排水瀝青路面表面強(qiáng)化技術(shù)

塵福濤，李明亮，曹東偉，李 俊

(交通部公路科學(xué)研究院，北京 100088)

排水瀝青路面表面強(qiáng)化技術(shù)

塵福濤，李明亮，曹東偉，李 俊

(交通部公路科學(xué)研究院，北京 100088)

為驗(yàn)證滲透性樹脂材料在排水瀝青路面應(yīng)用的可行性，以新建排水瀝青路面的表面強(qiáng)化滲透性樹脂材料為基礎(chǔ)，通過肯塔堡飛散、車轍板滲水、濕輪磨耗等一系列試驗(yàn)預(yù)估和評(píng)價(jià)其對(duì)新建排水瀝青路面的表面強(qiáng)化效果；并進(jìn)行實(shí)體工程應(yīng)用，論證本試驗(yàn)材料的實(shí)用性能。結(jié)果表明，該材料能夠有限地抑制路面早期飛散病害的發(fā)生，從而延長(zhǎng)路面使用壽命。

道路工程；排水瀝青路面；滲透性樹脂；表面強(qiáng)化效果

0 引 言

瀝青路面是交通基礎(chǔ)建設(shè)中最見的路面形式[1-2]，隨著瀝青路面公路里程的不斷增長(zhǎng)、交通流量的快速增加，公眾需求也隨之日益提高，瀝青路面的養(yǎng)護(hù)工作愈發(fā)突出，如何做好養(yǎng)護(hù)工作，使公路保持一個(gè)良好的運(yùn)行狀態(tài)，是公路養(yǎng)護(hù)管理工作者面臨的艱巨的任務(wù)[3]。道路的養(yǎng)護(hù)多在路面壽命中后期實(shí)施，新建路面的養(yǎng)護(hù)并未引起重視。排水瀝青路面具有獨(dú)特的排水、降噪、抗滑性能，能夠有效地解決雨天行駛安全問題[4]；但新建排水瀝青路面通車后容易造成油膜缺失，甚至在路面成型過程中重型機(jī)械的碾壓會(huì)引起石料破碎、瀝青膜損傷等[5-9]，使瀝青混合料局部失去黏聚能力，導(dǎo)致掉粒、飛散等病害[10]，嚴(yán)重影響路面質(zhì)量，縮短路面使用壽命。本文以滲透型樹脂材料(滲透性樹脂)為基礎(chǔ)對(duì)新建排水瀝青路面進(jìn)行表面強(qiáng)化研究，以抑制路面早期病害的發(fā)生；同時(shí)開展一系列室內(nèi)試驗(yàn)，為新建排水瀝青路面養(yǎng)護(hù)的決策提供參考。

1 試驗(yàn)原材料

1.1 滲透性樹脂

本文試驗(yàn)采用滲透性樹脂、陽離子乳化瀝青作為黏結(jié)材料。滲透性樹脂的組成主要包括瀝青、陽離子乳化劑、水、水性環(huán)氧樹脂固化劑，其技術(shù)指標(biāo)見表1。制備步驟如下。

表1 滲透性樹脂的技術(shù)指標(biāo)

(1)水性環(huán)氧樹脂與水性環(huán)氧樹脂固化劑的質(zhì)量比為1∶1.5，混合并攪拌均勻。

(2)將水加入攪拌均勻的水性環(huán)氧樹脂與水性環(huán)氧樹脂固化劑混合物中，水性環(huán)氧樹脂、水性環(huán)氧樹脂固化劑和水的比例為1∶1.5∶4.5，攪拌均勻。

(3)將固含量為50%的陽離子乳化瀝青加入水性環(huán)氧樹脂、水性環(huán)氧樹脂固化劑和水的混合物中，水性環(huán)氧樹脂、水性環(huán)氧樹脂固化劑、水和陽離子乳化瀝青的比例為1∶1.5∶4.5∶66.7，攪拌均勻。

滲透性樹脂具有低溫穩(wěn)定性、高溫穩(wěn)定性以及較好的黏聚力和滲水效果。滲透性樹脂的應(yīng)用可以使原路面與新鋪路面進(jìn)行較好的黏接，減少橫向裂縫和縱向裂縫的產(chǎn)生，延長(zhǎng)路面的使用壽命。同時(shí)，滲透性樹脂具有良好的透水性能，使雨水能夠順暢地排出路面。

1.2 瀝青

采用HVA高黏添加劑，與SBS改性瀝青的參配比例為8∶92，制備出高黏度改性瀝青，以提高集料表面的包裹力和黏附性。

1.3 集料

采用高強(qiáng)度、高耐磨性的玄武巖粗集料以及石灰?guī)r機(jī)制砂，為排水瀝青混合料提供一個(gè)較高的強(qiáng)度基礎(chǔ)。

1.4 礦粉

采用石灰?guī)r礦粉填充排水瀝青混合料。礦粉可以有效地黏附在集料表面，使得集料之間的膠結(jié)力增強(qiáng)。

1.5 級(jí)配

本試驗(yàn)采用PAC-13級(jí)配，見表2。

2 室內(nèi)試驗(yàn)方法介紹

2.1 肯塔堡飛散試驗(yàn)

采用肯塔堡飛散試驗(yàn)對(duì)室內(nèi)成型的馬歇爾試件進(jìn)行研究[11]，試驗(yàn)步驟如下。

(1)依據(jù)排水瀝青混合料設(shè)計(jì)油石比與級(jí)配，按照《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》(JTGE20—2011)中的馬歇爾制作方法，室內(nèi)拌和生產(chǎn)排水瀝青混合料并成型試件。

表2 PAC-13級(jí)配

(2)為完全模擬真實(shí)路面，將成型的馬歇爾試件底部進(jìn)行全封閉包裹，包裹高度范圍為2.22～2.48 cm，底部采用一層膠袋包裹，其余部分采用雙層包裹。

(3)將包裹后的馬歇爾試件分為2組，第1組不進(jìn)行處理，第2組涂抹0.2 kg·m-2的滲透性樹脂，如圖1所示。

圖1 滲透性樹脂涂抹前后對(duì)比

(4)將2組試件放入60 ℃烘箱內(nèi)恒溫5 h，以便滲透性樹脂固化。

(5)進(jìn)行肯塔堡飛散試驗(yàn)，結(jié)果見表3。

表3 肯塔堡飛散損失

表3中編號(hào)1～4為第1組未涂抹滲透性樹脂的馬歇爾試件，編號(hào)5～8為第2組涂抹0.2 kg·m-2滲透性樹脂的馬歇爾試件。從表3可以明顯看出，涂抹0.2 kg·m-2滲透性樹脂的試件比未涂抹的試件飛散損失減少64%，證明滲透性樹脂能夠起到減少路面飛散的作用。

2.2 滲水試驗(yàn)

滲水試驗(yàn)結(jié)果見表4，從表4可以看出，兩者的滲水系數(shù)都符合規(guī)范要求(大于4 000 mL·min-1)，涂抹滲透性樹脂后的車轍板滲水系數(shù)略有減少，但不明顯，所以說滲透性樹脂不會(huì)發(fā)生路面堵塞。

表4 滲水試驗(yàn)結(jié)果

2.3 濕輪磨耗試驗(yàn)

國(guó)際上排水降噪瀝青混合料的飛散試驗(yàn)主要采用洛杉磯磨耗儀[12]，但該方法不能定量分析大空隙瀝青路面抗飛散能力，無法與路面形成一定的相關(guān)性，且不能模擬汽車輪胎在路面的剎車以及揉搓剪切破壞[13-17]。

因此，本文重點(diǎn)研究車輛輪胎接觸排水路面所產(chǎn)生的2種不利情況：第1種模擬車輛在道路減速和剎車時(shí)的摩擦導(dǎo)致的大空隙路面掉粒特征；第2種模擬車輛轉(zhuǎn)彎減速條件下的路面掉粒現(xiàn)象。目前車輛的輪胎多為橡膠輪胎，故本試驗(yàn)采用橡膠皮管分別對(duì)涂抹0.2%滲透性樹脂的車轍板以及未處理的車轍板進(jìn)行磨耗試驗(yàn)，涂抹滲透性樹脂材料的車轍板需在烘箱中60 ℃恒溫養(yǎng)護(hù)5 h以上，以便材料固化。具體試驗(yàn)步驟為：將車轍板裝入900 cm2的加載飛散試模內(nèi)，采用60 ℃水浴養(yǎng)護(hù)1 h后開始試驗(yàn)，每隔1 000次加載磨耗更換預(yù)定的橡膠輪，肉眼觀測(cè)排水瀝青路面掉粒情況，并將掉粒的石料烘干稱取質(zhì)量；再次將稱取質(zhì)量的掉粒集料放回試模內(nèi)，繼續(xù)開始1 000次加載磨耗，進(jìn)行20次往復(fù)磨耗停止試驗(yàn)。

從圖2可以看出，未處理車轍板試件的濕輪磨耗飛散損失與涂抹滲透性樹脂的試件總體相近，并可分為3個(gè)階段:第1階段為車轍板油膜脫離階段，本階段車轍板飛散相對(duì)平穩(wěn)；第2階段為車轍板加速飛散階段，此階段車轍板油膜將近磨光，裸露出集料表面，部分針片狀集料被磨耗脫落或斷裂；第3階段為穩(wěn)定階段，此階段車轍板被磨出光滑的表面，再加上水的潤(rùn)滑，相對(duì)光滑的橡膠皮管不易磨耗車轍板飛散，呈現(xiàn)一種緩慢飛散掉粒的狀態(tài)。用橡膠皮管對(duì)車轍板進(jìn)行濕輪磨耗效果并不明顯，最大飛散只有0.82%左右(如需效果更好，應(yīng)該采取破壞性更好的磨耗管)，但這也證明了排水瀝青路面抗磨耗飛散的性能優(yōu)異。然而，對(duì)比涂抹滲透性樹脂的車轍板濕輪磨耗和未處理車轍板濕輪磨耗可以明顯看出，前者抗磨耗飛散性能比后者大約提高50%，證明滲透性樹脂對(duì)新建排水瀝青路面具有表面強(qiáng)化的作用。濕輪磨耗后車轍板如圖3所示。

表5 未處理車轍板試件濕輪磨耗飛散結(jié)果

表6 涂抹滲透性樹脂濕輪磨耗飛散結(jié)果

圖2 涂抹滲透性樹脂與未涂抹試件濕輪磨耗飛散對(duì)比

圖3 濕輪磨耗后車轍板效果

3 表面強(qiáng)化實(shí)體工程應(yīng)用

圖4 路面養(yǎng)護(hù)前與養(yǎng)護(hù)后對(duì)比效果

本文所研究的滲透性樹脂表面強(qiáng)化施工在2015年寧宿徐高速公路排水瀝青路面新罩面項(xiàng)目中得到應(yīng)用， 表面強(qiáng)化養(yǎng)護(hù)驗(yàn)段樁號(hào)為K159+000～K159+700，共700 m，只在行車道噴灑使用。排水瀝青罩面施工后，養(yǎng)生24 h，第二天在行車道排水瀝青路面表層全幅灑布0.2 kg·m-2滲透性樹脂材料。在施工過程中采用速配速噴的方法，以免材料未噴灑而發(fā)生固化。路面養(yǎng)護(hù)后的效果見圖4，路面性能指標(biāo)測(cè)試結(jié)果見表7。

表7 路面性能指標(biāo)測(cè)試結(jié)果

灑布滲透性樹脂養(yǎng)護(hù)材料后，排水瀝青混合料試件滲水系數(shù)較灑布前減小7.2%，擺值摩擦系數(shù)僅減少了2。這表明滲透性樹脂養(yǎng)護(hù)材料灑布后并不會(huì)對(duì)排水瀝青路面排水功能、抗滑性能產(chǎn)生較大影響。

4 結(jié) 語

本文對(duì)滲透性樹脂在新建排水瀝青路面表面強(qiáng)化中的應(yīng)用進(jìn)行了研究，通過一系列的室內(nèi)試驗(yàn)來模擬實(shí)際路面，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)噴灑情況進(jìn)行預(yù)估和判斷，主要結(jié)論如下。

(1)通過肯塔堡飛散、車轍板滲水、濕輪磨耗等一系列的室內(nèi)試驗(yàn)，充分驗(yàn)證所研發(fā)的滲透性樹脂材料能夠有效地加強(qiáng)排水瀝青路面性能。

(2)通過實(shí)際施工路面的應(yīng)用檢測(cè)，驗(yàn)證了滲透性樹脂不但不會(huì)影響排水瀝青路面的原有性能優(yōu)勢(shì)，還具有良好的路面養(yǎng)護(hù)功能。

(3)為更好地評(píng)價(jià)滲透性樹脂對(duì)排水瀝青路面表面強(qiáng)化的效果，后續(xù)應(yīng)對(duì)實(shí)際工程應(yīng)用進(jìn)行繼續(xù)跟蹤調(diào)查。

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SurfaceStrengtheningTechnologyofPorousAsphaltPavement

CHEN Fu-tao, LI Ming-liang, CAO Dong-wei, LI Jun

(Research Institute of Highway of Ministry of Transport, Beijing 100088, China)

In order to verify the feasibility of applying permeable resin material in porous asphalt pavement, based on the permeable resin for surface strengthening of the newly built porous asphalt pavement, the strengthening effect was evaluated through a series of tests such as Cantabro test, permeability test on rutting plates and wet track abrasion test. And practical application was conducted to demonstrate the properties of the tested material. The results show that the material can limit the occurrence of raveling disease of asphalt pavement in early stage, thus prolonging the service life of the road.

road engineering; porous asphalt pavement; permeable resin; surface strengthening effect

U418.6

B

1000-033X(2017)11-0086-04

2017-03-22

交通運(yùn)輸部企業(yè)技術(shù)創(chuàng)新項(xiàng)目(2015315Q11020)

塵福濤(1989-)，男，山東荷澤人，助理工程師，碩士，研究方向?yàn)榈缆放c鐵道工程。

[責(zé)任編輯:杜敏浩]