抗轮胎痕迹彩色微表处应用技术研究*

张　恺　罗　蓉　徐　文

(武汉理工大学交通学院　武汉　430063)

抗轮胎痕迹彩色微表处应用技术研究*

张恺罗蓉徐文

(武汉理工大学交通学院武汉430063)

摘要：针对传统彩色微表处路面轮胎痕迹残留问题，通过在其表面喷洒一层热固型丙烯酸树脂乳液以形成抗轮胎痕迹彩色微表处.采用浅色树脂类乳化沥青作为胶结料，进行彩色微表处配合比设计，以及试验段摊铺，并对该技术的生产及施工方法进行研究.通过依托项目的工程实践发现，抗轮胎痕迹彩色微表处技术不仅具有良好的可操作性及使用性能，还能提高经济、社会效益，有很好的产业化前景.

关键词：道路工程；树脂类乳化沥青；抗轮胎痕迹彩色微表处；应用技术

0引言

彩色路面由于使用环境的影响，如耐油质污染(或土质污染)能力不足，抗紫外线辐射能力差，特别是机动车轮胎留下的黑色痕迹，使彩色微表处易受污染，并很快丧失彩色功能.按现有工艺掺加颜料的混合料在紫外线灯的照射下容易褪色且基本上在1～2年就会失去色彩[1-2].现阶段，彩色微表处中的乳化沥青通常是由树脂类沥青改性乳化而成，并且添加了一定量的色粉，如果仍然按照传统微表处技术进行生产及施工，容易造成彩色微表处出现色彩耐久性不足、颜色不均匀、泛油等施工质量问题[3-4].因此，如何增强彩色微表处路面的抗污性、避免或降低机动车轮胎痕迹残留，以及在传统微表处应用技术的基础上，对彩色微表处施工工艺进行优化，对彩色微表处的发展具有重要的意义.

文中针对彩色微表处发展过程中存在的易受轮胎痕迹污染、混合料长期性能不足等问题，结合依托工程项目，在传统彩色微表处表面喷洒一层丙烯酸树脂封层乳液形成抗轮胎痕迹彩色微表处，优化抗轮胎痕迹彩色微表处的生产及施工工艺，在提高路用性能的同时，降低彩色微表处的工程造价.

1抗轮胎痕迹彩色微表处的生产

抗轮胎痕迹彩色微表处的生产主要包括浅色树脂类沥青、树脂类乳化沥青的生产，以及各档集料、色粉、填料之间的拌和.浅色树脂类沥青是由松香类树脂、抽出油、降粘剂，以及SBS改性剂在一定温度下剪切改性而成.树脂类乳化沥青是将浅色树脂类沥青通过大型胶体磨设备乳化而成.而集料与色粉，以及填料的拌和则可通过拌和楼或者配料仓进行标定之后，在保证拌和均匀的情况下出厂[5].

1.1浅色树脂类沥青的生产

本文所选用的浅色树脂类沥青并非真正意义上的石油或者煤沥青，而是经过树脂，以及高分子聚合物合成的树脂类胶结料.其生产配合比以及工艺流程分别见表1，图1.

表1　浅色树脂类沥青生产配合比

图1　树脂类沥青生产工艺流程

为保证树脂类沥青的乳化质量，应对浅色树脂类沥青的成品进行取样并进行基本指标试验，即根据文献[6]对浅色树脂类沥青的延度、针入度、软化点等3大指标进行试验，见表2，其结果满足SBS改性沥青技术要求.

表2　浅色树脂类沥青基本指标试验

1.2树脂类乳化沥青的生产

1.2.1乳化剂水溶液(皂液)的配制

乳化剂水溶液是树脂类乳化沥青生产的关键原材料之一，通常由乳化剂、稳定剂、水、以及盐酸共同配制而成.另外，可根据项目工程结合当地实际情况和施工器械等因素，选择合适、合理的原材料配方.结合本工程实际情况，在乳化剂的方面选用Redicote C500型乳化剂，其主要成分为正烷基(C16～18)酰胺基多胺/咪唑，适用于生产慢裂快凝型乳化沥青，慢裂可以保证有充足的可拌和时间，快凝可以保证彩色微表处可快速开放交通，其技术参数见表3[7].在稳定剂的选择上，选用CaCl2无机类稳定剂与羧甲基纤维素钠糊精(HEC)有机类稳定剂作为复合稳定剂，以增加乳化沥青表面电荷以及颗粒间排斥力，提高乳化沥青的储存稳定性.在皂液配制过程中，水作为稀释剂，其用量在皂液中通常占到95%以上；而盐酸，主要是为了增加乳化沥青的酸值，保证皂液的pH值范围在2.0～2.5之间，提高与集料之间的破乳反应.皂液配制过程中质量比见表4.

表3　Redicote C500乳化剂技术指标

1.2.2浅色树脂类沥青的乳化

1) 乳化前的准备工作

表4　皂液各成分质量比

(1)往浅色树脂类沥青中掺入0.6%的AP(十二烷基苯磺酸盐)，降低粘结料表面能；(2)各成品罐、合成罐与乳化设备间输送管道的保温工作；(3)乳化设备中各电机、泵、压力保护装置的试运行以及管道的清洁；(4)乳化设备控制台的标定，包括压力、流量、温度等.

2) 浅色树脂类沥青的乳化工艺浅色树脂类沥青的乳化，是将分散相的树脂类沥青以细小的微粒(3～6 μm)均匀的分散在分散介质的水溶液中.其乳化设备主要由树脂类沥青储存罐、乳化剂水溶液(皂液)储存罐、流量、压力、温度控制仪表、胶体磨、树脂类乳化沥青成品罐、热交换器、流量控制阀、过滤器等部件组成.

其乳化工艺流程见图2.

图2　树脂类沥青乳化工艺流程简图

每一批生产出来的树脂类乳化沥青都应进行取样及质量检验，包括筛上剩余量试验、蒸发残留物含量试验、粘度试验、粘附性试验、拌和稳定性试验等，其检验结果见表5.

表5　树脂类乳化沥青生产质量检验标准

1.3彩色矿料的拌和

彩色微表处作为路面上面层，直接与外界荷载以及环境相接触，其骨料的耐磨、坚硬等性质非常重要.选择来自湖北鄂州采石场的红色玄武岩，其技术指标见表6.

表6　红色玄武岩主要技术指标　%

在彩色微表处施工前，应保证矿料与色粉之间的充分拌和，并且在每次拌和之前都要对矿料的砂当量指标，以及级配组成进行检验，其中砂当量应大于65%，级配组成应符合要求.各档矿料与色粉之间的拌和可在拌和楼或者配料仓中进行.

将矿料与色粉在配料仓中进行拌和时，应先检查筛网尺寸，在符合要求后将不同档的集料与色粉放入料仓内，严格按照配合比进行配料，控制各仓底传送带的传送速率，最后对混合料进行充分拌和并取样检测；当矿料与色粉在拌和楼中进行拌和时，应先对拌和楼中的冷料仓、热料仓进行标定，关闭热料仓中的加热功能，防止热矿料与乳化沥青接触时的快速破乳影响施工质量，另外为防止粉尘的飞扬，可在搅拌缸中适量加点水，最后对各矿料进行充分拌和.

对比2种彩色矿料拌和方式，两者各有其优势.配料仓的优点是生产速度快，效率高，缺点是产量小、计量控制精度差；拌和楼的优点是产量大、能连续生产、计量控制精度高；缺点是效率低、生产过程复杂、速度慢.因此，在选择拌和方式时，应结合当地项目的实际情况来进行.而本次依托项目由于施工面积大，所以选择产量大、控制精确的拌和楼作为矿料的拌和器械.

1.4抗轮胎痕迹树脂封层乳液

本文所使用的抗轮胎痕迹树脂封层乳液是由北京同华道路养护公司提供的热固型丙烯酸树脂乳液，通过丙烯酸单体、引发剂及蒸馏水一起反应聚合而成，一般所成树脂是固体含量为50%的乳液，主要呈乳白色液体状，其固化后的性能指标，见表7.由于丙烯酸脂类单体具有碳碳不饱和双键，经过聚合形成的丙烯酸树脂不仅具有很高的光、热和化学稳定性，而且具有透明度高、保色性优、成膜性好、使用安全等特点[9].

在树脂乳液的喷洒过程中，一旦喷洒量过大，容易导致乳液聚集在微表处表面的纹理内，聚积的乳液材料由于不容易蒸发破乳，而逐渐形成白色固体粘附于彩色微表处表面进而影响了彩色微表处的色彩；当喷洒量过小时，树脂封层乳液无法完全覆盖于彩色微表处表面而形成抗轮胎痕迹彩色微表处，因此，在实际施工过程中应对树脂乳液进行稀释，以达到有效控制乳液用量的目的，即增大50%水的含量.

表7　树脂乳液固化后性能

2彩色微表处配合比设计

2.1室内试验

良好的矿料级配能够保证微表处具有优良的性能.目前，国内对于微表处级配范围的选择主要源于国际稀浆封层协会所使用的微表处级配范围.在传统微表处技术的基础上，笔者将彩色微表处定义为利用专用技术设备将浅色改性乳化沥青、彩色集料、填料、色粉、水，以及外加剂按照一定配比拌和并摊铺在原路面并能迅速开放交通的薄层罩面.在已有彩色微表处试验基础上，充分考虑气候，以及交通特点，并与过往成功经验相结合，确定MS-3彩色微表处的配合比，见图3.

图3　彩色微表处级配曲线

另外，为保证彩色微表处优良的抗滑性能，采用MS-3型级配，考虑到合成级配选择偏粗型，其材料具体用量见表8.

表8　彩色微表处矿料质量比　%

最后，在最佳乳化沥青用量的确定过程中，应充分考虑气候，以及交通特点，与过往的成功经验相综合，根据混合料配方，确定彩色微表处的油石比为10.5%，用水量为7%，以1%的水泥作为外掺剂.

2.2性能试验

对彩色微表处进行性能指标试验，见表9，各项指标均满足文献[8].

表9　彩色微表处混合料性能指标试验结果

2.3施工配合比确定

在项目施工现场附近选择面积为长50 m、宽2 m的单幅作为试验段，根据室内试验配合比对试验段进行现场摊铺，观察彩色微表处表面稀浆的稠度以及是否出现泛油等现象，结合室内配合比对现场出现的情况及时进行调整，直至试验段外观满足摊铺质量要求，最终确定施工配合比.之后，在彩色微表处达到初凝后，以人工喷洒的方式，在其表面喷洒一层抗轮胎痕迹树脂封层，需要注意的是，在喷洒前，可用水先对树脂乳液进行稀释，以降低单位乳液中的固含量，使其在凝结过程中不易发生沉淀，并且能够保证喷洒的覆盖面积以及均匀性.最后，待彩色微表处达到终凝强度后，用车辆对其进行反复碾压15个来回，观察彩色微表处表面轮胎痕迹残留情况，并以此确定树脂乳液的最佳用量为0.1 kg·m-2.

3抗轮胎痕迹彩色的微表处施工技术

3.1施工前筹划

提前对施工路段做详细的调查，包括施工路段宽度、面积、施工环境等，并应针对原路面存在的具体问题做好相应的预防措施[10]，见图4.

图4　施工前调研与准备工作

3.2施工前准备

为保证彩色微表处能够与原路面形成一个整体，需要通过对原路面进行必要的清洁工作以增强两个界面之间的粘结，若清理不到位，容易造成微表处的脱皮现象.另外，在施工前应保证稀浆封层车各输送管道以及骨料传送带、摊铺箱的清洁，以防上一批遗留的材料对本次施工造成的影响.随后，应对稀浆封层车计量系统、传送管道、行车速度等环节进行调试.最后，稀浆封层车的标定工作是施工前准备工作中最关键的环节，通过参考室内试验的各项指标，结合场外预拌和，对稀浆封层车进行计量系统的标定，主要包括矿料、改性乳化沥青和水的传送量，以及拌和速度、摊铺浆搅拌速度等.

3.3施工摊铺

待稀浆封层车就位之后，根据预拌和时的参数标定值，调整各料门的高度后，开启拌缸中的搅拌桨以及摊铺箱中的螺旋搅拌器.由于彩色矿料出口、填料口、出水口、以及改性乳化沥青喷口的位置不同，当同时开动料门开关时，各原材料达到摊铺箱的瞬时顺序依次为改性乳化沥青、水、填料、矿料，这种控制方法容易造成摊铺箱底部的混合料离析，因此，为保证施工质量，应在实际摊铺位置前预置一块铁皮，摊铺车从铁皮位置处开始施工，之后移开铁皮以保证摊铺路面接缝处的施工质量.彩色微表处摊铺结束后，应对现场摊铺情况进行及时观察，对摊铺起点、终点、横接缝、纵接缝等位置进行人工找平，并且对微表处表面存在过厚、过薄以及表面有刮痕等位置尽快进行修补.另外，由于彩色微表处不同与普通微表处，其粘结料是由树脂以及抽出油等物质合成，因此当改性乳化沥青破乳后，其粘结料自身强度有限，为加强早期强度的形成以及加快开放交通时间，可用小型胶轮压路机(2t)在彩色微表处混合料达到初凝后碾压路面.

最后，在彩色微表处表面人工喷洒一层抗轮胎痕迹树脂封层乳液，需要注意的是：

1) 应在彩色微表处形成一定强度后，再对其表面进行人工喷洒.

2) 由于树脂封层乳液是喷洒在彩色微表处表面的一层薄层，在进行人工喷洒时，为防止对彩色微表处表面的前期色彩功能的破坏，应注意鞋底以及喷洒器械对彩色微表处表面的污染.

3) 在树脂封层乳液固结前，对喷洒过量的区域可用毛刷进行摊匀；在树脂封层乳液固结后，检查彩色微表处表面乳液覆盖程度，对未喷洒到的地方，及时进行修补.

4) 应提前注意施工环境，避免在雪雨、高温等恶劣天气下进行人工喷洒.

3.4施工过程注意事项

1) 对于彩色微表处在原路面上的施工时，应注意原有路面的裂缝情况，裂缝较宽时需采取灌缝处理，否则会发生发射裂缝造成彩色微表处的开裂.

2) 当彩色微表处摊铺以及横纵缝处理之后，使用小型(2 t)胶轮压路机在已形成初步强度的彩色微表处表面进行适当的碾压，把尚未蒸发的水分排出，提高自身的密实度以及强度，能够加快开放交通时间，并且改善横纵接缝的平整及美观.

3) 在抗轮胎痕迹树脂封层乳液喷洒时，应注意喷洒量，为防止喷洒不足造成表面覆盖不彻底或者喷洒过量造成表面乳液聚积变白，可用水将树脂封层乳液进行稀释，将稀释后的水溶液进行喷洒，可保证抗轮胎痕迹树脂封层乳液呈现透明状.

4) 在夏季施工时，应尽量减少在高温下进行彩色微表处的摊铺.夏季路面温度通常超过环境温度20～25 ℃，当进行彩色微表处施工时，地面温度过高或者环境温度大于35 ℃时，改性乳化沥青容易受热而发生破乳，从而影响彩色微表处的摊铺质量，因此，建议在进行彩色微表处摊铺时，尽量选择早晨或者傍晚进行施工摊铺.

4抗轮胎痕迹彩色微表处交工验收质量检测

本文依托项目为武汉市建元建设工程项目管理公司1 000 m2停车场的实体工程，在开放交通2个月后，对抗轮胎痕迹彩色微表处路面各项指标进行验收，其检测结果见表10～12.

表10　彩色微表表观质量检测结果

表11　彩色微表处竣工验收抗滑质量检测结果

表12　彩色微表处厚度及防水性能检测结果

从上述各项检测指标可以看出，抗轮胎痕迹彩色微表处施工质量全都满足规范要求，在保证可操作性的前提下，具有良好的性能指标.

5经济与社会效益分析

本文依托项目停车场原方案是面层摊铺3 cm厚的热拌彩色沥青混凝土，经变更，改为1 cm的抗轮胎痕迹彩色微表处摊铺方案.彩色沥青混凝土摊铺单价为57.03元/(m2·cm)，摊铺3 cm的单价为171.09元/m2.当停车场的摊铺工程量在1 000～10 000 m2之间时，抗轮胎痕迹彩色微表处的摊铺单价为126.18～132.68元/(m2·cm)，摊铺工程量越大，摊铺单价越低.结合本工程的彩色路面摊铺工程量为1 000 m2考虑，1 cm抗轮胎痕迹彩色乳化沥青微表处单价为132.68元/(m2·cm).与3 cm彩色沥青混凝土方案相比，采用1 cm彩色微表处方案每平方米可节约38.41元，因此，1 000 m2停车场共可节约生产成本约3.841万元，约为总造价的22.6%.另外，在社会效益方面，彩色微表处属于冷拌施工，改性乳化沥青无论倒运多次或保存多久都不需要加热，并且可与石料在潮湿的状态下拌和，另外彩色微表处施工过程无噪声影响，有利于生态环境的保护，响应了国家绿色发展的号召.根据实际工程统计，生产热拌和混合料与彩色微表处混合料过程中燃料消耗与污染物排放对比见表13.

表13　热拌和彩色微表处能源消耗与排污量对比

6结 束 语

在抗轮胎痕迹彩色微表处生产过程中，应对原材料进行严格把关，最重要的是对浅色树脂类乳化沥青进行质量控制，由于材料本身是通过树脂合成，在进行乳化前，还需对树脂类沥青进行指标检测；另外彩色矿料是否拌和均匀，对彩色微表处的施工质量也造成很大的影响，因此可对不同的生产及施工环境选择合适的拌和设备，以保证良好的施工质量.另外，在抗轮胎痕迹彩色微表处施工过程中，应做好充分的施工前准备工作、施工质量控制以及质量检测工作.

另外，由于抗轮胎痕迹彩色微表处无需高温拌和，可直接在原有路面施工，使得施工更具规模化，且具有良好的经济和社会效益.作为一种新型的环保型功能性路面，抗轮胎痕迹彩色微表处具有良好的产业化前景.

参 考 文 献

[1]李喆.微表处技术在高速公路沥青路面养护施工中的应用[D].济南：山东大学,2013.

[2]彭金生，涂序广.彩色沥青路面的研究进展[J].江西建材，2007(2):9-11.

[3]奚鹤.经济型彩色沥青结合料及其混合料路用性能研究[D].西安：长安大学，2013.

[4]陈成芹.彩色沥青及其混合料路用性能研究[D].西安：长安大学，2012.

[5]郝培文，袁永长.彩色结合料的开发与技术性能研究[J].公路，2000(1):50-52.

[6]交通运输部公路科学研究院.公路工程沥青与沥青混合料试验规程:JTG E20-2011[S].北京：人民交通出版社,2011.

[7]徐文.彩色沥青的制备及其微表处技术应用研究[D].武汉：武汉理工大学,2015.

[8]交通部公路科学研究所.公路沥青路面施工技术规范:JTG F40-2004[S].北京：人民交通出版社,2005.

[9]叶丹滢.丙烯酸酯核壳乳液成膜机理及涂膜性能的研究[D].北京：北京化工大学，2009.

[10]姜云焕,钦兰成,王立志.改性稀浆封层施工技术[M].北京：石油工业出版社,2001.

[11]周谦,李荫国,王庆山.微表处施工工艺与质量控制[J].石油沥青,2007,21(3):61-66.

[12]上海市公路管理局.公路沥青路面养护技术规范:JTJ 073.2-2001[S].北京：人民交通出版社，2001.

[13]呼和.沥青路面微表处施工的质量控制与检验[J].公路交通科技(应用技术版),2007(4)：51-58.

Application Technology of Colored Micro-surfacing Resisted to Tire-Track

ZHANG KaiLUO RongXU Wen

(DepartmentofTransportation,WuhanUniversityofTechnology,Wuhan430063,China)

Abstract：According to the tire-track residues on the traditional colored micro-surfacing, a kind of new colored micro-surfacing resisted to tire track is developed through spaying a kind of thermosetting acrylic resin emulsion on the traditional one. Under the premise of using light resin emulsified asphalt as the binder, the design of proportion and test section spreading of colored micro-surfacing are conducted before and after. Consequently, the production and construction processes of this technology are investigated. Based on the engineering practice of a supported project, it is found that colored micro-surfacing resisted to tire-track not only has good operability and performance, but also can improve the economic and social benefits, which produces a great industrial prospect.

Key words：road engineering; resin emulsified asphalt; colored micro-surfacing resisted to tire-track; application technology

收稿日期：2016-05-10

中图法分类号：U418.65

doi:10.3963/j.issn.2095-3844.2016.03.016

张恺(1984- )：男，博士生，主要研究领域为道路与铁道工程

*湖北省科技支撑计划项目资助(2014BAA100)