彩色树脂抗滑薄层在高速公路互通立交匝道的应用研究

肖金军，吴 迪，罗国民，韩亚芳

（1、佛山市广佛肇高速公路有限公司 广东佛山 528000；2、广东建科交通工程质量检测中心有限公司 广州 510500）

1 研究背景

截至2019 年末，我国高速公路总里程已达到14.96 万km，位居世界第一位［1］。本文将高速公路坡道（长下坡、连续坡道）、急弯路段、弯坡组合、隧道出入口、匝道、收费站等易发生事故的路段定为特殊路段。在高速公路弯道、坡道、匝道等特殊路段，由于交通流量大、负荷重，路面抗滑性能衰减快，在下雨时极易形成水膜而导致车辆打滑［2］。同时由于特殊路段交通情况复杂，路面色彩单调，加剧驾驶疲劳，极易诱发交通事故，研究表明长时间注视黑色面层肾上腺素减少，产生压抑情绪［3-4］。

目前，针对高速公路匝道路面抗滑性能差、视认性差等特点，主要的改进工艺包括以下2个方向：

1.1 薄层沥青罩面

此方法主要是通过加铺2 cm厚沥青，对原磨损路面进行升级改造，提高路面的抗滑性能，这种工艺的优点是开放交通快，不需要养护，缺点是沥青层粘结强度低，加铺沥青层与原路面基面粘结效果差，容易出现罩面层脱落，抗滑衰减快。

1.2 高分子抗滑薄层

高分子抗滑薄层通过对原基面处理后加铺高分子粘结剂如环氧树脂或丙烯酸酯类，然后撒布2～4 mm抗滑骨料［5］。养护完成后则可明显提高路面的抗滑性能，这种工艺的优点则是粘结强度高、耐久性好、抗滑性能持久、面层颜色可通过骨料调，缺点是根据材料配方的不同养护时间差异较大，一般室温环境下都需要养护6～8 h［6～7］。

综上所述，高分子抗滑薄层相对于薄层沥青罩面具有粘结强度高、耐久性好、抗滑性能持久、颜色可调等优点。

2 工程概况

本项目的施工地点为广佛肇高速公路某互通匝道及收费站出入口，合计工程量6 000 m2，施工季节为冬季。广佛肇高速公路面层整体采用黑色沥青铺装，匝道互通区路面相对狭窄、弯度较大，属于长陡坡、半径偏小，存在较大的行车安全隐患。因此，对匝道面层采用彩色抗滑树脂薄层铺装可提高匝道本身的抗滑性和美观性。

该项目主要特点及技术难点如下：

2.1 低温施工

本次施工采用广东建科交通工程质量检测中心有限公司自主研发的环氧树脂薄层进行施工，环境温度在6～10 ℃。冬季施工环境温度较低，固化相对较慢。跟踪研究表明，低温施工的环氧薄层路面存在蜕皮病害风险。

2.2 基面为新铺沥青路面

本次施工前原沥青路面未通车，路面沥青层孔隙较大，摊铺过程中需要对用胶量进行合理控制，减少面层露底现象。

2.3 匝道弯陡、坡度较大

本次施工采用环氧树脂薄层摊铺车进行施工，由于匝道坡度大、弯道多，施工面层均匀性需严格控制。

3 室内试验

3.1 原材料

本文所用的环氧树脂薄层由A 树脂组分和B 固化剂双组分组成。项目所用的彩色陶瓷骨料单位粒径为（1.18～4.75 mm），其级配为粒径1.18～2.36 mm 的含量为35%，粒径2.36～4.75 mm 的含量为65%，且骨料干净、干燥、表面粗糙、无杂色，陶瓷颗粒不变色，不褪色，具体技术指标如表1所示。

表1 彩色陶瓷骨料技术指标Tab.1 Technical of indexes Colored Ceramic Aggregate

3.2 固化剂体系的选择

环氧树脂与固化剂固化后成三维网状结构，固化剂的存在对于固化反应及固化后的结构具有重要的影响。常用的环氧树脂固化剂有改性脂肪胺、咪唑类、酸酐类、改性芳香胺、酚醛胺等，对于这些固化剂已经应用于工业，对其研究也较深入，但是这些固化剂多适用于室温、中温或者高温条件下［8］。对于低温固化研究较少，冬季施工温度低于10 ℃，很多固化剂在使用过程中不能完全固化，或者固化时间较长，需要2～7 d，不适于道路铺装。通常交通养护领域需要保证施工时间短、快速开放交通，减少对于道路通行所造成的影响。

因此，我们根据实际应用需求选择了具有低温快速固化效果的固化剂J005H 以及改性腰果酚固化剂6032 配合使用。通过调节2 种固化剂的比例，测试其固化凝胶时间、表干时间、拉伸强度、断裂伸长率及拉伸剪切强度。不同配比固化剂对固化及力学性能的影响如表2 所示，0 ℃测试表明，随着改性腰果酚固化剂6032的比例降低，凝胶时间、表干时间逐渐增加，拉伸强度及拉伸剪切强度呈现先上升后下降的趋势。当固化剂J005H 与改性腰果酚固化剂6032 在1∶1 时，凝胶时间50 min，表干硬化时间100 min，即在0℃环境下施工后，满足2 h表干，在0 ℃24 h下的测试结果表明，拉伸强度为19.5 MPa，断裂伸长率为46.7%。

表2 不同配比固化剂对固化及力学性能的影响Tab.2 Effect of Different Proportion of Curing Agent on Curing and Mechanical Properties

3.3 树脂

胶结料性能指标及配方经室内试验对固化剂筛选后，可满足低温环境下快速固化，双组分比例为m（A 组份）∶m（B 组份）=1.00∶0.75，混合后形成粘结强度高、力学性能优良、耐久性好的胶粘剂，主要技术指标如表3 所示，拉伸强度、粘结强度、断裂延伸率、钢-钢粘结强度、钢-钢拉伸抗剪强度分别达到20.5 MPa、3.0 MPa、49.7%、15.5 MPa和11.8 MPa。

表3 树脂胶结料主要技术指标Tab.3 Main Technical Indexes of Resin Binder

3.4 低温固化路面胶配方

通过筛选固化剂比例及力学性能测试得出，较合理的低温固化环氧树脂薄层路面胶配方如表4 所示。其中，A 组分在已有研究的基础上，通过添加增韧剂QS-P24F 提高路面胶韧性；通过添加偶联剂KH-550增加路面胶与基面的粘结力，从而提高路面胶的耐久性。

表4 低温固化环氧树脂薄层路面胶配方Tab.4 Formula of Low-temperature Curable Epoxy Thin Layer

4 路用试验研究

高速公路匝道采用彩色路面铺装，丰富的色彩及图案组合可与高速公路沥青路面形成鲜明对比，显著减少视觉疲劳，有效起到警示、引导作用，促使驾驶人员在匝道、弯道减速慢行，减少交通事故的发生［9］。

4.1 骨料用量控制

因原路面为新铺沥青路面面层孔隙较大，通过试验段施工测试骨料用量、胶水用量与基层构造深度的关系（见图1），确保摊铺后面层整洁、不露底、不泛胶。经过面层摊铺试验测试表明，在构造深度分别为0.9 mm、0.8 mm、0.7 mm、0.6 mm、0.5 mm 时，陶瓷骨料用量分别为8.0 kg/m2、7.5 kg/m2、7.0 kg/m2、6.5 kg/m2、6.0 kg/m2，胶水用量为1.75 kg/m2、1.70 kg/m2、1.65 kg/m2、1.60 kg/m2和1.50 kg/m2。在此骨料、胶水用量和构造深度的匹配下，施工后不泛胶，骨料可以被粘结牢固，摊铺后面层整体较为平整，应用效果较好。经测试，新铺沥青面层大部分区域构造深度为0.7 mm，因此施工时选择陶瓷骨料用量为7 kg/m2，胶水用量为1.65 kg/m2，施工后，局部构造如图2所示。

图1 构造深度与骨料、胶水用量关系Fig.1 The Relationship between the Depth of the Structure and the Amount of Aggregate and Glue

图2 摊铺后面层局部效果Fig.2 Partial Effect of the Back Layer of Paving

4.2 工程应用效果

应用结果表明，高速公路匝道内采用彩色防滑施工既可以满足抗滑需要提高路面的摩擦力，又可满足匝道美观、整洁、大方的需求。红色常用来作为警告、危险、禁止等标示用色，绿色给人直观感觉是柔软、舒适、安全［10］。因此，广佛肇高速公路某匝道采用红色面层为主干车行道，绿色为辅道，提示匝道减速缓行。施工完的效果如图3所示。

图3 高速公路匝道入口和出口Fig.3 Freeway Ramp Entrance and Exit

4.3 抗滑系数

摊铺前原沥青面层和加铺彩色树脂薄层后摆式摩擦系数如表5 所示。由检测结果可知，原沥青面层干燥和潮湿状态的摩擦系数分别为76 和56，彩色抗滑层干燥和潮湿状态的摩擦系数分别为90 和72。加铺薄层后与原沥青路面比较可知，加铺彩色抗滑层后干燥状态和潮湿状态摩擦系数分别提升18.4%和28.6%。说明加铺彩色树脂抗滑层后，面层抗滑性能得到大幅度提升，可进一步提升高速公路匝道的安全性能。

表5 摆式摩擦系数Tab.5 Pendulum Friction Coefficient

4.4 粘结强度

为测试彩色抗滑层与沥青基面的粘结性能，将彩色抗滑层铺装于匝道路面正常养护后，进行现场拉拔试验。试验方法为先在新铺彩色抗滑层上用取芯机切出1道直径为50 mm，深度为8～10 mm 的环形槽；然后用AB 结构胶将拉拔头固定在彩色抗滑层上，等待结构胶固化30 min后进行拉拔。

彩色树脂抗滑层与沥青基面粘结强度测试结果如表6所示，测试结果表明，彩色抗滑层与沥青基面的粘结强度为0.78 MPa，破坏形式均为沥青基面破坏，表明界面与铺装层粘结强度均大于沥青本体强度，保证了在道路使用过程中不会因彩色抗滑层粘结效果差造成层间脱皮或者局部剥落现象。

表6 彩色抗滑层与沥青基面粘接强度Tab.6 Adhesive Strength of Color Anti-slip Layer and Asphalt Base Surface

5 结论

针对广佛肇高速公路匝道互通区路面狭窄、车道弯度大、半径小，行车存在较大安全隐患的问题。通过现有工艺对比分析，对匝道加铺彩色树脂抗滑层进行路面抗滑升级改造。

⑴本次施工环境为低温施工，经室内试验研究后，可满足低温环境下快速固化，施工后2 h 表干；经测试表明拉伸强度、粘结强度和断裂延伸率分别达到20.5 MPa、3.0 MPa和49.7%；

⑵因施工基面为新铺沥青路面表层孔隙较大，通过控制骨料、胶水用量确保摊铺后面层平整、不泛胶、不露底，经测试新铺沥青面层大部分面积构造深度为0.7 mm，因此施工时选择陶瓷骨料用量为7 kg/m2，胶水用量为1.65 kg/m2，施工后，整体应用效果良好；

⑶经验收测试表明，加铺彩色树脂抗滑层后，可明显提高路面的警示性、摩擦系数，缩短制动距离，增加车辆通行的安全性。