降溫含砂霧封層最佳噴灑量

馮 煒，韓曉霞，王 帥，王新岐(.天津市市政工程設計研究院，天津 30005； .長安大學 公路學院，陜西 西安 70064)

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降溫含砂霧封層最佳噴灑量

馮 煒1，韓曉霞2，王 帥2，王新岐1
(1.天津市市政工程設計研究院，天津 300051； 2.長安大學 公路學院，陜西 西安 710064)

為確定降溫含砂霧封層最佳噴灑量，測試了不同噴灑量下滲透性能、封水性能、抗滑性能等基本路用性能和降溫性能的變化規(guī)律。結果表明：噴灑量從0.55 kg·m-2增加到0.75 kg·m-2，降溫含砂霧封層的滲透性能、封水性能以及降溫性能提高顯著，且抗滑性能降低幅度不明顯；噴灑量從0.75 kg·m-2增加到0.95 kg·m-2，降溫含砂霧封層的基本路用性能和降溫性能提高幅度趨于平緩，抗滑性能降低幅度顯著；噴灑量為0.75 kg·m-2時，降溫含砂霧封層各項性能良好，最大降溫幅度可達5 ℃。

道路材料；含砂霧封層；降溫；噴灑量

0 引 言

含砂霧封層作為一種預防性養(yǎng)護技術，可以有效阻止道路表面滲水，防止路面松散，延緩瀝青老化，降低瀝青面層溫度并改善路面外觀，因此在道路養(yǎng)護中的應用日趨廣泛[1-4]。含砂霧封層施工中，噴灑量會嚴重影響實際使用效果，若施工過程中單位噴灑量不足，含砂霧封層不能充分填補路表裂縫和空隙、修復路面早期病害，就達不到預期使用效果；若單位噴灑量過多，含砂霧封層厚度過大，完全覆蓋路表紋理，路面不僅不能獲得最佳抗滑性能，而且還會增加經(jīng)濟成本，造成資源浪費。因此，確定合理的含砂霧封層噴灑量顯得尤為重要。目前關于含砂霧封層的研究主要集中在路用性能、應用時機和施工工藝等方面，關于含砂霧封層最佳噴灑量的研究鮮有報道，致使實際使用中因噴灑量不當未能達到最佳使用效果[5-10]。此外，目前的含砂霧封層鮮有降溫功效，不能從根源上減少高溫病害的發(fā)生[11]。

針對以上問題，本研究制備降溫含砂霧封層，在修復路面早期病害、提高路面使用性能的同時，降低路面溫度，進一步緩解高溫病害；并通過對降溫含砂霧封層的滲透性能、滲水系數(shù)、抗滑擺值、構造深度和降溫性能進行測試，綜合確定降溫含砂霧封層的最佳噴灑量，為降溫含砂霧封層的應用和推廣奠定基礎。

1 降溫含砂霧封層的制備

通過前期調(diào)查，優(yōu)選出降溫功能性基礎材料，并經(jīng)過粉碎研磨、機械活化等工藝優(yōu)化處理，得到粒徑為0.15～0.3 mm的集料，作為降溫功效改性劑。通過設計不同材料配合比制備不同摻量的降溫含砂霧封層，具體試驗方案如表1所示。其中，添加劑采用天津市科密歐化學試劑有限公司生產(chǎn)的LH穩(wěn)定劑，以延長乳化瀝青拌和時間；乳化瀝青采用SBR改性乳化瀝青，并根據(jù)《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》(JTJ E20—2011)測定其技術指標，檢測結果如表2所示。由表2可知，所采用的SBR改性乳化瀝青各項指標均符合規(guī)范要求，且性能良好。

表1 路用降溫含砂霧封層試驗方案

表2 改性乳化瀝青性能檢測結果

降溫含砂霧封層制備方法：首先，將改性乳化瀝青過1.18 mm孔篩，按配比稱量并倒入拌和試驗鍋內(nèi)；其次，在改性乳化瀝青中依次注入預先稱量的水和添加劑，按同一方向不斷攪拌直至均勻；最后，將預先稱量的功能性改性劑邊攪拌邊加入到混合料中；當混合料基本均勻時，路用降溫含砂霧封層配制完成[12-13]。

2 基于路用性能的降溫含砂霧封層最佳噴灑量

2.1 基于滲透性能的噴灑量確定

降溫含砂霧封層材料作為瀝青路面封層材料，其自身的滲透性能直接影響到材料能否將瀝青路面面層的內(nèi)部空隙堵住而發(fā)揮出持久的防滲作用[14]。

根據(jù)《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》(JTG E20—2011)制備瀝青混合料車轍試件，然后將降溫含砂霧封層充分、均勻地噴灑在車轍試件表面，確保降溫含砂霧封層無明顯積留。將車轍試件靜置于室溫自然狀態(tài)下72 h后，采用瀝青混凝土切割機沿車轍試件中間切割2次，得到4塊小試件。在每塊小試件的2個切割斷面中心進行滲透深度的量測，取平均值作為檢測結果。試驗中采用硅瀝青將脫色瀝青軟化，并以其顏色發(fā)青作為下滲標準。通過測定含砂霧封層材料在車轍試件中的滲透性能，確定降溫含砂霧封層的最佳噴灑量。降溫含砂霧封層滲透性能測試結果如表3所示。

表3 降溫含砂霧封層滲透性能測試結果

由表3可知，滲透性能隨著噴灑量的增加而逐漸增大。噴灑量低于0.75 kg·m-2時，滲透深度增大幅度顯著；噴灑量超過0.75 kg·m-2時，增大幅度趨于平緩。考慮滲透深度和經(jīng)濟性，將降溫含砂霧封層的噴灑量初步確定為0.75 kg·m-2。

2.2 基于封水性能的噴灑量確定

參照《公路路基路面現(xiàn)場測試規(guī)程》(JTG E60—2008)，測定降溫含砂霧封層路面的滲水系數(shù)，對比噴灑前后路面滲水系數(shù)的降低比例評價其封水性能。封水性能試驗結果如表4所示。

表4 降溫含砂霧封層滲水系數(shù)測試結果

由表4可知，隨著噴灑量的增加，降溫含砂霧封層的滲水系數(shù)顯著減小。噴灑量為0.55 kg·m-2時，滲水系數(shù)減小但不為零；噴灑量為0.75 kg·m-2、功能性改性劑摻量在30%和40%時，滲水系數(shù)均為零；噴灑量達到0.95 kg·m-2時，滲水系數(shù)均為零?？紤]封水性能和經(jīng)濟性，將降溫含砂霧封層的噴灑量初步確定為0.75 kg·m-2。

2.3 基于抗滑性能的噴灑量確定

參照《公路路基路面現(xiàn)場測試規(guī)程》(JTG E60—2008)，采用摩擦系數(shù)試驗和構造深度試驗分別測定其抗滑擺值和構造深度。不同噴灑量條件下降溫含砂霧封層抗滑性能變化規(guī)律如圖1所示。

由圖1可知，隨著噴灑量的增加，降溫含砂霧封層的抗滑擺值和構造深度逐漸減小。噴灑量低于0.75 kg·m-2時，減小幅度相對較??；噴灑量超過0.75 kg·m-2時，減小幅度較為顯著?？紤]抗滑性能和經(jīng)濟性，將降溫含砂霧封層的噴灑量初步確定為0.75 kg·m-2。

綜合考慮降溫含砂霧封層滲透性能、封水性能、抗滑性能隨噴灑量的變化規(guī)律和經(jīng)濟性，最終將降溫含砂霧封層的最佳噴灑量確定為0.75 kg·m-2。

3 基于降溫性能的降溫含砂霧封層最佳噴灑量

制備標準車轍板，將溫度傳感器埋設于車轍板中心處和底部；將降溫功能性改性劑摻量為50%的降溫含砂霧封層均勻涂抹于試件表面，并通風平放晾置24 h。在通風、整潔、光照充足的地面放置車轍板，并在其底部和四周攤鋪黏土層和泡沫塑料，阻止車轍板試件與外界發(fā)生熱傳遞，模擬真實路面布置。選擇10:00～15:30為測試時間段，以半小時為周期記錄車轍板表面、中部、下部的溫度。不同噴灑量條件下降溫含砂霧封層的降溫幅度如圖2所示。

圖2 不同噴灑量降溫含砂霧封層的降溫效果

由圖2可知，涂刷降溫含砂霧封層試件的表面、中部及下部降溫幅度隨噴灑量的提高均逐漸增大。含砂霧封層噴灑量由0.55 kg·m-2增加到0.75 kg·m-2，降溫幅度可達到1.5 ℃；噴灑量由0.75 kg·m-2增加到0.95 kg·m-2，降溫幅度僅提高0.6 ℃。這表明，當噴灑量大于0.75 kg·m-2時，其降溫效果提高幅度不明顯，且隨著噴灑量的不斷增大，降溫幅度趨于平緩?？紤]含砂霧封層的降溫效果和經(jīng)濟性，將含砂霧封層的最佳噴灑量定為0.75 kg·m-2；此噴灑量下，最大降溫幅度可達5 ℃。

通過對降溫含砂霧封層滲透性能、封水性能、抗滑性能等基本路用性能以及降溫性能的研究，全面分析其基本路用性能和降溫性能隨噴灑量的變化規(guī)律，最終將降溫含砂霧封層的最佳噴灑量確定為0.75 kg·m-2。此噴灑量滿足路用性能要求，且降溫性能和經(jīng)濟性良好。

4 結 語

(1)降溫含砂霧封層的滲透性能隨著噴灑量的增加而逐漸提高。噴灑量低于0.75 kg·m-2時，滲透深度增大幅度顯著；噴灑量超過0.75 kg·m-2時，增大幅度趨于平緩。

(2)隨著噴灑量的增加，降溫含砂霧封層的滲水系數(shù)顯著減小。噴灑量為0.55 kg·m-2時，滲水系數(shù)減小但不為零；噴灑量為0.75 kg·m-2、功能性改性劑摻量在30%和40%時，滲水系數(shù)均為零；噴灑量達到0.95 kg·m-2時，滲水系數(shù)均為零。

(3)隨著噴灑量的增加，降溫含砂霧封層的抗滑擺值和構造深度逐漸減小。噴灑量低于0.75 kg·m-2時，減小幅度相對較??；噴灑量超過0.75 kg·m-2時，減小幅度較為顯著。

(4)含砂霧封層的表面、中部及下部降溫幅度隨噴灑量的提高均逐漸增大。當噴灑量大于0.75 kg·m-2時，隨著噴灑量的不斷增大，降溫幅度趨于平緩。噴灑量為0.75 kg·m-2時，最大降溫幅度可達5 ℃。

(5)通過對滲透性能、封水性能、抗滑性能以及降溫性能的研究，并結合含砂霧封層的經(jīng)濟性，將路用降溫含砂霧封層的最佳噴灑量確定為0.75 kg·m-2。

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[責任編輯:杜敏浩]

Optimum Spray Amount of Cooling Fog Seal with Sand

FENG Wei1, HAN Xiao-xia2, WANG Shuai2, WANG Xin-qi1
(1. Tianjin Municipal Engineering Design & Research Institute, Tianjin 300051, China;2. School of Highway, Chang’an University, Xi’an 710064, Shaanxi, China)

In order to determine the optimum spray amount of cooling fog seal with sand, the fundamental pavement performance, including the permeability, water sealing performance and anti-skid performance, and the law of cooling performance change were tested under different spray amounts. The results show that when the spray amount increases from 0.55 kg·m-2to 0.75 kg·m-2, the permeability, water sealing performance and cooling performance of the fog seal are improved significantly, while the decrease of the anti-skid performance is not obvious; when the spray amount increases from 0.75 kg·m-2to 0.95 kg·m-2, the improvement of the fundamental pavement performance and the cooling performance becomes flat, while the decrease of the anti-skid performance is notable; 0.75 kg·m-2is found to be the optimum spray amount, with the performance being good in that case, and the maximum cooling range is up to 5 ℃.

road material; fog seal with sand; cooling; spray amount

1000-033X(2017)06-0033-04

2016-12-20

天津市城鄉(xiāng)建設委員會科學技術發(fā)展計劃項目(2014-15)；陜西省自然科學基礎研究計劃項目(2014JM2-5045)；交通運輸部建設科技項目(201331849A270)

馮 煒(1977-)，男，河北秦皇島人，碩士，高級工程師，研究方向為道路工程設計。

U418.6

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