新型高粘彈超薄磨耗層抗滑耐久性研究

劉曉華 唐皓

摘要 道路行車安全性是路面建設(shè)的關(guān)鍵點(diǎn)，基于道路抗滑性能衰減過快、抗滑不足的現(xiàn)象，對(duì)路面磨耗層抗滑耐久性進(jìn)行了研究。在傳統(tǒng)NovaChip技術(shù)體系基礎(chǔ)上提出了新型高粘彈超薄磨耗層，采用專門研制的高粘瀝青，基于CAVF法設(shè)計(jì)出專有的骨架連續(xù)級(jí)配，具備更優(yōu)的瀝青混合料性能。通過室內(nèi)試驗(yàn)初步比較分析，新型高粘彈瀝青混合料具有相對(duì)較好的抗滑耐久性能。最后，依托實(shí)際工程的長(zhǎng)期跟蹤檢測(cè)，體現(xiàn)出和室內(nèi)試驗(yàn)相同的規(guī)律，進(jìn)一步驗(yàn)證了新型高粘彈超薄磨耗層的抗滑耐久性和工程實(shí)用性。

關(guān)鍵詞 高粘彈超薄磨耗層;CAVF法;抗滑耐久性;室內(nèi)試驗(yàn);工后檢測(cè)

中圖分類號(hào) U422.5 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 2096-8949（2022）02-0169-03

0 引言

21世紀(jì)，全球氣候變化是人類面臨的最嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)之一，城市交通運(yùn)輸業(yè)的碳排放、熱島效應(yīng)是影響氣候變化的重要因素。新型高粘彈超薄磨耗層1 cm左右超薄厚度能夠有效降低施工能耗，有助于城市的綠色、低碳發(fā)展[1-2]。近年來，國(guó)內(nèi)學(xué)者對(duì)于超薄磨耗層開展了一系列的研究，涉及原材料、混合料性能、施工工藝等等[3-5]。我國(guó)城市道路里程僅占全國(guó)道路總里程約7%，但城市道路交通事故卻占全國(guó)道路交通事故的45%。近年來道路抗滑性能衰減過快已成為道路工程領(lǐng)域迫切需要解決的重要技術(shù)問題[6-9]。王宏飛跟蹤隧道路面NovaChip超薄磨耗層使用性能，發(fā)現(xiàn)其具有較好的抗水損性能和抗車轍性能，對(duì)路面抗滑性能也具有較大提高[10]。該文提出新型高粘彈超薄瀝青磨耗層，闡述與NovaChip體系的區(qū)別和優(yōu)勢(shì)，借助室內(nèi)試驗(yàn)開展抗滑性能研究，最后由實(shí)際工程對(duì)抗滑耐久性能進(jìn)行驗(yàn)證。

1 新型高粘彈超薄磨耗層技術(shù)

1.1 技術(shù)特點(diǎn)

GT TECH高粘彈超薄瀝青磨耗層（圖1）是在成熟的NovaChip技術(shù)體系上進(jìn)行性能改進(jìn)與提升，同步攤鋪的厚度為0.8～2.0 cm的高性能熱拌瀝青混凝土面層。

相對(duì)于傳統(tǒng)NovaChip體系，高粘彈超薄磨耗層采用專門的高性能聚合物改性瀝青生產(chǎn)混合料，最為突出的特點(diǎn)是高粘高彈，60 ℃動(dòng)力粘度高達(dá)58萬Pa·s;粘層油采用偶聯(lián)型SBS聚合物改性高粘乳化瀝青。與傳統(tǒng)NovaChip瀝青磨耗層相比，GT TECH高粘彈超薄瀝青磨耗層具有以下技術(shù)特點(diǎn)與優(yōu)勢(shì)：結(jié)構(gòu)層薄、密實(shí)封水、施工效率高、抗滑性能好、噪聲小、經(jīng)濟(jì)耐久。

1.2 配合比設(shè)計(jì)

礦料級(jí)配為特殊骨架密實(shí)型，進(jìn)行瀝青混合料配合比設(shè)計(jì)時(shí)，采用張肖寧教授提出的CAVF法（主骨架空隙填充法），通過提高粗集料骨架的嵌擠作用和細(xì)集料的填充、粘結(jié)作用，全方位提高混合料性能。以廣東省某高速公路養(yǎng)護(hù)工程為例，經(jīng)集料篩分和試配后，確定高粘彈瀝青混合料生產(chǎn)配合比礦料組成為6～11 mm∶3～6 mm∶0～3 mm∶礦粉=57∶10∶30∶3，合成級(jí)配見表1。

通過馬歇爾試驗(yàn)確定該級(jí)配下的最佳油石比為7.8%，混合料各項(xiàng)指標(biāo)見表2，具有優(yōu)良的疲勞穩(wěn)定性。

2 室內(nèi)試驗(yàn)研究抗滑耐久性能

為了滿足室內(nèi)模擬研究路面抗滑性能衰減變化的需要，借助華南理工大學(xué)研發(fā)的膠輪搓揉試驗(yàn)裝置模擬輪胎作用，設(shè)備裝置見圖2。

拌制NovaChip瀝青混合料和新型高粘彈瀝青混合料，分別成型3組（300×300×50）mm的瀝青混凝土車轍板試件，為了更好模擬廣東地區(qū)高溫潮濕的行車環(huán)境，使用60 ℃水浴加熱。將每組試件置于搓揉試驗(yàn)機(jī)承載臺(tái)固定，啟動(dòng)膠輪搓揉試驗(yàn)裝置。車輪行車速度為42次/min，試件橫向移動(dòng)速度為10 cm/min，輪胎荷載按0.7 MPa控制。

每間隔1 h進(jìn)行車轍板的擺值測(cè)定，試驗(yàn)周期為8個(gè)小時(shí)。試驗(yàn)結(jié)果見表3。

1 h的搓揉作用后，擺值均出現(xiàn)一個(gè)遞增的小峰值;然后從第2 h開始呈現(xiàn)持續(xù)遞減的趨勢(shì)。分析認(rèn)為是在使用擺式儀測(cè)試初始值時(shí)，由于厚瀝青膜覆蓋了路面集料微觀紋理，導(dǎo)致表面較光滑，因而摩擦力偏低。而經(jīng)過一段時(shí)間的車輪作用，表面的瀝青膜被磨掉，集料的紋理顯露出來，此時(shí)路面較粗糙，因而摩擦系數(shù)出現(xiàn)小幅增長(zhǎng);在后期，路面構(gòu)造的紋理和棱角被進(jìn)一步磨損，路面粗糙度下降，因而路面出現(xiàn)持續(xù)的摩擦系數(shù)下降趨勢(shì)。

兩種級(jí)配混合料的擺值對(duì)比，新型高粘彈瀝青混合料的擺值較大。為了能夠更加量化對(duì)比混合料骨架級(jí)配對(duì)抗滑性能的影響程度，定義抗滑性能衰減率為抗滑性能衰減幅度與初始值的比值，作為評(píng)價(jià)路面抗滑耐久性的指標(biāo)。新型高粘彈瀝青混合料抗滑性能衰減率為30.6%，NovaChip混合料抗滑性能衰減率為38.1%，新型高粘彈瀝青混合料路面抗滑耐久性更佳，混合料骨架級(jí)配對(duì)于表層構(gòu)造的穩(wěn)定性和抗滑耐久性有積極的作用。

3 實(shí)際工程檢測(cè)

借助廣東省某高速養(yǎng)護(hù)項(xiàng)目，觀測(cè)高粘彈超薄磨耗層和NovaChip超薄磨耗層超薄磨耗層工后、工后半年、工后一年（見圖3）及工后兩年的表觀狀況和橫向力系數(shù)。兩種超薄磨耗層試驗(yàn)段經(jīng)過兩年的運(yùn)行，路面表觀狀況良好，無明顯的損壞。

采用橫向力系數(shù)車對(duì)路面橫向力系數(shù)進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)果見表4。

從統(tǒng)計(jì)結(jié)果可知：高粘彈超薄磨耗層施工后初始橫向力系數(shù)為72，兩年后下降至56，年平均下降8;NovaChip超薄磨耗層施工后初始橫向力系數(shù)為69，兩年后下降至49，年平均下降10。高粘彈超薄磨耗層具有更好的初始抗滑性能和抗滑耐久性能。

4 結(jié)論

基于節(jié)能環(huán)保、行車安全的大背景，開展新型高粘彈超薄磨耗層抗滑耐久性研究，通過室內(nèi)和實(shí)際項(xiàng)目的試驗(yàn)，得到主要結(jié)論如下：

（1）8個(gè)小時(shí)的試驗(yàn)后，新型高粘彈瀝青混合料抗滑性能衰減率為30.6%，Novachip混合料抗滑性能衰減率為38.1%，新型高粘彈瀝青混合料路面抗滑耐久性更佳。

（2）跟蹤工后兩年的橫向力系數(shù)檢測(cè)，數(shù)據(jù)表明，高粘彈超薄磨耗層初始橫向力系數(shù)更大，約72，年均衰減速度較Novachip更加緩慢。

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