瀝青路面抗滑性能恢復(fù)技術(shù)研究

韋 炎

（中鐵建桂林投資有限公司，廣西 桂林 541499）

目前，我國(guó)常用的瀝青路面養(yǎng)護(hù)策略主要分為兩種，一種為維修性養(yǎng)護(hù)，是指路面結(jié)構(gòu)出現(xiàn)了明顯的損壞以至于影響道路正常使用功能時(shí)采取的維修，如石屑封層技術(shù)、稀漿封層技術(shù)等[1]。另一種為預(yù)防性養(yǎng)護(hù)，是指道路結(jié)構(gòu)尚未出現(xiàn)明顯的結(jié)構(gòu)損壞，使用功能仍滿(mǎn)足要求時(shí)所采取的維修，包括微表處技術(shù)、熱薄層罩面技術(shù)等。而為進(jìn)一步提高瀝青路面抗滑性能及穩(wěn)定性，保證瀝青路面養(yǎng)護(hù)效果，本文提出一種噴砂霧封層材料組成的瀝青路面養(yǎng)護(hù)技術(shù)，以為抗滑性能不足的瀝青路面提供一種新的養(yǎng)護(hù)思路及方法。

1 路段概況

本次試驗(yàn)選取某公路K320+451.6～K335+249.8 段為例。該公路等級(jí)為一級(jí)公路，全長(zhǎng)26.568km。設(shè)計(jì)行車(chē)速度為100km/h，路段設(shè)置為雙向六車(chē)道，以滿(mǎn)足該地區(qū)交通需求的同時(shí)，保證安全和流暢的交通條件。原始路面結(jié)構(gòu)的瀝青面層結(jié)構(gòu)包括：上面層為4cm AC-16 型瀝青混凝土，中面層為4cm AC-20 型瀝青混凝土，下面層為6cm AC-25 型瀝青混凝土。基層由22cm厚度的5%水泥穩(wěn)定砂礫組成，墊層則為25cm 厚的砂礫層[2]。地質(zhì)條件方面，項(xiàng)目沿線(xiàn)主要由細(xì)砂、粉質(zhì)低液限粘土以及部分砂礫石松散沉積物構(gòu)成。表層約15m 內(nèi)主要是細(xì)砂和粉質(zhì)低液限粘土，而15m 以下為砂礫石松散沉積物。地質(zhì)條件總體穩(wěn)定，表層土壤承載能力良好，適合道路建設(shè)。

2 噴砂霧封層材料組成設(shè)計(jì)

2.1 試驗(yàn)材料

2.1.1 乳化瀝青

現(xiàn)階段，我國(guó)道路工程用于制造聚合物抗滑薄層的粘合劑主要以環(huán)氧樹(shù)脂、甲基丙烯酸樹(shù)脂和聚氨酯樹(shù)脂為主。鑒于特殊的噴涂工藝和制造超薄抗滑層的需求，本次試驗(yàn)選擇乳化瀝青作為主要原料進(jìn)行研究[3]。其具有良好的粘結(jié)性和流動(dòng)性，可有效滿(mǎn)足道路養(yǎng)護(hù)要求，具體技術(shù)指標(biāo)見(jiàn)表1。

為確保噴砂霧封層達(dá)到預(yù)期的效果，施工時(shí)必須精準(zhǔn)控制材料的使用量。若噴灑量過(guò)高，則會(huì)導(dǎo)致細(xì)料和粘結(jié)劑過(guò)度覆蓋原有路面，削弱路面的宏觀結(jié)構(gòu)。反之，若噴灑量太少，細(xì)集料的粘附力降低，無(wú)法形成有效的路面紋理，無(wú)法達(dá)到理想的抗滑效果。

2.1.2 膠乳

為確保細(xì)集料在瀝青路面上的有效粘結(jié)，選擇在乳化瀝青中添加了一定比例的增粘劑，本次試驗(yàn)中使用的是膠乳。膠乳具備以下顯著特性：

其一，具有良好的抗酸、抗堿、抗鹽和抗化學(xué)試劑性能，以及對(duì)抗日光和臭氧老化的能力。

其二，具有強(qiáng)大的粘結(jié)性和防滲能力，有助于防止道路受水損害。

其三，與乳化瀝青結(jié)合后，形成的涂層具有優(yōu)秀的耐磨性。試驗(yàn)采用自制的乳化瀝青和膠乳混合物作為膠結(jié)涂料，采用的施工方法為冷噴灑[4]。膠乳技術(shù)指標(biāo)見(jiàn)表2。

2.1.3 集料

在噴砂霧封層的應(yīng)用中，集料的核心功能是借助粘結(jié)劑附著于路面，從而創(chuàng)造細(xì)致的微觀紋理。此種紋理能夠提供必要的摩擦力，有效地恢復(fù)并增強(qiáng)路面的防滑特性。試驗(yàn)選取0.3mm 的細(xì)集料進(jìn)行后續(xù)的試驗(yàn)研究。此種規(guī)格集料具有以下三點(diǎn)優(yōu)勢(shì)：

第一，粒徑分布適中，有利于提高路面的微觀紋理，從而增強(qiáng)抗滑性能。

第二，細(xì)集料能更好地與乳化瀝青和增粘劑結(jié)合，形成均勻且穩(wěn)定的噴砂霧封層[5]。

第三，確保了霧封層的密實(shí)性和耐磨性，有助于延長(zhǎng)道路的使用壽命。

2.2 試驗(yàn)設(shè)備

為使細(xì)集料能更好地粘結(jié)在舊路面上，本次試驗(yàn)選用2.55mm 口徑的上壺式噴槍和型號(hào)為AC-3100X 的空壓機(jī)（1.5kW）及配套氣泵。其中噴槍具體參數(shù)見(jiàn)表3。

表3 上壺式噴槍具體參數(shù)

2.3 材料用量設(shè)計(jì)

2.3.1 粘結(jié)劑噴灑用量

為確定粘結(jié)劑最佳噴灑用量，以某公路K320+451.6～K335+249.8 段為研究對(duì)象，選取不同粘結(jié)劑計(jì)量（5g、25g、50g、75g、100g）的粘結(jié)劑進(jìn)行試驗(yàn)，以擺值（BPN）和摩擦系數(shù)（WFC）作為抗滑性能評(píng)價(jià)指標(biāo)，確定粘結(jié)劑最佳噴灑量。最終試驗(yàn)確定本次選擇粘結(jié)劑的最佳用量為0.4～0.5kg/m2。試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 粘結(jié)劑噴灑量對(duì)路面抗滑性能的影響

2.3.2 細(xì)集料用量

在確定粘結(jié)劑最佳用量基礎(chǔ)上，仍以該路段為研究對(duì)象，分別撒布0g、15g、30g、45g、60g 粒徑為0.3mm的細(xì)集料進(jìn)行對(duì)比分析，同樣以擺值（BPN）和摩擦系數(shù)（WFC）作為抗滑性能評(píng)價(jià)指標(biāo)，以確定細(xì)集料的最佳用量。試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表5。

表5 細(xì)集料用量對(duì)路面抗滑性能的影響

由此可以看出，隨著細(xì)集料用量的不斷增加，路面抗滑性能呈現(xiàn)先增加后減小最后趨于穩(wěn)定的趨勢(shì)。且隨著細(xì)集料的用量增加，原本路面的宏觀結(jié)構(gòu)會(huì)顯著減弱。雖然此種改變?cè)诘退傩旭倵l件下可能增加路面的擺值，從而提高了抗滑性，但在高速行駛情況下，則極易引發(fā)安全風(fēng)險(xiǎn)。基于對(duì)路面抗滑性能與環(huán)保經(jīng)濟(jì)的綜合考慮，噴砂霧封層的細(xì)集料最佳用量應(yīng)在0.25～0.35kg/m2之間。

3 噴砂霧封層的抗滑恢復(fù)效果研究

3.1 抗滑指標(biāo)分析

利用設(shè)備對(duì)磨耗后的公路路段進(jìn)行噴砂霧封層養(yǎng)護(hù)，分析其路表紋理構(gòu)造及抗滑性能變化，明確路面抗滑性能回復(fù)效果。

通過(guò)使用擺式儀器和手動(dòng)推動(dòng)的摩擦系數(shù)測(cè)試儀（WFT），對(duì)磨損后的路面前后抗滑性能進(jìn)行測(cè)量，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析，以明確抗滑性能變化。結(jié)果見(jiàn)表6。其抗滑恢復(fù)率計(jì)算公式如下：

表6 路面抗滑性能對(duì)比分析

其中，Ht為處理后的路面抗滑指標(biāo)；H0為處理前的路面抗滑指標(biāo)，β為抗滑恢復(fù)率。

從上表中可以看出，噴砂霧封層養(yǎng)護(hù)技術(shù)應(yīng)用后，路面抗滑性能提升顯著，其中擺值模型墨家中，抗滑性能恢復(fù)率達(dá)到了49.17%；摩擦系數(shù)WFC 模型評(píng)價(jià)中，路面抗滑性能恢復(fù)率達(dá)到了30.73%，處理前后路面抗滑性能變化明顯。由此說(shuō)明該養(yǎng)護(hù)技術(shù)在路面抗滑性能養(yǎng)護(hù)中具有較高的實(shí)踐價(jià)值。

3.2 抗滑性能耐久性分析

為進(jìn)一步明確噴砂霧封層使用效果，選取部分經(jīng)噴砂霧封層養(yǎng)護(hù)后的路段在加速加載磨耗儀上進(jìn)行磨耗試驗(yàn)，以擺值為評(píng)價(jià)指標(biāo)對(duì)其抗滑性能演變規(guī)律進(jìn)行分析研究，得出以下結(jié)論：

噴砂霧封層的應(yīng)用顯著提升了瀝青路面的抗滑性能。然而，隨著磨耗次數(shù)的增加，此種抗滑性能呈現(xiàn)逐漸衰減的趨勢(shì)，而且隨著磨耗次數(shù)增多，抗滑性能的衰減率也相應(yīng)減小。在磨耗的初期階段，抗滑性能快速下降，而在后期，則擺值在一個(gè)較小的范圍內(nèi)穩(wěn)定。且經(jīng)過(guò)噴砂霧封層處理前的路面，在經(jīng)受約12000 次磨耗后抗滑性能再次降低，而新鋪設(shè)路面在24000 次磨耗后才首次出現(xiàn)抗滑性能下降，顯示出噴砂霧封層在抗滑耐久性方面的優(yōu)越性，延長(zhǎng)了道路使用壽命近50%。此外，路面的抗滑性能在第二次失效時(shí)的抗滑值明顯低于首次失效時(shí)的數(shù)值。這主要是因?yàn)槟ズ倪^(guò)程中路面表面的細(xì)集料在磨損中對(duì)露出的舊路面粗集料表面形成了新的劃痕，導(dǎo)致路面構(gòu)造深度減小，縱向摩擦系數(shù)降低，影響了沿行車(chē)方向的抗滑性能。同時(shí)，新劃痕的產(chǎn)生有助于增加路面的橫向摩擦系數(shù)，從而提高彎道路段或惡劣天氣條件下的行車(chē)安全性。

綜上，噴砂霧封層處理后的瀝青路面抗滑衰減可分為兩個(gè)階段：在第一階段，即均勻衰減階段，路面的抗滑性能主要由粘附在外露集料表面的細(xì)集料形成的微觀紋理及原有路面的宏觀紋理共同提供。隨著輪胎重復(fù)施加荷載，表層細(xì)集料逐步磨損，微觀紋理減少，導(dǎo)致路面抗滑性能逐漸下降。第二階段是趨于穩(wěn)定階段，在這一階段，粘附的細(xì)集料基本被磨耗完畢，外露集料表面同時(shí)發(fā)生微觀紋理的磨損和重構(gòu)。這一現(xiàn)象主要是由以下三個(gè)因素引起：一是細(xì)集料在粗集料表面形成的劃痕；二是粗集料顆粒自身在磨耗中的表面紋理重造；三是隱藏在集料顆粒間隙及側(cè)壁的細(xì)集料出現(xiàn)，使局部區(qū)域的微觀紋理得以改善。總體來(lái)看，這一階段的抗滑性能會(huì)在一個(gè)較小范圍內(nèi)波動(dòng)并穩(wěn)定，但由于路表宏觀構(gòu)造持續(xù)減小，抗滑性能在二次失效后的穩(wěn)定值會(huì)低于首次失效時(shí)的穩(wěn)定值。

4 結(jié)論

本次研究表明，在某公路K320+451.6K335+249.8段應(yīng)用噴砂霧封層技術(shù)后，瀝青路面的抗滑性能顯著提升。試驗(yàn)結(jié)果顯示，噴砂霧封層細(xì)料的最佳用量為0.250.35kg/m2，粘結(jié)劑的最佳用量為0.4～0.5kg/m2。此配比有效改善了路面的微觀紋理，并平均提高了路面抗滑性能約50%，顯著增強(qiáng)了路面安全性。且抗滑性能的衰減分為兩個(gè)階段：均勻衰減和趨于穩(wěn)定。初期，由于細(xì)集料磨損，微觀紋理減少導(dǎo)致抗滑性能下降；后期，抗滑性能趨于穩(wěn)定，雖有波動(dòng)但整體保持穩(wěn)定。噴砂霧封層在提高耐磨性和延長(zhǎng)道路使用壽命方面表現(xiàn)出色，預(yù)計(jì)能延長(zhǎng)道路使用壽命近50%。由此可見(jiàn)，本文所提出的噴砂霧封層養(yǎng)護(hù)技術(shù)，從養(yǎng)護(hù)角度出發(fā)，提供了一種經(jīng)濟(jì)高效的方法以提高瀝青路面的抗滑性能。通過(guò)精確控制細(xì)料和粘結(jié)劑的用量，路面的微觀紋理得到了改善，進(jìn)而提高了整體抗滑性能，這對(duì)于道路安全至關(guān)重要。