沥青路面雾封层材料路用性能研究

宋珲

[摘  要]：针对现有雾封层材料性能评价研究的不足， 文章通过室内试验根据固化时间、黏度和溶液是否分层等因素来选择材料最佳配比为切入点;通过抗滑试验、构造深度试验、渗水试验来确定最佳撒布量;最终对材料本身性能进行黏附性能测试、耐磨性能测试和抗水损性能测试，旨在对雾封材料进行较为系统的评价。结果表明：（1）水性环氧固化剂：水的最佳配比为1∶1.5∶3.75;不粘轮乳化沥青中不粘轮乳液最佳掺量为10%;（2）水性环氧材料的最佳撒布量为0.5 kg/m2;不粘轮乳化沥青的最佳撒布量为0.6 kg/m2;（3）通过对两种材料进行黏附性能、耐磨性能以及抗水损性能试验可以看出两种材料的各项性能均随着温度的升高都有不同程度的降低。不粘轮乳化沥青材料的降低幅度明显大于水性环氧材料，并且水性环氧材料的各项性能优于不粘轮乳化沥青材料。

[关键词]：路面预养护;水性环氧树脂;不粘轮乳化沥青;材料配比;撒布量;材料性能

U418.6+5B

随着经济高速发展，交通量迅速上升，高速公路在长时间内处于高负荷状态[1]。当高速公路经常处于这种状态下运行时，不可避免的会出现各种微病害，当这些路面微病害不及时处治，将发展成唧浆、裂缝、坑槽、松散等[2-3]。因此，工程技术人员开始关注并研究高速公路病害，高速养护将迎来一个连续的高峰周期[4-5]。常见的路面病害处理方式有雾封、挖补、灌缝、铣刨和修补等[6]，但传统的挖补、灌缝、铣刨和修补等处理方式往往是在病害后期进行，此时处理不仅耗资巨大，并且封闭施工对社会影响以及后期道路的使用造成巨大的影响，而雾封层由于防水、抗滑、耐磨以及经济效益优越等优点使其在各类道路养护中得到了广泛推广[7]。

为评价雾封材料的性能，许多国内外学者进行了各个方面的研究。曾德亮[8]研究指出雾封材料可以有效地提高路面的防水抗渗功能;李炜光等[9]研究指出雾封材料有良好的耐磨性与耐久性;袁伟[10]研究指出雾封材料能够有效地防止水分进入路面内部，从有效地防止混合料发生水损破坏。舒凡[11]研究指出综合抗滑和构造深度等因素最终确定施工中雾封层材料用量范围为0.40～0.45 L/m2;方维澄等[12]研究指出雾封材料具有良好的渗透性能和再生性能;Jing Yingjun等[13]研究指出雾封材料具有较好的粘结强度、渗透性和耐老化性，并且0.6 kg/m2的防密封材料表现出最好的防滑耐磨和透水性能;Qi Chen等[14]研究指出雾封材料良好的快干性能、稳定性和老化沥青的再生性能。

通过以上学者的相关研究不难看出他们虽然对封层材料效果进行了不同程度的研究，但未系统的从雾封材料撒布量开始，系统的对处置效果和材料性能进行评价。因此本文选取2种常见的雾封材料，从材料最佳配比的确定开始，然后研究2种材料的路用性能来确定撒布量，最后对材料本身进行测试，为雾封层材料的性能研究提供较为系统的试验支撑。

1 材料与试验

1.1 材料

1.1.1 水性環氧材料参数

本研究采用水性环氧树脂具有优异的流动性能，从而起到封堵细小空隙的效果。通过水性环氧树脂、水性环氧固化剂和水三者之间的配比共同决定了其混合溶液的水溶性、固化时间和下渗效果。

1.1.2 不粘轮乳化沥青材料参数

本研究采用不粘轮乳化沥青由不粘轮乳液与PC-2乳化沥青搅拌制成，具有防水、渗透性强、不粘轮、固化后粘结力强和破乳速度快等特点。

1.2 确定配比试验方法

1.2.1 水性环氧配比试验

由于水性环氧树脂需要与水性环氧固化剂和水达到合适的比例才能显示理想效果，因此本次试验以厂商推荐的配比为基础，共设计了7组试验来确定各种组分比例，根据其固化时间、黏度和溶液是否分层等因素来选择最佳配比。最后为了选取出溶剂（水性环氧树脂+水性环氧固化剂）与溶液（水）的最优配比，以方案最佳水性环氧树脂和水性环氧固化剂的配比为基础，新增了另外4种配比方案，具体设计参数如表1所示。

1.2.2 不粘轮乳化沥青配比试验

由于不粘轮乳液的比例直接影响到不粘轮乳化沥青的不粘轮效果，因此参照厂商推荐配比，设计了如表2所示的4种配比。具体操作步骤为：在车辙板上涂上待测材料，待材料破乳后分别于60 ℃和25 ℃下恒温养护4 h。在车辙板上垫一张白纸用0.7 MPa橡胶轮碾压往返一次后，观察白纸上黏附材料的含量，来确定不粘轮乳液含量。

1.3 确定撒布量试验方法

在车胎反复荷载作用下，沥青路面的光洁度逐渐提高，抗滑性逐渐下降，导致行车安全问题，尤其是在潮湿条件下。因此，在一定的阶段，需要对路面表面进行适当的处理，以保护表面纹理，保证良好的摩擦性能。当封层材料的撒布量过少时，沥青路面的抗渗性能难以保证，水分仍会通过修补薄弱处进入路面从而发生一系列路面病害;相反，当封层材料的撒布量过多时，沥青路面的抗滑能力和构造深度难以保证，容易引发一系列交通事故。因此，在满足抗滑性能和构造深度的要求基础上尽可能增加雾封层的洒布量来提高沥青路表的抗渗性能，此时的撒布量即为最佳撒布量，张翔[15]研究也佐证这一点。根据张翔[15]和陈俊宇[16]的相关研究，本次水性环氧和不粘轮乳化沥青各选取3种洒布量，其中水性环氧的撒布量取0.4 kg/m2、0.5 kg/m2和0.6 kg/m2;不粘轮乳化沥青的撒布量取0.5 kg/m2、0.6 kg/m2和0.7 kg/m2。最后将待确定的最佳撒布量经室内渗水试验和路面渗水试验检测，如果渗水系数满足规范要求那么该待确定的最佳撒布量即为最终的最佳撒布量。如图1所示。

1.4 材料性能试验方法

1.4.1黏附性能

雾封层脱落主要是由于雾封材料与粗集料的黏附性不足，而作为气动粘接拉力试验机的改进版，BBS试验用于测定粘结剂与骨料之间的粘接强度。具体操作步骤为：将2种雾封层材料按最佳配比混合后均匀的滴至切割好的小梁上，待2种材料完全固化或者完全破乳后，再用胶水将拉拔头粘附到雾封材料上，当胶水完全干透后再把试件分别放入25 ℃和60 ℃烘箱中养护6 h，最后采用BBS测试2种材料拉拔强度，以评定雾封材料与集料的黏附性，具体见图2。所示若此时破坏界面为封层材料与拔头之间的破坏，那么这个结果应当舍去。其原因：此时的破坏强度难以表征材料与试件之间的拉拔强度，可能是因为胶水未粘牢而引起的。

1.4.2 耐磨性能

路面与轮胎接触会对雾封层造成磨损，但是由于雾封层材料尚未有成熟的耐磨性评价方式，因此本次研究采用改装沥青砂浆粘聚力试验仪测试雾封层材料耐磨性。具体操作步骤为：将雾封材料倒入铁盘中后，待2种材料完全固化或者完全破乳后，将2种材料分别于25 ℃和60 ℃养护6 h，最后通过扭矩扳手测出的扭矩来评价耐磨性，见图3。

1.4.3 抗水损性能

本文湿轮磨耗试验来评价水性环氧和不粘轮乳化沥青的抗水损性能。将水性环氧和不粘轮乳化沥青按照上述洒布量涂抹在玄武岩石板上，待其干燥后，放入60 ℃高温浸泡48 h，再将试件放入湿轮磨耗仪进行磨耗，磨耗值越大表明抗水损害性能越差，反之，越小。如图4所示。

2 试验结果

2.1 配比试验结果

2.1.1 水性环氧配比试验结果

图5（a）～图5（c）表明，当水性环氧树脂与水性环氧固化剂的比例大于1∶1.5时（即图5（a）～图5（c））溶液明显分层，所以方案1-1～1-3舍去。图5（e）～图5（g）虽然未分层，但固化后极易脆断。因此，综合各项性能，取水性环氧树脂与水性环氧固化剂比例为1∶1.5。

图5（j）和图5（k）显示：水过多容易出现分层现象。图5（g）和5（h）虽未分层，但水性环氧溶液的道路标准粘度过大，流动性差，雾封层材料难以渗透到路面微缝隙中。因此，本文水性环氧溶液中水性环氧树脂、水性环氧固化剂和水的最佳配比为1∶1.5∶3.75。

2.1.2 不粘轮乳化沥青配比试验结果

图6表明：无论是何种温度环境下，随着不粘轮乳液用量的增加不粘轮乳化沥青的不粘轮效果明显变好;同时，无论是何种掺量下，随着温度的增加不粘轮乳化沥青的不粘轮效果变差，但当不粘轮乳液的掺量超过10%后不粘轮乳化沥青的不粘轮效果增加不再明显。因此，综合考虑不粘轮效果和成本，本文不粘轮乳化沥青中不粘轮乳液含量取10%，即10%的掺量即为最佳配比。

2.2 材料撒布量试验结果

图7表示：无论哪种材料随着撒布量的增加其摆式摩擦系数（BPN）与构造深度均明显降低，但当水性环氧材料与不粘轮乳化沥青材料的撒布量超过0.6 kg/m2与0.7 kg/m2时其摆式摩擦系数（BPN）已经非常接近规范要求的45。这表明封层材料的使用量过大时材料虽然可以封堵路面微裂缝，但同时过多的材料会填补路表纹理，造成行车隐患，因此本次研究的最佳撒布量初步确定水性环氧材料为0.5 kg/m2而不粘轮乳化沥青材料为0.6 kg/m2。

图8表示：在孔隙率为4.8%、5.8%、6.8%、路面轻度离析与路面中度离析下条件下，水性环氧雾封材料与不粘輪乳化沥青雾封材料的渗水系数。由图8表明：随着孔隙率的增加或者路面离析程度的加重各材料的渗水系数有所增加，但都远小于路面渗水系数的标准（80 ml/min），这说明在水性环氧材料撒布量为0.5 kg/m2而不粘轮乳化沥青材料的撒布量为0.6 kg/m2的条件下，2种封层材料可以很好的封闭路面的微裂缝，从而阻止水分的进入，进而遏制路面病害的发展，因此本次研究的最佳撒布量即确定为：水性环氧材料0.5 kg/m2而不粘轮乳化沥青材料0.6 kg/m2。

2.3 材料性能试验结果

2.3.1 黏附性能试验结果

图9表示：2种封层材料随着温度的升高其拉拔强度均下降，但水性环氧材料的拉拔强度仅减少了6.22%，但不粘轮乳化沥青溶液却减少了73.59%。这表明不粘轮乳化沥青材料的拉拔强度受温度的影响较大，这是由于不粘轮乳化沥青的软化点较低，高温时难以发挥自身的黏性导致的。因此在使用不粘轮乳化沥青材料时应避免在常年高温的地区使用。

2.3.2 黏附性能试验结果

图10表示：2种封层材料的耐磨值均随着温度的升高其而下降，但水性环氧材料的耐磨值仅减少了13.33%，但不粘轮乳化沥青溶液却减少了41.51%。这表明不粘轮乳化沥青材料的耐磨值受温度的影响较大，且由于不粘轮乳化沥青无论何种条件下其耐磨值均比水性环氧材料低2～3倍，因此在路面急停、转弯处以及交通量较大路段尽量水性环氧材料。

2.3.3 抗水损性能试验结果

图11表示2种封层材料在60 ℃高温浸泡48 h，再放入湿轮磨耗仪进行磨耗后的结果，其中水性环氧和不粘轮乳化沥青的湿轮磨耗值分别为103 g/m2和314 g/m2，这表明水性环氧的抗水损害性能好于不粘轮乳化沥青。并且不粘轮乳化沥青的剥落面积显然很大，因此在使用这种材料时应注意当地的气温和降雨量的因素。

3 结论

（1）水性环氧材料通过固化时间、黏度和溶液是否分层等因素最终确定水性环氧树脂：水性环氧固化剂：水的最佳配比为1∶1.5∶3.75;不粘轮乳化沥青材料通过车辙碾压后观察白纸上黏附沥青的含量等因素最终确定不粘轮乳化沥青中不粘轮乳液最佳掺量为10%

（2）2种雾封材料通过摆式摩擦系数、构造深度以及在不同孔隙率的车辙板上和不同离析程度的路面上最终确定出：水性环氧材料的最佳撒布量为0.5 kg/m2;不粘轮乳化沥青的最佳撒布量为0.6 kg/m2。

（3）通过对2种材料进行黏附性能、耐磨性能以及抗水损性能试验可以看出2种材料的各项性能均随着温度的升高都有不同程度的降低。不粘轮乳化沥青材料的降低幅度明显大于水性环氧材料，并且水性环氧材料的各项性能优于不粘轮乳化沥青材料。因此，在经济条件允许或气候条件恶劣的情况下建议尽量采用水性环氧材料作为雾封层材料。

参考文献

[1] 胡景翔. 基于WebGIS的路面养护管理可视化方法研究[D]. 重庆：重庆交通大学， 2021.

[2] 陈栩，曹超飞，尚静，等. 动静水环境作用下级配离析对沥青混合料水损害的影响评价[J]. 吉林大学学报： 工学版： 1-12.

[3] Chen X， Ai C， Du J， et al. Effect of gradation segregation on low-temperature crack resistance of asphalt pavement using 3D DEM[J]. Construction and Building Materials. 2021， 274（3）： 122060.

[4] Luo Y. Overview of Research Status of Asphalt Pavement Diseases based on Image Recognition[J]. International Journal of Civil Engineering and Machinery Manufacture. 2020， 5（3）.

[5] 周基，蔡強，田琼. 70年中国公路路基路面病害研究现状与发展趋势——基于CNKI 1949—2019年文献的知识图谱分析[J]. 中外公路. 2020， 40（3）： 60-66.

[6] 车刚. 高速公路沥青路面不同时期常见病害分析及处理方法[J]. 甘肃科技纵横. 2019， 48（12）： 45-47.

[7] 何永泰，刘瑞，郑南翔. 预防性养护雾封层技术研究现状与进展[C]//中国北京： 2019.

[8] 曾德亮. 水性环氧树脂改性乳化沥青在雾封层养护中的应用[J]. 公路. 2015， 60（2）： 212-215.

[9] 李炜光，何璐，冀鹏，等. 预防性养护雾封层技术耐久性评价研究[J]. 公路. 2017， 62（11）： 248-253.

[10] 袁伟. 旧沥青再生及雾封层预防护技术应用研究[J]. 交通科技. 2015（6）： 109-112.

[11] 舒凡. 雾封层技术在沥青路面预防性养护中的应用[J]. 交通科技. 2019（3）： 71-73.

[12] 方维澄，张艳红，董元帅，等. 渗透性雾封层路用性能及试验方法研究[J]. 公路交通科技（应用技术版）. 2019， 15（11）： 114-117.

[13] Yingjun J， Yong Y， Tian T， et al. Development and Application of Skid Resistance Fog Seal for Pavements[J]. Coatings. 2020， 10（9）.

[14] Chen Q， Zha R， Zhao L， et al. Formulating and Performance of Quick Drying Fog Seal Material[J]. International Journal of Petroleum Technology. 2017， 4（1）.

[15] 张翔. 密级配沥青路面含砂雾封层设计体系与评价指标研究[D]. 西安：长安大学， 2019.

[16] 陈俊宇. 水泥路面应用水性环氧改性乳化沥青砂雾封层技术研究[D]. 西安：长安大学， 2015.