路面预防性养护发展.pdf

-49-CHINA SCIENCE AND TECHNOLOGY INFORMATION Jan.2024中国科技信息 2024 年第 2 期两星推荐1987 年美国战略公路 SHRP 计划就已经研究证实，在路面全寿命周期内实施 3 4 次预防性养护可以延长使用寿命 10 15 年，节约养护费用 50%左右。国内从 20世纪 90 年代开始路面预防性养护的试点和研究，伴随全国建成公路保有量的大幅增加、养护维修高潮的到来和行业内全寿命养护理念的增强，路面预防性养护作为一项主动防护措施，在工程造价低、施工快捷干扰少、延长使用寿命效果明显等优势加持下突飞猛进发展。尤其近年来预防性养护在路面抗滑、渗水、磨耗、老化方面出现了靶向明确的预防和治理方案，牵住了延缓路面使用功能衰减的“牛鼻子”。许多地方通过大规模区域性实施预防性养护，在投入小、工期短的情况下，路面技术状况得到了大幅改善，服务功能进一步提升，社会满意度高、公众反响好，取得了养护规划投资决策较好的效果。路面预防性养护技术发展现状事实上路面预防性养护技术和其他养护技术没有本质的区别，主要特征在于结构层的厚度较薄。目前业内统一规范为 40mm 以下，优势在于造价低、实施快捷，可以达到以小搏大的作用。路面预防性养护方案有封层类、罩面类、就地热再生和裂缝处治四大类，具体细分有雾封层、碎石封层、纤维封层、稀浆封层、微表处、复合封层、薄层罩面、超薄罩面、封层罩面、就地热再生、灌缝、贴缝等。随着材料科学发展和工艺技术的改进，混合料胶结材料已经从普通基质道路石油沥青向聚合物改性沥青、橡胶沥青和高弹高黏沥青迈进并广泛应用，工程实体的高低温稳定性、黏弹性能大幅提升，工程实施效果有了质的飞跃。预防性养护注重的是给路面提供一个预加“保护层”，不像路面结构层对力学特性有严格的要求，只要满足厚度薄、黏附强、抗塑变、耐老化、能封水、增抗滑就可以符合要求。围绕这些功能的拓展和研发，路面预防性养护材料、工艺、设备三个方面同步快速发展。总体走向趋势是，材料方面突出沥青向高弹高粘目标迈进，工艺方面主要朝着冷态、再生和耐久方向聚焦，设备方面紧跟材料工艺前沿并注重向自动化、智能化转变。目前路面预防性养护技术推广使用现状雾封层。初期由于能够封闭路面微小裂缝、阻止路面松散和老化、提高抗渗性能得到推广，经历了普通雾封层、还行业曲线开放度创新度生态度互交度持续度可替代度影响力可实现度行业关联度真实度路面预防性养护发展李随德李随德甘肃省定西公路事业发展中心试验检测室李随德，甘肃定西，高级工程师。中国科技信息 2024 年第 2 期CHINA SCIENCE AND TECHNOLOGY INFORMATION Jan.2024-50-两星推荐原雾封层、含砂雾封层阶段。无砂雾封层对原路况要求严格，同时降低路面抗滑且功能改善十分有限，目前使用逐渐减少，但作为同步碎石封层的稳层油工艺正在逐步推广。高速公路多采用通过专用高速拌和、高压喷洒设备施工的含砂雾封层工艺，但受其路面预防效果的局限性市场占有率不高。同步碎石封层。用专用设备将碎石及黏结料同步铺洒在路面上形成沥青碎石磨耗层，发挥防水、抗滑作用，其特点是通过同步铺洒工艺实现高温黏结料与碎石即时结合、牢固黏结，可以修复路面轻微网裂等病害并且效果显著。欧洲国家 95%以上的公路均采用同步碎石封层进行路面养护，我国也在各等级公路上大面积实施，形成了路面预防性养护的“中流砥柱”。目前橡胶沥青同步碎石封层使用最为广泛。微表处。将一定级配的粗细集料、填料与聚合物改性乳化沥青、外掺剂和水，通过专用设备按一定比例拌制成流动型混合料洒布于路面上形成磨耗层，增加路面防水和摩擦，提高路面美观，防止路面老化和松散。微表处施工简便、成型较快，短期内就可以提升路况指数，近年来被广泛应用于公路国检或省检前的外观“擦粉”、路面零星修补后的覆盖美化等方面。目前微表处有向掺加纤维和低噪声设计发展的趋势。薄层或超薄罩面。路面预防性养护薄层或超薄罩面多为热拌热铺，常见有 AC 系列、SMA 系列、SUP 系列、SAC 系 列、NovaChip 系 列、UTO 和 UTOD 系 列、OGFC 系列等。薄层或超薄罩面相较其他封层具有可修复部分病害、提升路面平整度贡献率大等优势，被广泛应用于高速公路预防性养护。需要明确的是，薄层罩面与超薄罩面都是路面预防养护的重要措施，所谓的“薄”和“超薄”都是相对于传统罩面而言的，但到底厚度减薄到多少就是薄层、超薄，国内外并无严格的界定。公路沥青路面预防养护技术规范（JTG/T 5142-012021）与 公路沥青路面养护技术规范（JTG 5142-2019）都以 25mm 作为“薄”和“超薄”的分界线。就地热再生。是采用专用设备对沥青路面就地进行加热、刨松，就地掺加一定数量的再生剂、新沥青、新沥青混合料等，经热态拌和、摊铺、碾压，达到旧沥青路面再生的预防性养护措施。目前国内最常见的有复拌再生、加铺再生两种。就地热再生符合废旧循环利用、绿色节能降碳的生态环保发展方向，从政策层面具有广阔的发展前景。但是该工艺对设备依赖度高且价格高昂，限制了大规模应用，许多地方作为课题进行试验性推广。灌缝和贴缝。采用专用的密封胶填充或密封沥青路面裂缝的工艺称为灌缝，包括不开槽和开槽两种。不开槽和开槽灌缝在我国均有使用，但开槽灌缝效果总体要好于不开槽灌缝。贴缝是把贴缝胶铺设粘贴在路面裂缝部位，利用贴缝胶自身强度加固并减缓路面裂缝的进一步扩展，阻止雨水对路面的侵入渗透。灌缝和贴缝施工速度快、效率高，实施后效果明显，近年来已大量应用在公路小修保养预防性养护和养护工程的前期病害处治中。复合工艺。路面预防性养护技术除上述基本方案外，有朝着通过基本方案改进、组合、复合以及材料改良、工艺改进方向发展的趋势，如进化后的纤维封层、复合封层、封层罩面等，复合工艺质量性能更高，更能满足路面行驶功能和防水、抗滑、耐久需要。路面预防性养护工程常见质量缺陷预防性养护工程质量不仅与技术方案成熟度有关，而且也受施工队伍、设备和工程管理的影响。笔者所在地区每年实施的路面预防性养护工程良品率不断上升，工程质量持续巩固，形成了路面预防性养护的良好发展态势。但是工程交（竣）工检测中还是发现一些典型性质量问题在多个项目同时出现，甚至在一个地区连续出现，造成工程质量波动和反复。封层剥落。微表处、碎石封层施工处置不当、后期养护管理跟进不及时，工程运营后出现零散脱落。造成这一现象有材料、级配多方面因素的影响，但是随着施工单位对设计、原材料质量等工程初期阶段方案控制的重视，这方面的影响逐步消除。工程实践中常见一是对原路面油污、污物未发现清理或过厚的路面标线没有铣刨，封层黏结不足出现脱落。其次原路面病害处治不彻底，尤其严重松散、零星坑槽没有修补，病害部位封层抗拉强度超过极限或厚度过大出现掉粒、松散直至脱落。三是沿线商户私设车辆加水点致污水上路侵蚀路面，造成封层松散脱落。路面反射裂缝。对原路面裂缝处治不彻底，未灌（贴）缝或只做表面抹缝，导致面层施工后几个月内出现裂缝反射。尤其微表处成型后脆性大，抗裂性能差，裂缝极易反射。橡胶沥青碎石封层虽然由于其高弹性和高应变特点，具备一定的应力吸收和抗裂变能力，但是厚度太薄，无法抵抗原路裂缝累计应变致使短期内裂缝贯通。路面泛油。碎石封层沥青洒布量控制不严，尤其部分施工单位简化试验段铺筑，没有根据气温状况、碎石粒径和级配综合确定洒布量，施工初期调试控制偏差较大，造成后期路面泛油。有些施工单位采购的成品改性沥青质量不完全稳定，存在软化点指标时高时低，当偏低时容易形成路面泛油。还有一种特殊情况是养护单位油路修补时混合料油石比往往偏大，施工单位没有认真调查区别对待，碎石封层后造成局部泛油。渗水系数不达标。超薄罩面尤其是 15mm 层厚、高粘改性沥青、UTOD 断级配类罩面对摊铺碾压工艺工序要求较为严格，环节控制不周容易出现压实不足、渗水不达标的情况。这是要认识到与土基、无机胶结料压实厚度不同，沥青胶结混合料越薄冷却速度越快，当改性沥青的软化点较高时极易使热拌混合料降温过快致不容易压实，渗水系数不达标。图 1 同步碎石封层施工图 2 微表处施工-51-CHINA SCIENCE AND TECHNOLOGY INFORMATION Jan.2024中国科技信息 2024 年第 2 期两星推荐路面灌缝开裂。许多施工或养护单位对路面裂缝发展规律性认识不足，处置缺乏科学对策。同时国家规范、地方标准对灌缝开槽和纵横缝使用灌缝胶与贴缝胶的规定也存有商榷的地方，因此各地对开槽还是不开槽没有统一的执行标准或者标准散乱。质量跟踪来看，活动型裂缝不论缝宽大小，只要灌缝未开槽次年开裂是大概率事件，这与规范规定的依照缝宽决定开槽具有不一致性。其他方面综合质量问题。预防养护层的厚度决定了其对路面平整度的贡献率不高，如果原路面拥包、车辙、沉陷等病害处治不彻底，会造成工程实施后平整度验收无法达标。微表处要合理控制混合料级配，单纯为了防止拉痕和离析采取降低粒径或减少粗集料含量都会造成表面“光板”，失去路面抗滑性。方案决策和施工优化预防性养护层必须满足防水、抗滑等对原路面的保护作用，同时自身也要兼具良好的内聚力和抗塑变能力。实践来看成功的方案都是从决策设计施工环节着手，结合多重因素优化遴选，达到经济、合理、适用并取得最大投资效益。选择最佳的养护时机是必须考虑的重要因素树立预防性养护是养好路的理念。实践证明在原路状况尚处于良好状态或出现轻微病害时，抢抓时机进行预防性养护有利于延缓原路面病害发展，延长路面使用寿命，否则超过时机无法取得预期效果。国内有人对时机的选择做了大量研究和模型化方案，但是突出“早”字是核心要义。预防性时机选择不当造成的失败案例很多，最典型的是在路面状况已经劣化的情况下实施预防性养护，结果次年就发生防护层大面积拥包、剥落和裂缝，不得不重新挖补罩面，不仅浪费了资金，增加了全寿命周期内养护费用投入，而且失去了预防性养护的意义。要认识到预防性养护就是一种“薄面”保护层而非路面结构层，不要“寄望”其发挥承重或强度功能，对这一点的理解十分重要。预防养护层的类型选择必须结合公路等级、原路状况、造价费用综合确定方案从使用耐久性、病害的修复效果、路面平整度的贡献程度方面来说罩面类防护层优于封层类防护层，但是造价上的差别也是十分明显的。从防渗水程度比较微表处优于碎石封层，但是抗滑性和噪声方面却相反。从各地实施预防性养护的成功案例来看，高速公路出现轻微沉陷和车辙时，实施薄层或超薄罩面能够有效对原路面充分保护，提高路面平整度和耐久性，明显改善行驶状况。如果高速公路仅路面老化平整度尚好时，实施微表处还可以较少的投资取得显著的路面美化和保护效果。国省干线公路重载车流量大，路面变形、疲劳和温度裂缝发生比较频繁，实施橡胶沥青碎石封层能够抑制裂缝的蔓延，相比较脆性的微表处更具优势，近年来得到了大力推广并取得认可。对原路面病害的彻底处治是保证预防养护质量的关键随着业内对预防性养护认识的深入和观念增强，好路上实施预防性养护已经成了共识，但是好路并非绝对意义上“好”。实践来看路面开始出现裂缝、车辙和平整度变差时是大多数养护部门介入预防性养护的时机，也是适宜的时机。但是许多养护部门认为初期轻微的病害可以覆盖或修复，未对裂缝、车辙、拥包进行有效处治，造成工程运营后病害不断反射或穿透路面，失去了路面预防保护作用。事实上对原路面裂缝进行开槽灌缝、坑槽进行填补、车辙和拥包进行铣刨是预防性养护实施的必要前提，从项目设计和预算阶段就应当充分考虑进去。灌缝必开槽是有效的裂缝处治方案 路面裂缝长期暴露会造成雨水下渗并加速路面破坏。在裂缝的处治上目前有灌缝和贴缝两种方案，缝宽又以 3mm为界限有不同的工艺。业内有观点认为 3 或 5mm 以下为非活动裂缝，可以采取不开槽直接抹缝。但是根据笔者团队长期跟踪来看，小裂缝不一定是非活动裂缝，大量的小裂缝采用抹缝施工后无法抵抗继续裂缝扩展次年重复开裂，而开槽灌缝工艺基本能维持长时间完好。这是因为开槽灌缝后直接承受裂缝扩展而受拉的胶体厚度和宽度较抹缝增大，抵抗累计塑变的能力增强，可以在数年内维持较好的封缝效果。其实除个别块状裂缝在一段时间内缓慢发展外，大量的纵横向裂缝多是处于持续发展和活动状态，尤其路堤路段的纵向裂缝多表现为沉降和荷载裂缝。因此以缝宽判断活动或非活动是不严谨的，以缝宽选择开槽与否更是不严谨的。预防性养护以较小的代价实现了路面全寿命周期内路况技术水平保持和服务功能正常发挥，带来了显著的经济效益，撬动了预防性养护产业的蓬勃发展。目前预防性养护技术主要由企业主导创新，各类技术方案的名目和叫法五花八门，部分工艺在行业权威规程里甚至无章可循，为预防技术的规范和统一带来了难度。不过业内也发现路面预防技术虽然不断改良翻新，但始终都朝着热态和冷态、流动混合料和热拌混合料方向专一发展，如果行业层面进行正确的指导和引领，必将助推预防养护技术走上规范快速发展之路。图 4 灌缝开裂图 3 封层脱落