含砂霧封層技術預防性養護效果分析

摘要 含砂霧封層技術是一種瀝青路面早期預防性養護技術，目前國內市場上生產的含砂霧封層膠結料的種類很多，材料的各項指標及需要參配的添加劑、細集料不相同，再加上各地區氣候特點不同，原路面技術狀況差異較大，往往很難達到滿意的實施效果。文章主要通過正交試驗進行配合比設計，確定合適的灑布量，利用研究結果在國道G106線龍歸路段進行試驗段鋪筑，結合試驗路段施工前后路面技術狀況檢測情況，對比分析評價含砂霧封層技術的實施效果。

關鍵詞 含砂霧封層；瀝青路面；預防性養護；效果分析

中圖分類號 U416.217 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2023）08-0059-03

0 引言

近年來，我國公路建設規模的飛速增長，極大地推動了社會經濟的蓬勃發展。隨著時間的推移和設施總量的增加，我國公路養護需求呈現快速增長的趨勢，大量早期修建的公路陸續進入改擴建及大中修養護階段，養護任務逐年增加[1]。因此，為了讓公路保持良好的技術狀況，公路管養部門需要轉變以往的養護觀念，建立健全科學的公路養護機制，對于在公路使用壽命的不同時期出現的病害問題，有針對性地提出養護措施，早發現問題早處理，不要錯過了最佳的養護時機，否則將會導致無形中提高公路養護的資金成本，增加財政部門壓力[2-4]。該文通過含砂霧封層技術在國道G106線龍歸路段的試驗研究，為工程技術人員在瀝青路面預防性養護技術選擇和應用提供了參考。

1 含砂霧封層技術適用條件

含砂霧封層是一種延緩路面發生破壞時間的早期預防性養護措施，適用于有輕微病害、存在病害隱患或尚未出現病害，路面技術狀況良以上且結構強度滿足要求的瀝青路面。根據《公路瀝青路面養護技術規范》（JTG5142—2019），含砂霧封層適用于表面有松散麻面、滲水、瀝青老化且抗滑性能較好的瀝青路面，但不適用于由酸性巖石、鵝卵石等破碎集料鋪筑的瀝青路面。其適用的各等級公路路況水平應符合表1的規定[5]。

2 試驗路段選擇

國道G106線是廣州市白云區重要的交通主干道之一，車流量大。2015年底，國道G106線K2414+268～

K2434+778廣州市白云區路段已完成了瀝青路面升級改造。2018年11月，經現場勘查，發現上述路段又出現了一定程度老化，局部存在松散、微裂縫等病害，為防止微小病害進一步擴大，確保路面始終處于良好的服務狀態，應及時對該路段采取預防性養護措施。為科學論證含砂霧封層技術預防性養護效果，故選擇國道G106線K2425+980～K2426+560為含砂霧封層技術試驗路段。

在使用含砂霧封層技術對瀝青路面進行預防性養護前，需要對原路面的技術狀況進行評定。根據《公路路基路面現場測試規程》（JTGE60—2008）相關要求，對該路段的路面技術狀況進行檢測。檢測結果表明，該試驗路段路面狀況指數PCI平均值為96.6，路面行駛質量指數RQI平均值為91.8，路面車轍深度指數RDI平均值為91.4，路面抗滑性能指數SRI平均值為96.3。雖然存在少量裂縫等病害，但試驗段路面各項技術指標評價等級均為優，符合含砂霧封層技術適用條件。

3 原材料選擇

按照《公路瀝青路面養護技術規范》（JTG5142—2019）關于含砂霧封層材料的要求選擇原材料：

3.1 細粒砂

可采用金剛砂、石英砂或者機制砂（宜選用優質玄武巖生產），細度要求30～50目。

3.2 水

可摻入一定比例的水，應符合三類及三類以上水質標準。

3.3 膠結料

含砂霧封層膠結料應具有良好的滲透性和黏附性，符合表2的規定。

3.4 添加劑

可根據實際路況和施工需求，適量加入添加劑，未經試驗驗證的添加劑不能使用。

4 配合比設計

含砂霧封層是采用專用高壓噴灑設備將乳化后的瀝青材料以及其他重要物質、高分子聚合材料、含砂材料、催化反應試劑混合使用于瀝青路面，從而形成保護薄膜。現在我國制造此類封層材料的廠家居多，可選用的細粒砂包括石英砂、金剛砂或玄武巖砂（機制砂）等，并且此種材料的黏性將會影響整個養護過程，還會導致施工后公路性能的改變。材料的黏度值是與進行噴灑的機器相互聯系的，往往憑經驗確定膠結料用量、細粒砂用量和用水量，缺少針對適應當地氣候特點以及路況實際情況而進行的科學配合比設計，從而大大影響了含砂霧封層技術的使用效果。含砂霧封層材料的配合比主要考慮用砂量與用水量兩個因素變量，對兩個變量進行正交試驗研究，從而確定含砂霧封層材料的最佳配合比。

4.1 用水量

流體運動過程中會由于相對性摩擦產生牛頓阻力，出現流體黏度。黏滯力便是將物體黏度呈現出來的信息，并由外界因素和自身屬性的改變而改變。材料黏性對含砂霧封層施工具有極大影響，而且材料黏性與噴灑設備存在著一定聯系。

黏度是在工業各領域最為廣泛使用的實驗參數，黏度的測量遍及工業領域各個角落，雖然大部分不同的測試規范在數據上可以簡單換算，但對于同行的數據比對就很不方便，而KU-2是專用于涂料行業的黏度測試儀器，該文對含砂霧封層混合料黏度測定采用的是KU-2黏度計。

根據實際施工經驗，如果施工的時候含砂霧封層混合料的黏度值小于65 KU，混合料可能出現懸砂，甚至沉砂現象，效果不是很好。如果黏度超過70 KU，混合料的黏度就會顯得偏稠，這樣的話也會影響霧化噴灑施工，容易出現噴嘴堵塞現象。因此，含砂霧封層混合料黏度值控制在66～70（KU值）之間，混合料能夠從噴嘴流出并達到良好的霧化效果。因此，可通過試驗得出黏度－用水量曲線關系，計算出最佳黏度為67.5時的用水量從而確定最佳用水量。

4.2 用砂量

細砂作為含砂霧封層的材料，其主要作用是填充原路面空隙當中，增大路面與車輪之間的摩擦。用砂量與路面抗滑性能息息相關，并不是用砂量越多，路面抗滑性能就越高。實際施工中可以發現，如果用砂量過多，不僅會浪費材料還會導致路面附著大量松動的細砂，反而會降低路面的抗滑性能；反之，如果用砂量過少，也會導致路面的抗滑性能達不到抗滑要求。

由于路面行駛車輛的輪胎與路面棱角處直接接觸，時間長了會出現部分磨耗現象，但是如果接觸面材料短時間內磨耗掉，則說明材料與集料的黏附性和耐磨性能較差，可以采用浸水磨耗試驗來評價含砂霧封層材料的耐磨性能。根據《瀝青路面霧封層材料乳化瀝青類薄漿封層》（JT//T1330—2020）相關要求，乳化瀝青類薄漿封層材料按照施工配合比混合后，應符合濕輪磨耗試驗磨耗值1 d≤350 g/m2技術要求，故可以確定最佳用砂量。

5 確定灑布量

控制灑布量是含砂霧封層的施工工藝關鍵因素。灑布量是由原路面的技術狀況所決定的，包括原路面的構造深度、路面病害狀況等因素。施工過程中如果噴灑量過多，不但提高了用料成本，還容易導致路面構造深度降低，從而降低了路面摩擦系數；反之，如果噴灑量過少或是噴灑不均勻，則會降低路面空隙的填充率。

通過浸水磨耗試驗，可以得出不同構造深度的試件表面浸水磨耗值會隨著灑布量的增大呈下降后上升的趨勢，浸水磨耗值最低點對應的灑布量故為適宜灑布量。

6 施工作業

6.1 檢驗原材料，調試設備

施工前對原材料進行檢測，是否符合相關規范要求；檢查機械設備，確保處于良好狀態；對施工路段進行保潔，清掃路面雜物；用塑料膠膜對道路標線進行保護，噴灑作業完成后清理膠膜。

6.2 提前處理原路面輕微病害

對原路面輕微裂縫或局部坑槽進行修復。

6.3 施工步驟

將含砂霧封層混合材料攪拌均勻后放入噴灑設備容器罐內；噴灑前再次進行攪拌約30 min；正式噴灑前進行試噴，通過試噴確定噴灑量、作業時速，確保噴灑材料均勻分布在路面上；如果進行兩層施工，待噴灑第一層后養生1～2 h后（一般情況下為1～2 h后，視具體天氣情況調整），干燥后可噴灑第二層。施工完畢后，由專門人員維持后期的交通秩序。當路面表干后，揭去覆蓋在交通標志線上的塑料膠膜后，方可開放交通。

7 預防性養護效果分析及結論

國內對含砂霧封層使用效果的評價方法基本上是以對比施工前后路段的摩擦系數、滲水系數和構造深度這三個指標為主，周期較短，缺少對含砂霧封層施工路段和未施工路段的橫向路況對比。這可能與我們公路管理單位長期存在“重建設輕養護”的現象有關，對養護的重視程度不夠，忽略長期預防性效果跟蹤評價。

7.1 施工前后效果分析

在含砂霧封層試驗段施工前和施工完成后半個月分別進行了相關技術指標檢測。檢測內容包括路面構造深度、路面滲水系數、路面摩擦系數以及外觀檢查。

試驗段施工前檢測結果：構造深度TD平均值為0.95 mm，標準差S為0.05 mm，變異系數Cv為5.3%；路面滲水系數測試值為0，均不滲水；摩擦系數平均擺值FB20為66 BPN，標準差S為2.48 BPN，變異系數Cv為3.8%。

試驗段施工后半個月檢測結果：構造深度TD平均值為0.87 mm，標準差S為0.05 mm，變異系數Cv為5.7%；滲水系數測試值為0，均不滲水；摩擦系數平均擺值FB20為51 BPN，標準差S為2.04 BPN，變異系數Cv為4.0%。

實施預防性養護后，該試驗段路面構造深度平均值下降了0.08 mm，瀝青路面摩擦系數平均擺值下降了15 BPN，由此可以得出施工后短期內路面抗滑性能有所下降。另外，施工前后該試驗段的瀝青路面滲水系數均為不滲水，抗滲水性能較好。

7.2 長期跟蹤觀測效果分析

為了進一步驗證含砂霧封層技術對瀝青路面的長期改善效果，在試驗段施工完成后，按一定周期（施工后3個月、6個月、9個月、12個月、15個月為檢驗周期），對同路段做含砂霧封層與未做含砂霧封層瀝青路面進行構造深度和抗滑性能跟蹤檢測，檢測結果如圖1～2所示。由于試驗段和未施工路段的滲水系數檢測結果均不滲水，故不再進行抗滲水性能分析。

從路面構造深度長期跟蹤檢測結果和路面摩擦系數長期跟蹤檢測結果可以得出，路面構造深度和路面抗滑擺值均呈現短期內降低，然后回升，再降低的變化特征。主要是因為在施工后短期內，含砂霧封層材料附著在路面，形成了一層保護膜，導致短期內路面摩擦系數明顯降低，但在行車荷載的反復作用下，路面保護膜不斷被破壞，路面抗滑性能才慢慢恢復。

8 結論

常用的預防性養護措施還包括稀漿封層、碎石封層、微表處等措施，應根據路面技術狀況及損壞類型、交通量大小及組成、氣候條件、外觀質量要求等因素進行合理確定。通過試驗路段長期跟蹤觀測驗證，含砂霧封層技術具備以下幾個特點：

（1）能快速黑化路面，使路面標線更加清晰醒目，在一定程度上增強了駕駛人員的視覺舒適感，提高了車輛出行的安全性。

（2）施工方便快捷，單層施工只需圍蔽2～3 h即可開放交通，極大縮短了占道施工作業的時間，減少了對道路交通的影響。

（3）施工全過程均為冷施工操作，無需加熱，不產生廢料，避免了加熱瀝青造成的環境污染。

由于時間限制和個人研究水平有限，相關檢測數據對比分析仍不夠嚴謹，只針對同一車道采用含砂霧封層技術施工前后路面技術指標進行了對比分析，未對相鄰車道進行路面狀況指數PCI等路面技術狀況指標橫向對比與分析，進一步評價含砂霧封層技術長期預防性養護效果。

參考文獻

[1]范斌衛. 瀝青路面霧封層應用技術研究[D]. 西安：長安大學， 2012.

[2]孫祖望. 瀝青路面養護維修技術的發展與新材料、新工藝、新技術的應用（三）[J]. 建設機械技術與管理， 2004（12）： 57-60.

[3]胡銀. 瀝青路面養護的新材料及工藝研究[J]. 中國科技博覽， 2013（18）： 491.

[4]張藝霞. 沈陽市市政道路結構研究[D]. 西安：長安大學， 2011.

[5]公路瀝青路面養護技術規范：JTG5142—2019[S]. 北京： 交通運輸部， 2019.