彩色超薄抗滑鋪裝層路用性能研究

張田盛

（1.福建省交通科研院有限公司；2.福建省公路、水路工程重點試驗室，福州 350004）

0 引言

截至2018 年底,我國公路通車總里程達到484.65 萬km,公路通車里程逐年攀升,交通基礎設施的快速推進為我國社會和經濟的發展注入了強勁的力量。 但是受持續增長的車流承載量、 自身及外界復雜多變的環境等因素影響,公路早期病害多發。 如瀝青混凝土路面在早期使用過程中,常出現裂縫、坑槽、沉陷、松散脫落,以及表層磨損等,造成路面使用性能和服務水平逐年下降。此時,為了延緩病害發生、增加公路使用壽命和服役年限,可以采用鋪設抗滑鋪裝層的預防性養護措施。

抗滑鋪裝層具有很好的抗滑性能、較大的構造深度,適用于路面較平整、車轍深度＜10mm,較少結構性破壞的公路(結構性破壞需預先處理)；同時對于新建公路的鋪裝層也適用。 其中,超薄抗滑鋪裝層僅有15～20mm,甚至更薄,對于路面高度有嚴格限制的道路尤為適用。 本文通過MMA 彩色有機膠黏超薄鋪裝層試驗段現場鋪設和路用性能檢測分析, 研究了此種特殊超薄抗滑鋪裝層的材料性能和路用性能,以供同行借鑒。

1 原材室內試驗

MMA(methyl methacrylate)是甲基丙烯酸甲酯的簡稱,用于道路領域的MMA 是經預聚合并經改性和著色的PMMA(poly(methylmethacrylate)),即聚甲基丙烯酸甲酯。MMA 通過本體聚合而形成剛柔相濟的“路用彩色有機玻璃”,具有天然的硬度和韌性。 MMA 無毒環保,難燃,具有良好的化學穩定性和耐候性,并與瀝青、水泥混凝土等基材形成互穿嵌鎖結構,附著力極強,適用于水泥路面和瀝青路面。

本項目選定道路常用的灰、 紅兩種顏色MMA 路用抗滑鋪裝層膠黏材料作為研究對象,依據JT/T 712-2008《路面防滑涂料》進行室內試驗,材料性能試驗結果如表1 所示。

表1 路面防滑涂料試驗結果

2 試驗段鋪設

超薄抗滑鋪裝層工藝簡單,施工速度快,無需拌和樓等復雜設備,消耗的能源少,碳排放低,可在水泥和瀝青路面上直接鋪筑,并快速開放交通。薄層鋪裝厚度薄,幾乎不影響路面標高。 試驗段選擇龍巖長汀與連城兩縣交界處的松毛嶺隧道, 隧道兩端洞外各鋪50m 藍紅相間的橫向條紋, 洞內兩端前300m 鋪設紅色薄層, 再往里各鋪設100m 灰色薄層, 隧道中間564m 不進行彩色鋪裝而保留原黑色瀝青路面。

2.1 施工工藝

試驗段采用的材料主要包括膠黏劑、固化劑、金剛砂和顏料,金剛砂和顏料可以事先預混制成調和劑,節省現場攪拌時間。 彩色抗滑超薄鋪裝層的施工不同于常規瀝青路面,材料無需加熱,且不需要大型施工機械,施工便捷,主要施工工藝流程如下:

(1)清潔路面

首先對需要鋪裝的區域安全布控, 然后對路面進行清潔,去除所有異物、臟物(泥砂、油污等),用掃帚清掃再用吹風機吹去浮塵,并且必須確保路面干燥。

(2)防止污染

清掃完畢后,若要保留原有標線,用特定尺寸的膠帶保護好標線、箭頭、文字等。 為保證路緣石清潔,綠化不受污染,需要用擋板遮擋噴桿邊緣,以防止強大壓力下噴濺出的霧狀細料造成污染。

(3)拌制混合料

將計算好用量的調和劑加入膠黏劑, 用可調速的電動機加上攪拌葉進行攪拌, 均勻后加入一定量的固化劑,將攪拌速度設置在最快檔,保持高速攪拌2min,讓混合物徹底混合。

(4)混合料鋪筑

可采用人工推刮和機械噴涂兩種施工方式。 首先是人工推刮,可直接把攪拌均勻的混合物倒到地面上,用鬃刷均勻涂刷,5min 之內刮涂并同時用滾筒滾平,不同滾筒形成不同的表面紋理效果。 然后進行機械噴涂,在推刮的混合料干燥后,把混合料加到噴涂設備容器里,通過管道流到噴槍里,直接均勻噴涂,噴涂時在邊緣處用擋板遮擋防止污染。

一般,施工的最佳溫度為-5℃～40℃,推刮和噴涂在路面上的混合料在20min 內即可固化形成堅固而內韌的交聯加成物。

(6)清除膠帶

噴涂完畢,即可解除標線處膠帶,且要及時以免粘結到路面。

(7)開放交通

施工完1h 后,可以完全開放交通。

2.2 質量控制標準

為保證超薄鋪裝層施工質量,滿足設計要求,鋪設應嚴格執行以下質量標準:

(1)混合料從攪拌開始到刮噴施工完畢時間應控制在10～15min 以內；

(2)底層推刮在確保找平路面的同時混合料用量為2～2.5kg,厚度達1～1.5mm；

(3)噴涂在確保表面均勻美觀的同時混合料用量為1～1.2kg,厚度達1mm。

3 路用性能研究

試驗段施工前先對原路面進行路面性能檢測, 包括平整度、抗滑、滲水、構造深度等,其中平整度和抗滑分別采用激光斷面儀和橫向力系數測試儀檢測； 待試驗段施工完畢開放交通后再次進行檢測, 對試驗檢測結果進行比較,評價超薄抗滑鋪裝層的路用性能。

3.1 平整度檢測

超薄抗滑鋪裝層鋪設前后路面的平整度結果對比如圖1 和圖2 所示。

圖1 施工前后右幅路面平整度結果比較圖

圖2 施工前后左幅路面平整度結果比較圖

分析以上數據可知,彩色超薄鋪裝層不降低路面平整度,基本在原路面的數值線上下波動,并且國際平整度指數IRI(m/km)均小于等于2.0,平整度標準差σ(mm)均小于等于1.2, 平整度指標均能達到高速公路和一級路的標準。

3.2 構造深度檢測

超薄抗滑鋪裝層鋪設前后路面的構造深度結果對比如表2 和表3 所示。

表2 連城往長汀方向施工前后右幅路面構造深度結果比較

表3 長汀往連城方向施工前后左幅路面構造深度結果比較

從表1 和表2 的檢測結果來看, 施工前后構造深度數值有明顯的下降,從原瀝青路面的0.80 下降到約0.20。由此可知,MMA 的膠黏材料和金剛砂對原路面的宏觀構造起到了良好的填充作用。

3.3 橫向力抗滑系數檢測

超薄抗滑鋪裝層鋪設前后路面的橫向力抗滑系數結果對比如表4、圖3 和圖4 所示。

表4 施工前后路面橫向力抗滑系數結果比較

圖3 施工前后右幅路面橫向力抗滑系數結果比較圖

圖4 施工前后左幅路面橫向力抗滑系數結果比較圖

由以上數據可知, 鋪設超薄抗滑鋪裝層路面橫向力抗滑系數較原瀝青路面有所降低, 但均滿足高速公路和一級公路≥54 的要求,其SFC 值普遍為57～67。

3.4 路面滲水系數檢測

超薄抗滑鋪裝層鋪設前后路面的滲水系數結果對比如表5 所示。

表5 施工前后路面滲水系數結果比較

從滲水結果看,原瀝青路面滲水嚴重,滲水系數幾乎全部超過300mL/min,最大超過1000mL/min。 鋪設超薄抗滑鋪裝層后,路面基本不滲水,起到了良好的封水作用,能有效緩解路表水下滲至瀝青混凝土和水泥混凝土界面處對層間粘結造成的負面影響。

3.5 路用性能統計分析

對施工前后受檢路面各項檢測指標的平均值進行分析（表6）。

表6 現場檢測結果比較分析

從檢測結果看, 彩色抗滑超薄鋪裝層對路面平整度影響不大,與鋪裝前的瀝青路面基本相當。 滲水系數與鋪裝前相差大,鋪裝后路面不滲水,主要是因為液態的鋪裝材料在施工過程中有效地填充到瀝青混凝土空隙中,待干燥固化后起到良好的封水作用。 在抗滑評價指標方面,雖然鋪裝后構造深度下降較大,整體從0.82 降到0.20,但通過檢測車測試的橫向力系數才是最能表征路面實際抗滑效果的指標。鋪裝后的橫向力系數較鋪裝前略有下降,但仍滿足高速公路及一級公路的技術要求,抗滑效果較好。

4 結語

本文基于鋪設彩色MMA 超薄鋪裝層試驗段研究了超薄鋪裝層的施工技術和路用性能,得出以下結論：(1)MMA 涂料理化性能穩定,具有良好的附著性、高低溫性能和耐水/堿性, 固化后阻燃效果好；(2)MMA 超薄鋪裝層厚度薄、施工快、工藝簡單、無需大型設備、顏色可選,對交通影響小、可快速開放交通；(3)鋪設后不影響原路面平整度,且具有良好的抗滑、抗滲效果,與基底粘結牢固,能夠有效改善路面的行車條件,同時,彩色還能亮化環境,提高警示等作用,因此,具有廣泛的應用前景。