低噪抗滑精罩面(TFC)設(shè)計(jì)及路用性能研究

朱 毅

(山西交通控股集團(tuán)有限公司運(yùn)城北高速公路分公司，山西 運(yùn)城 044000)

1 工程實(shí)例

聞垣高速公路瀝青路面主要的病害是抗滑性能不足和嚴(yán)重的路面磨光，局部出現(xiàn)橫縱向的裂縫。病害主要出現(xiàn)在部分超車(chē)道和行車(chē)道。2021年統(tǒng)計(jì)聞垣高速需要預(yù)防和養(yǎng)護(hù)路面長(zhǎng)達(dá)18 594 m。

首先，針對(duì)抗滑性能不足和路面磨光的路段，需要先對(duì)路面盡情清理之后進(jìn)行裂縫預(yù)處理，然后加鋪低噪抗滑精罩面，利用TFC技術(shù)對(duì)路面進(jìn)行治理。在實(shí)施TFC之前要先對(duì)路面進(jìn)行清潔，保證路面清縫、灌縫之后路面的完好，確保養(yǎng)護(hù)罩面和原路面的粘連。在預(yù)處理完原路面之后對(duì)路面進(jìn)行TFC處理，施工加碾壓使TFC處治厚度達(dá)到6 mm。一般情況下，低噪抗滑精罩面只處治行車(chē)道的病害，不會(huì)覆蓋掉兩側(cè)的路標(biāo)線。但是如果在處治的施工過(guò)程中，原路面和處治路面結(jié)合處需要銜接，則需要在施工過(guò)程中進(jìn)行接縫以連接路面車(chē)道，保證路面的穩(wěn)定性[1]。

2 原材料技術(shù)要求

2.1 層間界面劑(瀝青路面專(zhuān)用)

層間界面劑主要分水泥路面專(zhuān)用和瀝青路面專(zhuān)用，含高分子粘合劑、表面活性劑以及瀝青再生劑或水泥增強(qiáng)劑等[2]。為了防止片狀脫落，需要增強(qiáng)層間界面劑對(duì)原路面的滲透性，增強(qiáng)瀝青的粘彈性，補(bǔ)強(qiáng)水泥，保證路面的粘結(jié)力和強(qiáng)度。同時(shí)使基層和新養(yǎng)護(hù)層進(jìn)行有效的結(jié)合，更好地裹覆粉化的路面和粉塵，提高新舊路面基層的粘結(jié)力。為了評(píng)價(jià)層間界面材料對(duì)瀝青混凝土界面粘接的影響，選取層間界面劑的粘結(jié)強(qiáng)度和剪切強(qiáng)度作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，試驗(yàn)制備3組試件，分別涂刷乳化瀝青、高粘改性瀝青和層間界面劑，室內(nèi)溫度60 ℃條件下養(yǎng)護(hù)48 h后，放置室溫25 ℃條件下繼續(xù)養(yǎng)護(hù)2 h。試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖1、圖2。

圖1 粘接強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果

圖2 剪切強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果

由圖1、圖2可知，涂刷層間界面劑的試件粘結(jié)強(qiáng)度和剪切強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果最大，表明層間界面劑的粘接效果明顯。

2.2 膠結(jié)料

復(fù)合改性乳化瀝青常用于TFC膠結(jié)料，這種用于超薄耐久性抗滑磨耗層的瀝青主要是利用復(fù)合改性瀝青、乳化劑、高分子乳液和水來(lái)通過(guò)特制的設(shè)備提煉出復(fù)合改性乳化瀝青[3]。其性能指標(biāo)如表1所示。

表1 復(fù)合改性乳化瀝青性能指標(biāo)

2.3 耐磨抗滑降噪骨料

由于施工類(lèi)型的不同，耐磨抗滑降噪骨料的組成原料主要有玄武巖、石灰?guī)r、閃長(zhǎng)巖、輝綠巖以及高彈橡膠顆粒等[4]。所用骨料的性能指標(biāo)如表2所示。

表2 骨料性能指標(biāo)

2.4 表面保護(hù)劑

熱固交聯(lián)型高分子粘接材料組成表面保護(hù)劑，為了改善養(yǎng)護(hù)層早期的粘輪現(xiàn)象，使交通的開(kāi)放時(shí)間縮短，需要將表面保護(hù)劑噴灑于新養(yǎng)護(hù)層表面以形成不粘輪保護(hù)膜。同時(shí)，表面保護(hù)劑摻灑在乳化復(fù)合瀝青之后可以對(duì)路面表層瀝青進(jìn)行二次改性，從而提高新養(yǎng)護(hù)層的耐磨性和強(qiáng)度，延長(zhǎng)路面的使用壽命[5]。

3 配合比設(shè)計(jì)及路用性能研究

3.1 配合比設(shè)計(jì)

(1)集料用量的確定

本文研究的單石TFC厚度使用的集料只有一層，需要采用Kearby實(shí)驗(yàn)板法來(lái)確定集料的用量。具體為將TFC用3～5 mm的玄武巖集料均勻地平鋪在30 cm×30 cm×0.5 cm的方形鋼板上，使其表面被完全覆蓋，且無(wú)上下重疊，然后稱(chēng)重鋼板上覆蓋的集料重量，換算單個(gè)濕輪磨耗試件的重量為480 g。

(2)乳化瀝青用量確定

為了測(cè)出不同乳化瀝青用量對(duì)應(yīng)的TFC試件剝落率，可以將乳化瀝青用量所使用的集料按照比例(8%、10%、12%、14%及16%)來(lái)分別研究。試驗(yàn)結(jié)果如圖3所示。

圖3 乳化瀝青用量對(duì)TFC試件剝落率的影響

TFC剝落率隨著乳化瀝青的用量增加而降低，尤其是集料用量從8%增長(zhǎng)到10%時(shí)，TFC剝落率降幅明顯，這主要是因?yàn)殡S著集料用量的增加導(dǎo)致其瀝青膜增厚，從而帶來(lái)了瀝青剝落率的變化。乳化瀝青8%的集料用量，集料之間的瀝青膜較薄，與10%的集料用量相比，其膜厚達(dá)不到一定的強(qiáng)度，職業(yè)導(dǎo)致10%用量的集料之間粘性相對(duì)較好，有較強(qiáng)的粘結(jié)強(qiáng)度。隨著乳化瀝青集料用量的增加，TFC剝落率也逐漸降低，趨于平穩(wěn)，由此可以判斷TFC乳化瀝青集料的用量應(yīng)不小于10%才能保證更好的路面強(qiáng)度。

(3)水泥用量的確定

同樣，為了測(cè)出不同水泥摻量對(duì)應(yīng)的TFC試件的剝落率及剝落性能，可以將不同的水泥摻量所使用的集料用量按照比例(0%、1%、2.5%、4%及5.5%)來(lái)分別研究。試驗(yàn)結(jié)果如圖4所示。

圖4 水泥用量對(duì)TFC試件剝落率的影響

通過(guò)實(shí)驗(yàn)可以看出，TFC剝落率隨著水泥用量的增加而降低，尤其是水泥摻量集料用量由0%增加到5.5%時(shí)，TFC試件的剝落率明顯降低3%，這主要是因?yàn)樗嗟挠不饔秒S著水泥用量的增加而加強(qiáng)，從而改善TFC抗剝落性能。此外，水泥的硬化作用還可以增強(qiáng)乳化瀝青殘留物水泥膠漿的強(qiáng)度，以提升集料的粘結(jié)強(qiáng)度。因此，TFC試件使用的水泥量越多，其試件的抗磨耗性能也越好，TFC剝落率也就越低，由此可以判斷水泥摻量的集料用量應(yīng)大于1%。

3.2 路用性能

綜上所述，成型的TFC試件應(yīng)選用480 g的集料質(zhì)量，大于10%的乳化瀝青集料用量，以及不小于1%的水泥用量可以降低TFC的剝落率。為了驗(yàn)證此方案的TFC性能，本文對(duì)TFC試件進(jìn)行了相關(guān)參數(shù)的驗(yàn)證和測(cè)試，例如擺式摩擦系數(shù)、構(gòu)造深度指標(biāo)等，并對(duì)比常規(guī)的檢測(cè)結(jié)果，如AC-13和SMA-13等。

通過(guò)對(duì)路面路用性能的檢測(cè)可以得出結(jié)論：TFC擺值明顯比AC-13大，相當(dāng)于SMA-13的效果；且TFC構(gòu)造深度也明顯優(yōu)于SMA-13和AC-13。由此可以看出，TFC良好的抗滑性能能夠?yàn)檐?chē)輛提供良好的摩阻力，從而保證車(chē)輛的行駛安全。另外，構(gòu)造深度越大，行車(chē)的噪音也就越小，能夠提高駕駛?cè)说男熊?chē)安全和舒適度，并且構(gòu)造深度結(jié)構(gòu)有利于雨天排水，提高行車(chē)安全。

4 施工工藝要求

4.1 施工工藝

低噪抗滑精罩面(TFC)施工設(shè)備通過(guò)多重工序有序地施工路面，大大提高了施工的速度和質(zhì)量。首先層間界面劑能夠增強(qiáng)層間的粘結(jié)性，提高再生補(bǔ)強(qiáng)的作用，防止片狀脫落。復(fù)合改性乳化瀝青與耐磨抗滑降噪骨料相互結(jié)合，在鋪滿耐磨抗滑降噪骨料的基礎(chǔ)上，乳化瀝青能夠完全裹覆相互嵌鎖的石料，從而出現(xiàn)兩層連續(xù)性的瀝青膜，之后表面保護(hù)劑對(duì)瀝青進(jìn)行二次改性，使瀝青路用性能增強(qiáng)，提高瀝青的粘結(jié)強(qiáng)度和耐磨性，同時(shí)還可以防止出現(xiàn)表面的粘輪現(xiàn)象。在瀝青表面破乳后，使用膠輪壓路機(jī)碾壓復(fù)合改性乳化瀝青表面，次數(shù)為6～8次，使瀝青與石料之間的裹覆性提升，從而增強(qiáng)石料嵌鎖粘結(jié)的牢固性和穩(wěn)定性，使路面的養(yǎng)護(hù)時(shí)間縮短。TFC超薄耐久性抗滑磨耗層通過(guò)提升路用材料性能和組合，創(chuàng)新和優(yōu)化施工工藝之后具有很明顯的優(yōu)勢(shì)，如延長(zhǎng)道路的使用壽命、節(jié)能環(huán)保、高性?xún)r(jià)比、抗滑性能提高、更加牢固的層間粘結(jié)、降低行車(chē)噪音、較好的封水效果和路面平整度等等。

4.2 施工工藝流程

(1)封閉交通

施工前，需要安全組組織按照安全技術(shù)規(guī)范的相關(guān)要求采用半封閉的交通方式對(duì)路面交通進(jìn)行封閉化管理。

(2)病害預(yù)處理

首先，需要對(duì)路面病害進(jìn)行預(yù)處理。對(duì)與裂縫需要進(jìn)行灌縫處治，可以采用常溫液態(tài)灌縫膠對(duì)裂縫進(jìn)行處理，尤其對(duì)于小于25 mm寬的裂縫，灌縫小時(shí)后即可恢復(fù)交通，從而達(dá)到修補(bǔ)的作用。

技術(shù)參數(shù)：常溫液態(tài)灌縫膠(低溫型)軟化點(diǎn)≥85℃，錐入度5～9 mm，流動(dòng)值≤5 mm，彈性恢復(fù)率≥40%，低溫拉伸-20 ℃/50%，固含量≥75%。

常溫液態(tài)灌封膠相對(duì)于熱灌封膠對(duì)于縫壁的滲透力更強(qiáng)，能夠完全灌充裂縫，具有更強(qiáng)的縫壁粘結(jié)力，且不易出現(xiàn)開(kāi)裂，能夠達(dá)到更好的封水效果。常溫液態(tài)灌封膠在灌入裂縫的過(guò)程中無(wú)需開(kāi)糟，施工方便，成本不高，用量較少，且耐磨性較好，不會(huì)受裂縫變形的影響，能夠長(zhǎng)時(shí)間地封閉裂縫，從而延長(zhǎng)道路的使用壽命。

(3)配套保護(hù)與超薄耐久性抗滑磨耗層TFC施工

如有需要可利用15 cm或20 cm的特定膠帶保護(hù)原有標(biāo)線，否則可對(duì)原有標(biāo)線、箭頭、文字等進(jìn)行銑刨處理。另外，如果需要對(duì)路沿石及綠化進(jìn)行保護(hù)，可以使用遮擋板對(duì)保護(hù)對(duì)象進(jìn)行遮蔽處理，防止噴濺的霧狀料對(duì)其造成污染。準(zhǔn)備工作完成后，即可以施工超薄耐久性抗滑磨耗層TFC。

在正式超薄耐久性抗滑磨耗層TFC施工前，需要檢查好施工車(chē)輛和其他系統(tǒng)設(shè)備是否正常工作，噴灑量是否在規(guī)格內(nèi)，之后由安全員引導(dǎo)施工人員進(jìn)行相應(yīng)的施工，按照規(guī)定的車(chē)位和施工范圍進(jìn)行開(kāi)機(jī)施工。在施工的過(guò)程中需要保證施工的質(zhì)量，做到不漏撒、撒布均勻、密實(shí)、粘結(jié)牢固。在施工過(guò)程中，噴灑的橫向接頭處需要使用塑料布覆蓋以保證接頭和結(jié)尾的整齊，在撒布的過(guò)程中對(duì)路面縱邊預(yù)留2～5 cm的邊防止后期需要連接導(dǎo)致搭接過(guò)厚。

4.3 TFC使用效果

超薄耐久性抗滑磨耗層TFC完成后需要對(duì)施工效果包括擺值指標(biāo)和構(gòu)造深度指標(biāo)進(jìn)行持續(xù)地監(jiān)測(cè)。通過(guò)監(jiān)測(cè)結(jié)果可以得出，TFC擺值明顯比AC-13大，相當(dāng)于SMA-13的效果；且TFC構(gòu)造深度也明顯優(yōu)于SMA-13和AC-13。由此可以看出，超薄耐久性抗滑磨耗層具有良好的抗滑性能，能夠增強(qiáng)車(chē)輛比路面的摩擦力，從而保證車(chē)輛的抗滑性能，保證車(chē)輛的行車(chē)安全。其次，較大的構(gòu)造深度能夠降低行車(chē)噪音，提高行車(chē)舒適度，還有利于雨天的排水。

5 結(jié) 語(yǔ)

結(jié)合具體工程實(shí)例，研究了低噪抗滑精罩面TFC的配合比設(shè)計(jì)，并對(duì)低噪抗滑精罩面TFC瀝青混合料的路用性能進(jìn)行研究，不管從改善路面使用能力和提高路面使用壽命來(lái)講都具有十分重要意義。但是，TFC初期存在一定情況剝落，尤其是在急彎陡坡段容易剝落，需要進(jìn)一步進(jìn)行研究。