光屏蔽预养护剂在青藏地区的应用研究

曲孜桑姆

（西藏自治区公路局青藏公路分局）

摘 要：本文进行了光屏蔽预养护剂抗光老化及粘结固化性能的测试，并在青藏地区进行试铺。结果表明：光屏蔽预养护剂抗老化性能良好同时可防止路表雨水下渗；光屏蔽预养护剂养护路面的构造深度、抗滑系数和渗水系数均满足规范要求，养护周期约为2~3年。

关键词：沥青路面; 光屏蔽预养护剂; 预防性养护

中图分类号：U416 文献标志码：A

Application of Light Shielding Pre - curing Agent in Qinghai - Tibet Area

Qu Zi Sang Mu

( Tibet Autonomous Region Highway Bureau Qinghai-Tibet Highway Branch )

Abstract: In this paper, the anti-light aging and adhesive curing properties of light shielding pre-curing agent were tested and tested in Qinghai-Tibet area. The results show that the light shielding pre-curing agent has good anti-aging performance and can prevent rainwater infiltration. The construction depth, anti-skid coefficient and seepage coefficient of the pavement cured by light shielding pre-curing agent meet the requirements of the specification, and the maintenance period is about 2-3 years.

Keywords: Asphalt pavement; Light shielding pre-curing agent; Preventive maintenance

作者简介：曲孜桑姆（1977-），女，本科，工程师。

0. 引言

青藏高原地区气候复杂，海拔高、常年低温、昼夜温差大、大气透明度好、紫外线辐射强。强烈的紫外线辐射对路面结构和材料造成巨大危害，沥青面层老化受其影响剧烈^[1]。沥青面层在经历紫外线强烈辐射以及温度、雨水、荷载等因素共同作用下，沥青结合料的内部成分会发生降解，其物理、化学性质被降低，使得路面产生一系列病害，造成路用性能极大降低以及减小了路面服役寿命。因此，对于青藏高原这种强辐射地区，研究其路面的抗光老化性能十分有必要。

预防性养护是在公路服役期间，采用恰当的时机和适当的养护措施，尽可能低成本对路面进行养护的一种理念^[2]。路面进行预防性养护实际上是指在对原路面结构承载力不进行改变的情况下，对原路面采取某种技术措施，以恢复路面行驶功能的目的^[3-4]。因此，可在青藏高原等强辐射地区进行预防性养护研究。

针对上述问题，本研究对光屏蔽预养护剂的抗老化性能、粘结固化性能以及路用性能三方面进行研究分析，并对其性能衰减进行养护周期预测^[5]，为青藏高原强辐射地区沥青路面预防性养护工程提供参考。

1. 光屏蔽预养护剂组成与试验方法

1.1 材料组成

光屏蔽预养护剂由沥青、再生剂、渗透剂、固化剂以及光屏蔽剂五种材料加热搅拌混合而成^[6]，其中沥青为A级110#道路石油沥青，再生剂为西安咸阳国琳沥青厂生产的有机再生剂，五种成分比例分别为25%、23%、33%、16%、3%。

1.2 试验方法

（1）光氧老化试验采用自制紫外线老化箱测试，紫外线灯的紫外线辐射总强度为2000W，照射时间为48h，经紫外线照射0，2，4，8，12，24，48h后进行称重计算质量损失。自制紫外线老化箱如图1所示。

图1 自制紫外线老化箱图

（2）构造深度试验通过手工铺砂法测试，具体参考《沥青与沥青混合料试验规程》。

（3）路面摩擦系数试验采用摆式仪测定，测得原路面与经预防养护路面摆值BPN并进行温度修正后得到各路面的标准20℃摆值BPN20。

（4）渗水系数试验采用渗水仪测试，具体参考《沥青与沥青混合料试验规程》。

1.3 试验路概况

试验段位于拉萨市日多地区318国道路段，海拔4900m以上，强烈的太阳辐射对路面结构与材料影响明显，尤其沥青面层的光老化非常严重，是较为理想的试验路段。

2. 试验结果分析

2.1 光屏蔽预养护剂抗光老化性能

经过不同时间光老化后光屏蔽预养护剂质量损失率结果见表1。

表1 光屏蔽预养护剂质量损失表

老化时间（h）	质量损失率（%）
	光屏蔽预养护剂
0	0
2	-6.8
4	-10.9
8	-14.9
12	-20.5
24	-25.5
48	-31.9

由表1可知，光屏蔽预养护剂的质量损失随着时间的延长不断缓慢增大，在48h时达到最大，为31.9%。光屏蔽预养护剂的质量损失主要是其中易挥发的组分受热挥发造成的，在48h后，不稳定的组分挥发和反应的已充分进行，彻底老化，质量不再损失。表明光屏蔽预养护剂的抗光老化时间可达48h，经辐射量换算，约为拉萨市2年的紫外辐射量，具有良好的预养护潜质。因此，可将光屏蔽预养护剂喷洒到高原地区的新建沥青路面后，可以延缓路面老化，同时可用于仅产生微裂缝的路段用于提高路面性能，延缓路面性能的衰减。

2.2 光屏蔽预养护剂固化性能

光屏蔽预养护剂撒布于路表后，逐步向下渗透，填充微裂缝，部分与就沥青发生物理溶解与化学反应，还原已老化的沥青，最后预养护剂与旧沥青之间固化形成新的整体，极大加强了裂缝壁之间的界面粘结力，最终封闭裂缝，其渗透效果如图2所示。

此外，随时间的推移，预养护剂中的轻质组分逐渐挥发固化，并形成一层沥青薄膜。形成的沥青薄膜固化后将路表松散的集料再次粘结起来，并封闭路表，起到了防止水分下渗的作用，其封闭效果如图3所示。

图2 光屏蔽预养护剂渗透粘结效果图	图3 光屏蔽预养护剂封闭效果图

2.3 试验路路用性能

2.3.1 路面构造深度

将光屏蔽预养护剂喷洒路面后对其构造深度进行测试，并将其与原路面构造深度进行对比，结果见表2.

表2 试验数据汇总表

路面类型	构造深度均值（mm）	国家标准（mm）	标准差（mm）	变异系数（%）
原路面	0.91	≥0.55	0.07	6.1
预养护路面	0.89		0.18	15.3

由表2可知，原路面构造深度均值为0.91 mm，标准差为0.07mm，变异系数为6.1%；经喷洒光屏蔽预养护剂后路面构造深度均值为0.89 mm，标准差为0.18mm，变异系数为15.3%。路面在养护前后，构造深度的均值几乎一致，这表明喷洒光屏蔽预养护剂对路面的构造深度影响不大。而养护后路面构造深度的离散性变大主要是因为养护过程中，为了增强路面耐磨性，撒布了粒径为3mm左右的金刚砂，因此造成了构造深度离散程度变大。整体而言，经光屏蔽预养护后的路面的表面构造仍较为优异。

2.3.2 路面摩擦系数

为了验证喷洒光屏蔽预养护剂后路面耐磨耗和耐久性，本文采用原位测试对经光屏蔽预养护后8个月后试验路段进行摩擦系数测试，具体结果见表3。

表3 预防养护路面抗滑试验测试结果表

测点	摩擦系数BPN20
	原路面	预防养护路面	规范要求
1	46	58	≥32
2	45	54
3	45	52
4	44	54
5	46	51
6	47	54
平均值	45.5	53.8

由表3可知，经光屏蔽预养护剂养护后的路面抗滑性能较原路面得到改善，摩擦系数平均值提高18.3%。经室内试验验证，单纯撒布预养护剂会小幅降低路面的抗滑性能，而由于在实际施工过程中，撒布了耐磨的金刚砂，使得经光屏蔽预养护后的路面摩擦系数的整体得到提高。

2.3.3 渗水系数

在原路面和经光屏蔽预养护剂养护后路面渗水系数在横向的分布规律如图4所示，其纵向的分布规律如图5所示。

图4 路表渗水系数横向分布规律图	图5 路表渗水系数纵向分布规律图

如图4、图5可知，不论路表横断面还是纵断面处，经光屏蔽预养护剂养护后路表渗透系数均远小于原路面，这表明光屏蔽预养护剂可以极大地改善路面的渗水情况。经分析，光屏蔽预养护剂养护后路面渗水系数大幅度降低是由于光屏蔽预养护剂填充了路表裂隙、路面微裂缝并在路表形成了一层沥青薄膜防止水分下渗。这也说明了预养护剂具有较好的渗透性，可以充分渗入路表裂隙、路面微裂缝中进行修复填补，从而达到防渗效果。

从图4可看出，横断面处原路面和光屏蔽预养护剂养护后路面的路表渗水系数均分布较为均匀，只是养护后渗水系数极大减小。分析原因是光屏蔽预养护剂养护前后路面的构造深度几乎不发生变化，且预养护剂具有较好的渗透性，可以填补路面内部孔隙和裂隙。

从图5可看出，原路表渗水系数在纵向分布离散性较大，表明原路面结构种裂缝、孔隙分布不均，而经光屏蔽预养护剂养护后路面渗水系数不仅极大减小，且分布也较为均匀，表明光屏蔽预养护剂渗透均匀，渗透性能较为优异。

2.3.4 耐久性能

采取预养护措施目的是在路面病害发生初期对其进行预防性处治，从而提高路面安全性、舒适性以及降低路面整体养护成本。因此，预养护路面必须具有一定的耐久性。本文为探索光屏蔽预养护剂的实际使用寿命，采用路面相同位置的抗滑性能和渗水性能的衰减^[7]来预测预养护剂的耐久性。耐久性测试指标采用渗水系数和摩擦系数，测试周期为8个月，并对衰减速度进行计算，具体见表4。

表4 预防养护路面耐久性计算表

路面参数	衰减速度	耐久时长（月）
渗水系数	-0.15（mL/min）/月	48
摩擦系数	1.1/月	30

由表4可知，预养护后路面的摩擦系数衰减较快，依据该指标预估光屏蔽预养护剂的耐久性约为30个月，因此建议养护周期为2~3年。

3. 结论

1. 光屏蔽预养护剂可以在原路面上形成一层抗光老化薄膜，该薄膜可有效阻隔紫外线进入沥青面层内部，从而提高其沥青路面抗光老化性。

2. 光屏蔽 预养护剂对路表孔隙、路面微裂缝进行填补，并固化形成薄膜，最终封闭裂缝，防止路表水分下渗。

3. 经光屏蔽预养护剂养护后路面的构造深度、摩擦系数、渗水系数均满足要求。依据抗滑性能与渗水性能的衰减情况，建议养护周期为2~3年。

参考文献

[1] 肖楠. 青藏高原地区沥青路面光屏蔽预养护剂制备与性质研究[D]. 长安大学, 2013.

[2] 张春安,田智鹏. 基于高等级公路沥青路面的预防性养护决策研究[J]. 公路工程, 2019, 44(6): 77-80, 85.

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[6] 沥青路面光屏蔽预养护剂组分确定与性能分析[J].

[7] 苏卫国,戴民松. 基于沥青路面使用性能衰变规律的高速公路预防性养护计划研究[J]. 公路工程, 2020, 45(5): 174-179.