我國的高等級公路主要以瀝青路面為主。瀝青路面在使用年限內，除了承受行車(chē)荷載的作用，還受到大氣溫度和濕度周期性變化的影響，在初期會(huì )出現輕微裂縫、瀝青老化以及松散等病害，對此如果不及時(shí)進(jìn)行處理，會(huì )導致這些早期病害進(jìn)一步發(fā)展，影響路面的通行質(zhì)量，縮短養護周期。因此，在路面狀況良好或者病害出現的初期，通過(guò)對路面進(jìn)行定期的預防性養護，可以改善道路的使用狀況，降低路面養護、重建費用。
在近年來(lái)，預防性養護問(wèn)題受到了廣泛重視，霧封層技術(shù)作為預防性養護最有效的措施，在2004年的《第二屆全國公路科技創(chuàng )新高層論壇》上，霧封層被作為一種養護新技術(shù)，在國內推廣。我國的霧封層技術(shù)整體起步較晚，沒(méi)有進(jìn)行深入的分析，沒(méi)有完整的霧封層評價(jià)體系，缺乏耐久性方面的研究，對其養護效果和使用壽命也無(wú)法評價(jià)和預估，通過(guò)本文的研究，以期為霧封層預養護技術(shù)今后在國內的應用提供技術(shù)依據。
建立霧封層評價(jià)體系
在對路面使用霧封層材料養護時(shí)，雖然想盡可能全面地評價(jià)霧封層材料的路用性能，但通常由于條件、時(shí)間、資金所限，不可能完成所有指標的測試。所以在應用時(shí)，需要提出更經(jīng)濟、更實(shí)用、更省時(shí)的性能評價(jià)方式。美國加州交通廳制定了瀝青路面霧封層技術(shù)應用參考指南，但大多沒(méi)有量化指標；美國其他州也有涉及霧封層指南的應用指導，但基本都是針對某種具體霧封層產(chǎn)品的指引，不具普遍意義。我國現有的規范和指南只是對霧封層中材料用量、配比控制和施工工藝做了要求，沒(méi)有對耐久性評價(jià)指標做出規定，不能評價(jià)霧封層養護效果及使用壽命。
為了保證霧封層材料整體具有良好的工作性能以及路用性能，本文借鑒瀝青及瀝青混合料試驗規程，結合FAA（美國聯(lián)邦航空管理局）霧封層材料規范，提出了切合實(shí)際且操作簡(jiǎn)便的試驗方法，建立了完善的霧封層評價(jià)體系。
由于霧封層在使用期內受到荷載、溫度、濕度、輻射等作用，這些因素對霧封層耐久性的影響還存在復雜的協(xié)同作用，因此霧封層使用壽命的評價(jià)是現在的難點(diǎn)，目前并沒(méi)有明確的評價(jià)霧封層使用壽命的指標。本文提出了室內試驗和現場(chǎng)試驗相結合的方法，根據耐磨指標評價(jià)霧封層的耐久性，評價(jià)其養護效果，預估其使用壽命。
室內試驗采用英國運輸研究院的加重磨耗試驗。加重磨耗試驗是滾輪高速摩擦下的同方向（滾輪傾角20°）磨耗檢測，比擬高速公路的車(chē)輪運行，是為了測量原瀝青表面與骨料的穩定性。
加重磨耗試驗原理是檢測瀝青面層上的黏結力性能。這種黏結性能會(huì )增強骨料間的黏結力，減緩細骨料的流失和松動(dòng)。檢測使用高速輪軌檢測儀，把載荷加到充氣輪胎和試樣上，模擬汽車(chē)在瀝青路面上高速行駛。但需取芯檢測，對瀝青路面有一定程度的損傷，檢測數量不宜增加過(guò)多?！ ?/span>
加重磨耗試驗可以在室內測試瀝青失重、車(chē)轍深度、磨損指數等指標，用于評價(jià)霧封層的耐久性，但是目前并沒(méi)有現場(chǎng)評價(jià)的方法。本研究采用的改進(jìn)耐磨性試驗可以在現場(chǎng)進(jìn)行測試，對于評價(jià)霧封層的耐久性、預估使用壽命具有良好的效果。
試驗方案
噴灑霧封層會(huì )形成一層薄薄的瀝青膜，會(huì )被車(chē)輛荷載逐漸磨耗，因此，本文主要根據霧封層的耐磨性，通過(guò)室內試驗和現場(chǎng)試驗相結合分析其耐久性。結合浙江地區高溫多雨、重載交通的特點(diǎn)，選擇典型橋面，通過(guò)室內試驗對比采用霧封層養護的路面與未養護路面的磨耗指標，通過(guò)現場(chǎng)試驗對比良好路面與水損害路面以及不同養護年份的耐磨性指標，根據耐磨性能評價(jià)霧封層預養護的養護效果和耐久性。本研究的現場(chǎng)試驗為改進(jìn)的耐磨性試驗，通過(guò)對預養護后路表面瀝青膜的評價(jià)，可以評價(jià)霧封層的養護效果，預估其使用壽命。
室內測試與分析
在2014年，對浙江某地區2011年~2013年采用霧封層進(jìn)行處理的3.0km橋面與未進(jìn)行預養護的橋面分別進(jìn)行取芯，送往位于英格蘭西北部橋蕾市的道路試驗所進(jìn)行檢測，根據英國運輸研究院176款附錄G對芯樣進(jìn)行加重磨耗試驗，分析采用霧封層養護橋面與未養護橋面的瀝青失重、車(chē)轍深度、磨損指數等指標?！?/span>
通過(guò)檢測分析數據顯示，浙江某地區應用霧封層預養護技術(shù)增加了原路面骨料間的黏結力和表面鎖緊力，從而使路面抗損能力得到加強，可以有效地抵抗荷載的反復作用，可以減緩瀝青質(zhì)和骨料的流失，提高路面的抗車(chē)轍能力，降低路面磨損指數，經(jīng)過(guò)養護后的路面在很長(cháng)時(shí)間內保持一定的抗損壞能力，可見(jiàn)霧封層技術(shù)的養護效果顯著(zhù)。
現場(chǎng)試驗
本文所采用的改進(jìn)耐磨性試驗，能夠模擬輪胎與路面的接觸，通過(guò)測得的扭矩值，可以反映路表面瀝青膜的磨損情況，從而可以對霧封層的耐磨性進(jìn)行評價(jià)，表征其養護效果和使用壽命。測得的扭矩值越大，說(shuō)明路表面瀝青膜較完整，相應的霧封層的耐磨性能就越好。
其中模擬輪胎與路面的作用力通過(guò)3個(gè)部分實(shí)現：（1）用橡膠墊模擬輪胎；（2）調節氣泵控制荷載；（3）利用扭矩扳手轉動(dòng)橡膠墊180°。
類(lèi)似于黏聚力試驗機，但做了如下修改：（1）底部的墊板可以拆卸，直接在被測路面進(jìn)行測試，用調節旋鈕來(lái)控制外加荷載；（2）采用0~6N·m量程的扭矩扳手測量扭矩；（3）采用氣泵為試驗儀提供氣壓荷載；（4）在與測試面接觸的荷載端增加可以增強磨損的橡膠墊。
試驗步驟：
（1）用掃帚或毛刷清掃測試點(diǎn)附近的路面；（2）將儀器下部墊板取下，安放在路面上，調平儀器，把砝碼放置在儀器底部使其固定；（3）打開(kāi)氣泵閥門(mén)，調節旋鈕到針盤(pán)指示器為0.5MPa的標準負載，向左轉動(dòng)控制把手使得荷載加于路面上；（4）在1~2ｓ內轉動(dòng)扭矩扳手，順時(shí)針或者逆時(shí)針轉動(dòng)180°，以N·m為單位記錄扭矩。同一測點(diǎn)重復測試3次，記錄讀數。
試驗結果數據分析
良好路面與水損害路面指標對比
以養護時(shí)間和相同荷載為條件，從2012年~2015年浙江某地區采用霧封層養護的5.9km橋面中分別選擇了4座橋的左幅作為試驗對象。通過(guò)雷達隱性探傷技術(shù)確定水損害區域，對同一養護路段良好路面與含水或唧漿區域進(jìn)行改進(jìn)耐磨性試驗。A點(diǎn)在隔離帶處；B點(diǎn)在一車(chē)道輪跡線(xiàn)上；C、D點(diǎn)在三車(chē)道輪跡線(xiàn)上。
通過(guò)對采用霧封層養護的A、B、C、D等4座橋的雷達探測調查，共發(fā)現14處水損害（其中7處含水，7處唧漿），選擇良好路面13處作對比，共計27個(gè)測試點(diǎn)。在每個(gè)測試點(diǎn)處進(jìn)行改進(jìn)的耐磨性試驗，每處測試點(diǎn)平行進(jìn)行3組試驗，結果取平均值。
結果表明：路面狀況良好區域的耐磨性指標平均值為1.18N·m，唧漿處耐磨性指標均值為1.13N·m，相比良好區域降低了4.2%；含水路面耐磨性指標平均值為1.02N·m，相比良好區域耐磨性指標降低了13.6%。本研究采用的改進(jìn)耐磨性試驗可以評價(jià)良好路面與損害路面的性能，可作為一種參考評價(jià)方法。
不同預養護年限指標對比
以不同養護年份分類(lèi)，在同一行車(chē)方向的相鄰區域，對橋面進(jìn)行耐磨性試驗?？拷醒敫綦x帶路面A點(diǎn)為預養護路面的標準參考點(diǎn)，因為該區域不會(huì )受到行車(chē)荷載的影響，保留原始預養護的特征；第1或者第3車(chē)道的左右輪跡線(xiàn)的B點(diǎn)為預養護后路面性能分析的測試點(diǎn)。
以D、C、B、A等4座橋的改進(jìn)耐磨性試驗數據分別表示霧封層預養護技術(shù)在第1、2、3、4年的耐磨性指標，并選擇了1座2012年以后未養護的橋面為對比。
輪跡線(xiàn)處耐磨性指標表示霧封層預養護在荷載和環(huán)境耦合作用下的耐磨性指標，中央分隔帶處耐磨性指標表示霧封層預養護僅受自然環(huán)境作用下的耐磨性指標，在同一年份，輪跡線(xiàn)處耐磨性指標明顯小于中央分隔帶處耐磨性指標。
為消除不同路段、不同年份的差異，以（中央隔離帶處耐磨性指標—輪跡線(xiàn)處耐磨性指標）/中央隔離帶處耐磨性指標表示磨耗率。
霧封層預養護的耐久性主要受自然環(huán)境因素和車(chē)輛荷載作用的影響，通過(guò)磨耗率可以表示車(chē)輛荷載作用對耐久性的影響因子。磨耗率均值為21.78%，可知相對于荷載因素，環(huán)境因素對霧封層使用壽命的影響更大?！?/span>
根據養護橋面和未養護橋面的耐磨性指標對比結果和耐磨性指標隨養護年限的變化規律，可知改進(jìn)的耐磨性試驗能有效反映霧封層預防性養護技術(shù)的耐久性。中央分隔帶處耐磨性指標在第3~4年下降到接近未養護路面的耐磨性指標（1.33N·m），說(shuō)明霧封層預養護技術(shù)在自然環(huán)境作用下壽命為3~4年；輪跡線(xiàn)處耐磨性指標在第2~3年下降到接近未養護路面耐磨性指標（1.19N·m），說(shuō)明霧封層在車(chē)輛荷載和自然環(huán)境耦合作用下使用壽命為2~3年。浙江地區霧封層預養護的使用壽命較短，主要與其高溫多雨、重車(chē)多、交通量大等特點(diǎn)有關(guān)，因此在霧封層養護3年左右，應該再對路面進(jìn)行預養護。
結語(yǔ)
（1）推薦了基于工藝性能、使用性能和耐久性能要求的霧封層養護材料評價(jià)體系；基于霧封層的耐磨性，提出了室內試驗和現場(chǎng)試驗相結合的耐久性評價(jià)方法。
（2）室內試驗采用英國運輸研究院的加重磨耗試驗，通過(guò)對養護路面與未養護路面取芯測試，說(shuō)明了霧封層技術(shù)能夠降低瀝青失重、車(chē)轍深度、磨損指數等指標，養護效果顯著(zhù)。
（3）現場(chǎng)試驗使用本研究開(kāi)發(fā)的改進(jìn)耐磨性試驗儀，可以現場(chǎng)評價(jià)路面質(zhì)量，判斷預養護路面是否發(fā)生水損害。耐磨性指標可以預估浙江地區某路面霧封層的使用壽命：霧封層在自然環(huán)境的作用下使用壽命為3~4年，在自然環(huán)境與車(chē)輛荷載耦合作用下使用壽命為2~3年。
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