Thus极薄磨耗层在抗滑养护中的应用研究

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(1.广东华路交通科技有限公司，广东 广州 510420； 2.广州大学 土木工程学院,广东 广州 510006)

0 引言

广东省高速公路隧道路面多为水泥混凝土路面结构型式，而水泥混凝土路面宏观构造和微观纹理在通车不久后逐渐被磨损，路面抗滑问题便凸显出来。针对隧道水泥混凝土路面抗滑问题，较常用的养护方法为横向刻槽法，但其施工环境差且使用时间较短。随着省内高速公路事业的飞跃发展，养护管理任务日趋繁重，Thus极薄磨耗层作为一种新型、高效的抗滑养护手段应运而生[1-3]。

Thus极薄磨耗层以改性沥青为粘结料、采用2.36～4.75 mm处断开的级配设计方法以形成稳定的骨架结构，可快速开放交通，可显著提高原路面的抗滑性能[4,5]。

目前，超薄树脂抗滑层的养护工程在湖北省襄荆高速有试验路应用，关于其在隧道路面的应用还未见报道[6]。

针对广东省GL高速公路某隧道水泥混凝土路面抗滑问题，养护部门选用Thus极薄磨耗层对其进行了抗滑养护。依托实体工程，对试验路段进行了跟踪观测，应用多种检测方法和测试手段研究了其抗滑性能及抗滑衰减规律，结果表明其可快速恢复水泥混凝土路面的抗滑性能，且具有抗滑稳定性。

1 原材料

1.1 粗集料

粗集料是指粒径大于4.75 mm 的集料，选用的粗集料为玄武岩碎石，具体性能指标与测试结果见表1。

表1 粗集料性能指标与测试结果类别表观相对密度表干相对密度毛体积相对密度洛杉矶磨耗损失/%含泥量/%集料间隙率/%吸水率/%技术要求实测实测实测≤28 ≤1 实测≤2 测试结果3．0012．9732．859 15．6 0．61843．1 1．58(T0304-2005)(T0304-2005)(T0304-2005)(T0317-2005)(T0310-2005)(T0309-2005)(T0307-2005) 注：括号内为测试方法。

1.2 细集料

细集料是指粒径小于4.75 mm 的集料，选用的细集料为机制砂，具体性能指标与测试结果如表2所示。

表2 细集料性能指标与测试结果类别表观相对密度表干相对密度技术要求≥2．50 实测测试结果 2．8412．764(T0330-2005)(T0330-2005)毛体积相对密度吸水率/%砂当量/%实测≤2 ≥602．712 1．68 86(T0330-2005)(T0330-2005)(T0334-2005) 注：括号内为测试方法。

1.3 矿粉

矿粉性能指标与测试结果如表3所示。

1.4 改性沥青

选用SBS(Ⅰ—D)改性沥青，具体性能指标与测试结果见表4。

1.5 添加剂

在SBS改性沥青的基础上，复配添加剂，以保证沥青达到所需的黏度、软化点。添加剂掺加量为1.5%，掺加添加剂后沥青关键技术指标的测试结果见表5。

表3 矿粉性能指标与测试结果类别表观密度0．6mm筛孔通过率/%技术要求实测100测试结果2．780100(T0352-2000)(T0351-2000)0．075mm筛孔通过率/%加热安定性>75实测记录 96颜色无明显变化(T0351-2000)(T0355-2000) 注：括号内为测试方法。

表4 沥青技术要求及试验值类别135℃旋转黏度/(Pa·s)针入度(25℃，100g，5s)/(10-1mm)软化点(环球法)/℃薄膜烘箱加热试验残留物质量变化/%针入度比(25℃)/%延度(5℃)/cm技术要求≤3≥20≥60-1．0～1．0≥65≥15试验值1．75390-0．0259026

表5 沥青关键技术指标试验值135℃旋转黏度/(Pa·s)针入度(25℃，100g，5s)/(10-1mm)软化点(环球法)/℃薄膜烘箱加热试验残留物质量变化/%针入度比(25℃)/%延度(5℃)/cm2．14994-0．0288324(T0625-2011)(T0604-2011)(T0606-2011)(T0609(1)-2011)(T0609(2)-2011)(T0605-2011) 注：括号内为测试方法。

2 Thus配合比设计

Thus极薄磨耗层配合比设计方法不同于传统的热拌沥青混合料的设计方法，确定Thus极薄磨耗层的最佳沥青用量依赖于系统体积特性的建议要求和油膜厚度指标，为确保极薄磨耗层稳定的抗滑性能，根据干涉理论和工程经验，采用2.36～4.75 mm处断开的级配设计方法并增加了6.3 mm 的级配控制点以形成稳定的骨架结构和较大的空隙率。合成级配如表6所示。

表6 极薄磨耗层合成级配类别通过筛孔(方孔筛/mm)质量百分率/%9 56 34 752 361 180 60 30 0150 075上限1001003030201612108下限100801816128653设计值1009228231611986

采用油膜厚度确定沥青的用量范围，在此基础上，分别采用油石比3.5%、4.0%、4.5%、5.0%和5.5%进行试验，根据体积指标计算Thus的各物理指标，最终确定最佳油石比为4.6%。

3 室内性能试验研究

广东省气候条件高温多雨，本文重点研究极薄磨耗层的高温稳定性和水稳定性能。

3.1 水稳定性

成型标准马歇尔试件，双面击实50次，每组4个试件，进行肯塔堡浸水飞散试验和冻融劈裂试验，试验结果如表7所示，表中试验数据为4个试件的试验结果的平均值。

表7 肯塔堡浸水飞散试验结果%试验项目浸水飞散损失冻融劈裂试验强度比肯塔堡浸水飞散试验8．6冻融劈裂试验89

由表7可得，浸水飞散损失为8.6%，冻融劈裂试验强度比为89%，均满足Thus极薄磨耗层设计要求。表明Thus极薄磨耗层具有优良的水稳定性能。

3.2 高温稳定性

采用车辙试验评价Thus极薄磨耗层的高温性能。成型3块车辙板，试验温度为60 ℃，试验结果如表8所示。

表8 车辙试验结果车辙深度/mm45min60min动稳定度/(次·mm-1)1 7121 8054231

由表8可得，Thus极薄磨耗层的动稳定度为4231次/mm，满足设计要求。表明Thus极薄磨耗层具有优良的高温稳定性能。

4 施工特点

Thus极薄磨耗层采用热拌热铺同步摊铺工艺，摊铺速度为12～30 m/min，施工完成后30 min便可开放交通，对交通影响小。

5 路用性能检验

广东省GL高速公路某隧道双向六车道，路面结构为隧道基岩上铺筑15 cm半刚性基层，面层为24 cm的水泥混凝土。

通车约2.5 a后，车流量日趋增大，在特重交通的作用下，水泥混凝土路面宏观构造和微观纹理磨损较为严重，慢车道和主车道的抗滑问题较为突出。

针对抗滑问题，养护部门在2014年抗滑预防性养护专项工程中，采用Thus极薄磨耗层对其进行养护，于隧道中部的慢车道和主车道分别选取约785 m路段进行试验路铺筑，铺筑厚度12 mm。

为检验Thus极薄磨耗层的使用效果，笔者对785 m试验路段进行了跟踪观测，并应用横向力系数检测车、摆式摩擦系数测定仪及手工铺砂法从多个角度评价其使用效果。

5.1 摆式摩擦系数BPN

采用摆式摩擦系数测定仪对Thus极薄磨耗层路段工后的干燥和潮湿状态下的路面抗滑值(BPN)进行了检测，通过0.5、1.0、1.5 mm这3种水膜厚度来模拟3种不同的潮湿状态，并与刻槽的原水泥混凝土路面进行对比，检测结果见表9所示。

表9 干湿状态下的BPN检测值水膜厚度/mmBPN值隧道刻槽水泥混凝土路面极薄磨耗层0 56920 545731 042641 54059

由表9可得，原刻槽水泥混凝土路面干燥、潮湿状态下的BPN值分别为56、45、42、40，潮湿状态下的BPN值已临近或不满足规范不小于45的要求。

经处治后，其BPN值显著大于未经处置的隧道刻槽水泥混凝土路面，干燥状态下、0.5 mm水膜厚度、1.0 mm水膜厚度、1.5 mm水膜厚度的Thus极薄磨耗层BPN值较隧道刻槽水泥混凝土路面分别增加了64%、62%、52%、48%。随着水膜厚度的增加，BPN增加的幅度逐渐减小。

对极薄磨耗层进行了跟踪观测，观测过程中检测干燥和潮湿(0.5 mm水膜厚度)2种状态下的BPN值，结果如表10所示。

表10 BPN检测值跟踪观测结果通车时长/月BPN值干燥潮湿092721866868365128265

如表10可得，采用极薄磨耗层处治后，原路面的抗滑性能得到大幅度提升。通车1 a后，虽有下降，但仍旧维持在较高水平。干燥状态下BPN保持在82左右，潮湿(0.5 mm水膜厚度)状态下BPN保持在65左右。

5.2 构造深度TD

采用人工铺砂法对785 m试验路段的构造深度进行了跟踪观测，每次检测共测试10个断面，每个断面测试3个点位。检测结果如表11所示。

表11 试验段构造深度TD试验结果时长/月平均值/mm标准差变异系数/%断面数/个01．610．052．111．550．163．81061．460．154．4121．450．154．9

由表11所示，极薄磨耗层的构造深度随着通车时间的增加呈现先减小后趋于稳定的趋势。工后构造深度为1.61 mm，工后1个月构造深度为1.55 mm，通车1个月内下降幅度较小；通车6个月和12个月的构造深度分别为1.46 mm和1.45 mm，构造深度变化幅度小，趋于稳定。表明采用2.36～4.75 mm处断开的级配设计方法能有效避免极薄磨耗层抗滑性能的迅速衰减。

5.3 横向力系数SFC

采用横向力系数测试车对极薄磨耗层路段工前1个月、工后1个月、工后1 a的超车道及主车道横向力系数(SFC)进行了检测，如表12所示。

原水泥路面主车道和超车道SFC已经低于或临近《公路技术状况评定标准》(JTG H20—2007)规定的临界值40，养护处治后1个月，SFC均提高了30，抗滑性能显著提升；运行1 a后，SFC仍维持在较高水平。

表12 极薄磨耗层路段车道抗滑性能类别SFC工前1个月工后1个月工后1a主车道386865超车道407067

综合摆式摩擦系数BPN、构造深度TD及横向力系数SFC的跟踪观测结果可得，超薄树脂抗滑层可以显著提高原路面的抗滑性能，并能在一定时间内维持在较高水平。

5.4 平整度IRI

采用多功能检测车对极薄磨耗层路段工前1个月、工后1个月主车道平整度(IRI)进行了检测，检测结果如表13所示。

表13 极薄磨耗层路段主车道平整度 (m·km-1)桩号IRI工前工后1个月K1+4753 351 37K1+6002 641 21K1+7003 171 42K1+8002 551 49K1+9002 931 41K2+0003 191 35K2+1003 291 80K2+2003 262 06平均值3 051 51

由表13可得，实施极薄磨耗层处治后，平整度IRI由工前3.05下降为1.51，平整度有较大幅度的提升。

6 结语

本文开展了极薄磨耗层在隧道水泥混凝土路面抗滑养护中的应用研究，依托GL高速公路某隧道水泥混凝土路面专项养护工程项目，进行了室内材料检测及高温、水稳定性能试验，并对实体工程进行跟踪观测，通过摆式摩擦系数BPN、构造深度TD及横向力系数SFC的综合检测评价及平整度IRI评价，结果表明极薄磨耗层可显著提高原路面抗滑性能，并在一定时间内维持较高水平，具有良好的应用前景。

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