常温树脂沥青极薄罩面预养护技术应用研究

朱益兵

(苏交科集团股份有限公司，江苏 南京 210000)

1 背 景

随着公路建设的蓬勃发展、使用时间的增长，越来越多的沥青路面的各种表面功能逐渐减弱，严重影响到过往车辆通行的安全性和舒适性。沥青路面预防性养护是维护现有公路路面性能、延缓沥青路面常见病害发展、保持或改善沥青路面的功能状况的一种有成本相对较低的主动性处置养护策略，能够降低路面病害向更深层次发展的风险，保持道路平整度、提高道路质量、降低道路周期寿命成本、延长大中修期限。

预防性养护起源于20世纪80年代，随着新技术、新材料、新工艺的不断出现，预防性养护技术在国内外均得到了很好的发展。路面预防性养护工程主要有裂缝处理类、封层类、罩面类、再生类四类，厚度一般不超过4 cm，其中磨耗层和就地热再生使用频率最高，磨耗层是江苏省特色预防性养护技术，各地根据地方路段病害状况使用功能性的罩面技术。

目前常用的预防性养护措施中，1 cm超薄罩面必须采用专有设备、造价相对较高，其耐久性及舒适度亦欠佳，传统热拌薄层罩面由于施工厚度较薄，温度散失较快，往往需要较高的拌和与摊铺温度以保证压实质量，造成较大的温室气体排放，污染环境，加速了沥青老化。如何通过调整材料组成和施工工艺，实现采用普通施工机具进行1～2 cm的超薄罩面在常温条件下的摊铺，其耐久性、抗裂性、行驶舒适性、经济性优于常用的预养护措施，是提高公路预养护措施技术水平的一个研究方向。

2 技术特点

常温树脂沥青极薄罩面技术针对目前热拌类薄层罩面预防性养护技术易产生大量的能耗和污染气体排放，且存在混合料热老化、施工时温度散失快导致路用性能不足等问题，冷拌冷铺的微表处类技术存在施工工艺复杂、平整度欠佳等问题开发的一种低碳、节能的环保型极薄预养护技术，由优质集料和常温树脂改性沥青组成，厚度可达1～2 cm，相比于传统的温拌或热拌沥青混合料，具有中温拌和、低温施工、存储时间长、路用性能优良、节能减排效果显著等诸多优点在，施工过程中消耗的能源和排放的有害气体更少，且能在低温和负温条件下施工，解决了沥青路面一般只能在高温季节施工的技术难题，实现了沥青路面在特殊环境(主要是低温)特殊条件(路面周边无热拌站)下的修筑及养护。

2.1 技术原理[1]

常温树脂沥青混合料是可在110 ℃左右的中温条件拌和施工的混合料，该混合料由常温树脂改性沥青与矿料组成，常温树脂沥青是由SBS改性沥青与常温树脂改性剂复合改性而成，改性后的常温树脂沥青呈液态从而达到中温拌和施工的目的。常温树脂改性剂是以从甲基苯乙烯类高分子材料中提取的甲基苯乙烯类嵌段共聚物与环氧树脂、环氧树脂固化剂等材料按一定比例通过胶体研磨、高速剪切的工艺加工制作而成的成品聚合物溶液，颜色呈褐色，密度为0.8～1 g/cm3。

常温树脂沥青是在SBS改性沥青中加入树脂改性剂，经过搅拌后使树脂改性剂熔融或分散在沥青中，提高沥青胶结料在中温条件下的施工和易性，使沥青及沥青混合料在较低温度条件下仍具有一定的可施工性。经过一定养生时间后，由于常温树脂沥青含中有一定量的环氧树脂和环氧固化剂，沥青混合料在摊铺碾压后经过逐渐固化，强度上升，从而到达提高沥青混合料路用性能的目标，其力学强度及其路用性能能够达到与常规的聚合物改性沥青的标准要求，如低温抗裂性能、抗水损害性能及抗疲劳开裂性能等等，实现的极薄罩面预防性养护技术具有可储存时间长、可施工温度低、混合料性能和路用性能优良、节能环保效果显著等诸多优点。

2.2 主要技术特点

(1)低碳、节能、环保。常温树脂沥青混合料可在110 ℃左右中温条件下拌合、摊铺，拌合时减少能源的使用，施工时能够减少温室气体的排放。

(2)低温不开裂、高温不泛油。常温树脂沥青混合料柔性强、高温稳性好；不易产生车辙、推移、拥包、龟裂等病害。

(3)抗滑性好、荷载能力强。常温树脂沥青极薄罩面具有优良的抗滑性和荷载能力，且塑性高、与原路面粘附性强。

(4)可快速开放交通。常温树脂沥青极薄罩面施工碾压完成降温后即可开放交通，实现即铺即通，路面强度会在自然条件下养生固化，逐渐达到最佳性能，无需传统微表处预养护罩面技术的养生时间要求。

(5)施工不受季节限制。常温树脂沥青极薄罩面施工不受季节、温度条件的限制，克服热拌沥青混合料施工降温快、易发生质量问题等缺陷。

2.3 适用范围

由于常温树脂沥青极薄罩面技术具有上述诸多优点，适用于交通量大的高速公路、城市的高架道路、快速汽车专用道等各级公路的养护工程中原路面结构强度足够、路表状况尚好的段落，适用的路面损坏类型和程度包括：泛油，磨光，不规则裂缝，轻微车辙、松散、拥包以及水损害，可以有效解决原路面出现的车辙病害和破损病害，对路面平整度较差及抗滑能力不足状况有很好的改善作用；还可以应用于有标高限制要求的水泥路面、桥面及隧道路面养护中。

3 技术应用

3.1 沥青混合料设计[2]

集料采用玄武岩或辉绿岩集料。常温树脂沥青采用SBS改性沥青添加常温树脂沥青改性剂加工而成。改性剂的掺量根据基质沥青检测结果、当地的气候、项目交通量情况以及室内试验检测进行确定，一般掺量7%～15%，对于粘度较高的基质沥青建议选高值，降温梯度受到自然或工作环境限制时采用低值。

图1 合成级配图

常温树脂极薄罩面沥青混合料的设计特点是半开级配形式，最大公称粒径为13.2 mm，其成型方法为马歇尔击实法，双面击实100次，击实温度90～110 ℃。配合比设计时采用矿料最紧密法作为极薄罩面混合料的配合比设计方法，即：根据混合料空隙率的要求，在满足其他体积参数的基础上，由混合料中集料嵌挤最紧密状态对应的油石比确定最佳油石比，并对设计的沥青混合料进行水稳定性、高温性能和低温性能等路用性能进行一系列的验证。图1为矿料合成级配图。

设计的常温树脂改性沥青混合料马歇尔击实试验、抗水损害试验、耐高温和低温试验均满足相关的技术要求，相应的混合料性能检测结果见表1。级配设计结果为m(1#粗集料)∶m(2#粗集料)∶m(3#粗集料)∶m(细集料)∶m(矿粉)=46.5%∶17.0%∶6.0%∶26.0%:4.5%，油石比为4.8%，其中树脂改性剂与SBS 改性沥青的比例为m(树脂改性剂)∶m(SBS改性沥青)=1∶9。

表1 沥青混合料设计结果

3.2 工程应用

为了进一步验证常温树脂改性沥青混合料的路用性能，为今后的路面预防性养护技术的研究提供理论数据和实践经验的支持，根据沥青混合料设计及室内性能评价的结果进行了极薄罩面预养护试验路铺筑和后续的跟踪观测。

(1)工程概况

试验段依托工程为233国道溧阳段养护工程。现阶段233国道溧阳段存在大面积的泛油病害，红绿灯交叉口车辙相对较差，其中泛油为的主要病害，严重影响行驶安全及舒适性。试验段长度约500 m，包含1个红绿灯道口。

(2)试验路的施工及现场检测[3]

①混合料生产

在试验段铺装前，依据室内混合料配合比设计结果进行了生产配比的调试和拌合楼试拌等前期工作。

本次试验段使用的常温树脂改性沥青采用SBS改性沥青和常温树脂改性剂现场加工。先将SBS改性沥青加热至140 ℃左右，然后按照比例加入常温树脂改性剂匀速搅拌60 min。

混合料拌和采用的玛连尼4000型间歇式拌合楼，生产时由计算机全程自动控制。拌和时先称入足量的矿料和矿粉干拌约8 s，加入复合沥青湿拌约30 s，总拌合时间约为50～60 s，以沥青混合料拌和均匀为度。常温树脂沥青超薄罩面的施工温度按照表2要求进行控制。经检测，混合料的出厂温度基本控制在115 ℃附近。

②现场施工

为减少原路面泛油的不利影响，摊铺前先对原路面进行了1 cm的精铣刨拉毛处理，清扫后按照要求均匀喷洒了沥青粘结层。

在摊铺机按照非接触式平衡梁以控制摊铺厚度及罩面的平整度，松铺系数采用1.4。通过对沥青路面摊铺监控系统采集的数据分析来看，摊铺速度控制为2.0 m/min左右，基本保持匀速摊铺，现场混合料摊铺温度控制在100～110 ℃之间。

表2 常温树脂沥青超薄罩面施工温度 单位: ℃

现场碾压时配备了2台双钢轮压路机、2台胶轮压路机，初压采用1台双钢轮压路机前静后振全幅碾压2遍，复压采用2台胶轮压路机全幅碾压6遍，终压双钢轮压路机静压1～2遍。压实完成后路表温度降低到55 ℃以下即开放交通。

③工后检测

工后检测的目的是为检验与配合比设计时的偏差。室内对常温树脂改性沥青混合料进行了马歇尔试验和抽提筛分试验，并进行了残留稳定度和动稳定度试验，结果见图2，试验结果均满足要求。

图2 沥青混合料抽提试验结果

试验段摊铺结束后第2 d，采用随机抽检的方式对现场进行了渗水系数、厚度和压实度的检测，结果均满足要求，芯样厚度均控制在2.0 cm以内。

④后续性能跟踪观测

通车后保持每个季度对罩面整体路况按季度进行了跟踪观测。通过1年半后未发现试验段落出现水损害、拥包、波浪、车辙、剥落等病害，路面整体状况良好。

4 效益分析

常温树脂超薄罩面技术作为一种沥青路面预防性养护技术，为了更直观的了解其社会经济效益，结合江苏省公路养护实际情况，通过对比微表处、Novachip、铣刨重铺等养护技术路面寿命周期内养护费用和节能减排效益，分析常温树脂超薄罩面技术的经济效益和社会效益。分析比较时路面寿命周期按照15年，交通量按照中重交通级别进行。按照江苏省国省干线沥青路面目前路况及道路质量衰减率，预计道路在运行至6～7年后需要开始养护大中修，如养护技术采用微表处在路面寿命周期内约需要实施4次，如养护技术采用Novachip、铣刨重铺和常温树脂超薄罩面在路面寿命周期内约需要实施2次。

4.1 社会效益

常温树脂超薄罩面技术能够延长传统技术养护维修周期，路面质量使用技术指标高于同地域的普通沥青路面，车辙、裂缝、坑槽等早期损坏现象很少，预期可减少道路日常养护维修及大修的次数、缩短养护时间，保证路用性能的同时能够实现中温拌和、低温施工的效果，减少CO、SO2、NO2、烟气等有毒气体的排放，减少施工过程中对施工人员及周围居民的伤害，也可在冬季施工，提高了施工效率，有利于公路网的快速建设完善。同时，其允许快速开放交通的特点，方便出行，较为适合在不同等级公路及城市道路建设与养护中应用，满足居民对空气质量和环境的要求，具有良好的社会效益。

4.2 经济效益

常温树脂超薄罩面造价约为45元/m2，在路面寿命周期内预计实施2次，全寿命周期养护成本约为90元/m2，折算每年养护费用为6元/m2，与传统微表处技术费用相当，低于热拌薄层Novachip、SMA-10、铣刨重铺。与传统的热拌薄层罩面Novachip方案全寿命周期120元/m2，折算每年养护费用为8.1元/m2，可以节约26%左右工程造价，较传统的铣刨重铺技术全寿命周期160元/m2可以节约40%左右，经济效益显著。

图3 不同技术折算每年的养护费用对比

4.3 环保效益

常温树脂超薄罩面实施1次时的碳排放当量统计结果与同步碎石封层技术相当，均高于雾封层、微表处类冷拌技术，但较传统的热拌薄层罩面和铣刨重铺技术分别低约17%、63%。路面寿命周期内折算每年碳排放当量统计结果略高于同步碎石封层技术，但较传统的热拌薄层罩面和铣刨重铺技术分别低约19%、26%。主要是在原材料生产和混合料拌合过程中大幅降低施工温度，从而达到减少能源消耗和降低碳排放，在整个施工过程中，基本不产生毒害废弃物，减少对环境的污染，环保效益显著，符合“十三五”期间“节能减排”基本国策。

图4 不同技术折算每年能耗和碳排放统计

5 结 论

以233国道溧阳段养护工程为依托，结合常温树脂沥青超薄罩面试验段路用性能检测结果以及效益分析，得出以下结论。

(1)常温树脂沥青混合料具有良好的低温抗裂性能、抗水损害性能及抗疲劳开裂性能，满足相应规范要求，在江苏地区具有良好的适用性。

(2)常温树脂超薄罩面采用常规机械设备进行施工，拌合、摊铺、碾压，施工温度较常规热拌改性沥青混合料可降低50 ℃左右，施工基本不受季节、温度等条件的限制。

(3)从应用效果看，试验段通车1年半后路面整体状况良好；从工程寿命周期看，具有较好的经济效益和社会效益。

常温树脂超薄罩面预防性养护技术具有显著工程性质和社会经济效益，符合当前实现节能减排与环境保护的发展趋势，具有广阔的应用前景，可以在沥青路面预防性养护中进行推广应用，丰富沥青路面预防性养护技术方案，对提高公路沥青路面养护技术水平具有重要意义。