快干型彩色抗滑MMA薄层制备及应用

闫兆柏，王 杰，周启伟，翁士晓，毛志鹏

(1.浙江温州甬台温高速公路有限公司，浙江 温州 325000； 2.重庆市智翔铺道技术工程有限公司，重庆 400067)

0 引 言

目前，常用的预防性养护技术有含砂雾封层、碎石封层、微表处、超薄层罩面、排水路面OGFC、沥青路面再生等[1-6]。MMA(Methyl Meth Acrylate)预防性养护技术采用无溶剂的高强度改性MMA树脂作为胶结料，因为具备优异的路用性能而备受道路研究者关注[7-10]。近年来，以MMA树脂为基体的彩色抗滑MMA涂料在高速公路隧道口、大弯道路段有越来越广泛的应用。肖燕等[11]指出了MMA抗滑磨耗层就是采用一种硬度极高的单一粒径石料均匀撒布在树脂黏结料表面，其摩擦摆值高于普通路面约20 BPN。根据英国一项调查的结果，摩擦摆值每提高10 BPN，雨天事故率就会降低13%。目前，国内外学者对彩色薄层铺装的研究基本都是针对胶结料或者混合料某项性能的提升而进行，缺乏对彩色薄层铺装路用性能的系统评价。

鉴于此，制备了快干型彩色抗滑MMA薄层，并在G15沈海高速4座隧道洞口实施了6 000 m2的彩色抗滑MMA薄层试验段施工。通过全面评价了快干型彩色抗滑MMA薄层的路用性能，为快干型彩色抗滑MMA薄层的进一步推广应用奠定了坚实基础。

1 原材料与制备方法

快干型彩色抗滑MMA薄层的原材料包括单组分改性MMA树脂、催化剂、集料、填料、颜料。单组分改性MMA树脂为自制的改性聚甲基丙烯酸甲酯树脂；集料选用优质陶瓷颗粒，具有优良的抗压、耐磨耗及抗冲击性能，填料为硫酸钡，颜料为黄色粉。依据《塑料拉伸性能的测定》(GB/T 1040.1—2006)中的相关规定，对主要原材料进行相关性能测试，结果见表1、2。

表1 单组分改性MMA树脂技术要求

表2 陶瓷颗粒技术性能指标

快干型彩色抗滑MMA薄层的制备流程如下。

(1)准备洁净且无杂质的陶瓷颗粒、填料及颜料，烘干备用。

(2)按一定比例称取改性MMA树脂、催化剂及填料，掺入颜料后拌合均匀。

(3)将拌合均匀的快干型彩色抗滑MMA混合料倒入试模中。

(4)按一定比例称取陶瓷颗粒，并均匀撒布于试模上，无需碾压，待混合料完全固化后清理多余的陶瓷颗粒，最后将试件在室温环境中养生，即得彩色抗滑MMA薄层试件，性能指标见表3。

表3 彩色抗滑MMA薄层路用性能技术指标

2 填料、催化剂对胶结料性能的影响

2.1 填料对树脂性能的影响

彩色抗滑MMA薄层采用滚涂施工工艺，因此胶结料的黏度对滚涂施工效果至关重要。笔者研究了不同填料添加量对改性树脂力学性能及黏度的影响，从而确定了填料的最佳含量比例，结果见表4。

表4 填料添加量对改性树脂性能及黏度的影响

由表4可知，改性树脂的拉伸强度随填料含量的增加而略微增加，断裂伸长率随填料的增加呈显著下降趋势。另外，填料对改性树脂黏度的影响较大，40%填料添加量可使材料的黏度增加至3 030 MPa·s。为达到最佳滚涂施工效果，要求胶结料的黏度值范围为1 000～3 000 MPa·s。综合考虑混合料成本、力学性能、施工合理性等因素，填料添加量选定为30%。

2.2 催化剂含量对可拌合时间影响

MMA材料固化成型过程属自由基聚合，催化剂含量对材料的凝胶、固化时间起直接作用，因此通过调控不同催化剂含量，确定了混合料在可操作时间内的最佳催化剂用量，测试结果见表5。

表5 不同催化剂含量下的可拌合时间

由表5可知，随着催化剂含量的增加，彩色抗滑MMA薄层混合料的可拌合时间逐渐缩短，当催化剂含量大于3%时，快干型彩色抗滑MMA薄层混合料的可拌合时间均在技术指标范围内。因此，充分考虑滚涂施工对可操作时间的要求，确定快干型彩色抗滑MMA薄层的催化剂最佳含量为3%，此时混合料可拌合时间为30 min，满足施工要求。

3 试验段铺筑

基于上述室内研究与长期累积的工程实践经验，课题组采用快干型彩色抗滑MMA薄层材料在G15沈海高速4座隧道洞口实施试验段施工，试验段面积为6 000 m2，施工流程包括基面处置、胶结料滚涂施工、集料撒布、路面养护及开放交通。

3.1 基面处置

施工前，需对基面进行抛丸预处理，确保基面干燥、整洁、无油污，项目组采用道路养护专用抛丸机与强力吹风机对基面泥垢、油污进行清理，如图1所示。

图1 基面处置

3.2 胶结料滚涂施工

将单组分改性MMA树脂、填料、颜料、催化剂按一定比例倒入混合料料斗中，并使用专业搅拌设备搅拌3 min，然后由专业施工人员实施滚涂施工，如图2所示。

图2 滚涂施工

3.3 撒布陶瓷颗粒

在滚涂施工的同时，将烘干的洁净陶瓷颗粒均匀撒布于胶结料面层。由于陶瓷颗粒自身质量原因，撒布在胶结料面层上时会部分嵌入其中，待材料完全固化后形成均匀薄层，整个陶粒撒布过程无需碾压，如图3所示。

图3 集料撒布

3.4 养护及表面清扫

施工完成后，对试验路段进行1 h封闭养护(图4)，待材料完全固化且达到最终强度后开放交通(图5)。由于试验段所用MMA材料属快速固化的反应型高分子材料，自由基的连锁聚合反应使材料能够快速固化成型(固化时间为1 h)，养护1 h便能形成最终强度，从而满足快速开放交通的要求。此外，由于人工撒布陶瓷颗粒存在施工精度问题，因此在材料完全固化后，需对表面松散的陶瓷颗粒进行清扫。

图4 路面养护

图5 开放交通

4 彩色抗滑MMA薄层路用性能评价

4.1 耐磨性评价

彩色抗滑MMA薄层路面在使用后，将长期经受车轮磨耗以及雨水等的侵蚀，故研究快干型彩色抗滑MMA薄层的耐磨耗性能具有重要意义。依据《色漆和清漆耐磨性的测定 旋转橡胶砂轮法》(GB/T 1768—2006)中的测试方法，对彩色抗滑MMA薄层的耐磨性进行间接评价，具体试验结果如表6所示。由表6可知，快干型彩色抗滑MMA薄层的磨耗损失量极小，试验值为35.4mg，远低于技术要求，间接表明其耐磨性能优异。

表6 彩色抗滑MMA薄层耐磨性检测结果

通过对试验段通车8个月后的路面表面磨损与掉粒情况进行监测，从实际应用效果直接评价彩色抗滑MMA薄层的耐磨性能。监测结果表明：通车8个月后，彩色抗滑MMA薄层的表面无磨损与掉粒，薄层的耐磨性良好，如图6所示。

图6 通车8个月后的路面表观

4.2 抗滑性能检测

快干型彩色抗滑MMA薄层应具有良好的抗滑性能，以保障隧道洞口处的行车安全性。参考《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTG E20—2011)，采用摆式摩擦仪评价彩色抗滑MMA薄层的抗滑性能，试验结果见表7。

表7 彩色抗滑MMA薄层抗滑性与构造深度检测结果

由表7可知，在胶结料面层上撒布抗滑陶瓷颗粒后，路面抗滑值有明显提高，彩色抗滑MMA薄层的抗滑性能优异，检测结果均在70 BPN以上，试验结果均满足规范《公路工程质量检查评价标准》(JTG F80/1—2012)中的要求，且处于较高水平，比SMA路面的抗滑摆值提高29.4%。另外，沥青混合料和彩色抗滑MMA薄层的构造深度均满足路面技术规范要求，彩色抗滑MMA薄层的构造深度比SMA沥青混合料铺层提高39%，这充分说明彩色抗滑MMA薄层在客观上提高了行车的安全系数。

4.3 平整度检测

彩色抗滑MMA薄层在施工过程中的重要一环是集料的撒布。集料撒布不均匀会严重影响路面平整度，进一步影响行车舒适度。另外，彩色抗滑MMA薄层对原路面的轻微车辙、凹陷病害有改善作用。对本次隧道口彩色抗滑MMA薄层的平整度进行了检测，结果见表8。

表8 彩色抗滑MMA薄层平整度和构造深度测试结果

表8的检测结果表明：试铺路段平整度合格率为100%，行车舒适性优良。试验段铺筑完成4个月后，醒目的黄色提醒驾驶人员谨慎驾驶，隧道口未发生追尾等事故。

4.4 渗水系数检测

彩色抗滑MMA薄层除了应具备优异的抗滑性、耐磨性之外，还应具备良好的密水性，从而减少路面水损坏，延长道路服役寿命。对试验段路面进行渗水系数检测，结果如表9所示。

表9 渗水系数测试结果 mL·min-1

由表9可知，彩色抗滑MMA薄层的渗水系数明显低于原路面(SMA)，均值从19.20 mL·min-1降低到0.42 mL·min-1，路面抗渗水性提高97.8%，表明彩色抗滑MMA薄层可显著提高路面密水性，从而减少路面水损坏，提高路面耐久性。

综上所述，采用彩色抗滑MMA薄层技术不但可以通过显著的色彩缓解驾驶员的视觉疲劳，还提高了原路面的抗滑性能、构造深度和密水性，并未降低原路面的平整度。同时，彩色抗滑MMA薄层可拌合时间为30 min，养护时间为1 h，养护施工效率高，尤其适用于大流量高速公路。

5 结 语

隧道洞口处是交通事故发生率较高的路段，洞口处色彩辨识度及路面抗滑性是两大重要影响因素。本文基于隧道洞口处色彩辨识度低及洞口处路面抗滑性较差等现状，结合彩色防滑路面色彩鲜明、诱导性与警示性强等特点，开发出色彩辨识度高、抗滑性能优异的快干型彩色抗滑MMA薄层，并将其成功应用于隧道路面铺装，解决了目前隧道洞口处面临的难题。开发的彩色抗滑MMA薄层力学性能优异，各项路用性能均满足路面材料技术指标要求，具有工程推广应用价值。

另一方面，彩色抗滑MMA薄层的耐磨性与耐久性难以通过室内试验定量判断，故在对其进行评价时应结合实际铺装路面的使用情况，如可对薄层在使用若干年后的磨损、掉粒情况进行统计分析，进一步直接评价快干型彩色抗滑MMA薄层的耐磨性。