高性能微表處設計探索

（四川高速公路建設開發集團有限公司，四川 成都 610041）

高速公路通車運營后，隨著時間推移，道路表面在車輪荷載的反復作用下，會出現磨損、細集料散失、粗骨料微觀紋理喪失、瀝青膜剝落等問題，同時，在溫縮和干縮循環作用下，路表還會出現微觀的細裂紋、宏觀的裂縫。此時的路面若不處治，病害將會向更深層次發展，導致路況急劇衰減、路面結構加速被破壞，大大增加道路維護費用和全壽命周期成本。

稀漿封層是目前最常用的道路表面處治方法，于1920年誕生于德國，1950年美國發明了稀漿封層設備，推動了它在預防性養護工程中的應用。隨著材料的改進，1970年德國廠家又將稀漿封層發展成為微表處，廣泛應用于高等級公路的路面預防性養護工程中。隨著交通量的增長，養護施工的交通管制工作難度的增大，國內外又順勢開發出了能在1h內開放交通的慢裂快凝高性能微表處。

本文根據四川高速公路在高性能微表處預防性養護設計中的探索與改進，總結了技術經驗，以期提升其設計指標的合理性與經濟性。

一、 高性能微表處技術原理

高性能微表處可在氣溫25℃（或更高），濕度50%（或更小）的狀況下，實現30min～1h內開放交通，且具備長期路用性能更高、耐久性更強、使用壽命大于5年的優勢。

高性能微表處屬于化學破乳現象，破乳后對水的擠壓作用非常明顯，且高性能微表處的用水量較少，可在短時間內將自由水排除體系之外。因此，所需交通管制時間較短。

為保證良好的電化學穩定性，高性能微表處的乳化瀝青平均直徑應為3～5um，95%的瀝青乳滴直徑應小于10um。由于乳化劑中存在親水基團，若過多地殘留在凝固后的體系中，將損害微表處的長期性能，因此必須使用高效率乳化劑。

酸性石料具有強度高、耐磨耗等路用優勢，但與瀝青的粘附性較差。酸性石料表面一般帶負電荷，與帶正電荷的陽離子乳化瀝青存在強大的電荷吸引力，增強了瀝青與酸性石料的粘附性，提升了微表處的長期路用性能。

高性能微表處體系技術原理：乳化劑把瀝青分散成帶正電荷的穩定乳滴；乳滴接觸帶負電荷的酸性石料表面后，強大的電荷吸附作用，把集料表面的自由水排除，對集料形成第一層裹覆；電化學平衡被打破后，其他的瀝青乳滴發生聚集，比表面積迅速減少，乳化劑親油基分布的點位也迅速減少，多余的乳化劑溶解在自由水中；水的表面張力小于瀝青，被排擠后聚集形成水泡和管道，與多余的乳化劑一起被排除混合料體系之外。少量殘留的水分通過光照、風力，以蒸發形式排出。至此，混合料體系變硬、變強，即可準備開放交通。

二、 配合比設計

高性能微表處分為Ⅱ型和Ⅲ型, 在此主要以適用于大交通量的Ⅲ型為討論對象。

（一）改性乳化瀝青設計

改性乳化瀝青的品質是高性能微表處成功的關鍵，高效乳化劑是保證改性乳化瀝青品質的關鍵，建議選用國際、國內排行前三的乳化劑品牌。

根據選定的乳化劑品種，選擇3～5種基質瀝青，開展瀝青配伍性試驗，優選出與乳化劑相適應的基質瀝青，應采用原油穩定的直餾瀝青作為基質瀝青。

在選擇SBR膠乳改性劑時，必須選擇陽離子型聚合物膠乳，固體含量應大于60%，膠乳與乳化基質瀝青應有良好的相融性，可顯著改善瀝青高溫穩定性；改性劑有效成分占純瀝青的質量百分比不宜小于3.5%。

改性乳化瀝青蒸發殘留物的溫度為5℃，延度應大于80cm，其余指標應參照相關規范。

（二）集料設計

高性能微表處粗細集料必須采用硬質、耐磨耗的優質石料軋制；為了確保集料的潔凈度和顆粒形狀，應使用15～20mm碎石為原材料，通過具有沖擊破的碎石生產線進行軋制。

細集料砂當量必須大于65%，適當控制亞甲藍指標。砂當量小，石料不潔凈，將導致長期路用性能差；亞甲藍指標過大，細集料活性太強，乳化劑用量將增加，不但提高了成本，混合料中殘留的乳化劑也會增多，導致長期路用性能降低。若玄武巖亞甲藍指標不能滿足要求，應加入卵石、石灰巖機制砂降低亞甲藍值。當加入耐磨性較差的堿性石料機制砂時，其比例不得大于25%。

為降低高性能微表處的行車噪音，可適當減少粗集料中8mm以上顆粒的含量。建議將集料生產線的成品料篩分機頂篩設置為9～10mm，控制4.75mm混合料通過百分率為75～90%，其他的質量要求與普通微表處一致。

（三）混合料設計

高性能微表處具有優異的抗水損害、抗磨耗能力，照搬普通微表處指標不能甄別出所設計的混合料優劣。浸水濕輪磨耗損失試驗能較好模擬后期使用環境，建議對磨耗損失提出更嚴格的要求，如表1所示。

表1.高性能微表處混合料技術指標

建議根據熱拌瀝青混合料的瀝青膜裹覆理論，對高性能微表處的混合料設計成果進行瀝青膜適宜厚度檢驗，瀝青膜適宜厚度為8～10um。

三、構造設計

（一）厚度設計

高性能微表處的主要作用是封水、抗滑、耐磨、恢復表面功能，其設計厚度應該以壽命期內的磨耗損失率為主要考慮因素。厚度若過大，將導致造價增加、細料易上浮、產生表面光滑缺陷，因此建議設計厚度為8mm。鑒于路表存在凹凸，攤鋪厚度偏差較大，測量困難，應將厚度轉換為每平方米混合料的重量進行現場質量控制。

（二）寬度設計

微表處是為了恢復被車輛磨損的路表功能，在車輛輪跡之外的表面（路緣帶和硬路肩）磨耗很小，建議設計寬度為：行車道數×3.65m。這樣既可以滿足車輛行駛需求，又可以減少對車道邊緣實線標線的覆蓋，降低造價。另外，原路面車道邊緣標線有2mm左右的厚度，雨天形成一定的擋水效應，不利于行車安全，而當攤鋪寬度為3.65m、攤鋪厚度為8mm時，能夠消除原標線的擋水效應。

四、結語

高性能微表處是一種能適應現代大交通量的高等級路面預防性養護技術，具有開放交通快、路用性能強、使用壽命長等優點，需要精選乳化劑、配伍優化基質瀝青、精細加工石料，才能充分發揮優勢。本文采用峨眉玄武巖在四川高速公路開展了應用研究，總結的成果、參數可能具有地域局限性，僅供同行參考。