公路是国民重要的交通基础设施, 而大部分的公路采用沥青路面。新建的沥青路面呈深黑色, 随着长时间使用过程中, 阳光、雨水及交通负荷等多方面的综合影响, 沥青路面逐渐老化, 出现不同程度的早期破损, 导致沥青路面使用性能降低, 寿命缩短。
因此非常有必要对沥青路面进行早期预养护, 防止进一步恶化, 造成大面积损坏耗费昂贵的维修成本。目前, 使用沥青道路养护剂节约成本, 延长路面使用寿命, 因此及时合理的对道路沥青路面进行预养护, 已成为国内外道路工程重要的研究课题之一。
路面状况与路面使用寿命的关系图
沥青路面养护剂的提出
沥青路面预养护概念由加拿大科学家最早提出, 而后美国较完整系统地提出“公路预养护主要是针对已通车使用的公路, 防止紫外线照射及车流量的不断增加路面结构受到损害, 延长路面使用周期, 而采取的一种有效预防措施”。
美国公路战略研究计划 (SHRP) 研究发现, 公路路面建成后, 在整个使用过程中预养护3～4次, 可延长公路10-15年使用寿命, 同时具有客观的经济效益, 节约成本40%～50%。
沥青路面预养护技术主要有三个发展阶段。
第一阶段是提出了预养护技术。上世纪20年代末, 稀浆封层技术在德国问世, 开启了沥青路面养护剂使用。到50年代末同步碎石封层技术在南非出现并使用, 随后微表处及薄层罩面等技术逐步应用于路面养护工程中。
第二阶段为预养护技术路用性能深入研究阶段。1987年SHRP计划就将预养护技术推广使用, 并且进行了工程路段放大试验的研究, 同时对四大主要技术 (稀浆封层、碎石封层、薄层罩面以及填缝) 进行了路用性能效果的比较。
第三阶段是深入系统研究预防性养护技术的决策理论阶段。2001年, 国外学者Y.Gilbert等总结认为, 对道路沥青路面投入1美元的预养护, 为以后沥青路面出现结构性破坏再维修节省了4～10美元/km。2004年D.G.Peshkin等人对沥青路面早期破损预养护的最佳施工时间及施工措施进行了系统的研究。
沥青路面养护剂的研究
国内外对道路沥青路面预养护的重视不断提高, 各研究单位也开始深入研究养护剂所用的材料, 以开发更环保经济的养护剂。
1. 沥再生养护剂
沥再生 (Rejuvaseal) 养护材料是一种沥青乳化再生养护剂, 最早是由美国康尼森沥青公司研发的, 其主要成分为精制沥青、各类树脂、还原剂、改性剂等, 在一定的条件下加热切割处理可调配制的;主要适用于沥青路面早期、中期出现的龟裂、轻微渗水、裂缝等危害的修复。
沥青再生养护剂是一种以水为基料环保不易燃烧的养护材料, 但其储存要求在6℃以上的环境密封保存, 且雨天或下雨3 h内不可使用。
2.AS渗透养护剂
AS渗透养护剂全称为CO-MA-SEAL®AS, 美国CTI公司专为预防沥青路面早期危害研制的, 是一种无机富含纳米颗粒预养护材料, 喷洒后主要的作用是将路面的表层沥青与骨料之间粘结力恢复提高, 从而达到对老化沥青的恢复。
CTI公司研究发现AS渗透养护剂具有良好的渗透性及流动性。实验结果得出, 涂刷AS养护剂有利于使原有沥青粘结剂恢复实现较高的粘附性, 从而实现沥青路面路用性能的恢复。美国西北试验室深入研究了将AS渗透养护剂涂刷于沥青路面试件上, 在长时间紫外线的照射下, 检测其沥青路面试件老化性能。发现AS养护剂渗透到沥青路面生成的结晶凝胶有效提高了路表面混合料之间的粘结能力。通过数据计算分析得出, 涂刷AS渗透养护剂的沥青路面户外正常使用周期长达25 a。
在国内, 2009年福建厦门城市快速公交系统 (BRT) 对40万m2面积的沥青路面进行了预养护, 喷洒AS渗透养护剂, 并对施工的路段长期观察测试其性能, 最后发现使用AS渗透养护剂预养护的沥青路面路用性能提升, 使用寿命延长。
随后福建省建筑工程质量检测中心站对厦门BRT龙山桥站沥青路面使用AS渗透养护剂施工结束后及施工258 d后的各个路用性能进行了检测, 检测结果反应, AS渗透养护剂明显提高了路面的抗渗性能、粘接性能, 对路面抗滑性能影响不大。高校长沙理工大学依托京港澳高速公路湖南临长段预养护试验段, 通过室内试验和现场验证, 发现其对沥青混合料性能改善效果明显, 对早期出现微裂的路段涂刷养护剂可有效抑制沥青路面出现大面积损害同时可提高沥青路面耐久性能、延长沥青路面的使用周期。
3.雷诺锋养护剂
雷诺锋 (Rhinophalt) 沥青路面养护剂是一种有机化工材料, 主要富含天然岩沥青、石脑馏分、石油沥青、添加剂等成分。该养护剂是英国ASI公司研发的, 是一种渗透型沥青路面雾封层养护材料。
目前, 雷诺锋养护剂大规模工程应用主要是集中在欧洲发达的国家, 但随着技术的成熟, 在澳大利亚以、印度等国也逐步规模化使用。国内首次将该养护剂应用于杭州湾跨海大桥南岸高速公路, 长时间观察测试得出使用该养护剂每平方可以节约成本20元, 且延长了路面使用寿命。
4.魁道CAP养护剂
魁道CAP (又名沥青再生王) 是深圳市魁道实业有限公司采用丹麦高新专利方和生产技术与丹麦Credone公司共同投资生产的道路路面、桥面养护新材料。
富含活化物, 采用冷混合技术熔炼而成的双组分沥青剂, 可有效粘结老化沥青并激活恢复老化胶质原有性能, 形成新的保护膜, 延长道路使用寿命。该养护剂已广泛应用于欧洲多个国家的公路段, 在我国的吉林、山东、云南等地区先后得到推广使用, 使用效果反响良好。
5.HAP养护剂
HAP养护剂全称Highly Active Preservative, 是国内校企合作 (华南理工大学与广州市路宁路桥工程有限公司) 联合开发的一种雾封层沥青路面预养护材料。主要成分为乳化沥青 (AH-70改性沥青为基质) 、多种聚合物树脂、SBS热塑性橡胶等。
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▎作者：温丽瑗张战军袁凯恒陈东庆陈小平广东石油化工学院广东省公路管理局茂名沥青储运中心
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