環(huán)氧瀝青超薄抗滑層耐磨耗性能試驗探究

阿布力孜·艾海提

（新疆交通規(guī)劃勘察設計研究院有限公司，新疆 烏魯木齊 830000）

一、試驗設計

（一）試驗設備及原理

本文選用三輪式加速加載試驗儀，通過聚氨酯輪胎在涂有環(huán)氧瀝青超薄抗滑層、霧封層及微表處的瀝青基面上滾動摩擦，使試件表面骨料脫落或者被磨碎，從而達到磨耗效果。

（二）評價指標

耐磨耗性能的評價方法與評價指標并不單一，評價方法主要有濕輪磨耗試驗、負荷輪磨耗試驗、加速加載試驗，評價指標則有磨耗質(zhì)量損失率、表面抗滑擺值（BPN）衰減等。該試驗主要通過磨耗試驗過程中試件表面抗滑擺值（BPN）的衰減情況，來對比研究環(huán)氧瀝青超薄抗滑層、霧封層及微表處的耐磨耗性能。

（三）試件制作

加速加載試件使用尺寸為500mm×500mm×50mm試模，通過震動壓實成型瀝青混凝土板，成型方法參考《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》（JTG E20-2011）。試件成型后在室內(nèi)放置3天后測量試件表面構(gòu)造深度，并確定最佳膠結(jié)料涂布量，再根據(jù)不同集料用量在試件表面的堆積情況確定最佳的集料用量。最后按照已確定的最佳膠結(jié)料涂布量及最佳集料用量成型磨耗試件，在室溫條件下放置5天，抗滑薄層完全干燥為止。

二、配合比設計

膠結(jié)料與骨料用量不匹配將直接導致道路養(yǎng)護難以達到預期效果，為了找到膠結(jié)料最佳用量與抗滑骨料最佳撒布量，本文通過界面拉拔試驗與測試件表面集料堆積情況確定出膠結(jié)料與集料用量。

（一）確定構(gòu)造深度

選用人工鋪砂法確定試件表面構(gòu)造深度，試驗結(jié)果如表1所示。

表1 鋪砂法試驗結(jié)果

由試驗結(jié)果可知，試件表面的平均構(gòu)造深度為1.42，根據(jù)平均構(gòu)造深度確定膠結(jié)料基準用量。

（二）最佳膠結(jié)料用量

根據(jù)試件表面平均構(gòu)造深度，選擇不同膠結(jié)料灑布量進行5組室內(nèi)拉拔試驗，設計環(huán)氧瀝青路面養(yǎng)護劑用量分別為P0、P0+0.1、P0+0.2、P0+0.3、P0+0.4（P0為上一步的試件表面平均構(gòu)造深度）。由計算結(jié)果可知，設計用量分別對應的環(huán)氧瀝青涂布量為0.45kg/m2、0.55kg/m2、0.65kg/m2、0.75kg/m2、0.85kg/m2；試件在室內(nèi)放置3天，不同涂布量下的拉拔強度實驗結(jié)果，如圖1所示。

圖1 最佳涂布量的確定

根據(jù)實驗結(jié)果，環(huán)氧瀝青灑布量為0.65kg/m2時，基面拉拔強度達到極大值。故選擇0.65kg/m2為最佳膠結(jié)料涂布量。

（三）抗滑骨料用量的確定

在最佳膠結(jié)料涂布量下，以不同集料撒布量撒布集料，觀察不同油石比下試件表面泛油、集料堆積、脫落情況，如果集料用量大于最佳集料用量，膠結(jié)料不足以黏住抗滑骨料而出現(xiàn)集料脫落現(xiàn)象；反之則試件表面會出現(xiàn)泛油，應增加集料用量。抗滑薄層對抗滑集料的要求較高，本文選取金剛砂作為抗滑骨料，其技術(shù)指標如表2所示。

表2 金剛砂基本技術(shù)指標

由試驗結(jié)果可知，金剛砂各項技術(shù)指標均滿足規(guī)范要求，因此可以作為抗滑骨料使用。金剛砂最佳撒布量實驗結(jié)果如表3所示。

表3 集料用量的確定試驗結(jié)果

根據(jù)試驗結(jié)果可知，集料撒布量為0.80kg/m2、1.0kg/m2時，試件表面均沒有出現(xiàn)集料堆積脫落或泛油現(xiàn)象，從抗滑薄層經(jīng)濟性出發(fā)，最佳集料撒布量選取0.80kg/m2。

三、磨耗試驗

影響路面耐磨耗性能的因素可以歸結(jié)為外因與內(nèi)因，外因包括施工機械、施工工藝、環(huán)境等因素，內(nèi)因則包括原材料性能、油石比、抗滑骨料粒徑等。本文模擬行車荷載循環(huán)作用下磨耗效果，通過磨耗試件表面抗滑性能衰減狀況來評價耐磨耗性能。試驗具體判斷指標為抗滑擺值（BPN），同一荷載循環(huán)作用次數(shù)下，抗滑擺值越小代表耐磨耗性能越差。

加速加載試驗采用3組試件，采用的抗滑薄層形式分別為環(huán)氧瀝青抗滑薄層、傳統(tǒng)微表處與環(huán)氧摻量為10%的含砂霧封層。磨耗試驗條件設置為：聚氨酯輪胎接地壓力0.7MPa、運行速度0.67r/s、試驗溫度為室溫25℃。試驗中按預定計劃，分別在車輪作用次數(shù)達到5千、1萬、2萬、4萬、7萬、10萬次時測量各試件表面的摩擦系數(shù)（BPN），用于定量評價3種封層的耐磨耗性能。

試驗過程中為了防止聚氨酯輪胎因與抗滑薄層摩擦而損耗，需要在其轉(zhuǎn)動過程中噴灑自來水，達到保護聚氨酯輪胎的目的。磨耗試驗方案如4表所示。

表4 加速加載試驗方案

3組試件在不同荷載作用次數(shù)下，摩擦系數(shù)（BPN）的變化如圖2所示。

圖2 荷載作用次數(shù)對抗滑擺置的影響

如圖2所示，隨著荷載作用次數(shù)的增加，3種抗滑薄層的摩擦系數(shù)（BPN）均呈下降趨勢。車輪荷載作用1萬次以前，所選用的幾種抗滑薄層摩擦系數(shù)（BPN）下降的速率均比較快，然后逐漸減緩；當車輪荷載作用次數(shù)達1萬次以后，3種封層的摩擦系數(shù)（BPN）衰減幅度減小，抗滑擺置幾乎趨于一個定值，此時環(huán)氧瀝青超薄抗滑層抗滑性能最好，其次是普通微表處，環(huán)氧摻量為10%的含砂霧封層抗滑性能衰減幅度最大。由此可以得出，環(huán)氧瀝青超薄抗滑層比傳統(tǒng)的微表處、含砂霧封層等養(yǎng)護措施具有更優(yōu)異的耐磨耗性能。

四、結(jié)語

過去幾年，全國各地的環(huán)氧瀝青材料室內(nèi)外試驗研究及工程實踐均表明，環(huán)氧瀝青能夠有效改善道路使用性能，然而由于環(huán)氧瀝青類大分子材料研發(fā)的跨學科性與長期性，國內(nèi)外相關(guān)研究還是相對較少，這類高性能材料的開發(fā)及應用也因此面臨諸多困難。因此接下來各大研究機構(gòu)、政府機構(gòu)及生產(chǎn)企業(yè)等需要加強合作，降低新材料的研發(fā)成本，推進新材料的工程應用，共同推動我國科技實力的進一步提升。