周世強(qiáng) 蔡海軍 孫明 譚靖杰 宋永濤

（1.湘潭市公路管理局，湖南 湘潭 411199；2.南通福倫利新材料有限公司，江蘇 南通 226399；3.湖南福倫利新材料有限公司，湖南 株洲 425599；4.湖南明鵬工程建設(shè)有限公司，湖南 湘潭 421099）

一、項(xiàng)目概況

近年來(lái)，湖南省高等級(jí)公路在交通荷載、環(huán)境因素的反復(fù)作用下，總體抗滑耐磨性能下降明顯，道路病害日益增多。譬如國(guó)道320線湖南省湘潭市段（簡(jiǎn)稱“國(guó)道320線”）是溝通湘中、湘東的重要干線，自上一周期（2010年）大修以來(lái)，由于繁忙的交通運(yùn)輸和過(guò)多的雨水侵蝕，部分路段瀝青混凝土路面出現(xiàn)龜裂、沉降、坑槽、泛油、車轍、裂縫等病害。經(jīng)調(diào)查分析，路面強(qiáng)度指數(shù)SSI為0.72，路面狀況指數(shù)PCI為0.75。根據(jù)《湖南省交通運(yùn)輸廳關(guān)于下達(dá)2018年度第一批國(guó)省道大中修（含災(zāi)毀恢復(fù)重建、路政治超）計(jì)劃的通知》（湘交計(jì)統(tǒng)〔2018〕56號(hào)），國(guó)道320線19km路段的預(yù)防性養(yǎng)護(hù)被列入了該省2018年至2019年“四新技術(shù)”應(yīng)用計(jì)劃，即采用一種集超薄、耐磨、降噪、防滑等多功能于一身的，常溫瀝青超薄抗滑恢復(fù)面層技術(shù)預(yù)防性養(yǎng)護(hù)。

2018年至2019年，國(guó)道320線19km路段的兩次超薄抗滑恢復(fù)預(yù)防性養(yǎng)護(hù)工作，在盡可能不破壞原有路面結(jié)構(gòu)的情況下，充分挖掘了原有路面的承載潛能。依托長(zhǎng)期研究成果，南通福倫利新材料有限公司用上述節(jié)能減排、綠色交通新材料, 以及積累近10年的常溫瀝青施工經(jīng)驗(yàn)，通過(guò)選擇原材料，根據(jù)相關(guān)試驗(yàn)確定常溫瀝青超薄抗滑恢復(fù)面層混合料的最佳級(jí)配與油石比，分析常溫瀝青超薄抗滑恢復(fù)面層（約8mm厚）的可行性和實(shí)用性，為湘潭市提供了全方位的常溫施工產(chǎn)品技術(shù)及相應(yīng)的工程解決新方案。

國(guó)道320線19km路段預(yù)防性養(yǎng)護(hù)新材料的規(guī)模化應(yīng)用與預(yù)防性養(yǎng)護(hù)模式，與傳統(tǒng)養(yǎng)護(hù)模式相比，具有黏附性好、摩擦系數(shù)高、耐磨抗壓、冷拌冷鋪、節(jié)能環(huán)保、開(kāi)放交通快等優(yōu)勢(shì)。為今后“四新”技術(shù)在湖南省公路建設(shè)與養(yǎng)護(hù)中的進(jìn)一步推廣打下了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，也為湖南省高等級(jí)公路未來(lái)大規(guī)模養(yǎng)護(hù)升級(jí)提供了一條可靠的新技術(shù)參考途徑。

二、常溫瀝青超薄抗滑恢復(fù)面層技術(shù)的創(chuàng)新點(diǎn)

目前與“常溫瀝青超薄抗滑恢復(fù)面層技術(shù)”最為接近的同類技術(shù)是微表處或改進(jìn)微表處技術(shù)。從以前國(guó)內(nèi)一些實(shí)體工程來(lái)看，常規(guī)微表處路面存在抗變形、抗磨耗、抗疲勞開(kāi)裂等能力缺陷，以及行車噪聲大的缺點(diǎn)。

與上述類似解決方案相比，國(guó)道320線19km路段采用的預(yù)防性養(yǎng)護(hù)新技術(shù)，旨在提高抗滑性能和剛韌平衡，具有以下創(chuàng)新性技術(shù)手段和優(yōu)勢(shì)。

（一）高柔韌性

解決方案中采用改善常溫瀝青混合料的柔韌型低溫韌性水乳液。

1.新材料中使用多相聚合物結(jié)構(gòu)模型的粒子設(shè)計(jì)概念，通過(guò)軟、硬相分組與比例的不同設(shè)計(jì), 基本得到符合低溫柔性設(shè)計(jì)要求的水性乳液鏈段排列組合。

2.乳液聚合后的膠粉含高分子軟段和硬段，并制備陽(yáng)離子抗強(qiáng)酸的有機(jī)氟硅改性丙烯酸酯乳液，聚合物玻璃化溫度小于-30℃。

這類水乳液常規(guī)為堿性，不抗酸，與陽(yáng)離子乳化瀝青不相容，而且聚合物玻璃化溫度不低于-15℃，易脆裂。將陽(yáng)離子抗強(qiáng)酸氟硅改性丙烯酸酯乳液，既能保證與瀝青的相容性，又能在小于-30℃時(shí)有聚合物鏈段運(yùn)動(dòng)和低溫韌性。

圖1 陽(yáng)離子氟硅改性丙烯酸酯水乳液

（二）優(yōu)異的抗滑耐磨特性

國(guó)道320線19km路段預(yù)防性養(yǎng)護(hù)工作中，采用了兩種具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的增黏專用乳液對(duì)傳統(tǒng)乳化瀝青進(jìn)行改性。一種乙烯含量不少于25%，另一種是以陽(yáng)離子環(huán)氧基團(tuán)為主體改性的丙烯酸水乳液。

這些增黏乳液與上述低溫韌性乳液復(fù)配，形成了一系列“增黏增韌復(fù)合水乳液”高新技術(shù)產(chǎn)品，旨在提升傳統(tǒng)乳化瀝青品質(zhì)。

上述“增黏增韌水乳液”對(duì)常規(guī)乳化瀝青改性，能夠形成常溫速?gòu)?qiáng)瀝青復(fù)合水乳液，如圖2所示。

圖2 常溫瀝青復(fù)合水乳液的配制

增黏增韌常溫瀝青水乳液是一種高分子化合物和瀝青的綜合體，兼具兩者優(yōu)勢(shì)，具體表現(xiàn)為該液體蒸發(fā)殘余物不僅有聚合物的高黏附性與剛韌平衡，而且有瀝青的延展性。從而能夠部分替代熱改性瀝青，對(duì)集料不加熱就可以拌和成各種類型耐高、低溫和剛韌平衡的瀝青混凝土，是一種低揮發(fā)、節(jié)約能源、有利環(huán)境的材料。與熱瀝青或中溫瀝青相比，施工溫度能夠從170℃或130℃降至常溫，這將為傳統(tǒng)熱瀝青產(chǎn)業(yè)提供全面的技術(shù)升級(jí)，極大降低公路路面鋪裝的能耗，改變公路路面的施工方式和環(huán)境，大大豐富柔性路面的結(jié)構(gòu)形式和強(qiáng)度控制手段。

針對(duì)水性路用混合料硬化慢的缺點(diǎn)，該技術(shù)研制了一種結(jié)合水量大、固化速度快、在水基混合料中產(chǎn)生微纖維增韌的新型高勁度混合添加劑。

圖3 高勁度混合添加劑遇水反應(yīng)后的微纖維狀結(jié)晶物（微觀結(jié)構(gòu)）

另外，優(yōu)化粗集料、細(xì)集料的級(jí)配設(shè)計(jì)，篩掉7.5mm以上的較粗集料，形成超薄耐磨層優(yōu)良的嵌擠結(jié)構(gòu)復(fù)配集料體系。

由上述常溫瀝青液體結(jié)合高勁度混合添加劑、具有“嵌擠結(jié)構(gòu)”的復(fù)合集料，所配制成的常溫瀝青混合材料，兼有獨(dú)一無(wú)二的快速固化、強(qiáng)力黏附、耐寒耐熱、抗滑耐磨等特性，能夠滿足路橋、機(jī)場(chǎng)、站場(chǎng)等各建筑行業(yè)對(duì)抗滑恢復(fù)、降低噪音的嚴(yán)格要求。

三、常溫瀝青超薄抗滑恢復(fù)面層技術(shù)內(nèi)容

（一）常溫速?gòu)?qiáng)瀝青復(fù)合水乳液

先配制高性能增黏增韌水乳液改性劑，確保與改性乳化瀝青相混合時(shí)不沉積、不絮結(jié),又能形成快速固化、強(qiáng)力黏附、高耐磨、節(jié)能環(huán)保、耐寒抗凍的高剛韌平衡瀝青液體。其將使路橋面層混凝土有突出的耐寒性和高溫勁度 (-40℃到40℃)，使瀝青韌性比大于等于6。常規(guī)濃縮化學(xué)改性劑在與乳化瀝青復(fù)配時(shí)，由于含細(xì)微無(wú)機(jī)填料，極易發(fā)生沉積或絮結(jié)，使瀝青液體不均勻。該項(xiàng)目根據(jù)工程要求調(diào)配增黏增韌水乳液改性劑，力圖解決它與瀝青混合時(shí)不均勻的問(wèn)題，并充分發(fā)揮這種濃縮改性劑的高性能，保證瀝青液體滿足路橋工程需求，尤其是低溫性能要求。

該項(xiàng)應(yīng)用研究主要是通過(guò)設(shè)計(jì)多種聚合物的耦合作為改性乳液，從而優(yōu)化聚合物乳液的性能，并以此乳液為種子，與瀝青一起乳化，形成聚合物與瀝青化學(xué)交聯(lián)網(wǎng)的乳液，如圖4所示，最終達(dá)到常溫速?gòu)?qiáng)瀝青復(fù)合水乳液剛韌平衡的目標(biāo)，如表1所示。

圖4 化學(xué)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)（TEM形態(tài)）

表1 常溫速?gòu)?qiáng)瀝青復(fù)合水乳液技術(shù)要求

（二）原材料的選用

常溫瀝青超薄抗滑恢復(fù)面層采用福倫利自主研發(fā)生產(chǎn)的黑色常溫速?gòu)?qiáng)復(fù)合乳液、高勁度混合添加劑和水按比例混合成的稀砂漿，厚度一般為2mm至10mm。粗集料選擇玄武巖碎石，細(xì)集料為玄武巖石屑，填料選擇礦粉。原材料的選用必須嚴(yán)格控制材料質(zhì)量，對(duì)不符合技術(shù)要求的不得采用。

（三）生產(chǎn)配合比設(shè)計(jì)

根據(jù)設(shè)計(jì)級(jí)配要求，如表2所示，選擇最佳礦料摻配比例。

根據(jù)相關(guān)實(shí)驗(yàn)，為了保證常溫瀝青罩面質(zhì)量，設(shè)計(jì)的常溫瀝青超薄層混合料各項(xiàng)檢測(cè)結(jié)果均滿足各項(xiàng)指標(biāo)要求，如表3所示。

表2 設(shè)計(jì)級(jí)配范圍要求

表3 常溫瀝青罩面混合料技術(shù)要求

圖5 常溫超薄耐磨面層施工流程

四、常溫瀝青超薄抗滑恢復(fù)面層的施工技術(shù)和效果

常溫瀝青超薄抗滑恢復(fù)面層施工流程，如圖5所示。

對(duì)該項(xiàng)目最為關(guān)心的常溫瀝青超薄抗滑恢復(fù)事項(xiàng)，經(jīng)過(guò)一年多不斷觀察考證，證明已鋪裝的常溫瀝青超薄抗滑恢復(fù)面層，其抗滑性能都在合格范圍的高限（摩擦擺值大于等于55），而且穩(wěn)定可靠，如圖6所示；沒(méi)有鋪裝的舊瀝青路面，抗滑性能有些在合格線之下，而且一年后還有下降，如圖7、圖8所示。

正因?yàn)槭┕r(shí)無(wú)需加熱、簡(jiǎn)單靈活、無(wú)需抬高路標(biāo)，施工后又能夠快速固化，高溫時(shí)穩(wěn)定且低溫時(shí)抗脆裂，而且開(kāi)放交通快，能夠大大減少擾民和對(duì)交通的影響，常溫瀝青超薄抗滑恢復(fù)面層技術(shù)在未來(lái)將有著巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

圖6 修復(fù)升級(jí)后的超薄抗滑面層

圖7 已鋪裝的路面抗滑性能

圖8 未鋪裝的路面抗滑性能