彩色樹脂抗滑薄層在高速公路互通立交匝道的應(yīng)用研究

肖金軍，吳 迪，羅國民，韓亞芳

（1、佛山市廣佛肇高速公路有限公司 廣東佛山 528000；2、廣東建科交通工程質(zhì)量檢測中心有限公司 廣州 510500）

1 研究背景

截至2019 年末，我國高速公路總里程已達(dá)到14.96 萬km，位居世界第一位［1］。本文將高速公路坡道（長下坡、連續(xù)坡道）、急彎路段、彎坡組合、隧道出入口、匝道、收費(fèi)站等易發(fā)生事故的路段定為特殊路段。在高速公路彎道、坡道、匝道等特殊路段，由于交通流量大、負(fù)荷重，路面抗滑性能衰減快，在下雨時(shí)極易形成水膜而導(dǎo)致車輛打滑［2］。同時(shí)由于特殊路段交通情況復(fù)雜，路面色彩單調(diào)，加劇駕駛疲勞，極易誘發(fā)交通事故，研究表明長時(shí)間注視黑色面層腎上腺素減少，產(chǎn)生壓抑情緒［3-4］。

目前，針對(duì)高速公路匝道路面抗滑性能差、視認(rèn)性差等特點(diǎn)，主要的改進(jìn)工藝包括以下2個(gè)方向：

1.1 薄層瀝青罩面

此方法主要是通過加鋪2 cm厚瀝青，對(duì)原磨損路面進(jìn)行升級(jí)改造，提高路面的抗滑性能，這種工藝的優(yōu)點(diǎn)是開放交通快，不需要養(yǎng)護(hù)，缺點(diǎn)是瀝青層粘結(jié)強(qiáng)度低，加鋪瀝青層與原路面基面粘結(jié)效果差，容易出現(xiàn)罩面層脫落，抗滑衰減快。

1.2 高分子抗滑薄層

高分子抗滑薄層通過對(duì)原基面處理后加鋪高分子粘結(jié)劑如環(huán)氧樹脂或丙烯酸酯類，然后撒布2～4 mm抗滑骨料［5］。養(yǎng)護(hù)完成后則可明顯提高路面的抗滑性能，這種工藝的優(yōu)點(diǎn)則是粘結(jié)強(qiáng)度高、耐久性好、抗滑性能持久、面層顏色可通過骨料調(diào)，缺點(diǎn)是根據(jù)材料配方的不同養(yǎng)護(hù)時(shí)間差異較大，一般室溫環(huán)境下都需要養(yǎng)護(hù)6～8 h［6～7］。

綜上所述，高分子抗滑薄層相對(duì)于薄層瀝青罩面具有粘結(jié)強(qiáng)度高、耐久性好、抗滑性能持久、顏色可調(diào)等優(yōu)點(diǎn)。

2 工程概況

本項(xiàng)目的施工地點(diǎn)為廣佛肇高速公路某互通匝道及收費(fèi)站出入口，合計(jì)工程量6 000 m2，施工季節(jié)為冬季。廣佛肇高速公路面層整體采用黑色瀝青鋪裝，匝道互通區(qū)路面相對(duì)狹窄、彎度較大，屬于長陡坡、半徑偏小，存在較大的行車安全隱患。因此，對(duì)匝道面層采用彩色抗滑樹脂薄層鋪裝可提高匝道本身的抗滑性和美觀性。

該項(xiàng)目主要特點(diǎn)及技術(shù)難點(diǎn)如下：

2.1 低溫施工

本次施工采用廣東建科交通工程質(zhì)量檢測中心有限公司自主研發(fā)的環(huán)氧樹脂薄層進(jìn)行施工，環(huán)境溫度在6～10 ℃。冬季施工環(huán)境溫度較低，固化相對(duì)較慢。跟蹤研究表明，低溫施工的環(huán)氧薄層路面存在蛻皮病害風(fēng)險(xiǎn)。

2.2 基面為新鋪瀝青路面

本次施工前原瀝青路面未通車，路面瀝青層孔隙較大，攤鋪過程中需要對(duì)用膠量進(jìn)行合理控制，減少面層露底現(xiàn)象。

2.3 匝道彎陡、坡度較大

本次施工采用環(huán)氧樹脂薄層攤鋪車進(jìn)行施工，由于匝道坡度大、彎道多，施工面層均勻性需嚴(yán)格控制。

3 室內(nèi)試驗(yàn)

3.1 原材料

本文所用的環(huán)氧樹脂薄層由A 樹脂組分和B 固化劑雙組分組成。項(xiàng)目所用的彩色陶瓷骨料單位粒徑為（1.18～4.75 mm），其級(jí)配為粒徑1.18～2.36 mm 的含量為35%，粒徑2.36～4.75 mm 的含量為65%，且骨料干凈、干燥、表面粗糙、無雜色，陶瓷顆粒不變色，不褪色，具體技術(shù)指標(biāo)如表1所示。

表1 彩色陶瓷骨料技術(shù)指標(biāo)Tab.1 Technical of indexes Colored Ceramic Aggregate

3.2 固化劑體系的選擇

環(huán)氧樹脂與固化劑固化后成三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，固化劑的存在對(duì)于固化反應(yīng)及固化后的結(jié)構(gòu)具有重要的影響。常用的環(huán)氧樹脂固化劑有改性脂肪胺、咪唑類、酸酐類、改性芳香胺、酚醛胺等，對(duì)于這些固化劑已經(jīng)應(yīng)用于工業(yè)，對(duì)其研究也較深入，但是這些固化劑多適用于室溫、中溫或者高溫條件下［8］。對(duì)于低溫固化研究較少，冬季施工溫度低于10 ℃，很多固化劑在使用過程中不能完全固化，或者固化時(shí)間較長，需要2～7 d，不適于道路鋪裝。通常交通養(yǎng)護(hù)領(lǐng)域需要保證施工時(shí)間短、快速開放交通，減少對(duì)于道路通行所造成的影響。

因此，我們根據(jù)實(shí)際應(yīng)用需求選擇了具有低溫快速固化效果的固化劑J005H 以及改性腰果酚固化劑6032 配合使用。通過調(diào)節(jié)2 種固化劑的比例，測試其固化凝膠時(shí)間、表干時(shí)間、拉伸強(qiáng)度、斷裂伸長率及拉伸剪切強(qiáng)度。不同配比固化劑對(duì)固化及力學(xué)性能的影響如表2 所示，0 ℃測試表明，隨著改性腰果酚固化劑6032的比例降低，凝膠時(shí)間、表干時(shí)間逐漸增加，拉伸強(qiáng)度及拉伸剪切強(qiáng)度呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢。當(dāng)固化劑J005H 與改性腰果酚固化劑6032 在1∶1 時(shí)，凝膠時(shí)間50 min，表干硬化時(shí)間100 min，即在0℃環(huán)境下施工后，滿足2 h表干，在0 ℃24 h下的測試結(jié)果表明，拉伸強(qiáng)度為19.5 MPa，斷裂伸長率為46.7%。

表2 不同配比固化劑對(duì)固化及力學(xué)性能的影響Tab.2 Effect of Different Proportion of Curing Agent on Curing and Mechanical Properties

3.3 樹脂

膠結(jié)料性能指標(biāo)及配方經(jīng)室內(nèi)試驗(yàn)對(duì)固化劑篩選后，可滿足低溫環(huán)境下快速固化，雙組分比例為m（A 組份）∶m（B 組份）=1.00∶0.75，混合后形成粘結(jié)強(qiáng)度高、力學(xué)性能優(yōu)良、耐久性好的膠粘劑，主要技術(shù)指標(biāo)如表3 所示，拉伸強(qiáng)度、粘結(jié)強(qiáng)度、斷裂延伸率、鋼-鋼粘結(jié)強(qiáng)度、鋼-鋼拉伸抗剪強(qiáng)度分別達(dá)到20.5 MPa、3.0 MPa、49.7%、15.5 MPa和11.8 MPa。

表3 樹脂膠結(jié)料主要技術(shù)指標(biāo)Tab.3 Main Technical Indexes of Resin Binder

3.4 低溫固化路面膠配方

通過篩選固化劑比例及力學(xué)性能測試得出，較合理的低溫固化環(huán)氧樹脂薄層路面膠配方如表4 所示。其中，A 組分在已有研究的基礎(chǔ)上，通過添加增韌劑QS-P24F 提高路面膠韌性；通過添加偶聯(lián)劑KH-550增加路面膠與基面的粘結(jié)力，從而提高路面膠的耐久性。

表4 低溫固化環(huán)氧樹脂薄層路面膠配方Tab.4 Formula of Low-temperature Curable Epoxy Thin Layer

4 路用試驗(yàn)研究

高速公路匝道采用彩色路面鋪裝，豐富的色彩及圖案組合可與高速公路瀝青路面形成鮮明對(duì)比，顯著減少視覺疲勞，有效起到警示、引導(dǎo)作用，促使駕駛?cè)藛T在匝道、彎道減速慢行，減少交通事故的發(fā)生［9］。

4.1 骨料用量控制

因原路面為新鋪瀝青路面面層孔隙較大，通過試驗(yàn)段施工測試骨料用量、膠水用量與基層構(gòu)造深度的關(guān)系（見圖1），確保攤鋪后面層整潔、不露底、不泛膠。經(jīng)過面層攤鋪試驗(yàn)測試表明，在構(gòu)造深度分別為0.9 mm、0.8 mm、0.7 mm、0.6 mm、0.5 mm 時(shí)，陶瓷骨料用量分別為8.0 kg/m2、7.5 kg/m2、7.0 kg/m2、6.5 kg/m2、6.0 kg/m2，膠水用量為1.75 kg/m2、1.70 kg/m2、1.65 kg/m2、1.60 kg/m2和1.50 kg/m2。在此骨料、膠水用量和構(gòu)造深度的匹配下，施工后不泛膠，骨料可以被粘結(jié)牢固，攤鋪后面層整體較為平整，應(yīng)用效果較好。經(jīng)測試，新鋪瀝青面層大部分區(qū)域構(gòu)造深度為0.7 mm，因此施工時(shí)選擇陶瓷骨料用量為7 kg/m2，膠水用量為1.65 kg/m2，施工后，局部構(gòu)造如圖2所示。

圖1 構(gòu)造深度與骨料、膠水用量關(guān)系Fig.1 The Relationship between the Depth of the Structure and the Amount of Aggregate and Glue

圖2 攤鋪后面層局部效果Fig.2 Partial Effect of the Back Layer of Paving

4.2 工程應(yīng)用效果

應(yīng)用結(jié)果表明，高速公路匝道內(nèi)采用彩色防滑施工既可以滿足抗滑需要提高路面的摩擦力，又可滿足匝道美觀、整潔、大方的需求。紅色常用來作為警告、危險(xiǎn)、禁止等標(biāo)示用色，綠色給人直觀感覺是柔軟、舒適、安全［10］。因此，廣佛肇高速公路某匝道采用紅色面層為主干車行道，綠色為輔道，提示匝道減速緩行。施工完的效果如圖3所示。

圖3 高速公路匝道入口和出口Fig.3 Freeway Ramp Entrance and Exit

4.3 抗滑系數(shù)

攤鋪前原瀝青面層和加鋪彩色樹脂薄層后擺式摩擦系數(shù)如表5 所示。由檢測結(jié)果可知，原瀝青面層干燥和潮濕狀態(tài)的摩擦系數(shù)分別為76 和56，彩色抗滑層干燥和潮濕狀態(tài)的摩擦系數(shù)分別為90 和72。加鋪薄層后與原瀝青路面比較可知，加鋪彩色抗滑層后干燥狀態(tài)和潮濕狀態(tài)摩擦系數(shù)分別提升18.4%和28.6%。說明加鋪彩色樹脂抗滑層后，面層抗滑性能得到大幅度提升，可進(jìn)一步提升高速公路匝道的安全性能。

表5 擺式摩擦系數(shù)Tab.5 Pendulum Friction Coefficient

4.4 粘結(jié)強(qiáng)度

為測試彩色抗滑層與瀝青基面的粘結(jié)性能，將彩色抗滑層鋪裝于匝道路面正常養(yǎng)護(hù)后，進(jìn)行現(xiàn)場拉拔試驗(yàn)。試驗(yàn)方法為先在新鋪彩色抗滑層上用取芯機(jī)切出1道直徑為50 mm，深度為8～10 mm 的環(huán)形槽；然后用AB 結(jié)構(gòu)膠將拉拔頭固定在彩色抗滑層上，等待結(jié)構(gòu)膠固化30 min后進(jìn)行拉拔。

彩色樹脂抗滑層與瀝青基面粘結(jié)強(qiáng)度測試結(jié)果如表6所示，測試結(jié)果表明，彩色抗滑層與瀝青基面的粘結(jié)強(qiáng)度為0.78 MPa，破壞形式均為瀝青基面破壞，表明界面與鋪裝層粘結(jié)強(qiáng)度均大于瀝青本體強(qiáng)度，保證了在道路使用過程中不會(huì)因彩色抗滑層粘結(jié)效果差造成層間脫皮或者局部剝落現(xiàn)象。

表6 彩色抗滑層與瀝青基面粘接強(qiáng)度Tab.6 Adhesive Strength of Color Anti-slip Layer and Asphalt Base Surface

5 結(jié)論

針對(duì)廣佛肇高速公路匝道互通區(qū)路面狹窄、車道彎度大、半徑小，行車存在較大安全隱患的問題。通過現(xiàn)有工藝對(duì)比分析，對(duì)匝道加鋪彩色樹脂抗滑層進(jìn)行路面抗滑升級(jí)改造。

⑴本次施工環(huán)境為低溫施工，經(jīng)室內(nèi)試驗(yàn)研究后，可滿足低溫環(huán)境下快速固化，施工后2 h 表干；經(jīng)測試表明拉伸強(qiáng)度、粘結(jié)強(qiáng)度和斷裂延伸率分別達(dá)到20.5 MPa、3.0 MPa和49.7%；

⑵因施工基面為新鋪瀝青路面表層孔隙較大，通過控制骨料、膠水用量確保攤鋪后面層平整、不泛膠、不露底，經(jīng)測試新鋪瀝青面層大部分面積構(gòu)造深度為0.7 mm，因此施工時(shí)選擇陶瓷骨料用量為7 kg/m2，膠水用量為1.65 kg/m2，施工后，整體應(yīng)用效果良好；

⑶經(jīng)驗(yàn)收測試表明，加鋪彩色樹脂抗滑層后，可明顯提高路面的警示性、摩擦系數(shù)，縮短制動(dòng)距離，增加車輛通行的安全性。