含砂霧封層技術(shù)在公路預(yù)防性養(yǎng)護(hù)的應(yīng)用研究

劉文超

摘要：采用含砂霧封層技術(shù)對公路進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，有利于提高公路養(yǎng)護(hù)的效果，延長公路的使用壽命。從乳化瀝青、膠乳、骨料等方面，對含砂霧封層的組成設(shè)計進(jìn)行總結(jié)，并從抗滑方面對應(yīng)用效果進(jìn)行分析。研究結(jié)果表明：采用含砂霧封層技術(shù)開展瀝青路面預(yù)防性養(yǎng)護(hù)，路面抗滑性能可得到顯著改善，有利于提高瀝青路面的抗滑性能和使用壽命。

關(guān)鍵詞：瀝青路面；含砂霧封層技術(shù)；抗滑

0? ?引言

路面抗滑性能是反映和保障公路行車安全的重要技術(shù)指標(biāo)之一。在公路瀝青路面使用過程中，隨著運營時間的逐漸增長，在車輛輪胎摩擦，路面材料老化等因素的影響下，瀝青路面的抗滑性能也不可避免地逐漸衰退，這不但影響公路使用的舒適性和安全性，也會增加養(yǎng)護(hù)成本，縮短公路的使用壽命。因此，對于使用年限較久，并開始出現(xiàn)早期病害的瀝青路面，可采用含砂霧封層技術(shù)進(jìn)行預(yù)防性養(yǎng)護(hù)，這對于提高瀝青路面的使用性能和使用壽命，具有重要的意義。

1? ?含砂霧封層主要材料

1.1? ?乳化瀝青

瀝青路面所使用的黏結(jié)材料以聚氨酯樹脂、甲基丙烯酸樹脂、環(huán)氧樹脂為主。考慮超薄抗滑層和特殊噴涂工藝的需要，該研究選擇應(yīng)用乳化瀝青作黏結(jié)料開展試驗，其指標(biāo)參數(shù)具體如表1所示。

為提高含砂霧封層的抗滑性能，在養(yǎng)護(hù)施工過程中，需要對黏結(jié)材料的噴涂量進(jìn)行控制。噴涂量不足，細(xì)骨料黏附性會受到影響，不利于保持路面良好的紋理構(gòu)造，也不能得到較好的抗滑性能。噴涂過多，將造成原有路面宏觀構(gòu)造被過度掩蓋，在路面積水或潮濕的狀態(tài)下行駛，路面摩擦系數(shù)大幅降低，不利于車輛行駛安全。

1.2? ?膠乳

為使細(xì)骨料較好粘結(jié)在瀝青路面，可以在乳化瀝青中加進(jìn)一定量的增黏劑，以保證其良好的黏結(jié)性能。該研究選用的增黏劑為膠乳，其具有下述特點：儲存穩(wěn)定性較好，方便運輸儲存；具有較佳的耐鹽、耐堿、耐酸、臭氧老化、耐日光、耐化學(xué)試劑的特性；具有較強的黏結(jié)性能，抗?jié)B性強，防御水損害特性較好；高低溫穩(wěn)定性良好，涂層耐磨性較好；來源廣泛，制作容易，經(jīng)濟(jì)性好。

1.3? ?骨料

含砂霧封層中骨料通過黏結(jié)劑黏附于路面，構(gòu)成微觀紋理狀態(tài)，形成較好的抗滑層。含砂霧封層骨料宜選擇應(yīng)用單一粒度骨料，原因有如下3點：

單一粒度在級配設(shè)計和生產(chǎn)制料上相對簡便，噴涂過程中也不易發(fā)生離析，成型后路面的細(xì)骨料顆粒更均勻分布，路容相對更美觀。單一粒度細(xì)骨料路面，鋪攤更均勻，新鋪面與原骨料之間會構(gòu)成良好的疏水通道，更利于排出路面積水，利于雨天駕駛安全。單一粒度細(xì)骨料路面，利于構(gòu)成比較大的胎路接觸面積。

試驗研究顯示，0.15～0.6mm細(xì)骨料對路面抗滑性能的衰變影響較大，因此該研究選擇在此細(xì)骨料粒度條件下開展試驗分析。

2? ?含砂霧封層組分設(shè)計

組分用量影響成型路面的性能，需要通過試驗，對含砂霧封層的組分用量進(jìn)行設(shè)計和控制。

2.1? ?黏結(jié)劑用量

按比例摻入乳化瀝青、改性劑、添加劑復(fù)合構(gòu)成黏結(jié)劑，按32cm×50cm的面積確定最優(yōu)噴涂應(yīng)用量。如對于AC-13路面板，磨損區(qū)分別噴涂100g、75g、50g、25g、5g的黏結(jié)劑劑量，并均勻播撒金剛砂30g，然后對新路面板開展抗滑性能評估。

試驗結(jié)果顯示，伴隨黏結(jié)劑應(yīng)用量的增加，細(xì)骨料的有效黏附越來越多，抗滑性能獲得提升并逐步達(dá)到最佳狀態(tài)。噴涂階段黏結(jié)劑呈流動狀態(tài)，細(xì)骨料易下沉，不能充分滯留于涂層表面而有助于形成粗糙路面，影響抗滑性能。綜合考慮抗滑、路容美觀、經(jīng)濟(jì)性等因素，AC-13路面按0.30～0.35kg/m2的劑量噴涂黏結(jié)劑，可獲得理想的路面抗滑性能。SMA路面和多空隙排水降噪（OGFC）路面的間隙較大，宏觀構(gòu)造相對豐富，為此需要適當(dāng)增加噴涂量。試驗結(jié)果顯示，SMA路面和OGFC路面按0.40～0.45kg/m²的劑量噴涂黏結(jié)劑，可獲得較好的路面抗滑性能。

2.2? ?細(xì)骨料粒度

細(xì)骨料粒度是影響抗滑衰減率的主要要素，特別是對0.15～0.60mm骨料粒度的影響尤為明顯。該研究選擇的細(xì)骨料粒度分別為0.6mm、0.3mm、0.15mm。基于同一瀝青試樣板開展試驗，將噴槍連接氣泵，待達(dá)到穩(wěn)定氣壓后，向儲存瓶均勻倒入黏結(jié)劑。

為保證試板充分黏結(jié)細(xì)骨料，采取下述操作流程：應(yīng)用噴槍清理路面，確保板面清潔；注入黏結(jié)劑，在板面均勻噴涂，至板面稍微泛油光；在涂好黏結(jié)劑的面板上，均勻噴灑各檔細(xì)骨料；細(xì)料噴灑后，復(fù)噴黏結(jié)劑，使黏結(jié)劑完全裹覆細(xì)骨料并牢固黏結(jié)在面板上。

試驗中，因為噴槍的出氣壓力比較大，0.6mm細(xì)骨料在復(fù)噴過程中容易被沖散，發(fā)生局域缺失、局域集聚現(xiàn)象，造成顆粒分布不夠均勻。在黏結(jié)劑影響下，0.15mm骨料容易流動成團(tuán)，難以獲得較好的微觀紋理。為了防止出現(xiàn)此問題，最終的細(xì)骨料選用0.3mm金剛砂。

應(yīng)用金剛砂作為抗滑骨料具有下述優(yōu)勢：抗沖擊、抗高溫、耐腐蝕、導(dǎo)熱性能良好；與膠乳、乳化瀝青的黏附性較好，不易發(fā)生脫落；密度比較大，不易被噴槍沖散離析，能最大程度保證路面成型后顆粒均勻分布；強度高，抗腐蝕性強，對環(huán)境基本無污染；來源廣泛，價格便宜，方便運輸。

2.3? ?細(xì)骨料

細(xì)骨料的應(yīng)用量，應(yīng)滿足目標(biāo)級配設(shè)計，并在應(yīng)用周期內(nèi)能形成良好的磨損細(xì)骨料補充。在確定黏結(jié)劑最優(yōu)應(yīng)用量的基礎(chǔ)上下，選擇0.3mm金剛砂，分別按60g、45g、30g、15g、0g控制應(yīng)用量。采用擺式儀開展抗滑性能檢測分析。

AC-13路面中黏結(jié)劑噴涂為50g，分別播撒60g、45g、30g、15g、0g金剛砂，基于擺值和摩擦系數(shù)作為抗滑性能評估指標(biāo)，開展路面紋理分析。金剛砂應(yīng)用量對路面抗滑性能的影響見表2。從表2可知，擺值指標(biāo)和摩擦系數(shù)指標(biāo)均隨金剛砂應(yīng)用量的增加先增大后降低，并趨向穩(wěn)定的發(fā)展?fàn)顟B(tài)。

微觀構(gòu)造和宏觀構(gòu)造共同構(gòu)成路面抗滑性能，前者主要提供低速行車摩擦力，后者主要提供高速行車摩擦力和路面積水排放。微觀和宏觀構(gòu)造是營造路面良好功能的前提。逐步加大金剛砂用量，會造成原有宏觀構(gòu)造數(shù)量大幅度降低，雖然低速條件下擺值可在一定程度提高，但也為高速行車帶來安全風(fēng)險。試驗獲得的推薦含砂霧封層材料參數(shù)如表3所示。

3? ?含砂霧封層技術(shù)應(yīng)用效果分析

3.1? ?抗滑恢復(fù)性能分析

對磨損后的AC-13、SMA-13、OGFC-13瀝青路面面板實施噴砂霧封層處理，然后應(yīng)用檢測設(shè)備對紋理構(gòu)造及抗滑性能變化開展分析。

3.1.1? ?抗滑指標(biāo)分析

用摩擦系數(shù)檢測儀、擺式儀，對3塊磨后AC-13、SMA-13、OGFC-13噴砂瀝青面板開展抗滑性能測試，并進(jìn)行數(shù)據(jù)比較分析，其數(shù)據(jù)匯總?cè)绫?所示。抗滑恢復(fù)率通過公式（1）計算：

β＝H_t-H₀/H0×100%（1）

式中：H0為路面處理前的抗滑指標(biāo)；Ht為路面處理后的抗滑指標(biāo)。

由表4的數(shù)據(jù)可知，噴砂處理后，抗滑性能明顯提升，摩擦系數(shù)恢復(fù)率達(dá)30%以上，擺值恢復(fù)率達(dá)50%以上。雖然含砂霧封層使得抗滑性能大幅度提升，但不同結(jié)構(gòu)形式的路面改善幅度有所不同，恢復(fù)性能OGFC-13 ＞MA-13＞AC-13，其中OGFC-13的性能變化尤最為顯著。由此表明，該技術(shù)更利于構(gòu)造深度大，且抗滑性能不足的路面和大間隙路面的抗滑性能治理。

3.1.2? ?紋理指標(biāo)狀態(tài)分析

應(yīng)用激光紋理儀掃描含砂霧封層瀝青路面，獲得實施養(yǎng)護(hù)措施前后瀝青路面紋理狀態(tài)的均值數(shù)據(jù)如表5所示。

表5中，MPD為構(gòu)造平均深度，Rsk為測量偏斜度，Rku為測量駝峰度。由表5數(shù)據(jù)可知，瀝青路面的MPD構(gòu)造深度指標(biāo)有所增強，Rsk和Rku紋理狀態(tài)指標(biāo)也發(fā)生了改善。

3.2? ?抗滑持久性分析

含砂霧封層技術(shù)適用于微觀構(gòu)造存在磨損、宏觀構(gòu)造仍然可用的路面恢復(fù)。為研究噴砂霧封層的應(yīng)用效果，借助高速加載磨耗儀，以含砂霧封的SMA-13和OGFC-13瀝青路面為分析對象，以擺值為性能評估指標(biāo)，對該型路面的抗滑性能衰變規(guī)律進(jìn)行實驗分析。得到以下成果：

噴砂封層養(yǎng)護(hù)后，路面的抗滑性能大幅度提升。磨損不斷積累過程中，抗滑性能隨之逐步衰變，隨著磨損程度的增加，衰變率逐步降低。前期擺值衰變迅速，后期則穩(wěn)定于一個較小的波動范圍。噴砂抗滑處理以后，又經(jīng)12000次左右的磨損，路面再次發(fā)生抗滑性能失效，相較于新建路面初次抗滑失效發(fā)生于24000次，噴砂封層抗滑持久性表現(xiàn)更好，延長路面使用壽命近50%。

分析認(rèn)為，再次失效的抗滑值，顯著低于初次抗滑失效的終值，主要是因為面層細(xì)骨料在磨損過程中，對粗骨料外露的舊路面造成新磨痕。面層深度不斷受損，縱向摩擦系數(shù)降低，路面沿行車方向的抗滑性能深受影響。出現(xiàn)新劃痕，路面橫向摩擦系數(shù)能夠因此得到提升，從而利于彎道抗滑。

在磨損衰變過程中，也存在個別衰變值相較于常規(guī)狀態(tài)有所偏離的情況，其原因有2點：第一，粗骨料空隙中的細(xì)骨料伴隨磨損而逐步顯現(xiàn)，路面再度變得粗糙，為路面提供一定摩擦阻力。第二，測量誤差導(dǎo)致。含砂封層路面的抗滑衰變與新建路面有所差別，噴砂封層處理后，路面抗滑衰變一般可以分成均勻衰變和相對穩(wěn)定兩個階段。

綜上所述，應(yīng)用含砂霧封層技術(shù)開展瀝青路面養(yǎng)護(hù)，路面抗滑性能的改善效果顯著。與新建路面的抗滑性能衰變規(guī)律相比，噴砂封層瀝青路面的抗滑性能衰變規(guī)律有所不同。抗滑性能發(fā)生衰變是必然存在，要維持良好的路面技術(shù)狀態(tài)，只能通過采取各種技術(shù)措施，盡可能延長路面的使用壽命。

4? ?結(jié)束語

本文對含砂霧封層技術(shù)在瀝青路面預(yù)防性養(yǎng)護(hù)中的應(yīng)用展開了分析，探討了不同集料類型、不同瀝青類型、不同級配、不同瀝青用量噴砂霧封層的抗滑性能衰減規(guī)律，并對應(yīng)用效果進(jìn)行了試驗分析和評價，驗證了該含砂霧封層技術(shù)的抗滑恢復(fù)性能和抗滑持久性，對于大面積的應(yīng)用積累了經(jīng)驗，可為類似工程施工提供參考。

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