彈性薄層自破冰路面施工檢測方法探討

劉 奇，樊孟孟，彭 春，閆 朗，臧曉寧

(1.中交路橋建設(shè)有限公司 北京市 100000;2.中交第一公路勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司 西安市 710065)

0 引言

為長期有效地解決我國北方地區(qū)路面結(jié)冰，導(dǎo)致路面抗滑性能不足，影響交通安全的問題，并采用綠色環(huán)保的主動(dòng)除冰雪方式。交通行業(yè)內(nèi)的眾多專家學(xué)者做了多方的探索研究，并于2020年底在甘肅渭武高速漳縣段實(shí)施了500m的彈性薄層自破冰路面試驗(yàn)段，該試驗(yàn)段的成功鋪設(shè)，在行業(yè)內(nèi)主動(dòng)除冰雪路面探索研究方向邁出了堅(jiān)實(shí)的一步。

彈性薄層自破冰路面即是在不改變原路面狀況的基礎(chǔ)上加鋪一層一定厚度的彈性功能層，該彈性功能層采用了相對(duì)于瀝青路面柔性更大的橡膠混合料鋪筑而成[1]，如圖1所示。由于該彈性功能層較低的模量，在車載作用下，彈性功能層與冰層較大的變形差可使冰層破碎，從而實(shí)現(xiàn)“自破冰”的效果。渭武高速彈性薄層自破冰路面是我們國內(nèi)首次該類型路面的應(yīng)用探索，對(duì)于彈性薄層自破冰路面的具體應(yīng)用性能及檢測評(píng)價(jià)方法仍在探索實(shí)驗(yàn)中，旨在對(duì)該路面試驗(yàn)段的檢測方法進(jìn)行研究分析，為后期該路面結(jié)構(gòu)的推廣應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。

圖1 彈性薄層自破冰路面結(jié)構(gòu)示意圖

1 研究思路

彈性薄層自破冰路面是一種新型的路面結(jié)構(gòu)形式，對(duì)該路面暫無成熟的檢測評(píng)價(jià)方式，但無論何種路面結(jié)構(gòu)對(duì)于道路基本的通行需求是必須符合相關(guān)規(guī)范規(guī)定的。但對(duì)于基本的路面使用要求，常規(guī)的瀝青路面檢測方式是否適用于彈性薄層自破冰路面仍需進(jìn)行探索分析。通過梳理常規(guī)瀝青路面的各種檢測手段和方法，基于彈性薄層自破冰路面特性，兼顧彈性薄層自破冰路面的功能性開展分析研究，分別確定彈性薄層自破冰路面的抗滑性能、空隙率、平整度及厚度的檢測方法。

2 檢測方法

2.1 抗滑性能檢測方法

路面正常服役狀態(tài)下，行車安全主要決定于路面的抗滑性能，因此路面的抗滑性能檢測評(píng)定至關(guān)重要，直接關(guān)系到道路運(yùn)營安全。彈性薄層自破冰路面作為一種新型的路面結(jié)構(gòu)嘗試推廣應(yīng)用，對(duì)于基本的路面抗滑性能必須滿足相關(guān)規(guī)范要求。

對(duì)于常規(guī)的瀝青路面，目前路面抗滑性能的主要檢測方法有以下幾種[2-4]：

(1)擺式儀法。該方法主要是直接檢測路面的抗滑系數(shù)，其工作原理即是將一個(gè)底端裝有橡膠塊的擺錘從一定高度自由擺下，然后擺錘下端的橡膠塊與路面接觸摩擦后擺回到一定高度。過程中由于擺錘底端橡膠塊與路面的摩擦阻力的存在，使得回?cái)[高度不同，從而通過不同的摩擦系數(shù)定量地評(píng)價(jià)路面抗滑性能。該方法是典型的定點(diǎn)式檢測方法，操作簡單，應(yīng)用面廣，特別適用于戶外現(xiàn)場路面的檢測。

(2)鋪砂法。鋪砂法是直接測量路面構(gòu)造深度的方式，操作時(shí)將體積固定的規(guī)范要求的細(xì)砂在路面上攤鋪為圓形，通過測量該圓的直徑計(jì)算面，進(jìn)而計(jì)算出相應(yīng)的構(gòu)造深度，用于間接的評(píng)價(jià)瀝青路面的抗滑性能。

(3)橫向力系數(shù)測定法。該方法檢測時(shí)是將試驗(yàn)滾輪設(shè)定與行車方向形成一個(gè)角度，從而產(chǎn)生與試驗(yàn)滾輪平面垂直的橫向阻力，該橫向阻力與試輪承受的豎向荷載之比即為橫向力系數(shù)，這種方法很好地表征了車輛實(shí)際制動(dòng)或發(fā)生側(cè)滑時(shí)的路面阻抗。

(4)激光構(gòu)造深度儀是無損檢測方法，其向路面投射光線并在另一個(gè)角度進(jìn)行接收反射光來檢測反射點(diǎn)的高度，計(jì)算出路面的構(gòu)造深度。其可直接測量路表的構(gòu)造(粗糙程度)，具有精度高、采集量大、便捷、快速等優(yōu)點(diǎn)。

(5)數(shù)字圖像法是依據(jù)王端宜發(fā)明的“應(yīng)用數(shù)字圖像技術(shù)評(píng)價(jià)路表面構(gòu)造深度”技術(shù)裝置，根據(jù)路面構(gòu)造越深灰度值越大的相關(guān)關(guān)系，通過對(duì)路表成像，分析其灰度變化來反映抗滑構(gòu)造的變化。該方法成本低，操作簡單、便捷、精度高。

從路面抗滑性能形成機(jī)理分析，路面的抗滑性能決定于車輪與路面的接觸狀態(tài)，該接觸作用一般表現(xiàn)為三種形式：車輪-路面摩擦，車輪-路面附著，車輪-路面相互作用。通過路面抗滑機(jī)理的分析可知單純的檢測路面的構(gòu)造深度對(duì)于評(píng)價(jià)路面抗滑性能有失偏頗，且主要為針對(duì)瀝青路面的經(jīng)驗(yàn)性評(píng)價(jià)方法，不能涵蓋所有路面形式。彈性薄層自破冰路面集料主要采用了輪胎的廢碎顆粒，因此該路面材料與車輪材料同根同源，其“車輪-路面附著”及“車輪-路面相互作用”的效應(yīng)可能更為突出，因此對(duì)于單純的檢測路面構(gòu)造深度的方式顯然不適用于評(píng)價(jià)彈性薄層自破冰路面的抗滑性能。擺式儀法和橫向力系數(shù)測定法兩種檢測方法很好地模擬了實(shí)際的車輪-路面狀態(tài)，對(duì)于反應(yīng)彈性薄層自破冰路面抗滑性均有可行性，但相對(duì)來說擺式儀法為現(xiàn)行規(guī)范推薦檢測方式，且設(shè)備小巧，操作簡單，因此擬采用擺式儀法檢測評(píng)價(jià)彈性薄層自破冰路面的抗滑性能。

渭武高速彈性薄層自破冰路面試驗(yàn)段鋪筑養(yǎng)護(hù)后，采用擺式儀法對(duì)該路段進(jìn)行檢測評(píng)價(jià)，檢測數(shù)據(jù)顯示，該路段擺式儀數(shù)據(jù)均在60以上，如圖2所示，說明彈性薄層自破冰路面的抗滑性能很好。這是由于彈性薄層自破冰路面集料主要為輪胎廢舊顆粒，與擺式儀擺錘下端的橡膠塊為同種材料，兩者接觸后其產(chǎn)生摩擦力的黏附力及滯后力均優(yōu)于其它材料，因此最終的摩擦力表現(xiàn)較大。這種抗滑性能檢測方式很好地模擬了車輪與彈性薄層自破冰路面的接觸狀態(tài)，對(duì)彈性薄層自破冰路面的抗滑性進(jìn)行檢測評(píng)價(jià)具有可行性。

圖2 擺式儀檢測彈性薄層自破冰路面抗滑性能

2.2 空隙率檢測方法

彈性薄層自破冰路面目的旨在冬季路面結(jié)冰時(shí)在車載作用下實(shí)現(xiàn)自破冰，冬季該路面仍需確保較高的彈性，其路面的空隙率一定要低。如彈性薄層自破冰路面空隙率較大，在冬季很容易雨水滲入后結(jié)冰，從而使自破冰路面失去彈性，不再具有破冰效果，因此對(duì)于彈性薄層自破冰路面施工時(shí)一定要對(duì)其空隙率進(jìn)行嚴(yán)格控制。

對(duì)于常規(guī)的瀝青路面，目前空隙率的檢測方法主要有以下幾種[5-7]：

(1)實(shí)驗(yàn)測定法。實(shí)驗(yàn)法測定路面空隙率首先需要采用表干法測定吸水率在2%以上的瀝青混合料芯樣，然后通過計(jì)算可以得到瀝青混合料芯樣的空隙率。該方法雖然工作效率低，但檢測精確度高。

(2)核子密度儀測定法。核子密度儀檢測時(shí)通過銫137輻射的伽馬射線進(jìn)行密度測量，不同材料由于密度差異，吸收的伽瑪射線就會(huì)不同，因此可通過伽瑪射線的情況進(jìn)一步計(jì)算得出路面的空隙率。這種方法對(duì)于路面沒有損傷，檢測方便快捷，但因?yàn)閷?duì)人體有輻射，目前已很少有人使用。

(3)探地雷達(dá)測定法。路用探地雷達(dá)是通過地面上的發(fā)射天線向地下發(fā)射脈沖，當(dāng)這些脈沖遇到地下介質(zhì)或其他介質(zhì)分界面，會(huì)產(chǎn)生反射，反射脈沖會(huì)被接收天線接收，主機(jī)將會(huì)記錄下這些反射回的脈沖信號(hào)，然后進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，計(jì)算得出空隙率。目前這種方法檢測方便快捷，但是對(duì)于檢測數(shù)據(jù)與空隙率的轉(zhuǎn)換推算還沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，有通過波形圖變化幅值推算的，有通過介電常數(shù)推算的。

(4)無核密度儀測定法。該方法主要是利用不同材料的介電常數(shù)不同會(huì)導(dǎo)致各路面面層的電容量不同，從而會(huì)產(chǎn)生發(fā)射電磁波檢測瀝青路面面層的電感值，然后利用儀器內(nèi)部的電路信號(hào)轉(zhuǎn)換來檢測路面密度，最終通過統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)計(jì)算出空隙率。該方法檢測方便，但是后期數(shù)據(jù)處理工作量大。

(5)滲水系數(shù)測定法。滲水系數(shù)測定是采用專用檢測裝置，倒入定量的水，觀察時(shí)間的變化裝置的水量變化，從而定量描述單位時(shí)間內(nèi)路面的滲水情況，間接地描述了路面的空隙率。

綜上所述，對(duì)于上述瀝青路面空隙率檢測方法而言，實(shí)驗(yàn)測定法不滿足現(xiàn)場檢測的要求；核子密度儀測定法因其對(duì)人體的輻射而不推薦使用；探地雷達(dá)測定法和無核密度儀測定法前期檢測方便，但后續(xù)計(jì)算工作量大，也不推薦使用；滲水系數(shù)測定法現(xiàn)場檢測方便，數(shù)據(jù)直觀可見，能夠直接反應(yīng)出路面的滲水情況，因此彈性薄層自破冰路面空隙率的檢測選擇采用滲水系數(shù)法測定。

通過對(duì)渭武高速彈性薄層自破冰路面滲水系數(shù)的測定顯示，采用滲水系數(shù)法測定的彈性薄層自破冰路面滲水系數(shù)均在30mL/min以下，說明該路面空隙率相對(duì)較低。這主要是因?yàn)閺椥员幼云票访娌捎镁酆衔镒鳛檎辰Y(jié)材料常溫施工，粘結(jié)材料可以充分地潤濕集料表面，并滲透填充空隙，使得最終的空隙率很小，一定程度上確保了彈性薄層自破冰路面冬季低溫時(shí)功能層的較好彈性。

2.3 平整度檢測方法

瀝青路面平整度檢測方法主要決定于檢測設(shè)備的不同，目前使用的路面平整度檢測設(shè)備主要有以下四種：3m直尺，連續(xù)式平整度儀，激光路面平整度測定儀，車載式顛簸累積儀[8]。上述四種儀器對(duì)于彈性薄層自破冰路面的平整度檢測均適用，本研究中為使用方便，現(xiàn)場檢測中采用了3m直尺測定法，相關(guān)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)完全參照瀝青路面檢測驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)。

2.4 厚度檢測方法

常規(guī)瀝青路面鋪筑時(shí)，會(huì)提前測定標(biāo)高，攤鋪機(jī)嚴(yán)格“走線”施工，各層厚度相對(duì)較大，控制也比較精確。彈性薄層自破冰路面目前尚未有成熟的施工工藝，攤鋪設(shè)備比較簡單，厚度控制精確相對(duì)困難，同時(shí)彈性自破冰路面不宜鋪筑過厚，厚度增加會(huì)導(dǎo)致行車阻力增大，油耗增高，因此對(duì)于該路面的厚度需要進(jìn)行嚴(yán)格檢測控制。現(xiàn)場測定中采用固定長度的鋼針插入彈性自破冰路面，通過鋼尺測定扎入路面前后的鋼針長度差測定路面厚度，如圖3所示。

圖3 彈性薄層自破冰路面厚度檢測

3 總結(jié)

基于彈性薄層自破冰路面特性及其功能性，通過對(duì)常規(guī)瀝青路面檢測方法的梳理分析，探索出彈性薄層自破冰路面的檢測方法如下：

(1)采用擺式儀法對(duì)彈性薄層自破冰路面抗滑性能進(jìn)行檢測具有可行性，且能很好地反應(yīng)路面實(shí)際抗滑效果。

(2)彈性薄層自破冰路面的空隙率，可采用滲水系數(shù)法進(jìn)行檢測評(píng)價(jià)。

(3)對(duì)于彈性薄層自破冰路面的平整度進(jìn)行測定可以完全參照常規(guī)瀝青路面的檢測方法。檢測自破冰層厚度可使用鋼針與鋼尺配合測定插入層內(nèi)前后長度差進(jìn)行檢測。