微表處預防性養護技術的研究與應用現狀

林小玉，劉 汴，代 杰，成 猛

(1.中南安全環境技術研究院股份有限公司，武漢 430070；2.湖北交投宜恩高速公路運營管理有限公司，武漢 430000)

隨著社會經濟的快速發展，我國對交通基礎設施的需求和重視達到前所未有的程度，規劃設計了大批高速公路、橋梁、隧道等交通工程，我國公路交通建設經歷了高速發展時期，截止到2019年底，全國已建設高速公路里程14.96萬km。高速路網不斷完善的同時，國內對高速公路的養護管理水平也不斷提高，基于全壽命周期養護理念的預防性養護逐漸得到重視。根據近年來各地高速預防性養護工程的實際應用效果反饋，微表處在路面養護效果、性價比及環保等方面都具有明顯優勢，是目前被廣泛接受的公路預養護技術。

1 微表處技術概述

1.1 微表處應用條件

作為一種預防性養護技術，微表處應當在路面結構性完好、路面整體性能指標滿足一定要求的前提下使用。微表處實施之前，應當對路面損壞狀況、平整度、結構強度、抗滑性能等進行檢測評定并分析路面主要病害情況。按照病害類型分類，當原路面主導病害為瀝青表面層輕度到中度麻面、剝落病害、輕度車轍及路面抗滑性能不足時，宜采用微表處技術處治；當原路面存在縱向裂縫、橫向裂縫、塊狀裂縫等結構性病害時，不宜采用微表處技術處治；當微表處用于處治車轍病害時，若車轍深度小于10 mm，可直接進行微表處罩面；若車轍深度在10～20 mm之間，可先進行輪跡帶處車轍填充，然后整體罩面。

1.2 微表處發展歷程及技術特點

微表處技術源于德國，20世紀70年代德國研究人員在傳統稀漿封層的基礎上開發了微表處技術。1996年，國際稀漿罩面協會ISSA(International Slurry Surfacing Association)制定了A143微表處技術指南，對微表處技術在全世界的推廣起到了極大的促進作用。1999年，我國在和國外公路部門技術交流中第一次了解微表處技術，并于2000年將微表處技術開發列入國家經貿委組織的“國家技術創新計劃”。2005年，交通運輸部公路科學研究院在國內數年來的研究及應用基礎上，結合國外相關應用經驗，制定《微表處和稀漿封層技術指南》[1]，對微表處的應用及質量保證具有重要指導意義，促進了微表處在國內更廣泛地應用。

經過多年的研究應用，微表處成為較為成熟的路面預養護技術，在國內已經積累了豐富的研究及實體工程應用經驗，目前普遍認為在原路面結構性良好、存在表面病害的狀況下，采用微表處進行養護對路面封水、防滑、恢復道路表面功能具有良好效果。采用微表處進行公路養護主要有以下優勢：①微表處常溫施工，施工速度快，施工完成后數小時內就能夠恢復交通，對交通的影響相對較小；②微表處具有封水、防滑的效果，有利于防止路面水損害的出現并快速恢復路面表面性能，增強行車安全性、延長道路使用壽命；③和熱拌薄層罩面相比，微表處成本低、污染小，是一種綠色環保的技術手段，具有較好的經濟效益和社會效益。

2 微表處技術研究及應用進展

目前，我國微表處養護過程中多采用SBR改性乳化瀝青微表處混合料，SBR微表處性能穩定、制備工藝成熟、施工和易性好，其使用壽命多在2～3年左右，在我國各省都有非常廣泛的應用經驗。

經過十余年的推廣應用和跟蹤觀測，常規SBR微表處存在一些有待改進的問題：①隨著使用年限的增長易產生掉粒、脫皮現象，微表處混合料自身的粘結力及微表處與原路面的粘結力有待進一步提高；②和瀝青混合料路面相比，常規微表處噪音太大，影響行車舒適性，有必要改善常規微表處的噪音問題；③當微表處用于車轍填充時，由于攤鋪厚度大且微表處混合料級配較細，易產生車轍，對此類路段應提高微表處抗車轍能力。

隨著技術的不斷發展，基于常規微表處存在的問題及市場應用要求而開發的高性能微表處逐漸得到成功應用。目前，微表處技術研究及應用熱點主要是通過優化微表處級配、研發新型聚合物改性乳化瀝青等手段，開發符合特定要求的功能性微表處材料。以下對降噪微表處、纖維微表處、高黏微表處、水性環氧微表處、彩色微表處研究應用現狀進行介紹。

2.1 低噪音微表處研究及應用現狀

在微表處的應用過程中發現，和常規熱拌瀝青混凝土路面相比，車輛行駛在微表處路面上，車內和車外噪音都明顯增大，不但造成較大的噪音污染，長時間高分貝的行車噪音也會影響行車舒適性。

經過相關研究人員多年來研究分析，目前普遍認為微表處噪音形成是由于以下幾個因素：空氣的泵吸作用、汽車輪框的振動噪音、車輛行駛過程中的摩擦噪音。

河南省平頂山公路局對微表處噪音較大的原因進行分析，提出摻加廢舊膠粉和調整微表處級配的低噪音微表處設計方案，該研究鋪筑了1 km試驗路并對試驗段進行噪音測試，根據測試結果，改進后微表處的車內噪音比基準微表處降低了5～10 dB[2]。

長安大學李微、韓森等人通過添加橡膠顆粒和纖維對微表處混合料進行復合改性，以達到改善其性能并降低微表處噪音的目的，其試驗研究結果顯示，聚酯纖維摻量為0.2%、橡膠顆粒摻量為3%的橡膠-纖維復合改性微表處材料具有優良的降噪性能。和傳統微表處相比，其噪音降低了2.9 dB[3]。

近年來湖北省高速公路路面養護中，將MS-3型微表處最大粒徑調整為8 mm，在保證抗滑性能的前提下，采用更細的級配來降低微表處構造深度，以減小粒徑集料產生的噪音。實踐證明，該措施有效降低了微表處路段路面行車噪音，雖然噪音相較熱拌瀝青混凝土路面稍大，但已經在可接受范圍之內。

綜上，國內關于降噪微表處的研究主要是通過改進微表處混合料級配、添加橡膠顆粒等降噪材料以達到降噪目的。其中，摻加橡膠粉會使微表處耐磨耗性能變差，宜選擇合適的膠粉細度和摻量，或者和高黏乳化瀝青等配合使用；調整微表處混合料級配的方法最為簡單有效，調整級配的同時需注意保證路面的抗滑性能。

2.2 纖維微表處研究及應用現狀

微表處作為路表封層，雖然不起到承受行車荷載的作用，但當原路面存在裂縫時，微表處抗裂性能不足則容易形成反射裂縫。纖維微表處是在微表處混合料中添加了一定量的纖維材料，纖維在膠結料中起到吸附、穩定、多向加筋等作用，有利于提高微表處混合料的抗裂性、穩定性等路用性能。

研究發現，摻加橡膠顆粒雖然可以降低微表處噪音，但同時也導致微表處混合料的抗裂性能降低，可通過摻加纖維保證微表處的抗裂性能。山西省交通規劃勘察設計院李艷青將聚酯纖維和橡膠顆粒復合摻入微表處混合料并進行試驗研究，其試驗結果認為聚酯纖維-橡膠顆粒微表處混合料比普通微表處具有更好的路用性能和降噪性能，且造價僅比SBR微表處高出8.05%[4]。

長安大學孫增智等人選用不同種類纖維制備微表處混合料，并通過試驗評價不同微表處混合料的路用性能，其研究結果認為摻加纖維改善了微表處混合料的抗裂性能，其中聚丙烯纖維和玄武巖纖維的改性效果最好[5]。

北京首發公路養護工程有限公司曹煒等人通過試驗研究對比分析聚酯纖維、聚丙烯纖維、玻璃纖維、玄武巖纖維的性能特點，認為玄武巖纖維微表處具有更優異的路用性能，并將玄武巖纖維應用于京港澳高速公路的實體工程中。其工程實際觀測結果表明，玄武巖纖維可明顯抑制微表處開裂[6]。

目前常用于微表處混合料的纖維，主要有聚酯纖維、聚丙烯纖維、玄武巖纖維等，纖維摻量多在0.1%～0.2%左右。相關研究普遍認為，纖維微表處具有更好的抗裂性、高溫穩定性和抗滲水能力，能更好地延緩原路面裂縫反射，延長道路使用壽命。

2.3 高黏微表處研究及應用現狀

目前我國微表處實體工程的應用中大多采用SBR膠乳制備改性乳化瀝青，SBR改性乳化瀝青低溫性能良好，但高溫抗變形能力相對較弱。而SBS乳化瀝青軟化點高，具有更好的高溫性能，有利于增強微表處混合料的抗車轍能力。

山東大山路橋開發了新型SBS膠乳并用于微表處稀漿混合料當中，其性能對比試驗表明，相較于SBR微表處，SBS微表處抗磨耗性能稍有提升、抗車轍能力明顯提升，認為SBS膠乳更具有成本和性能優勢[7]。

河南高遠公司分別用SBR膠乳和SBS膠乳制備改性乳化瀝青，探討了SBR改性乳化瀝青和SBS改性乳化瀝青的性能差異，并對比二者用于微表處施工的性能差異。其性能對比試驗表明，改性劑用量相同的情況下，SBS乳化瀝青軟化點更高，具有較好的高溫性能。SBS微表處具有更好的耐磨性、抗水損害能力和抗變形能力[8]。

2019年，筆者對SBS高黏微表處路用性能進行研究，認為SBS高黏微表處耐磨耗性能、水穩定性能與SBR改性改性乳化瀝青微表處基本相當，但抗車轍性能明顯優于SBR改性乳化瀝青微表處。并在滬渝高速公路鄂西段鋪筑了長度約1.2 km的SBS高黏微表處試驗段，該試驗段位于長下坡路段，經過一年來的跟蹤觀測，高黏乳化瀝青微表處有效解決了路面抗滑性不足問題，提高道路行駛安全性，同時具有良好的抗車轍、封水性能。由于SBS瀝青粘度大，采用先改性后乳化的方法制備改性乳化瀝青難度較大，因此，近年來大多研究提出制備SBS膠乳，通過SBS膠乳直接改性乳化瀝青。大多研究認為，SBS改性乳化瀝青微表處具有更好的抗車轍變形能力。

2.4 水性環氧微表處研究及應用現狀

使用水性環氧樹脂改性乳化瀝青是近年來改性乳化瀝青的熱點研究方向之一。水性環氧樹脂是環氧樹脂以微粒或膠體的形式分散在水中形成的水分散體或者水溶液，和乳化瀝青具有較好的相容性，并且其固化物保留了熱固性樹脂強度高、耐磨、耐水、耐腐蝕、溫度穩定性好等特點，是一種較好的乳化瀝青改性材料。

水性環氧乳化瀝青由乳化瀝青、水性環氧樹脂及固化劑組成，其性能主要取決于水性環氧樹脂和固化劑本身性能，以及水性環氧樹脂、固化劑、乳化瀝青的配比。自從2006年以來，廣東工業大學、重慶特鋪路面工程技術有限公司、重慶融極環保工程有限公司、山西省交通科學研究院及其他研究單位先后提出不同種類的水性環氧乳化瀝青組成及選型[9]。

重慶交通大學李興富等人通過性能對比試驗認為摻加水性環氧樹脂能夠明顯改善微表處混合料的耐久性[10]。長安大學張慶、郝培文等人提出通過水性環氧樹脂和SBR復合改性乳化瀝青，并分析復合改性劑對微表處性能的影響規律，其研究結果認為水性環氧樹脂和SBR膠乳具有良好的配伍性，復配改性微表處水性環氧樹脂對微表處的抗松散和抗變形能力作用效果良好[11]。

北京建筑大學常衛平考慮實際施工中的問題，通過室內試驗評價了水性環氧不同摻入方式的微表處混合料路用性能。認為水性環氧微表處具有更好的耐磨耗和抗車轍能力，并在富硯高速公路瀝青路面工程中鋪筑了水性環氧微表處試驗段，試驗段開放交通后路面狀況良好[12]。

筆者對水性環氧乳化瀝青及其微表處性能進行試驗研究，研究結果認為，水性環氧樹脂對微表處的耐磨耗、抗車轍變形、抗水損害能力均有較好的改性效果。并于2020年在滬渝高速公路馬尾井隧道(滬渝向)和豬草灣隧道(渝滬向)路段應用，有效解決了路面抗滑性不足問題，提高道路行駛安全性。

早期水性環氧乳化瀝青普遍存在硬而脆的現象，改性乳化瀝青柔韌性較低。近年來為解決改性乳化瀝青低溫延度低、易脆裂的問題，相關研究人員提出采用柔性固化劑、在環氧樹脂中引入柔性鏈段、和其它改性劑復配等方式制備水性環氧改性乳化瀝青，取得了一定的研究成果，并得到較好的應用效果。相關研究及工程實踐認為，水性環氧微表處具有較好的抗車轍性能、高溫穩定性、水穩定性及長期耐磨耗性能。

2.5 彩色微表處研究及應用現狀

彩色路面具有美化城市、改善道路環境的作用，隨著城市建設要求的不斷提高，應用范圍愈加廣泛。彩色微表處是彩色路面技術之一，是將彩色乳化瀝青、彩色級配骨料、改性劑和多種助劑，在施工現場通過稀漿封層車拌合制備成為彩色稀漿混合料。

彩色微表處在我國已經積累了較多研究及應用經驗，長安大學劉少文等采用彩色SBS乳化瀝青為膠結料、天然彩色石料為集料制備彩色微表處進行性能研究并成功鋪筑試驗段[13]；重慶交通大學徐藝嘉對脫色瀝青彩色微表處路用性能進行研究，并將其成功應用于自貢市城市公交車道上，使用效果良好[14]；山西喜躍發路橋引入荷蘭彩色乳化瀝青生產線，2008年為迎接奧運首都機場對各場區路面進行彩色罩面處理，喜躍發路橋成功鋪設了總面積7 012 m2的CSWB-II型彩色微表處[15]。此外，重慶、太原等多個城市市政工程相關從業者都對彩色微表處進行研究并取得一定研究成果。

目前彩色微表處一般為改性乳化樹脂或者脫色瀝青，工程中采用顏料大多為性價比高的無機顏料，并選用色澤與所配制混合料色彩相近的彩色石料，這樣微表處表面膠結料薄膜被磨耗后，路面仍能顯示出原有色彩。除美化城市外，相關研究認為彩色微表處可有效降低路面溫度、減緩城市熱島效應，有利于交通管理和交通引導。

3 結 語

微表處技術因其環保低能耗、施工便捷、良好的路用性能等優勢得到大量的推廣應用。經過多年來的研究，微表處技術水平不斷進步，開發了低噪音微表處、高黏微表處、水性環氧微表處、彩色微表處等性能更為優良的微表處，提高了微表處的應用技術水平。但仍應做進一步深入研究，改進和提升微表處的綜合路用性能，滿足養護工程需求。此外，微表處施工效果對工程質量具有較為直接的影響，其施工質量控制有待進一步規范和完善。