拋丸技術(shù)參數(shù)對(duì)瀝青路面抗滑性能影響研究

張 輝

(湖南中大建設(shè)工程檢測(cè)技術(shù)有限公司， 湖南 長(zhǎng)沙 410205)

拋丸技術(shù)參數(shù)對(duì)瀝青路面抗滑性能影響研究

張 輝

(湖南中大建設(shè)工程檢測(cè)技術(shù)有限公司， 湖南 長(zhǎng)沙 410205)

為了研究拋丸施工各作業(yè)參數(shù)對(duì)瀝青混凝土路面處理后抗滑性能的影響，以構(gòu)造深度提高幅度以及構(gòu)造深度提高幅度閾值為評(píng)價(jià)指標(biāo)，采用室內(nèi)試驗(yàn)分析了彈丸直徑、行進(jìn)速度以及砂丸比對(duì)車轍試件構(gòu)造深度的影響。結(jié)果表明增大彈丸直徑、減小行進(jìn)速度以及增加砂丸比有利于提高車轍試件構(gòu)造深度，改善瀝青路面的抗滑性能。且構(gòu)造并非越大越好，建議構(gòu)造深度提高幅度閾值取85%。同時(shí)推薦拋丸施工參數(shù)為：彈丸直徑G280與G330，優(yōu)先選用G330；行進(jìn)速度≥8 m/min；砂丸比50%～60%。

瀝青路面； 拋丸技術(shù)； 參數(shù)； 構(gòu)造深度； 抗滑性能

0 引言

瀝青路面抗滑性能直接影響著車輛行駛的安全，而隨著服役時(shí)間的延長(zhǎng)以及交通量的增長(zhǎng)，瀝青路面抗滑性能將呈現(xiàn)明顯的衰減趨勢(shì)。目前對(duì)于舊瀝青路面常用的處置方式主要有：封層法、罩面法、瀝青再生法和機(jī)械法四類[1]。拋丸技術(shù)作為機(jī)械法中一種，近年來(lái)得到了較為廣泛的應(yīng)用。

拋丸技術(shù)最初應(yīng)用于制造業(yè)，主要用于機(jī)器等物件除雜質(zhì)、去除氧化膜、打磨以增加粗糙度等方面。其工作原理是通過(guò)機(jī)械方法將丸料以一定速度或角度拋射到被處理物表面，利用丸料的打擊作用清理表層。生成的雜質(zhì)與丸料將在強(qiáng)負(fù)壓作用下經(jīng)過(guò)分離與除塵設(shè)備，最終雜質(zhì)得以去除而丸料則繼續(xù)循環(huán)使用[2]。

最初被引進(jìn)到道路行業(yè)時(shí)，拋丸技術(shù)主要應(yīng)用于水泥混凝土路面處理[3，4]。由于水泥混凝土路面為剛性路面，路表剛、強(qiáng)度較大，與制造業(yè)中拋丸處理物具有一定的相似特性，因此大部分拋丸工藝均可應(yīng)用于水泥混凝土路面的處理。同時(shí)拋丸技術(shù)在解決水泥混凝土橋面與瀝青鋪裝層之間層間結(jié)合問(wèn)題以及機(jī)場(chǎng)道面的抗滑處理等方面也有一定運(yùn)用[5-7]。最近幾年，針對(duì)瀝青路面抗滑性能的衰減問(wèn)題，拋丸技術(shù)才開(kāi)始應(yīng)用于瀝青混凝土路面。使用拋丸技術(shù)對(duì)抗滑性能出現(xiàn)較大衰減的瀝青路面進(jìn)行處治，一方面可以在不破壞路面結(jié)構(gòu)的前提下對(duì)路面抗滑性能進(jìn)行恢復(fù)和提高，保證路面車輛的行駛安全；另一方面通過(guò)拋丸處理也可發(fā)現(xiàn)路表下面潛在的微小裂縫等路面病害，以便及時(shí)進(jìn)行路表預(yù)防性養(yǎng)護(hù)，有效延長(zhǎng)道路使用壽命。資料表明，拋丸施工的直接工程費(fèi)用僅有2～3元/m2，遠(yuǎn)低于常用的稀漿封層修復(fù)7～8元/m2的工程費(fèi)，同時(shí)較稀漿封層修復(fù)施工完成后需4～6 h才可開(kāi)放交通，拋丸技術(shù)施工完成后幾乎無(wú)交通延誤時(shí)間，以上優(yōu)點(diǎn)綜合表明拋丸技術(shù)在瀝青路面中的應(yīng)用具有較好的前景[2]。但目前對(duì)拋丸技術(shù)的研究仍集中于基本的施工工藝等探討[8]，施工參數(shù)的選取大都借鑒以往工程經(jīng)驗(yàn)，對(duì)更深入的施工參數(shù)對(duì)施工效果的影響仍有待研究。

基于以上原因，本文采用室內(nèi)試驗(yàn)的方式，依次對(duì)彈丸直徑、行進(jìn)速度以及砂丸比3個(gè)參數(shù)對(duì)施工處理效果進(jìn)行研究，以為工程實(shí)踐推薦合適的拋丸施工技術(shù)參數(shù)。

1 評(píng)價(jià)指標(biāo)選取

《公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTGD50-2006)規(guī)定，高等級(jí)公路瀝青路面抗滑性能由橫向力系數(shù)SFC60和構(gòu)造深度TD(mm)兩個(gè)指標(biāo)進(jìn)行控制[9]。由于本文采用的為車轍試件室內(nèi)試驗(yàn)進(jìn)行研究分析，SFC60無(wú)法獲取，故以構(gòu)造深度為評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行研究：

1) 考慮不同車轍試件成型差異對(duì)初始抗滑性能指標(biāo)的影響，在此以構(gòu)造深度的提高幅度為評(píng)價(jià)指標(biāo)。

2) 由規(guī)范可知，構(gòu)造深度并非越大越好，過(guò)大的構(gòu)造深度一方面會(huì)使行車噪音加大，同時(shí)也會(huì)使透水可能性增加，進(jìn)而造成瀝青路面水損害，削弱瀝青路面耐久性能[9]。因此應(yīng)設(shè)定一構(gòu)造深度提高幅度閾值，該值大小將在后續(xù)分析中結(jié)合車轍試件經(jīng)拋丸處理后破壞狀況確定。

2 各參數(shù)影響研究

考慮拋丸技術(shù)在瀝青路面中應(yīng)用一般用于處治瀝青路面上面層，故選取一AC-13級(jí)配進(jìn)行試驗(yàn)，集料選用玄武巖，最佳油石比為4.85%。并制備標(biāo)準(zhǔn)車轍試件，不同參數(shù)組合試驗(yàn)均在單獨(dú)車轍試件上進(jìn)行。

2.1 彈丸直徑

彈丸作為與瀝青路面直接接觸的物體，其直徑的大小直接影響著對(duì)瀝青路面的處理效果。為了研究彈丸直徑對(duì)拋丸施工的影響，選取4種彈丸直徑：G280(0.85 mm)、G330(1.0 mm)、G390(1.2 mm)、G460(2.0 mm)，對(duì)各車轍試件進(jìn)行拋丸處理。其它參數(shù)均選用儀器推薦值進(jìn)行試驗(yàn)：行進(jìn)速度8 m/min；砂丸比中鋼砂(鋼砂選用G16(1.4 mm)粒度)與彈丸質(zhì)量比為1∶1。測(cè)試拋丸處理前后構(gòu)造深度值，所得試驗(yàn)結(jié)果如圖1。

圖1 彈丸直徑影響

由圖1分析可知：

1) 經(jīng)拋丸處理后試件構(gòu)造深度均有所提高，預(yù)測(cè)將拋丸技術(shù)運(yùn)用于抗滑性能不良的瀝青路面表面層具有較好的可行性。這是由于彈丸與鋼砂直徑(或粒度)均較小，大致在1～2 mm之間，隨著二者對(duì)車轍試件的高速?zèng)_擊，將會(huì)使試件表面形成均勾的致密的坑槽，這將加大與外界接觸的表面積，進(jìn)而增大了構(gòu)造深度。

2) 隨著彈丸直徑的增大，構(gòu)造深度增幅逐漸加大，表明拋丸處理對(duì)車轍試件抗滑性能改善效果更加明顯。這是由于隨著彈丸直徑的增大，彈丸與鋼砂對(duì)試件進(jìn)行高度沖擊時(shí)彈丸與試件的接觸面積增大，從而導(dǎo)致拋丸形成的坑槽面積加大，進(jìn)而表現(xiàn)為構(gòu)造深度的提高幅度增加。

但前述分析表明，構(gòu)造深度并非越大越好，過(guò)大的構(gòu)造深度并不利于瀝青路面耐久性能的要求。對(duì)比拋丸處理后各車轍試件可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)彈丸直徑為G390與G460時(shí)，試件表面細(xì)集料剝落現(xiàn)象明顯，可認(rèn)為此時(shí)構(gòu)造深度過(guò)大。當(dāng)彈丸直徑為G390時(shí)，車轍試件拋丸處理前后效果如圖2所示。由試驗(yàn)可知，當(dāng)彈丸直徑為G390與G460時(shí)，二者構(gòu)造深度提高幅度分別為89%與121%，因此可初步建議本試驗(yàn)條件下上述構(gòu)造深度提高幅度閾值為90%(取5的倍數(shù))。

圖2 G390直徑下拋丸處理前后對(duì)比

因此在兼顧處理后不影響瀝青路面其它性能的前提下，優(yōu)先選用較大彈丸直徑。依據(jù)本試驗(yàn)結(jié)果，可推薦G280與G330彈丸直徑，同時(shí)后續(xù)選用G330直徑進(jìn)行試驗(yàn)分析。

2.2 行進(jìn)速度

行進(jìn)速度作為另一關(guān)鍵參數(shù)，對(duì)拋丸施工也有較大影響。過(guò)低時(shí)行進(jìn)速度勢(shì)必會(huì)影響拋丸施工效率，而過(guò)高的行進(jìn)速度又不能保證施工處治質(zhì)量，因此有必要對(duì)行進(jìn)速度的影響進(jìn)行研究，以選取合適的速度進(jìn)行施工。試驗(yàn)以3 m/min為步長(zhǎng)，以5～17 m/min區(qū)間速度對(duì)車轍試件進(jìn)行拋丸處理。測(cè)試處理前后構(gòu)造深度，試驗(yàn)結(jié)果如圖3所示。

圖3 行進(jìn)速度影響

由圖3可知：

1) 不同行進(jìn)速度下拋丸處理均一定程度上提高了試件構(gòu)造深度。且隨著行進(jìn)速度的提高，構(gòu)造深度提高幅度逐漸減小，同時(shí)減小幅度隨著行進(jìn)速度的增大而減小。這是由于隨著行進(jìn)速度的增大，拋丸處理過(guò)程中彈丸與鋼砂同車轍試件的接觸時(shí)間減少，從而使彈丸與鋼砂形成的坑槽減小，進(jìn)而使得構(gòu)造深度提高幅度減小。同時(shí)由車轍試件(包括瀝青路面)特點(diǎn)可知，從上至下試件將越來(lái)越“致密”，下部試件將較上部試件更難被破壞，利用功能原理解釋即破壞下部試件將較上部需要拋丸機(jī)做更多的功。而隨著拋丸機(jī)行進(jìn)速度的增大，當(dāng)行進(jìn)速度≥8 m/min時(shí)，由于做功有限拋丸機(jī)均只破壞了試件表層較易破壞的部分，并不能同5 m/min一樣進(jìn)行更深層次的破壞。因此隨著行進(jìn)速度的提高，構(gòu)造深度提高幅度的減小速度逐漸放緩。

2) 僅就提高構(gòu)造深度而言，較小的行進(jìn)速度有利于提高路面抗滑性能，但由前述分析可知，過(guò)大的構(gòu)造深度亦不符合路面實(shí)際耐久性能的要求。對(duì)比不同行進(jìn)速度下拋丸機(jī)對(duì)車轍試件的處理效果，發(fā)現(xiàn)5 m/min速度下試件破損現(xiàn)象明顯，表層細(xì)集料幾乎全部剝離。此時(shí)構(gòu)造深度提高幅度為83%，建議構(gòu)造深度提高幅度閾值可為85%。

綜合考慮施工效率與處治效果，建議選取≥8 m/min的行進(jìn)速度。同時(shí)后續(xù)研究砂丸比對(duì)處治效果影響時(shí)，選用14 m/min的行進(jìn)速度。

2.3 砂丸比

為了研究砂丸比對(duì)拋丸施工的影響，選用最常用的的G16(粒度大小為1.4 mm)鑄鋼砂與S330鑄鋼丸按3種不同配比進(jìn)行試驗(yàn)分析，3種配比依次為：1∶1、3∶2、7∶3(質(zhì)量比，即對(duì)應(yīng)鋼砂所占比例依次為50%、60%與70%)。處理前后構(gòu)造深度試驗(yàn)結(jié)果如圖4所示。

圖4 砂丸比影響

由圖4可知：

1) 隨著砂丸比的增大構(gòu)造深度提高幅度逐漸加大。這是由于鋼砂形狀不規(guī)則，較球形的彈丸其菱角較為分明，高速?zèng)_擊下較彈丸對(duì)車轍試件表面剝離能力更強(qiáng)。因此隨著砂丸比的提高，構(gòu)造深度提高幅度逐漸增大，表明增大砂丸比有利于拋丸施工對(duì)瀝青路面抗滑性能的改善。

2) 但當(dāng)砂丸比達(dá)到70%時(shí)，構(gòu)造深度提升幅度達(dá)到101%，此時(shí)車轍試件表層細(xì)集料幾乎完全剝離，可認(rèn)為此時(shí)構(gòu)造深度提升幅度過(guò)大。因此在兼顧構(gòu)造深度提升與保證試件表層不致被過(guò)度破壞兩因素下，可推薦砂丸比在50%～60%之間。

3 結(jié)語(yǔ)

以構(gòu)造深度提高幅度以及提高幅度閾值為評(píng)價(jià)指標(biāo)，通過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)分析了彈丸直徑、行進(jìn)速度與砂丸比對(duì)拋丸施工效果的影響，結(jié)果表明：

1) 增大彈丸直徑、減小行進(jìn)速度以及增加砂丸比有利于提高車轍試件構(gòu)造深度，表明改變以上施工參數(shù)可改善瀝青路面的抗滑性能。

2) 構(gòu)造深度的提高幅度并非越大越好，過(guò)大的構(gòu)造深度將會(huì)導(dǎo)致瀝青路面表層細(xì)集料的剝離，削弱瀝青路面的耐久性。綜合各因素條件下推薦的構(gòu)造深度提高幅度閾值，建議室內(nèi)試驗(yàn)條件下構(gòu)造深度提高幅度閾值取85%。

3) 通過(guò)本文研究，推薦各參數(shù)分別為：彈丸直徑G280與G330，優(yōu)先選用G330；行進(jìn)速度≥8 m/min；砂丸比50%～60%。

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[9] JTG D50-2006，公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

2016-07-28

張輝( 1982-) ，男，工程師，主要從事公路橋梁工作。

1008-844X(2017)01-0076-04

U 416.217

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