瀝青路面噴砂霧封層防滑養護技術研究

肖真華

（贛州市公路發展中心南康分中心,江西 贛州 341400）

0 引言

路面防滑功效是反映和保障公路行車安全的重要技術指標。在公路使用過程中，隨著運行時間的逐漸增長，在輪路摩擦、材料老化、微觀和宏觀構造磨損等因素作用下，防滑功效也不可避免地逐漸衰退，不但影響公路使用的舒適性和安全性，也會額外增加養護成本并大幅度縮短公路健康壽命周期。下文將重點分析噴砂霧封層防滑技術在瀝青路面養護工程中的運用。

1 噴砂防滑霧封層組分設計

1.1 主要材料

1.1.1 乳化瀝青

聚合物防滑層的黏結材料，以聚氨酯樹脂、甲基丙烯酸樹脂、環氧樹脂為主。考慮超薄防滑層和特殊噴涂工藝的需要，該研究選擇應用乳化瀝青作黏結料開展試驗，其指標參數具體見表1所示。

表1 乳化瀝青主要技術指標

為保證噴砂霧封層的防滑功效，在施工過程中，須控制黏結材料的噴涂量。噴涂量不足，細骨料黏附性會受到影響，不利于保持路面良好的紋理構造，也不能得到較好的防滑功效。噴涂過多，會造成原有路面宏觀構造被過度掩蓋，在路面積水或潮濕的狀態下行駛，胎路摩擦系數大幅降低，不利于車輛行駛安全[1]。

1.1.2 膠乳

為使細骨料較好黏結在瀝青路面，可以在乳化瀝青中加進一定量的增黏劑，以保證其良好的黏結功效。該研究選用的增黏劑為膠乳，其指標參數見表2所示。使用膠乳作為增黏劑，具有下述特點：

表2 膠乳指標參數

（1）儲存穩定性較好，方便運輸儲存。

（2）有較佳的耐鹽、耐堿、耐酸、臭氧老化、耐日光、耐化學試劑的特性。

（3）有較強的黏結功效，抗滲性強，防御水損害特性較好。

（4）高低溫穩定性良好。

（5）涂層耐磨性較好。

（6）來源廣泛，制作容易，經濟性好。

1.1.3 骨料

噴砂防滑霧封層中，骨料通過黏結劑黏附于路面，構成微觀紋理狀態，形成較好的防滑功效。噴砂防滑霧封層骨料宜選擇應用單一粒度，原因在于：

（1）單一粒度在級配設計和生產制料上相對簡便，噴涂過程中也不易發生離析，成型后路面的細骨料顆粒更均勻分布，路容相對更美觀。

（2）單一粒度細骨料路面，鋪攤更均勻，新鋪面與原骨料之間會構成良好的疏水通道，更利于排出路面積水，降低路面水害影響，利于雨天駕駛安全。

（3）單一粒度細骨料路面，利于構成比較大的胎路接觸面積。試驗研究顯示，0.15～0.6 mm細骨料對路面防滑功效的衰變影響較大，因此該研究選擇在這樣的細骨料粒度條件下開展試驗分析[2]。

1.2 應用量設計

組分用量密切影響成型路面的技術功效，所以有必要通過試驗對噴砂霧封層的組分用量進行設計和控制。

1.2.1 黏結劑用量

按比例由乳化瀝青、改性劑、添加劑復合構成黏結劑，按32×50（cm）的面積確定最優噴涂應用量。比如AC13路面板，磨損區分別噴涂100 g、75 g、50 g、25 g、5 g的黏結劑劑量，并均勻播撒金剛砂30 g，然后對新路面板開展防滑功效評估。

試驗結果顯示，伴隨黏結劑應用量的增加，細骨料的有效黏附越來越多，防滑功效獲得提升并逐步達到最佳狀態。噴涂階段的黏結劑呈流動狀態，細骨料易下沉，不能充分滯留于涂層表面而有助于形成粗糙路面，影響防滑功效。綜合考慮防滑、路容美觀、經濟性等因素，AC13路面按0.30～0.35 kg/m2的劑量噴涂黏結劑，即可獲得理想的路面功效。由于SMA路面和OG路面的間隙較大和宏觀構造相對豐富，有必要適當增加噴涂量，試驗結果顯示，SMA路面和OG路面按0.40～0.45 kg/m2的劑量噴涂黏結劑，可獲得較好的路面功效。

1.2.2 細骨料粒度

細骨料粒度是影響防滑衰減率的主要要素，特別是0.15～0.60 mm骨料粒度的影響尤為重要。該研究選擇的細骨料粒度分別為0.6 mm、0.3 mm、0.15 mm。基于同一瀝青試樣板開展試驗，噴槍連接氣泵，待達到穩定氣壓后，向儲存瓶均勻倒入黏結劑，為保證試板充分黏結細骨料，采取下述操作流程：

（1）應用噴槍清理路面，確保板面清潔。

（2）注入黏結劑，在板面均勻噴涂，至板面稍微泛油光。

（3）在涂好黏結劑的面板上，均勻噴灑各檔細骨料。

（4）細料噴灑后，復噴黏結劑，使黏結劑完全裹覆細骨料并牢固黏結在面板上。

試驗中，因為噴槍的出氣壓力比較大，0.6 mm細骨料在復噴過程中容易被沖散，發生局域缺失、局域集聚現象，造成顆粒分布不夠均勻。在黏結劑影響下，0.15 mm骨料容易流動成團，難以獲得較好的微觀紋理。因此最終的細骨料選擇0.3 mm金剛砂。金剛砂機械加工并經過水洗和篩選，莫氏硬度9.5左右，成分主要為SiC，晶胞呈立方結構，晶胞包含4個Si原子和4個C原子。應用金剛砂作為防滑骨料具有下述優勢[3]：

（1）抗沖擊、抗高溫、耐腐蝕、導熱功效良好。

（2）與膠乳、乳化瀝青的黏附性較好，不易發生脫落。

（3）密度比較大，不易被噴槍沖散離析，最大程度保證路面成型后顆粒均勻分布。

（4）強度高，抗腐蝕，對環境基本無污染。

（5）來源廣泛，價格便宜，方便運輸。

1.2.3 細骨料應用量

細骨料的應用量應滿足目標級配設計和盡可能滿足應用周期內形成良好的磨損細骨料補充。在確定黏結劑最優應用量的條件下，該研究選擇0.3 mm金剛砂，分別按60 g、45 g、30 g、15 g、0 g控制應用量。采用擺式儀和WFT檢測技術開展防滑功效檢測分析。

AC13路面，黏結劑噴涂50 g，分別播灑60 g、45 g、30 g、15 g、0 g金剛砂，基于擺值和WFC作為防滑功效評估指標，開展路面紋理分析。表3檢測成果顯示，無論是擺值指標，還是WFC摩擦系數指標，隨金剛砂應用量的增加，均呈先加大后降低并逐步趨向穩定的發展狀態。微觀構造和宏觀構造共同構成路面防滑功效，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。微觀和宏觀構造是營造路面良好功能的前提。逐步加大金剛砂應用量，會造成原有宏觀構造數量大幅度降低，雖然低速條件下的擺值一定程度提高，但是也為高速行車造成安全風險。試驗獲得的推薦噴砂防滑霧封層材料參數具體見表4所示[4]。

表3 金剛砂應用量對路面防滑功效的影響

表4 推薦噴砂防滑霧封層材料參數

2 噴砂霧封層的防滑恢復功效

2.1 防滑恢復功效分析

對磨損后的AC13、SMA13、OG13瀝青板實施噴砂防滑霧封層處理，然后應用檢測設備對紋理構造及防滑功效變化開展分析。

2.1.1 防滑指標分析

用手推WFT摩擦系數檢測儀、擺式儀，對3塊磨后OG13、SMA13、AC13噴砂瀝青板開展防滑功效測試，并進行數據比較分析，其數據匯總見表5所示。防滑恢復率通過公式（1）計算。

表5 路面防滑功效分析

式中，H0——路面處理前的防滑指標；Ht——路面處理后的防滑指標。

數據顯示，噴砂防滑處理后，防滑功效明顯提升，WFC模型的擺值恢復率達30%以上，BPN模型的擺值恢復率達50%以上。雖然噴砂防滑霧封層使得防滑功效大幅度提升，但是不同結構形式的路面的改善幅度有所不同，恢復功效OG13＞SMA13＞AC13，其中OG13的功效變化尤為顯著，顯示該技術更利于構造深度大但防滑性能不足的路面和大間隙路面的防滑性能治理。

2.1.2 紋理指標狀態分析

應用激光紋理儀掃描噴砂防滑霧封層瀝青路面，獲得實施養護措施前后瀝青路面紋理狀態的均值數據見表6所示。

表6 實施養護措施前后瀝青路面紋理狀態

表中的MPD是構造平均深度，Ra是平均深度，Rq是均方差，此3個指標表征宏觀路面構造狀態。Rsk是測量偏斜度，Rku是測量駝峰度，此2個指標用來表征微觀路面構造狀態。表6數據顯示，瀝青路面MPD、Ra、Rq等構造深度指標有所增強，Rsk和Rku紋理狀態指標亦發生改善。

表7數據顯示，基于0.05顯著水平所開展的T檢驗，其MPD臨界值高于統計值，P統計值大于其臨界值，表明SMA13養護處理后，MPD發生的變化并不明顯，也就是說大紋理變化不明顯。Rku和Rsk的統計值均比臨界值要高。P值的統計值均低于其臨界值，表明SMA13養護處理后，紋理形態變化較為明顯。顯示噴砂防滑霧封層是可以有效養護或形成路面微紋理的一種養護技術。

表7 SMA13路面養護前后的紋理指標的顯著性狀態

2.2 防滑持久性分析

噴砂防滑霧封層技術適用于微觀構造存在磨損，但宏觀構造仍然可用的路面恢復。為研究噴砂霧封層的應用效果，借助高速加載磨耗儀，以噴砂霧封的SMA13和OG13瀝青路面為分析對象，以擺值為功效評估指標，對該型路面的防滑功效衰變規律進行實驗分析。

通過研究噴砂霧封層的防滑功效衰變關系發現：

（1）噴砂封層養護后，路面的防滑功效大幅度提升。

（2）磨損不斷積累過程中，防滑功效隨之逐步衰變，隨著磨損程度的增加，衰變率逐步降低。前期擺值衰變迅速，后期則穩定于一個較小的波動范圍。

（3）噴砂防滑處理以后，又經12 000次左右的磨損，路面再次發生防滑性能失效，相較于新建路面初次防滑失效發生于24 000次，噴砂封層防滑持久性表現更好，延長路面防滑應用壽命近50%。

再次失效的防滑值顯著低于初次防滑失效的終值，主要是因為在磨損過程中，面層細骨料在磨損過程中，對粗骨料外露的舊路面造成新磨痕，面層深度不斷受損，縱向摩擦系數降低，路面沿行車方向的防滑功效深受影響。但出現新劃痕，路面橫向摩擦系數能夠因此得到提升，從而利于彎道防滑。也可以發現，在磨損衰變過程中，也存在個別衰變值相較于常規狀態有所偏離的情況，其原因為：

（1）粗骨料空隙中的細骨料伴隨磨損發展而逐步顯現，路面再度變得粗糙，為路面提供一定摩擦阻力。

（2）測量誤差導致。總之，噴砂封層路面的防滑衰變與新建路面有所差別，噴砂封層處理后，路面防滑衰變一般可以分成均勻衰變和相對穩定2個階段。

前述研究顯示，應用噴砂防滑霧封層技術開展瀝青路面養護，路面防滑功效的改善效果可觀。與新建路面的防滑功效衰變規律相比，噴砂封層瀝青路面的防滑功效衰變規律有所不同。防滑功效發生衰變是必然存在，要維持良好的路面技術狀態，只能通過采取各種技術措施，盡可能延長路面的健康壽命周期，噴砂防滑霧封層技術可以成為助力實現這一目的的可選技術。

3 結語

綜上，該文開展了瀝青路面噴砂霧封層防滑養護技術研究。主要技術點：

（1）介紹一種噴砂防滑霧封層組分設計，給出推薦噴砂防滑霧封層材料參數。

（2）基于上述材料應用，開展了防滑恢復功效和防滑持久性試驗分析。

采取高速加載磨耗試驗和摩擦系數測試車檢測的方式進行，主要圍繞噴砂封層處理前后的MPD構造深度、BPN擺值、WFC摩擦系數進行測試驗分析，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功效衰減規律，分析驗證該噴砂霧封層技術的防滑恢復功效和防滑持久性。