预防性养护雾封层技术研究现状与进展 何永泰',刘瑞2,郑南翔 1.长安大学公路学院,陕西西安710064;2.长安大学环境科学与工程学院,陕西西安710064 摘要:为有效防治沥青路面早期病害,延长沥青路面使用寿命,给预防性养护雾封层技术的研究及 推广应用提供理论指导与技术支持,通过对国内外预防性养护雾封层技术的研究成罘进行梳理总 结,分析研究了雾封层的技术特性,评价了雾封层技术的适用性,探索了雾封层研究的新技术 提出了国内外现有雾封层技术存在的主要问题,并展望了雾封层技术未来发展趋势和研究方向 关镳词:道路工程;预防性养护;雾封层;技术特性 Research status and Development f Preventive Maintenance Fog Sealing Technology HE yong-tai, LIU rui, ZHENG nan-xiang (1. Highway College, Chang an University, XI'an, Shaanxi Province, 710064, China; 2. College of Environmental Science and Engineering, Chang an University, Xi'an 710064, China) Abstract: In order to effectively prevent the early damage of asphalt pavement, extend the service life of asphalt pavement, provide theoretical guidance and technical support for the research and popularization of preventive maintenance fog seal technology, and sort out the research results of preventive maintenance fog seal technology at home and abroad. In summary, the technical characteristics of the fog seal layer were analyzed and analyzed, the applicability of the fog seal layer technology was evaluated, the new technology of the fog seal layer research was explored, and the main problems existing in the existing fog seal layer technology were put forward. The future development trend and research direction of fog sealing technology Key words: road engineering, preventive maintenance; fog seal; technical characteristics 引言 沥青路面在寿命周期内由于温度、水等自然因素以及行车荷载作用,会出现沥青老 化、裂缝、松散等早期病害,严重影响路面的行驶质量和使用寿命,而雾封层是一种有效 的道路预防性养护方法,能够有效解决上述早期损坏2。雾封层具有良好的防水、抗滑 耐磨以及费用低廉等优点使其在公路预防性养护中得到了广泛应用,在诸多工程应用中也 取得了良好的效果 近年来,许多学者从雾封层技术的施工工艺、防水抗渗、裂缝修补、路面抗滑等方面先 后进行了大量的研究,并且对传统雾封层进行改进,研究了含砂雾封层、水性环氧树 脂改性乳化沥青雾封层、有机硅雾封层四、满足路面某种功能的功能型雾封层等新型 雾封层,取得了有益的成果。尽管关于预防性养护雾封层研究有许多理论和成果,但现有预 防性养护雾封层技术的研究主要集中在改进配合比设计方法或引入新型材料达到改善路用 性能的目的;现有相关设计规范方面,仅有广东省于2010年出台的《广东省高等级公路沥 青路面预防性养护技术手册》对预防性养护雾封层的技术特性进行了系统阐述,现阶段缺乏 对预防性养护雾封层技术的梳理总结,现有评价标准还存在一定的局限性,尚需要进一步优 通讯作者:何永泰(1995-),男,甘肃平凉人,交通运输工程专业。(heyongtaic@chd.edu.cn)
通讯作者：何永泰（1995—），男，甘肃平凉人，交通运输工程专业。（heyongtai@chd.edu.cn） 预防性养护雾封层技术研究现状与进展 何永泰 1 ，刘瑞 2 ，郑南翔 1 （1. 长安大学 公路学院，陕西 西安 710064； 2. 长安大学 环境科学与工程学院，陕西 西安 710064） 摘 要：为有效防治沥青路面早期病害，延长沥青路面使用寿命，给预防性养护雾封层技术的研究及 推广应用提供理论指导与技术支持，通过对国内外预防性养护雾封层技术的研究成果进行梳理总 结，分析研究了雾封层的技术特性，评价了雾封层技术的适用性，探索了雾封层研究的新技术， 提出了国内外现有雾封层技术存在的主要问题，并展望了雾封层技术未来发展趋势和研究方向。 关键词：道路工程；预防性养护；雾封层；技术特性 Research Status and Development of Preventive Maintenance Fog Sealing Technology HE yong-tai1 , LIU rui2 , ZHENG nan-xiang1 (1. Highway College, Chang'an University, Xi'an, Shaanxi Province, 710064, China; 2. College of Environmental Science and Engineering, Chang'an University, Xi'an 710064, China) Abstract: In order to effectively prevent the early damage of asphalt pavement, extend the service life of asphalt pavement, provide theoretical guidance and technical support for the research and popularization of preventive maintenance fog seal technology, and sort out the research results of preventive maintenance fog seal technology at home and abroad. In summary, the technical characteristics of the fog seal layer were analyzed and analyzed, the applicability of the fog seal layer technology was evaluated, the new technology of the fog seal layer research was explored, and the main problems existing in the existing fog seal layer technology were put forward. The future development trend and research direction of fog sealing technology. Key words：road engineering; preventive maintenance; fog seal; technical characteristics 一、引言 沥青路面在寿命周期内由于温度、水等自然因素以及行车荷载作用，会出现沥青老 化、裂缝、松散等早期病害，严重影响路面的行驶质量和使用寿命，而雾封层是一种有效 的道路预防性养护方法，能够有效解决上述早期损坏[1-2] 。雾封层具有良好的防水、抗滑、 耐磨以及费用低廉等优点使其在公路预防性养护中得到了广泛应用，在诸多工程应用中也 取得了良好的效果。 近年来，许多学者从雾封层技术的施工工艺、防水抗渗、裂缝修补、路面抗滑等方面先 后进行了大量的研究[3-5] ，并且对传统雾封层进行改进，研究了含砂雾封层[12-18] 、水性环氧树 脂改性乳化沥青雾封层[19-21] 、有机硅雾封层[22-24] 、满足路面某种功能的功能型雾封层等新型 雾封层，取得了有益的成果。尽管关于预防性养护雾封层研究有许多理论和成果，但现有预 防性养护雾封层技术的研究主要集中在改进配合比设计方法或引入新型材料达到改善路用 性能的目的；现有相关设计规范方面，仅有广东省于 2010 年出台的《广东省高等级公路沥 青路面预防性养护技术手册》对预防性养护雾封层的技术特性进行了系统阐述，现阶段缺乏 对预防性养护雾封层技术的梳理总结，现有评价标准还存在一定的局限性，尚需要进一步优
化完善。 基于此,本文系统梳理国内外关于预防性养护雾封层技术的研究成果,从雾封层技术的 技术特性、施工工艺和质量控制等方面展开研究,明确现阶段雾封层技术常用配合比以及材 料用量范围,并对雾封层技术的发展进行探讨,总结雾封层研宄的一些新技术、新材料,分 析雾封层技术的研究方向,以期为雾封层技术的研究以及工程实践提供借鉴与指导。 二、雾封层技术特性 (一)技术原理和适用范围 雾封层是将乳化沥青、改性乳化沥青、水、胶乳、成膜剂以及添加剂按照一定比例进行 混合,再经过喷洒机喷洒在沥青路面上,使材料经过破乳等一系列的化学反应作用,在沥青 路面上形成一层沥青薄膜,从而封闭路面空隙以及微裂缝,防止水分和空气进入路面结构引 起路面破坏、稳定松散集料、恢复沥青路面老化的一种形式。。这种雾封层也是目前在工程 实践中应用最为广泛的预防性养护技术,作为一种传统的雾封层,其局限于对路面早期裂缝 的修补以及抗滑能力的提高,而随着公路养护技术的发展,以改善路面某种功能的许多新型 雾封层也称为雾封层的研究热点 雾封层技术能够改善和提高原有沥青路面的防水渗透和抗滑性能,延长沥青路面的使用 寿命。但是作为一种预防性养护技术,雾封层主要是针对路面出现的裂缝等早期病害进行预 防性养护,其施工后只能在原有路面上形成一层薄膜,并不能改变原有路面的结构强度,也 不能增加原有路面的结构承载力。因此,本文在分析研究相关文献对雾封层技术的基础上, 给出雾封层技术的适用范围,见表1 表1對层技术的适用范围 结构强度 具体病害类型 技术措施 雾封层技术不适用 可以不预先处理就能直接采用雾封层技术施工,但 路面出现1-3mm的微小裂缝后 是较为严重的网状裂缝应该预先经过处理稳定后, 再采用雾封层技术施工 良好 原有路面出现松散、麻面、沥青剥落可采用雾封层技术能够有效粘结松散集料、恢复老 或老化 化沥青、改善外观 路面渗水系数增大,渗水严重 采用雾封层能够有效防止路面渗水 (二)雾封层材料制备 1.材料技术标准 雾封层使用的胶结料主要以乳化沥青为基质添加有关助剂配制成的乳液或制成品为 主,如各类再生剂、还原剂,其次为纯乳化沥青稀释液:集料主要使用砂类集料(粒径
化完善。 基于此，本文系统梳理国内外关于预防性养护雾封层技术的研究成果，从雾封层技术的 技术特性、施工工艺和质量控制等方面展开研究，明确现阶段雾封层技术常用配合比以及材 料用量范围，并对雾封层技术的发展进行探讨，总结雾封层研究的一些新技术、新材料，分 析雾封层技术的研究方向，以期为雾封层技术的研究以及工程实践提供借鉴与指导。 二、雾封层技术特性 （一）技术原理和适用范围 雾封层是将乳化沥青、改性乳化沥青、水、胶乳、成膜剂以及添加剂按照一定比例进行 混合，再经过喷洒机喷洒在沥青路面上，使材料经过破乳等一系列的化学反应作用，在沥青 路面上形成一层沥青薄膜，从而封闭路面空隙以及微裂缝，防止水分和空气进入路面结构引 起路面破坏、稳定松散集料、恢复沥青路面老化的一种形式[6] 。这种雾封层也是目前在工程 实践中应用最为广泛的预防性养护技术，作为一种传统的雾封层，其局限于对路面早期裂缝 的修补以及抗滑能力的提高，而随着公路养护技术的发展，以改善路面某种功能的许多新型 雾封层也称为雾封层的研究热点。 雾封层技术能够改善和提高原有沥青路面的防水渗透和抗滑性能，延长沥青路面的使用 寿命。但是作为一种预防性养护技术，雾封层主要是针对路面出现的裂缝等早期病害进行预 防性养护，其施工后只能在原有路面上形成一层薄膜，并不能改变原有路面的结构强度，也 不能增加原有路面的结构承载力[7] 。因此，本文在分析研究相关文献对雾封层技术的基础上， 给出雾封层技术的适用范围，见表 1。 表 1 雾封层技术的适用范围 结构强度 具体病害类型 技术措施 不足 雾封层技术不适用 良好 路面出现 1-3mm 的微小裂缝后 可以不预先处理就能直接采用雾封层技术施工，但 是较为严重的网状裂缝应该预先经过处理稳定后， 再采用雾封层技术施工 原有路面出现松散、麻面、沥青剥落 或老化 可采用雾封层技术能够有效粘结松散集料、恢复老 化沥青、改善外观 路面渗水系数增大，渗水严重 采用雾封层能够有效防止路面渗水 （二）雾封层材料制备 1.材料技术标准 雾封层使用的胶结料主要以乳化沥青为基质添加有关助剂配制成的乳液或制成品为 主，如各类再生剂、还原剂，其次为纯乳化沥青稀释液；集料主要使用砂类集料（粒径
2.36mm以下);常用添加物为环氧树脂与橡胶粉等。一般选用水乳性沥青作为雾封层的主 要材料,同时还要根据具体的施工情况添加适量的还原剂提高封层材料的使用性能。对 于所选的水乳沥青必须经过稀释后才能使用,在此过程中正确的稀释顺序是将水添加至涂 料中,在搅拌均匀后对材料的性能进行检测,保证各项指标符合技术标准,见表2。 表2典型雾封层材料技术标准 项次测试项目 技术标准 褐色或褐色均质液体,搅拌棒上不粘附任何颗粒 涂膜干燥性 表干≤4h,实干≤8h 固含量(%) 断温柔性 5℃,2h,无裂缝 耐热性 140℃,无流淌、气泡和滑动现象 6粘结强度(Ma) ≥04 不透水性 0.3MPa,30min,不透水 2.封层适宜喷酒量 雾封层适宜的喷洒量是保证雾封层的使用性能以及预防性养护效果的保证,过少不能达 到预防性养护的目的,过量则会引起滑溜以及产生其他病害。因此,在预防性养护雾封层中 适宜喷洒量是整个雾封层质量保证的前提。广东省出台的《广东省高等级公路沥青路面预防 性养护技术手册》地方标准中提出雾封层适宜的喷洒量为015:10L/m2。李春雷研究得出 同步洒布03:035kgm溶剂型乳化沥青与025g/m金刚砂抗滑材料,施工结束初期可使 路面抗滑性能提高到原来的60%。长安大学王朝辉在对我国雾封层典型实体工程进行系统 调查后,根据聚类分析和统计软件spss得到雾封层喷洒量集中在05:0g/m时所占比 例为64%,喷洒量在065:076gm之间的比例为20%,推荐了雾封层的原材料及用量 认为雾封层喷洒量为04:0.75g1m最宜 3.封层材料制备过程 雾封层材料制备一般采用一次热混合工艺,根据实验优化出的制备乳化沥青的工艺条件, 向沥青中加入稀释剂,再同乳化剂水溶液一起加入到胶体磨中进行乳化,得到乳化沥青:待 乳化结束时,立即加入一定量的改性剂、再生剂、水及添加剂继续混合搅拌5min,制得雾 封层材料,见图1
2.36mm 以下）；常用添加物为环氧树脂与橡胶粉等。一般选用水乳性沥青作为雾封层的主 要材料，同时还要根据具体的施工情况添加适量的还原剂提高封层材料的使用性能[8] 。对 于所选的水乳沥青必须经过稀释后才能使用，在此过程中正确的稀释顺序是将水添加至涂 料中，在搅拌均匀后对材料的性能进行检测，保证各项指标符合技术标准，见表 2。 表 2 典型雾封层材料技术标准 项次 测试项目 技术标准 1 外观 褐色或褐色均质液体，搅拌棒上不粘附任何颗粒 2 涂膜干燥性 表干 ≤ 4h ，实干 ≤ 8h 3 固含量（%） ≥ 80 4 断温柔性 -15℃，2h，无裂缝 5 耐热性 140℃，无流淌、气泡和滑动现象 6 粘结强度（MPa） ≥ 0.4 7 不透水性 0.3MPa ，30min，不透水 2.雾封层适宜喷洒量 雾封层适宜的喷洒量是保证雾封层的使用性能以及预防性养护效果的保证，过少不能达 到预防性养护的目的，过量则会引起滑溜以及产生其他病害。因此，在预防性养护雾封层中， 适宜喷洒量是整个雾封层质量保证的前提。广东省出台的《广东省高等级公路沥青路面预防 性养护技术手册》地方标准中提出雾封层适宜的喷洒量为 2 0.15 1.0L / : m 。李春雷研究得出 同步洒布 2 0.3 0.35 / : kg m 溶剂型乳化沥青与 2 0.25 / kg m 金刚砂抗滑材料，施工结束初期可使 路面抗滑性能提高到原来的 60%[9]。长安大学王朝辉在对我国雾封层典型实体工程进行系统 调查后，根据聚类分析和统计软件 spss 得到雾封层喷洒量集中在 2 0.5 0.65 / : kg m 时所占比 例为 64% ，喷洒量在 2 0.65 0.76 / : kg m 之间的比例为 20% ，推荐了雾封层的原材料及用量， 认为雾封层喷洒量为 2 0.4 0.75 / : kg m 最宜[10] 。 3.雾封层材料制备过程 雾封层材料制备一般采用一次热混合工艺，根据实验优化出的制备乳化沥青的工艺条件， 向沥青中加入稀释剂，再同乳化剂水溶液一起加入到胶体磨中进行乳化，得到乳化沥青；待 乳化结束时，立即加入一定量的改性剂、再生剂、水及添加剂继续混合搅拌 5min，制得雾 封层材料，见图 1
改性剂再生剂 沥青 稀释剂 胶体磨 特定性能乳化沥青 水、添加剂 乳化剂水溶 进一步研磨 制备材料 图1雾封层材料制备流程 (三)雾封层技术评价 由于雾封层在使用期内受到荷载、温度、湿度、辐射等作用,这些因素对雾封层耐久性 影响还存在复杂的协同作用,因此雾封层的使用寿命的评价仍然是现在的难点,我国现有规 范和指南尚没有对雾封层耐久性的评价,不能评价雾封层养护效果及使用寿命。为了保证雾 封层材料整体具有良妤的工作性能以及路用性能,李炜光等借鉴FAA(美国联邦航空管理 局)雾封层材料规范,从雾封层的施工工艺性能、耐久性能和使用性能三个方面,建立了完 善的雾封层评价体系,见图2,可为雾封层评价提供指导叫 雾封层评价体系 工艺性能 耐久性能 使用性能 燥 燃 耐|粘 间/性/油磨 时 抗冻融循 渗 水性 性 图2雾封层评价体系 三、雾封层技术研究现状 雾封层养护技术在我国起步较晚,在2004年度《第二届全国公路科技创新高层论坛》 上开始提出,此后雾封层作为高速公路早期预防性养护最有效的方法,在全国开始推广。 (一)含砂雾封层 含砂雾封层技术是为了解决传统雾封层抗滑性能差的问题,由普通的雾封层技术演变而 来,目前已在发达国家得到了广泛应用,其使用周期一般为24年2。含砂雾封层是由改性 乳化沥青、陶土、渗透剂、再生剂、阻燃剂等聚合物添加剂配置成的乳液,然后再添加
沥青 稀释剂 乳化剂水溶液 胶体磨 改性剂 再生剂 特定性能乳化沥青 水、添加剂 进一步研磨 制备材料 图 1 雾封层材料制备流程 （三）雾封层技术评价 由于雾封层在使用期内受到荷载、温度、湿度、辐射等作用，这些因素对雾封层耐久性 影响还存在复杂的协同作用，因此雾封层的使用寿命的评价仍然是现在的难点，我国现有规 范和指南尚没有对雾封层耐久性的评价，不能评价雾封层养护效果及使用寿命。为了保证雾 封层材料整体具有良好的工作性能以及路用性能，李炜光等借鉴 FAA（美国联邦航空管理 局）雾封层材料规范，从雾封层的施工工艺性能、耐久性能和使用性能三个方面，建立了完 善的雾封层评价体系，见图 2，可为雾封层评价提供指导[11] 。 雾封层评价体系 工艺性能 耐久性能 使用性能 干 燥 时 间 特 定 性 能 抗 冻 融 循 环 粘 附 性 耐 磨 性 裹 附 性 耐 燃 油 型 抗 滑 性 能 抗 渗 水 性 图 2 雾封层评价体系 三、雾封层技术研究现状 雾封层养护技术在我国起步较晚，在 2004 年度《第二届全国公路科技创新高层论坛》 上开始提出，此后雾封层作为高速公路早期预防性养护最有效的方法，在全国开始推广。 （一）含砂雾封层 含砂雾封层技术是为了解决传统雾封层抗滑性能差的问题，由普通的雾封层技术演变而 来，目前已在发达国家得到了广泛应用，其使用周期一般为 2-4 年[12]。含砂雾封层是由改性 乳化沥青、陶土、渗透剂、 再生剂、阻燃剂等聚合物添加剂配置成的乳液，然后再添加一
定比例的石英砂或橡胶颗粒作为骨料以增加摩擦摆值系数的一种沥青基材料-S 现阶段国内外对于含砂雾封层的研究主要集中在含砂雾封层的设计、含砂雾封层的性能 试验评价、含砂雾封层的工程应用效果三个方面。张静等从乳化沥青的黏度、含砂乳化沥青 混合料的储存稳定性、路用性能等性能要求设计开发了含砂雾封层高粘乳化沥青改性材料 并经试验验证具有较妤地抗水损害性和抗滑性6。李燕等依托济莱高速养护项目对含砂雾 封层原材料、混合料设计及现场施工工艺、效果进行了分析研究,认为含砂雾封层一定程度 上降低枃造深度,使路面处治前后摆式摩擦増大近30%左右,可以显著改善路面抗滑性能 I。吉增晖通过试验分析了含砂雾封层的抗滑性能、封水性能、抗老化性能,并经试验路铺 筑得出对于路面病害较多,构造深度较大的路段,采用含砂雾封层进行预防性养护能够有效 抗老化、防松散、美化路面1S。 由此可见,对传统雾封层技术进行技术改进,在雾封层乳液中加入一定比例的石英砂或 橡胶颗粒等形成的含砂雾封层能够昰著増加路面的摩擦摆值系数,进而改善路面的抗老化、 防松散和抗滑能力等。本文通过系统梳理国内含砂雾封层的典型工程应用情况,提出典型含 砂雾层的材料性能要求和工程应用范围,见表3所示。建议含砂雾封层的材料的技术标 准如表4~6所示。 表3含砂封层的工程应用范 公路等级 病害处治 高速公路、干线公路、桥表面、隧道路面 防水层 细小裂缝、骨料松散、轻微网裂、表层沥青流失 高速公路、干线公路等沥青面层 等病害防治 次等级公路、高速公路路肩、飞机场跑道、专用有效起到美化表观、防腐蚀、补充沥青损失等作 车道及停车场等沥青路面 表4典型含砂封层中沥膏基材料的技术要求 支术要求 残留物含量/% 残留物灰分/% 0~40 布式粘度(25℃)(Pa.s) ≥2.5 干燥时间(h)(60℃) ≤2 耐热性(100℃,2h) 无流淌、滑动、滴落 粘度强度(MPa) ≥0.12 表5含砂封层中砂技术要求标准 技术要求 项目 试验方法 机制砂 石英砂
定比例的石英砂或橡胶颗粒作为骨料以增加摩擦摆值系数的一种沥青基材料[13-15] 。 现阶段国内外对于含砂雾封层的研究主要集中在含砂雾封层的设计、含砂雾封层的性能 试验评价、含砂雾封层的工程应用效果三个方面。张静等从乳化沥青的黏度、含砂乳化沥青 混合料的储存稳定性、路用性能等性能要求设计开发了含砂雾封层高粘乳化沥青改性材料， 并经试验验证具有较好地抗水损害性和抗滑性[16] 。李燕等依托济莱高速养护项目对含砂雾 封层原材料、混合料设计及现场施工工艺、效果进行了分析研究，认为含砂雾封层一定程度 上降低构造深度，使路面处治前后摆式摩擦增大近 30%左右，可以显著改善路面抗滑性能 [17] 。吉增晖通过试验分析了含砂雾封层的抗滑性能、封水性能、抗老化性能，并经试验路铺 筑得出对于路面病害较多，构造深度较大的路段，采用含砂雾封层进行预防性养护能够有效 抗老化、防松散、美化路面[18] 。 由此可见，对传统雾封层技术进行技术改进，在雾封层乳液中加入一定比例的石英砂或 橡胶颗粒等形成的含砂雾封层能够显著增加路面的摩擦摆值系数，进而改善路面的抗老化、 防松散和抗滑能力等。本文通过系统梳理国内含砂雾封层的典型工程应用情况，提出典型含 砂雾层的材料性能要求和工程应用范围，见表 3 所示[17]。建议含砂雾封层的材料的技术标 准如表 4～6 所示。 表 3 含砂雾封层的工程应用范围 公路等级 病害处治 高速公路、干线公路、桥表面、隧道路面 防水层 高速公路、干线公路等沥青面层 细小裂缝、骨料松散、轻微网裂、表层沥青流失 等病害防治 次等级公路、高速公路路肩、飞机场跑道、专用 车道及停车场等沥青路面 有效起到美化表观、防腐蚀、补充沥青损失等作 用 表 4 典型含砂雾封层中沥青基材料的技术要求 试验项目 技术要求 残留物含量/% ≥ 40 残留物灰分/% 20～40 布式粘度（25℃）（Pa.s） ≥ 2.5 干燥时间（h）(60℃) ≤ 2 耐热性（100℃，2h） 无流淌、滑动、滴落 粘度强度（MPa） ≥ 0.12 表 5 含砂雾封层中砂技术要求标准 项目 技术要求 试验方法 机制砂 石英砂