Thus極薄磨耗層在抗滑養(yǎng)護(hù)中的應(yīng)用研究

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(1.廣東華路交通科技有限公司，廣東 廣州 510420； 2.廣州大學(xué) 土木工程學(xué)院,廣東 廣州 510006)

0 引言

廣東省高速公路隧道路面多為水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)型式，而水泥混凝土路面宏觀構(gòu)造和微觀紋理在通車不久后逐漸被磨損，路面抗滑問題便凸顯出來。針對隧道水泥混凝土路面抗滑問題，較常用的養(yǎng)護(hù)方法為橫向刻槽法，但其施工環(huán)境差且使用時間較短。隨著省內(nèi)高速公路事業(yè)的飛躍發(fā)展，養(yǎng)護(hù)管理任務(wù)日趨繁重，Thus極薄磨耗層作為一種新型、高效的抗滑養(yǎng)護(hù)手段應(yīng)運而生[1-3]。

Thus極薄磨耗層以改性瀝青為粘結(jié)料、采用2.36～4.75 mm處斷開的級配設(shè)計方法以形成穩(wěn)定的骨架結(jié)構(gòu)，可快速開放交通，可顯著提高原路面的抗滑性能[4,5]。

目前，超薄樹脂抗滑層的養(yǎng)護(hù)工程在湖北省襄荊高速有試驗路應(yīng)用，關(guān)于其在隧道路面的應(yīng)用還未見報道[6]。

針對廣東省GL高速公路某隧道水泥混凝土路面抗滑問題，養(yǎng)護(hù)部門選用Thus極薄磨耗層對其進(jìn)行了抗滑養(yǎng)護(hù)。依托實體工程，對試驗路段進(jìn)行了跟蹤觀測，應(yīng)用多種檢測方法和測試手段研究了其抗滑性能及抗滑衰減規(guī)律，結(jié)果表明其可快速恢復(fù)水泥混凝土路面的抗滑性能，且具有抗滑穩(wěn)定性。

1 原材料

1.1 粗集料

粗集料是指粒徑大于4.75 mm 的集料，選用的粗集料為玄武巖碎石，具體性能指標(biāo)與測試結(jié)果見表1。

表1 粗集料性能指標(biāo)與測試結(jié)果類別表觀相對密度表干相對密度毛體積相對密度洛杉磯磨耗損失/%含泥量/%集料間隙率/%吸水率/%技術(shù)要求實測實測實測≤28 ≤1 實測≤2 測試結(jié)果3．0012．9732．859 15．6 0．61843．1 1．58(T0304-2005)(T0304-2005)(T0304-2005)(T0317-2005)(T0310-2005)(T0309-2005)(T0307-2005) 注：括號內(nèi)為測試方法。

1.2 細(xì)集料

細(xì)集料是指粒徑小于4.75 mm 的集料，選用的細(xì)集料為機(jī)制砂，具體性能指標(biāo)與測試結(jié)果如表2所示。

表2 細(xì)集料性能指標(biāo)與測試結(jié)果類別表觀相對密度表干相對密度技術(shù)要求≥2．50 實測測試結(jié)果 2．8412．764(T0330-2005)(T0330-2005)毛體積相對密度吸水率/%砂當(dāng)量/%實測≤2 ≥602．712 1．68 86(T0330-2005)(T0330-2005)(T0334-2005) 注：括號內(nèi)為測試方法。

1.3 礦粉

礦粉性能指標(biāo)與測試結(jié)果如表3所示。

1.4 改性瀝青

選用SBS(Ⅰ—D)改性瀝青，具體性能指標(biāo)與測試結(jié)果見表4。

1.5 添加劑

在SBS改性瀝青的基礎(chǔ)上，復(fù)配添加劑，以保證瀝青達(dá)到所需的黏度、軟化點。添加劑摻加量為1.5%，摻加添加劑后瀝青關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)的測試結(jié)果見表5。

表3 礦粉性能指標(biāo)與測試結(jié)果類別表觀密度0．6mm篩孔通過率/%技術(shù)要求實測100測試結(jié)果2．780100(T0352-2000)(T0351-2000)0．075mm篩孔通過率/%加熱安定性>75實測記錄 96顏色無明顯變化(T0351-2000)(T0355-2000) 注：括號內(nèi)為測試方法。

表4 瀝青技術(shù)要求及試驗值類別135℃旋轉(zhuǎn)黏度/(Pa·s)針入度(25℃，100g，5s)/(10-1mm)軟化點(環(huán)球法)/℃薄膜烘箱加熱試驗殘留物質(zhì)量變化/%針入度比(25℃)/%延度(5℃)/cm技術(shù)要求≤3≥20≥60-1．0～1．0≥65≥15試驗值1．75390-0．0259026

表5 瀝青關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)試驗值135℃旋轉(zhuǎn)黏度/(Pa·s)針入度(25℃，100g，5s)/(10-1mm)軟化點(環(huán)球法)/℃薄膜烘箱加熱試驗殘留物質(zhì)量變化/%針入度比(25℃)/%延度(5℃)/cm2．14994-0．0288324(T0625-2011)(T0604-2011)(T0606-2011)(T0609(1)-2011)(T0609(2)-2011)(T0605-2011) 注：括號內(nèi)為測試方法。

2 Thus配合比設(shè)計

Thus極薄磨耗層配合比設(shè)計方法不同于傳統(tǒng)的熱拌瀝青混合料的設(shè)計方法，確定Thus極薄磨耗層的最佳瀝青用量依賴于系統(tǒng)體積特性的建議要求和油膜厚度指標(biāo)，為確保極薄磨耗層穩(wěn)定的抗滑性能，根據(jù)干涉理論和工程經(jīng)驗，采用2.36～4.75 mm處斷開的級配設(shè)計方法并增加了6.3 mm 的級配控制點以形成穩(wěn)定的骨架結(jié)構(gòu)和較大的空隙率。合成級配如表6所示。

表6 極薄磨耗層合成級配類別通過篩孔(方孔篩/mm)質(zhì)量百分率/%9 56 34 752 361 180 60 30 0150 075上限1001003030201612108下限100801816128653設(shè)計值1009228231611986

采用油膜厚度確定瀝青的用量范圍，在此基礎(chǔ)上，分別采用油石比3.5%、4.0%、4.5%、5.0%和5.5%進(jìn)行試驗，根據(jù)體積指標(biāo)計算Thus的各物理指標(biāo)，最終確定最佳油石比為4.6%。

3 室內(nèi)性能試驗研究

廣東省氣候條件高溫多雨，本文重點研究極薄磨耗層的高溫穩(wěn)定性和水穩(wěn)定性能。

3.1 水穩(wěn)定性

成型標(biāo)準(zhǔn)馬歇爾試件，雙面擊實50次，每組4個試件，進(jìn)行肯塔堡浸水飛散試驗和凍融劈裂試驗，試驗結(jié)果如表7所示，表中試驗數(shù)據(jù)為4個試件的試驗結(jié)果的平均值。

表7 肯塔堡浸水飛散試驗結(jié)果%試驗項目浸水飛散損失凍融劈裂試驗強(qiáng)度比肯塔堡浸水飛散試驗8．6凍融劈裂試驗89

由表7可得，浸水飛散損失為8.6%，凍融劈裂試驗強(qiáng)度比為89%，均滿足Thus極薄磨耗層設(shè)計要求。表明Thus極薄磨耗層具有優(yōu)良的水穩(wěn)定性能。

3.2 高溫穩(wěn)定性

采用車轍試驗評價Thus極薄磨耗層的高溫性能。成型3塊車轍板，試驗溫度為60 ℃，試驗結(jié)果如表8所示。

表8 車轍試驗結(jié)果車轍深度/mm45min60min動穩(wěn)定度/(次·mm-1)1 7121 8054231

由表8可得，Thus極薄磨耗層的動穩(wěn)定度為4231次/mm，滿足設(shè)計要求。表明Thus極薄磨耗層具有優(yōu)良的高溫穩(wěn)定性能。

4 施工特點

Thus極薄磨耗層采用熱拌熱鋪同步攤鋪工藝，攤鋪速度為12～30 m/min，施工完成后30 min便可開放交通，對交通影響小。

5 路用性能檢驗

廣東省GL高速公路某隧道雙向六車道，路面結(jié)構(gòu)為隧道基巖上鋪筑15 cm半剛性基層，面層為24 cm的水泥混凝土。

通車約2.5 a后，車流量日趨增大，在特重交通的作用下，水泥混凝土路面宏觀構(gòu)造和微觀紋理磨損較為嚴(yán)重，慢車道和主車道的抗滑問題較為突出。

針對抗滑問題，養(yǎng)護(hù)部門在2014年抗滑預(yù)防性養(yǎng)護(hù)專項工程中，采用Thus極薄磨耗層對其進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，于隧道中部的慢車道和主車道分別選取約785 m路段進(jìn)行試驗路鋪筑，鋪筑厚度12 mm。

為檢驗Thus極薄磨耗層的使用效果，筆者對785 m試驗路段進(jìn)行了跟蹤觀測，并應(yīng)用橫向力系數(shù)檢測車、擺式摩擦系數(shù)測定儀及手工鋪砂法從多個角度評價其使用效果。

5.1 擺式摩擦系數(shù)BPN

采用擺式摩擦系數(shù)測定儀對Thus極薄磨耗層路段工后的干燥和潮濕狀態(tài)下的路面抗滑值(BPN)進(jìn)行了檢測，通過0.5、1.0、1.5 mm這3種水膜厚度來模擬3種不同的潮濕狀態(tài)，并與刻槽的原水泥混凝土路面進(jìn)行對比，檢測結(jié)果見表9所示。

表9 干濕狀態(tài)下的BPN檢測值水膜厚度/mmBPN值隧道刻槽水泥混凝土路面極薄磨耗層0 56920 545731 042641 54059

由表9可得，原刻槽水泥混凝土路面干燥、潮濕狀態(tài)下的BPN值分別為56、45、42、40，潮濕狀態(tài)下的BPN值已臨近或不滿足規(guī)范不小于45的要求。

經(jīng)處治后，其BPN值顯著大于未經(jīng)處置的隧道刻槽水泥混凝土路面，干燥狀態(tài)下、0.5 mm水膜厚度、1.0 mm水膜厚度、1.5 mm水膜厚度的Thus極薄磨耗層BPN值較隧道刻槽水泥混凝土路面分別增加了64%、62%、52%、48%。隨著水膜厚度的增加，BPN增加的幅度逐漸減小。

對極薄磨耗層進(jìn)行了跟蹤觀測，觀測過程中檢測干燥和潮濕(0.5 mm水膜厚度)2種狀態(tài)下的BPN值，結(jié)果如表10所示。

表10 BPN檢測值跟蹤觀測結(jié)果通車時長/月BPN值干燥潮濕092721866868365128265

如表10可得，采用極薄磨耗層處治后，原路面的抗滑性能得到大幅度提升。通車1 a后，雖有下降，但仍舊維持在較高水平。干燥狀態(tài)下BPN保持在82左右，潮濕(0.5 mm水膜厚度)狀態(tài)下BPN保持在65左右。

5.2 構(gòu)造深度TD

采用人工鋪砂法對785 m試驗路段的構(gòu)造深度進(jìn)行了跟蹤觀測，每次檢測共測試10個斷面，每個斷面測試3個點位。檢測結(jié)果如表11所示。

表11 試驗段構(gòu)造深度TD試驗結(jié)果時長/月平均值/mm標(biāo)準(zhǔn)差變異系數(shù)/%斷面數(shù)/個01．610．052．111．550．163．81061．460．154．4121．450．154．9

由表11所示，極薄磨耗層的構(gòu)造深度隨著通車時間的增加呈現(xiàn)先減小后趨于穩(wěn)定的趨勢。工后構(gòu)造深度為1.61 mm，工后1個月構(gòu)造深度為1.55 mm，通車1個月內(nèi)下降幅度較??；通車6個月和12個月的構(gòu)造深度分別為1.46 mm和1.45 mm，構(gòu)造深度變化幅度小，趨于穩(wěn)定。表明采用2.36～4.75 mm處斷開的級配設(shè)計方法能有效避免極薄磨耗層抗滑性能的迅速衰減。

5.3 橫向力系數(shù)SFC

采用橫向力系數(shù)測試車對極薄磨耗層路段工前1個月、工后1個月、工后1 a的超車道及主車道橫向力系數(shù)(SFC)進(jìn)行了檢測，如表12所示。

原水泥路面主車道和超車道SFC已經(jīng)低于或臨近《公路技術(shù)狀況評定標(biāo)準(zhǔn)》(JTG H20—2007)規(guī)定的臨界值40，養(yǎng)護(hù)處治后1個月，SFC均提高了30，抗滑性能顯著提升；運行1 a后，SFC仍維持在較高水平。

表12 極薄磨耗層路段車道抗滑性能類別SFC工前1個月工后1個月工后1a主車道386865超車道407067

綜合擺式摩擦系數(shù)BPN、構(gòu)造深度TD及橫向力系數(shù)SFC的跟蹤觀測結(jié)果可得，超薄樹脂抗滑層可以顯著提高原路面的抗滑性能，并能在一定時間內(nèi)維持在較高水平。

5.4 平整度IRI

采用多功能檢測車對極薄磨耗層路段工前1個月、工后1個月主車道平整度(IRI)進(jìn)行了檢測，檢測結(jié)果如表13所示。

表13 極薄磨耗層路段主車道平整度 (m·km-1)樁號IRI工前工后1個月K1+4753 351 37K1+6002 641 21K1+7003 171 42K1+8002 551 49K1+9002 931 41K2+0003 191 35K2+1003 291 80K2+2003 262 06平均值3 051 51

由表13可得，實施極薄磨耗層處治后，平整度IRI由工前3.05下降為1.51，平整度有較大幅度的提升。

6 結(jié)語

本文開展了極薄磨耗層在隧道水泥混凝土路面抗滑養(yǎng)護(hù)中的應(yīng)用研究，依托GL高速公路某隧道水泥混凝土路面專項養(yǎng)護(hù)工程項目，進(jìn)行了室內(nèi)材料檢測及高溫、水穩(wěn)定性能試驗，并對實體工程進(jìn)行跟蹤觀測，通過擺式摩擦系數(shù)BPN、構(gòu)造深度TD及橫向力系數(shù)SFC的綜合檢測評價及平整度IRI評價，結(jié)果表明極薄磨耗層可顯著提高原路面抗滑性能，并在一定時間內(nèi)維持較高水平，具有良好的應(yīng)用前景。

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