微表處長期性能研究

車俊霖 CHE Jun-lin

（甘肅省交通科學研究院集團有限公司，蘭州 730030）

0 引言

近些年來，對于路面的性能進行長期跟蹤觀測研究已經成為了國際道路工程界普遍重視的一項基礎性研究。路面長期性能（Long Term Pavement Performance 簡稱LTPP）是SHRP 的四個研究領域之一，對采用不同設計方案和不同材料、處于不同環境條件和路基狀況下，經歷不同荷載和養護維修措施的路面結構進行廣泛深入的調查研究，解答荷載、氣候、材料變異性、施工操作、養護維修實踐等長期影響路面性能的基本問題，延長路面使用壽命[1-3]。微表處是在稀漿封層基礎上發展起來的預防性養護方法，工作原理是用拌制而成的流動型混合料均勻灑布于路面上的封層[4，5]。本文對不同路段微表處的長期性能進行研究并對比，為公路可持續養護提供技術支撐。

1 材料與方法

1.1 原材料

用具有一定級配的石屑或砂、填料（水泥、石灰、粉煤灰、石粉等）與聚合物改性乳化瀝青、外摻劑和水，按一定比例拌制成流動型混合料。

1.2 試驗方法

通過長期觀測鋪筑完成并運行的兩條高速公路不同典型路段的MS-3 型微表處，調查路面病害的狀況以及性能衰減的特征，采取預防性養護措施，對不同車道進行路面微表處罩面處理。

2 結果與討論

2.1 路段1 微表處長期性能研究

2.1.1 路段1 病害狀況

該路段之前從未進行過微表處類預防性養護或加鋪罩面類矯正性養護，為防止路面出現水損害，延長路面使用壽命，本路段針對病害之前進行過微表處罩面處理，路面狀況得到改善，路面性能達到優。在養護后的使用過程中，通過對該路段進行現場觀測，得到該路段的主要路面病害如圖1、圖2 所示。

圖1 路面反射裂縫

圖2 路面表面磨光

通過對整個試驗段進行詳細觀測，發現自2013 年該段微表處施工完畢運行過程中，反射裂縫發展迅速，平均5～10m 一道，并且呈現塊狀化發展，且該路段表面磨光嚴重。

2.1.2 路段1 路面性能衰變規律

對該路段路面性能的各項指標隨時間的變化統計如表1 所示。

表1 SPS-1 路段性能指標

從表中數據分析可知，該路段在2013 年經過微表處養護處理后，路面狀況得到改善，路面使用性能得到提高，該良好狀態保持兩年左右。隨著時間的延長，路面的反射裂縫越來越多，路面狀況越來越差，PQI，PCI，RQI，RDI 指標在2014～2017 年的4 年內衰減率分別達到4.35%，10.88%，5.39%，4.22%。且隨著服務時間延長表面磨光越來越嚴重，路面抗滑能力越來越差，SRI 指標4 年的衰減率分別達到16.52%。預防性養護措施在實施4 年后的路面性能指標衰減百分比的范圍在6%～12%之間，該觀測路段在實施微表處預防性養護處理后，其PQI，RQI，RDI 的衰變速度低于預測的衰變速度，說明對該路段采取的微表處養護措施是合理有效的，同時也可看到PCI 的衰變速度偏高為10.88%，SRI 的衰變速度超過預測范圍為16.52%，從而說明該路段在經過微表處預防性養護處理后所面臨的主要問題是裂縫和表面磨光。

2.2 路段2 微表處長期性能研究

2.2.1 路段2 病害狀況

該路段之前也從未進行過微表處類預防性養護或加鋪罩面類矯正性養護，為防止路面出現水損害，延長路面使用壽命，本路段針對病害于2013 年進行微表處罩面處理，路面狀況得到改善，路面性能達到優。在養護后的使用過程中，通過對該路段進行現場觀測，得到該路段的主要路面病害如圖3-圖6 所示。

圖3 路面滲水

圖4 路面唧漿

圖5 路面反射裂縫

圖6 路面剝落

通過對整個試驗段進行詳細觀測，發現自2014 年該段微表處施工完畢以來，在運行過程中，路面的反射裂縫嚴重，部分路段出現細集料剝落現象，且緊急停車帶裂縫甚至出現滲水唧漿，同時某些路段出現坑槽。

2.2.2 路段2 路面性能衰變規律

對該路段路面性能的各項指標隨時間的變化情況統計如表2 所示。

表2 路段2 性能指標

從表中數據分析可知，該路段在2014 年經過微表處養護處理后，路面狀況得到改善。隨著時間的延長，經過4年的運行，路面相繼出現局部反射裂縫、滲水唧漿、細集料剝落、坑槽等病害，路面狀況越來越差。PQI，PCI，RQI，RDI，SRI 指標在2014～2017 年的4 年內衰減率分別達到4.93%，27.84%，4.72%，4.86%，4.51%。預防性養護措施在實施4 年后的路面性能指標衰減百分比的范圍在6%～12%之間，該SPS-2 觀測路段在實施微表處預防性養護處理后，其PQI，RQI，RDI，SRI 的衰變速度低于預測的衰變速度，說明對該路段采取的微表處養護措施是合理有效的，同時也可看到PCI 的衰變速度高達27.84%，從而說明該路段在經過微表處預防性養護處理后在服務的過程中，路面損壞狀況越來越嚴重，即出現上述的反射裂縫、剝落、滲水、唧漿、坑槽等病害，損壞速度越來越快[6][7]。

2.3 兩路段微表處對比分析

從2.1 和2.2 可知，路段1 和路段2 均為進行MS-3微表處養護處理的路段，且兩個路段在經過微表處養護處理后，路面狀況均得到改善。隨著服務時間的延長，4 年內兩路段的PQI 衰變率相近，但路段2 的PCI 衰減率遠遠大于路段1 的PCI 衰減率，SPS-1 路段的SRI 衰減率大于路段2 的SRI 衰減率，因此，從路面原始結構、氣候環境、交通量等方面對路段1 和路段2 微表處養護路段長期性能的差異進行對比分析。

2.3.1 路面原始結構

路段1 的路面原始結構為：上面層為4cm 中粒式密級配瀝青混凝土AC-16，中面層為5cm 中粒式密級配瀝青混凝土AC-20，下面層為6cm 粗粒式密級配瀝青混凝土AC-25。基層采用34cm 水泥穩定砂礫，底基層采用20cm 水泥穩定砂礫。路段2 的路面原始結構為：上面層為4cm 中粒式改性瀝青混凝土AC-16，中面層6cm 為中粒式改性瀝青混凝土AC-20，下面層為7cm 粗粒式瀝青混凝土AC-25，基層為32cm 為水泥穩定碎石，底基層為16cm 水泥穩定碎石。

從原始路面結構對比中可以看到路段1 和路段2 原始路面的上面層很相近，差異不大，因此原始路面結構不是影響微表處養護長期性能的關鍵因素。

2.3.2 氣候環境

通過對路段1 和路段2 全年氣溫數據進行整理，可以得到試驗路段全年最高氣溫、最低氣溫等，另外也對試驗路段的降雨情況進行了統計，得到表3。

表3 兩路段的氣候狀況

從表3 分析得出，路段2 所在地的溫差明顯大于SPS-1 路段，而溫差越大越有利于裂縫的發展，同時路段2所處的寶天高速公路沿線處于秦嶺山區，小氣候現象較為明顯，多雨潮濕。寶天高速大部分橫向裂縫是由于瀝青面層的低溫收縮、半剛性基層在裂縫部位的應力集中與荷載的綜合作用而形成。它的產生不僅破壞路面的連續性、整體及美觀，而且會從裂縫不斷進入水分使基層直至路基軟化，導致路面承載力下降從而加速路面破壞，也導致裂縫修補后反復發生，同時縱向裂縫開裂后的路面，在冬季面層模量較高，承受重復車輪荷載的作用，發生不規則裂縫、網裂、滲水、唧漿等。因此，路段2 比路段1 的氣溫溫差大，降雨量較大，是導致路段2 的PCI 衰減率遠遠大于路段1PCI 衰減率的關鍵因素。

2.3.3 交通量

依據從各收費站收集到的近年來的交通量等相關資料與數據，路段1 的交通量統計如表4 所示，路段2 的交通量統計如表5 所示。

表4 路段1 交通量統計表

表5 路段2 交通量統計表

將兩路段的日交通量和貨車、特大貨車所占的比例統計如表6 所示。

表6 兩路段交通量對比

從表6 中數據對比發現，路段2 的日交通量大于路段1，且路段2 的貨車比例及特大貨車比例都高于路段1，因此路段2 所承載著的交通壓力遠大于路段1。路段2 大量長途重載貨運車的數量特別是超載貨車的大幅增加對原路基、路面及安全設施形成了較大沖擊，加之在雨水作用下，導致出現坑槽、剝落。因此，路段2 比路段1 的交通量大，尤其是特大貨車的占有比例大也是導致路段2 的PCI衰減率遠遠大于路段1 的PCI 衰減率的關鍵因素。

綜上所述，兩路段微表處養護路段長期性能產生差異的主要影響因素是氣候環境和交通量。

3 結論

①路段1 路面的反射裂縫發展迅速，平均5～10m 一道，并且呈現塊狀化發展，且該路段表面磨光嚴重。該路段經過微表處預防性養護處理后所面臨的主要問題是裂縫和表面磨光。

②路段2 路面的反射裂縫嚴重，部分路段出現細集料剝落現象，且緊急停車帶裂縫甚至出現滲水唧漿，同時某些路段出現坑槽。該路段經過微表處預防性養護處理后路面損壞狀況越來越嚴重，出現反射裂縫、剝落、滲水、唧漿、坑槽等病害，損壞速度越來越快。

③從原始路面結構對比中可以看到路段1 和路段2的原始路面的上面層很相近，差異不大，因此原始路面結構不是影響微表處養護長期性能的關鍵因素。

④兩個路段微表處長期性能產生差異的主要影響因素是氣候環境和交通量。

4 解決問題的建議

微表處作為一種預防性養護措施，建議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，優化其抗開裂、抗剝落性能，如通過添加纖維，提高其抗開裂性能，采用高粘乳化瀝青，提高其抗剝落性能等。