年的发展是增加了再生、加热、搅拌的功能。坑洞加热修补机的关键技术是对路面和坑洞的加热。主要有红外线加热板加热和丙烷火焰间歇加热等两种方式。压力喷补机的关键技术是对集料、乳化沥青的喷射、混合和裹覆，可分为单喷嘴和多喷嘴两种类型。上述两种坑洞修补机的技术仍在继续改进和完善之中。

4 沥青路面养护技术发展的新方向
    沥青路面的养护技术仍将沿着材料、工艺、设备三个方面向前发展。

4．1 养护材料的新发展
    材料方面的创新和突破。一直是带动养护工艺和设备发展的重要动力。从历史的发展看，作为养护核心材料的沥青，一直向乳化沥青和改性沥青两个方向发展。乳化沥青的应用使各种预防性养护工作可以从热态施工的方法转变为冷态施工；改性沥青和改性乳化沥青的应用。引伸出了改性雾状封层、改性石屑封层、改性稀浆封层、改性薄层罩面，它们的性能和效率都得到了很大提高。

    橡胶沥青或称沥青橡胶又是一种可望在近期内在养护维修领域获得推广应用的新材料。废旧橡胶中含有SBR、天然橡胶、碳黑等多种高分子聚合物。其中主要成份是SBR。因此。在沥青中加入废旧橡胶粉既可起到沥青改性的作用。同时又具有经济和环保上的价值。橡胶沥青的优点是：可以掺人2O％以上的橡胶粉，对粘结剂具有抗氧化和延缓老化的作用。大大提高粘结剂的粘度和粘弹性。并提高了它的软化点：改善混合料的高温敏感性和低温抗裂性，并降低路面的噪音．可容许更多地增大粘结剂含量和采用更厚的沥青膜厚度。由于橡胶沥青制作工艺困难、成本较高。因此影响了它的推广应用，近些年来已出现了一些温式和干式的制作新工艺．随着这些新工艺专利的失效。橡胶沥青将会获得更快的广泛应用。目前在裂缝和接缝填封中。橡胶沥青已经成为主要的材料，橡胶沥青在薄层罩面和OGFG路面中以及作为沥青水泥混凝土复合路面的应力缓冲层也获得了较多的应用。橡胶沥青进一步的发展是乳化橡胶沥青，它的成功将有力地推动各种预防性养护技术的发展方向。

    在坑洞修补材料方面，冷态补坑材料一直是人们追逐的热点。目前一些建立在高分子聚合物和轻质沥青基础上的冷补材料已可接近永久性修补的要求。

4．2 养护工艺的新发展
    养护工艺当今和未来的趋势将主要沿着以下方向发展：
a)随着材料性能的不断提高。养护工艺将进一步向冷态施工的方向发展：
b)利用科学手段。采用不同工序复合或多种工艺的复合整合出养护技术的新工艺．来提高养护质量和生产效率；
c)引入发达国家的新技术来解决养护作业中突出的矛盾和问题。
这些发展方向都围绕一个总的目标．就是不断地改进养护质量，提高养护作业的快速性，以获得最佳的费用效益。

4．3 养护设备的新发展更好地满足养护材料和工艺发展的要求一直是推动养护设备技术进步的原动力。养护设备当今和未来的趋势仍将沿着下面三个方向发展：

a)满足新材料、新工艺不断发展的需要；
b)现代高新技术向传统机械工业渗透、改造的趋势方面发
展；
c)满足现代公路交通高速发展的需要。

    对于沥青路面养护技术来说．一个共同的要求是集料、粘结剂等混合料在组成之间应保持恒定的比例关系。这一要求产生了一些共同的发展趋势：
a)具有很高的行驶速度，而作业速度应是无级调节的液压驱动底盘：
b)向高精度的车速和材料供给恒速调节或比例调节系统发展：
c)容积式计量向更为精确、标定更加方便的重量式计量系统发展：
d)向全自动的计算机监控，包括机器技术状态和作业工况的监控发展；
e)作业变量控制可调装置向液压伸缩调节技术方向发展。

5 结语
    在世界许多国家公路建设发展的过程中都经历过“重建设轻养护、重维修轻预防”的阶段，我国正面临即将到来的公路养护维修的高潮期，国外的经验教训是值得借鉴的，加强预防性养护将是一项有远见的战略决策。

    沥青路面的养护技术是一门材料、工艺、设备之间紧密结合、相互制约、共同发展的综合性技术，加强对材料、工艺、设备的综合研究，不论是对发展国产养护机械，还是引进、消化、吸收国外的先进技术，都是值得关注和重视的。

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