刘文超
摘要:采用含砂雾封层技术对公路进行养护,有利于提高公路养护的效果,延长公路的使用寿命。从乳化沥青、胶乳、骨料等方面,对含砂雾封层的组成设计进行总结,并从抗滑方面对应用效果进行分析。研究结果表明:采用含砂雾封层技术开展沥青路面预防性养护,路面抗滑性能可得到显著改善,有利于提高沥青路面的抗滑性能和使用寿命。
关键词:沥青路面;含砂雾封层技术;抗滑
0 引言
路面抗滑性能是反映和保障公路行车安全的重要技术指标之一。在公路沥青路面使用过程中,随着运营时间的逐渐增长,在车辆轮胎摩擦,路面材料老化等因素的影响下,沥青路面的抗滑性能也不可避免地逐渐衰退,这不但影响公路使用的舒适性和安全性,也会增加养护成本,縮短公路的使用寿命。因此,对于使用年限较久,并开始出现早期病害的沥青路面,可采用含砂雾封层技术进行预防性养护,这对于提高沥青路面的使用性能和使用寿命,具有重要的意义。
1 含砂雾封层主要材料
1.1 乳化沥青
沥青路面所使用的黏结材料以聚氨酯树脂、甲基丙烯酸树脂、环氧树脂为主。考虑超薄抗滑层和特殊喷涂工艺的需要,该研究选择应用乳化沥青作黏结料开展试验,其指标参数具体如表1所示。
为提高含砂雾封层的抗滑性能,在养护施工过程中,需要对黏结材料的喷涂量进行控制。喷涂量不足,细骨料黏附性会受到影响,不利于保持路面良好的纹理构造,也不能得到较好的抗滑性能。喷涂过多,将造成原有路面宏观构造被过度掩盖,在路面积水或潮湿的状态下行驶,路面摩擦系数大幅降低,不利于车辆行驶安全。
1.2 胶乳
为使细骨料较好粘结在沥青路面,可以在乳化沥青中加进一定量的增黏剂,以保证其良好的黏结性能。该研究选用的增黏剂为胶乳,其具有下述特点:储存稳定性较好,方便运输储存;具有较佳的耐盐、耐碱、耐酸、臭氧老化、耐日光、耐化学试剂的特性;具有较强的黏结性能,抗渗性强,防御水损害特性较好;高低温稳定性良好,涂层耐磨性较好;来源广泛,制作容易,经济性好。
1.3 骨料
含砂雾封层中骨料通过黏结剂黏附于路面,构成微观纹理状态,形成较好的抗滑层。含砂雾封层骨料宜选择应用单一粒度骨料,原因有如下3点:
单一粒度在级配设计和生产制料上相对简便,喷涂过程中也不易发生离析,成型后路面的细骨料颗粒更均匀分布,路容相对更美观。单一粒度细骨料路面,铺摊更均匀,新铺面与原骨料之间会构成良好的疏水通道,更利于排出路面积水,利于雨天驾驶安全。单一粒度细骨料路面,利于构成比较大的胎路接触面积。
试验研究显示,0.15~0.6mm细骨料对路面抗滑性能的衰变影响较大,因此该研究选择在此细骨料粒度条件下开展试验分析。
2 含砂雾封层组分设计
组分用量影响成型路面的性能,需要通过试验,对含砂雾封层的组分用量进行设计和控制。
2.1 黏结剂用量
按比例掺入乳化沥青、改性剂、添加剂复合构成黏结剂,按32cm×50cm的面积确定最优喷涂应用量。如对于AC-13路面板,磨损区分别喷涂100g、75g、50g、25g、5g的黏结剂剂量,并均匀播撒金刚砂30g,然后对新路面板开展抗滑性能评估。
试验结果显示,伴随黏结剂应用量的增加,细骨料的有效黏附越来越多,抗滑性能获得提升并逐步达到最佳状态。喷涂阶段黏结剂呈流动状态,细骨料易下沉,不能充分滞留于涂层表面而有助于形成粗糙路面,影响抗滑性能。综合考虑抗滑、路容美观、经济性等因素,AC-13路面按0.30~0.35kg/m2的剂量喷涂黏结剂,可获得理想的路面抗滑性能。SMA路面和多空隙排水降噪(OGFC)路面的间隙较大,宏观构造相对丰富,为此需要适当增加喷涂量。试验结果显示,SMA路面和OGFC路面按0.40~0.45kg/m2的剂量喷涂黏结剂,可获得较好的路面抗滑性能。
2.2 细骨料粒度
细骨料粒度是影响抗滑衰减率的主要要素,特别是对0.15~0.60mm骨料粒度的影响尤为明显。该研究选择的细骨料粒度分别为0.6mm、0.3mm、0.15mm。基于同一沥青试样板开展试验,将喷枪连接气泵,待达到稳定气压后,向储存瓶均匀倒入黏结剂。
为保证试板充分黏结细骨料,采取下述操作流程:应用喷枪清理路面,确保板面清洁;注入黏结剂,在板面均匀喷涂,至板面稍微泛油光;在涂好黏结剂的面板上,均匀喷洒各档细骨料;细料喷洒后,复喷黏结剂,使黏结剂完全裹覆细骨料并牢固黏结在面板上。
试验中,因为喷枪的出气压力比较大,0.6mm细骨料在复喷过程中容易被冲散,发生局域缺失、局域集聚现象,造成颗粒分布不够均匀。在黏结剂影响下,0.15mm骨料容易流动成团,难以获得较好的微观纹理。为了防止出现此问题,最终的细骨料选用0.3mm金刚砂。
应用金刚砂作为抗滑骨料具有下述优势:抗冲击、抗高温、耐腐蚀、导热性能良好;与胶乳、乳化沥青的黏附性较好,不易发生脱落;密度比较大,不易被喷枪冲散离析,能最大程度保证路面成型后颗粒均匀分布;强度高,抗腐蚀性强,对环境基本无污染;来源广泛,价格便宜,方便运输。
2.3 细骨料
细骨料的应用量,应满足目标级配设计,并在应用周期内能形成良好的磨损细骨料补充。在确定黏结剂最优应用量的基础上下,选择0.3mm金刚砂,分别按60g、45g、30g、15g、0g控制应用量。采用摆式仪开展抗滑性能检测分析。
AC-13路面中黏结剂喷涂为50g,分别播撒60g、45g、30g、15g、0g金刚砂,基于摆值和摩擦系数作为抗滑性能评估指标,开展路面纹理分析。金刚砂应用量对路面抗滑性能的影响见表2。从表2可知,摆值指标和摩擦系数指标均随金刚砂应用量的增加先增大后降低,并趋向稳定的发展状态。
微观构造和宏观构造共同构成路面抗滑性能,前者主要提供低速行车摩擦力,后者主要提供高速行车摩擦力和路面积水排放。微观和宏观构造是营造路面良好功能的前提。逐步加大金刚砂用量,会造成原有宏观构造数量大幅度降低,虽然低速条件下摆值可在一定程度提高,但也为高速行车带来安全风险。试验获得的推荐含砂雾封层材料参数如表3所示。
3 含砂雾封层技术应用效果分析
3.1 抗滑恢复性能分析
对磨损后的AC-13、SMA-13、OGFC-13沥青路面面板实施喷砂雾封层处理,然后应用检测设备对纹理构造及抗滑性能变化开展分析。
3.1.1 抗滑指标分析
用摩擦系数检测仪、摆式仪,对3块磨后AC-13、SMA-13、OGFC-13喷砂沥青面板开展抗滑性能测试,并进行数据比较分析,其数据汇总如表4所示。抗滑恢复率通过公式(1)计算:
β=Ht-H0/H0×100%(1)
式中:H0为路面处理前的抗滑指标;Ht为路面处理后的抗滑指标。
由表4的数据可知,喷砂处理后,抗滑性能明显提升,摩擦系数恢复率达30%以上,摆值恢复率达50%以上。虽然含砂雾封层使得抗滑性能大幅度提升,但不同结构形式的路面改善幅度有所不同,恢复性能OGFC-13 >MA-13>AC-13,其中OGFC-13的性能变化尤最为显著。由此表明,该技术更利于构造深度大,且抗滑性能不足的路面和大间隙路面的抗滑性能治理。
3.1.2 纹理指标状态分析
应用激光纹理仪扫描含砂雾封层沥青路面,获得实施养护措施前后沥青路面纹理状态的均值数据如表5所示。
表5中,MPD为构造平均深度,Rsk为测量偏斜度,Rku为测量驼峰度。由表5数据可知,沥青路面的MPD构造深度指标有所增强,Rsk和Rku纹理状态指标也发生了改善。
3.2 抗滑持久性分析
含砂雾封层技术适用于微观构造存在磨损、宏观构造仍然可用的路面恢复。为研究喷砂雾封层的应用效果,借助高速加载磨耗仪,以含砂雾封的SMA-13和OGFC-13沥青路面为分析对象,以摆值为性能评估指标,对该型路面的抗滑性能衰变规律进行实验分析。得到以下成果:
喷砂封层养护后,路面的抗滑性能大幅度提升。磨损不断积累过程中,抗滑性能随之逐步衰变,随着磨损程度的增加,衰变率逐步降低。前期摆值衰变迅速,后期则稳定于一个较小的波动范围。喷砂抗滑处理以后,又经12000次左右的磨损,路面再次发生抗滑性能失效,相较于新建路面初次抗滑失效发生于24000次,喷砂封层抗滑持久性表现更好,延长路面使用寿命近50%。
分析认为,再次失效的抗滑值,显著低于初次抗滑失效的终值,主要是因为面层细骨料在磨损过程中,对粗骨料外露的旧路面造成新磨痕。面层深度不断受损,纵向摩擦系数降低,路面沿行车方向的抗滑性能深受影响。出现新划痕,路面横向摩擦系数能够因此得到提升,从而利于弯道抗滑。
在磨损衰变过程中,也存在个别衰变值相较于常规状态有所偏离的情况,其原因有2点:第一,粗骨料空隙中的细骨料伴随磨损而逐步显现,路面再度变得粗糙,为路面提供一定摩擦阻力。第二,测量误差导致。含砂封层路面的抗滑衰变与新建路面有所差别,喷砂封层处理后,路面抗滑衰变一般可以分成均匀衰变和相对稳定两个阶段。
综上所述,应用含砂雾封层技术开展沥青路面养护,路面抗滑性能的改善效果显著。与新建路面的抗滑性能衰变规律相比,喷砂封层沥青路面的抗滑性能衰变规律有所不同。抗滑性能发生衰变是必然存在,要维持良好的路面技术状态,只能通过采取各种技术措施,尽可能延长路面的使用寿命。
4 结束语
本文对含砂雾封层技术在沥青路面预防性养护中的应用展开了分析,探讨了不同集料类型、不同沥青类型、不同级配、不同沥青用量喷砂雾封层的抗滑性能衰减规律,并对应用效果进行了试验分析和评价,验证了该含砂雾封层技术的抗滑恢复性能和抗滑持久性,对于大面积的应用积累了经验,可为类似工程施工提供参考。
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