含砂霧封層技術在公路預防性養護的應用研究

劉文超

摘要：采用含砂霧封層技術對公路進行養護，有利于提高公路養護的效果，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計進行總結，并從抗滑方面對應用效果進行分析。研究結果表明：采用含砂霧封層技術開展瀝青路面預防性養護，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。

關鍵詞：瀝青路面；含砂霧封層技術；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指標之一。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，也會增加養護成本，縮短公路的使用壽命。因此，對于使用年限較久，并開始出現早期病害的瀝青路面，可采用含砂霧封層技術進行預防性養護，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。考慮超薄抗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，其指標參數具體如表1所示。

為提高含砂霧封層的抗滑性能，在養護施工過程中，需要對黏結材料的噴涂量進行控制。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，也不能得到較好的抗滑性能。噴涂過多，將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，路面摩擦系數大幅降低，不利于車輛行駛安全。

1.2? ?膠乳

為使細骨料較好粘結在瀝青路面，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性能。該研究選用的增黏劑為膠乳，其具有下述特點：儲存穩定性較好，方便運輸儲存；具有較佳的耐鹽、耐堿、耐酸、臭氧老化、耐日光、耐化學試劑的特性；具有較強的黏結性能，抗滲性強，防御水損害特性較好；高低溫穩定性良好，涂層耐磨性較好；來源廣泛，制作容易，經濟性好。

1.3? ?骨料

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

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。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，利于雨天駕駛安全。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，0.15～0.6mm細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骨料粒度條件下開展試驗分析。

2? ?含砂霧封層組分設計

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行設計和控制。

2.1? ?黏結劑用量

按比例摻入乳化瀝青、改性劑、添加劑復合構成黏結劑，按32cm×50cm的面積確定最優噴涂應用量。如對于AC-13路面板，磨損區分別噴涂100g、75g、50g、25g、5g的黏結劑劑量，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，抗滑性能獲得提升并逐步達到最佳狀態。噴涂階段黏結劑呈流動狀態，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，影響抗滑性能。綜合考慮抗滑、路容美觀、經濟性等因素，AC-13路面按0.30～0.35kg/m2的劑量噴涂黏結劑，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，宏觀構造相對豐富，為此需要適當增加噴涂量。試驗結果顯示，SMA路面和OGFC路面按0.40～0.45kg/m²的劑量噴涂黏結劑，可獲得較好的路面抗滑性能。

2.2? ?細骨料粒度

細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：應用噴槍清理路面，確保板面清潔；注入黏結劑，在板面均勻噴涂，至板面稍微泛油光；在涂好黏結劑的面板上，均勻噴灑各檔細骨料；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，0.6mm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，0.15mm骨料容易流動成團，難以獲得較好的微觀紋理。為了防止出現此問題，最終的細骨料選用0.3mm金剛砂。

應用金剛砂作為抗滑骨料具有下述優勢：抗沖擊、抗高溫、耐腐蝕、導熱性能良好；與膠乳、乳化瀝青的黏附性較好，不易發生脫落；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，對環境基本無污染；來源廣泛，價格便宜，方便運輸。

2.3? ?細骨料

細骨料的應用量，應滿足目標級配設計，并在應用周期內能形成良好的磨損細骨料補充。在確定黏結劑最優應用量的基礎上下，選擇0.3mm金剛砂，分別按60g、45g、30g、15g、0g控制應用量。采用擺式儀開展抗滑性能檢測分析。

AC-13路面中黏結劑噴涂為50g，分別播撒60g、45g、30g、15g、0g金剛砂，基于擺值和摩擦系數作為抗滑性能評估指標，開展路面紋理分析。金剛砂應用量對路面抗滑性能的影響見表2。從表2可知，擺值指標和摩擦系數指標均隨金剛砂應用量的增加先增大后降低，并趨向穩定的發展狀態。

微觀構造和宏觀構造共同構成路面抗滑性能，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，會造成原有宏觀構造數量大幅度降低，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險。試驗獲得的推薦含砂霧封層材料參數如表3所示。

3? ?含砂霧封層技術應用效果分析

3.1? ?抗滑恢復性能分析

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，然后應用檢測設備對紋理構造及抗滑性能變化開展分析。

3.1.1? ?抗滑指標分析

用摩擦系數檢測儀、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，并進行數據比較分析，其數據匯總如表4所示。抗滑恢復率通過公式（1）計算：

β＝H_t-H₀/H0×100%（1）

式中：H0為路面處理前的抗滑指標；Ht為路面處理后的抗滑指標。

由表4的數據可知，噴砂處理后，抗滑性能明顯提升，摩擦系數恢復率達30%以上，擺值恢復率達50%以上。雖然含砂霧封層使得抗滑性能大幅度提升，但不同結構形式的路面改善幅度有所不同，恢復性能OGFC-13 ＞MA-13＞AC-13，其中OGFC-13的性能變化尤最為顯著。由此表明，該技術更利于構造深度大，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? ?紋理指標狀態分析

應用激光紋理儀掃描含砂霧封層瀝青路面，獲得實施養護措施前后瀝青路面紋理狀態的均值數據如表5所示。

表5中，MPD為構造平均深度，Rsk為測量偏斜度，Rku為測量駝峰度。由表5數據可知，瀝青路面的MPD構造深度指標有所增強，Rsk和Rku紋理狀態指標也發生了改善。

3.2? ?抗滑持久性分析

含砂霧封層技術適用于微觀構造存在磨損、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，對該型路面的抗滑性能衰變規律進行實驗分析。得到以下成果：

噴砂封層養護后，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，后期則穩定于一個較小的波動范圍。噴砂抗滑處理以后，又經12000次左右的磨損，路面再次發生抗滑性能失效，相較于新建路面初次抗滑失效發生于24000次，噴砂封層抗滑持久性表現更好，延長路面使用壽命近50%。

分析認為，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，路面沿行車方向的抗滑性能深受影響。出現新劃痕，路面橫向摩擦系數能夠因此得到提升，從而利于彎道抗滑。

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，其原因有2點：第一，粗骨料空隙中的細骨料伴隨磨損而逐步顯現，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定兩個階段。

綜上所述，應用含砂霧封層技術開展瀝青路面養護，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律相比，噴砂封層瀝青路面的抗滑性能衰變規律有所不同。抗滑性能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，盡可能延長路面的使用壽命。

4? ?結束語

本文對含砂霧封層技術在瀝青路面預防性養護中的應用展開了分析，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律，并對應用效果進行了試驗分析和評價，驗證了該含砂霧封層技術的抗滑恢復性能和抗滑持久性，對于大面積的應用積累了經驗，可為類似工程施工提供參考。

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