渗透性雾封层路用性能及试验方法研究
摘 要
渗透性雾封层是一项取得广泛应用的路面快速修补技术，但对于其再生性和渗透性目前并无统一的评定标准。文章测定渗透性雾封层粘结剂材料对于老化沥青三大指标的影响来评价材料对老化沥青的再生恢复性能，根据材料在胶结料中的渗透深度及渗透表现对其渗透性进行了分级。通过以上试验分析，确立了渗透性雾封层粘结剂材料再生性和渗透性的室内评价标准，起到指导工程施工的作用。
关键词
渗透性雾封层 | 粘结剂 | 再生性 | 渗透性 | 路用性能
近年来，随着公路交通量的增加，路面较早的发生了裂缝、集料松散、沥青脱落、水损坏等病害，对行车安全性和舒适性造成了严重影响。在这种情况下，采用渗透性雾封层对路面进行预防性养护是一种有效的方法，它不仅能够渗入渗入路表深处密封微小裂缝，固结路面轻微松散，还能还原路表面的老化沥青，有效地提升了沥青路面的防水性能和使用性能。
本文针对渗透性雾封层的渗透性能和再生性能展开探讨，对渗透性雾封层这两项性能的室内模拟试验展开研究，以对施工过程中使用的渗透性雾封层进行评定，保证工程质量，消除隐患。
渗透性雾封层
渗透性雾封层是一种路面快速养护技术，该技术使用专业摊铺设备将具备渗透能力的粘结剂与金刚砂同时洒布摊铺在路面上，通过粘结剂渗透和自然行车碾压，改善路面使用性能，并可快速开放交通。
渗透性雾封层技术使用的主要材料为粘结剂与金刚砂。粘结剂由化工材料组成，主要成分为基质沥青、天然岩沥青及其它添加剂，能够渗入路面以下起到加固原路面骨料、激活原路面沥青质作用的一种渗透型路面养护材料。金刚砂由粘土中的二氧化硅与碳在高温下反应生成的、颗粒均一的碳化硅，分粗目、中目、细目三大类。粘结剂和金刚砂性能指标如表1和表2所示。
试验过程
试验方案
(1)再生性能测试方案
①将SBS改性沥青在163℃的条件下进行75min的旋转薄膜烘箱老化，测定SBS沥青老化前后的软化点，25℃针入度，5℃延度，135℃运动粘度。
②对老化沥青进行刻槽，在常温下掺加雾封层材料，掺量分别从0，2%，4%，6%，8%依次累加。测定不同掺量下老化沥青的135℃运动粘度，得到不同品牌雾封层掺量-135℃运动粘度曲线。
③通过曲线找出不同雾封层材料对应老化沥青135℃运动粘度与实际路面再生沥青粘度接近时的掺量，以此掺量添加对应雾封层材料至得到的老化沥青中，按《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTGE-20-2011)中规定的方法测定不同品牌雾封层掺入后沥青的25℃针入度、软化点和5℃延度。
(2)渗透性能测试方案
渗透性雾封层的渗透性目前并无明确统一的室内评定方法，其难度主要在于如何在不取芯的情况下，在实验室内完成渗透型材料渗透深度的测定。本文拟采用标准砂胶结料试验方法进行粘结剂渗透性的测定，具体试验步骤如下:
①将标准砂、水泥(P.O42.5)、水以20:1:1的比例进行拌合，称取1000g混合均匀的材料装入马歇尔试模，按照马歇尔击实方法单面击实50次，击实过程中砂的含水量不得改变。
②击实完成后，称取等量(10g)的雾封层材料均匀洒布在试样击实面上，同时开始计时，并观察雾封层材料渗透情况，当胶结料表面没有雾封层材料残留时，结束计时并测定渗透时间。
③将试件在常温下放置12h以上，然后试件脱模。在试件上选取几个具有代表性的截面，并用小铲沿这几个截面铲开，观察雾封层材料的渗透情况，并测量相应的渗透深度。(至少测定三组胶结料，每一组至少选取6个截面进行渗透深度测试)。
试验结果
试验选择了6种国内外常见的渗透性雾封层粘结剂材料进行测试，为方便表述按照下表对各材料进行编号。
(1)沥青老化
试验采用SBS改性沥青，在163℃条件下，对其进行75min的旋转薄膜烘箱老化。SBS改性沥青老化前后的基本性能见表3。老化后改性沥青的各项指标均发生变化，表现在软化点和135℃运动粘度升高，25℃针入度和5℃延度降低。这说明经过老化后，沥青变硬、脆性增加的同时，粘性有所提高。这有利于于沥青路面的抗车辙性能的改善，但容易在低温的环境条件下产生微细裂缝，降低沥青路面的封水性能，从而增加沥青路面遭受水损害的几率。
(2)再生性能评价
再生性能研究按照所设计的方案进行试验，首先需通过材料对老化沥青粘度的影响情况确定掺量，具体测试结果如表5和图1所示。
从图中曲线不难看出，随着雾封层材料掺量的增加，老化沥青的粘度均呈下降趋势，当掺量大于4%后，粘度的下降速率逐渐减小。随着掺量继续增大，三种材料对于老化沥青粘度的减小效果趋于一致，数值差异进一步减小，并且对于粘度的降低效果已经不太明显。
通过对比图表数据，选取路面再生后实际沥青粘度为2Pa·s左右，得到对应的各种种材料的掺量分别为7%，8%，6%，8%，7%，8%。根据所确定的掺量，按照设计的试验方案将三种材料分别加入老化沥青进行测试，得到测试结果如表6所示。
从测试结果可以看出，所选择的雾封层粘结剂材料中，材料A和材料C对老化沥青的再生效果最为明显，三大指标数值均有明显的恢复;材料D、材料E和材料F再生效果也比较理想;而材料B不仅对于针入度和软化点的提高率较低，还出现了掺加后延度降低的情况，说明其再生性能较差。
观察测试结果还可以发现，部分材料对于老化沥青的再生还原效果过于显著，甚至远远超过了沥青老化前的数值。分析其原因，可能是由于通过旋转薄膜烘箱老化得到的老化沥青其老化程度并不高，同时掺入的粘结剂材料在掺加后搅拌不是很充分，测试得到的结果不一定完全是改善后的老化沥青的性能，也可能是粘结剂材料本身的性能，这一现象仍需进一步的试验论证。
通过以上数据和分析，可以参照下表对渗透性雾封层粘结剂材料的再生性能进行评价。
(3)渗透性能评价
渗透性能试验采用材料在标准砂胶结料中的的渗透时间和渗透深度对粘结剂材料的渗透性能进行室内评定。材料渗透时间以材料均匀洒布至胶结料试件表面开始，表面无材料残留视为渗透结束。渗透深度的测定需要将胶结料静置12h以上，选取代表性截面进行渗透深度测试。渗透时间取三组试件测试结果平均值;渗透深度需在每一试件上取至少三处代表性截面进行测定，结果取平均值。
试验选择了市面上常见的6种雾封层材料开展渗透性能测试试验(材料A:烟台华通硅改性剂，材料B:南京仁恒沥青改性剂，材料C:雷诺锋，材料D:GoGreen硅沥青雾封层，材料E:格瑞派雾封层材料，材料F:佰斯特雾封层材料)，试验结果如表7所示，图2~图6为代表性试验结果图(选择材料A，材料B和材料C作为代表)。
粘结剂材料主要分为2类:一类是水溶型(材料B，材料F)，需要将材料与水搅拌后进行使用;一类是溶剂型(材料A，材料C，材料D，材料E，材料F)，材料基本不含水。通过试验发现，两类粘结剂材料的渗透性能存在着较大的差异，溶剂型粘结剂材料的渗透深度要明显大于水溶型粘结剂材料(溶剂型平均深度8mm，水溶型平均深度1.92mm)。另外，从试验图片上可以看出，溶剂型粘结剂材料渗透前后差异明显，材料基本都渗透进入了胶结料内容，而水溶型粘结剂材料渗透前后看不出明显差别，材料基本上凝结在胶结料的表面，形成的膜可以直接揭起。
同时可以发现，渗透时间和渗透深度之间并不存在严格的相关性，说明渗透速度快的材料并不一定具有好的渗透性能，渗透深度仍然是进行粘结剂材料渗透性评价更为合理的指标。
根据试验结果，对渗透性雾封层粘结剂材料的渗透性能进行了如下分级:
Ⅰ级(渗透深度≥6mm):渗透性能极好。材料能完全渗入胶结料内部，胶结料表面无材料残留。
Ⅱ级(渗透深度在4mm~6mm之间):渗透性能较好。材料基本能够完全渗入，表面有少量材料残留。
Ⅲ级(渗透深度＜4mm):渗透性能一般。粘结剂材料少部分渗入，表面有较多材料残留。
Ⅳ级(渗透深度无法测定):渗透性能差。粘结剂材料无法下渗，凝结在胶结料表面，极易揭起。
结语
(1)不同类型渗透性雾封层粘结剂材料的掺量-135℃粘度曲线规律一致，老化沥青的粘度均随着材料掺量的增加而降低，且均在6%~8%的掺量之间达到了所选取的路面再生后实际沥青粘度。
(2)不同类型渗透性雾封层粘结剂材料对于老化沥青均具有一定的再生还原作用，但对各指标的影响程度存在较为明显的差异，在选择不同类型材料时，需要通过室内试验确定合理的施工用量。
水溶型和溶剂型渗透性雾封层粘结剂的渗透性能存在明显的差异，溶剂型材料能够完全渗入胶结料内部，渗透深度一般在4mm以上，且表面基本无残留，而水溶型材料在胶结料表面凝结，几乎无法渗入。在实际工程施工中，建议使用溶剂型材料作为渗透性雾封层粘结剂材料。