瀝青路面噴砂霧封層防滑養(yǎng)護(hù)技術(shù)研究

肖真華

（贛州市公路發(fā)展中心南康分中心,江西 贛州 341400）

0 引言

路面防滑功效是反映和保障公路行車安全的重要技術(shù)指標(biāo)。在公路使用過(guò)程中，隨著運(yùn)行時(shí)間的逐漸增長(zhǎng)，在輪路摩擦、材料老化、微觀和宏觀構(gòu)造磨損等因素作用下，防滑功效也不可避免地逐漸衰退，不但影響公路使用的舒適性和安全性，也會(huì)額外增加養(yǎng)護(hù)成本并大幅度縮短公路健康壽命周期。下文將重點(diǎn)分析噴砂霧封層防滑技術(shù)在瀝青路面養(yǎng)護(hù)工程中的運(yùn)用。

1 噴砂防滑霧封層組分設(shè)計(jì)

1.1 主要材料

1.1.1 乳化瀝青

聚合物防滑層的黏結(jié)材料，以聚氨酯樹(shù)脂、甲基丙烯酸樹(shù)脂、環(huán)氧樹(shù)脂為主?？紤]超薄防滑層和特殊噴涂工藝的需要，該研究選擇應(yīng)用乳化瀝青作黏結(jié)料開(kāi)展試驗(yàn)，其指標(biāo)參數(shù)具體見(jiàn)表1所示。

表1 乳化瀝青主要技術(shù)指標(biāo)

為保證噴砂霧封層的防滑功效，在施工過(guò)程中，須控制黏結(jié)材料的噴涂量。噴涂量不足，細(xì)骨料黏附性會(huì)受到影響，不利于保持路面良好的紋理構(gòu)造，也不能得到較好的防滑功效。噴涂過(guò)多，會(huì)造成原有路面宏觀構(gòu)造被過(guò)度掩蓋，在路面積水或潮濕的狀態(tài)下行駛，胎路摩擦系數(shù)大幅降低，不利于車輛行駛安全[1]。

1.1.2 膠乳

為使細(xì)骨料較好黏結(jié)在瀝青路面，可以在乳化瀝青中加進(jìn)一定量的增黏劑，以保證其良好的黏結(jié)功效。該研究選用的增黏劑為膠乳，其指標(biāo)參數(shù)見(jiàn)表2所示。使用膠乳作為增黏劑，具有下述特點(diǎn)：

表2 膠乳指標(biāo)參數(shù)

（1）儲(chǔ)存穩(wěn)定性較好，方便運(yùn)輸儲(chǔ)存。

（2）有較佳的耐鹽、耐堿、耐酸、臭氧老化、耐日光、耐化學(xué)試劑的特性。

（3）有較強(qiáng)的黏結(jié)功效，抗?jié)B性強(qiáng)，防御水損害特性較好。

（4）高低溫穩(wěn)定性良好。

（5）涂層耐磨性較好。

（6）來(lái)源廣泛，制作容易，經(jīng)濟(jì)性好。

1.1.3 骨料

噴砂防滑霧封層中，骨料通過(guò)黏結(jié)劑黏附于路面，構(gòu)成微觀紋理狀態(tài)，形成較好的防滑功效。噴砂防滑霧封層骨料宜選擇應(yīng)用單一粒度，原因在于：

（1）單一粒度在級(jí)配設(shè)計(jì)和生產(chǎn)制料上相對(duì)簡(jiǎn)便，噴涂過(guò)程中也不易發(fā)生離析，成型后路面的細(xì)骨料顆粒更均勻分布，路容相對(duì)更美觀。

（2）單一粒度細(xì)骨料路面，鋪攤更均勻，新鋪面與原骨料之間會(huì)構(gòu)成良好的疏水通道，更利于排出路面積水，降低路面水害影響，利于雨天駕駛安全。

（3）單一粒度細(xì)骨料路面，利于構(gòu)成比較大的胎路接觸面積。試驗(yàn)研究顯示，0.15～0.6 mm細(xì)骨料對(duì)路面防滑功效的衰變影響較大，因此該研究選擇在這樣的細(xì)骨料粒度條件下開(kāi)展試驗(yàn)分析[2]。

1.2 應(yīng)用量設(shè)計(jì)

組分用量密切影響成型路面的技術(shù)功效，所以有必要通過(guò)試驗(yàn)對(duì)噴砂霧封層的組分用量進(jìn)行設(shè)計(jì)和控制。

1.2.1 黏結(jié)劑用量

按比例由乳化瀝青、改性劑、添加劑復(fù)合構(gòu)成黏結(jié)劑，按32×50（cm）的面積確定最優(yōu)噴涂應(yīng)用量。比如AC13路面板，磨損區(qū)分別噴涂100 g、75 g、50 g、25 g、5 g的黏結(jié)劑劑量，并均勻播撒金剛砂30 g，然后對(duì)新路面板開(kāi)展防滑功效評(píng)估。

試驗(yàn)結(jié)果顯示，伴隨黏結(jié)劑應(yīng)用量的增加，細(xì)骨料的有效黏附越來(lái)越多，防滑功效獲得提升并逐步達(dá)到最佳狀態(tài)。噴涂階段的黏結(jié)劑呈流動(dòng)狀態(tài)，細(xì)骨料易下沉，不能充分滯留于涂層表面而有助于形成粗糙路面，影響防滑功效。綜合考慮防滑、路容美觀、經(jīng)濟(jì)性等因素，AC13路面按0.30～0.35 kg/m2的劑量噴涂黏結(jié)劑，即可獲得理想的路面功效。由于SMA路面和OG路面的間隙較大和宏觀構(gòu)造相對(duì)豐富，有必要適當(dāng)增加噴涂量，試驗(yàn)結(jié)果顯示，SMA路面和OG路面按0.40～0.45 kg/m2的劑量噴涂黏結(jié)劑，可獲得較好的路面功效。

1.2.2 細(xì)骨料粒度

細(xì)骨料粒度是影響防滑衰減率的主要要素，特別是0.15～0.60 mm骨料粒度的影響尤為重要。該研究選擇的細(xì)骨料粒度分別為0.6 mm、0.3 mm、0.15 mm?；谕粸r青試樣板開(kāi)展試驗(yàn)，噴槍連接氣泵，待達(dá)到穩(wěn)定氣壓后，向儲(chǔ)存瓶均勻倒入黏結(jié)劑，為保證試板充分黏結(jié)細(xì)骨料，采取下述操作流程：

（1）應(yīng)用噴槍清理路面，確保板面清潔。

（2）注入黏結(jié)劑，在板面均勻噴涂，至板面稍微泛油光。

（3）在涂好黏結(jié)劑的面板上，均勻噴灑各檔細(xì)骨料。

（4）細(xì)料噴灑后，復(fù)噴黏結(jié)劑，使黏結(jié)劑完全裹覆細(xì)骨料并牢固黏結(jié)在面板上。

試驗(yàn)中，因?yàn)閲姌尩某鰵鈮毫Ρ容^大，0.6 mm細(xì)骨料在復(fù)噴過(guò)程中容易被沖散，發(fā)生局域缺失、局域集聚現(xiàn)象，造成顆粒分布不夠均勻。在黏結(jié)劑影響下，0.15 mm骨料容易流動(dòng)成團(tuán)，難以獲得較好的微觀紋理。因此最終的細(xì)骨料選擇0.3 mm金剛砂。金剛砂機(jī)械加工并經(jīng)過(guò)水洗和篩選，莫氏硬度9.5左右，成分主要為SiC，晶胞呈立方結(jié)構(gòu)，晶胞包含4個(gè)Si原子和4個(gè)C原子。應(yīng)用金剛砂作為防滑骨料具有下述優(yōu)勢(shì)[3]：

（1）抗沖擊、抗高溫、耐腐蝕、導(dǎo)熱功效良好。

（2）與膠乳、乳化瀝青的黏附性較好，不易發(fā)生脫落。

（3）密度比較大，不易被噴槍沖散離析，最大程度保證路面成型后顆粒均勻分布。

（4）強(qiáng)度高，抗腐蝕，對(duì)環(huán)境基本無(wú)污染。

（5）來(lái)源廣泛，價(jià)格便宜，方便運(yùn)輸。

1.2.3 細(xì)骨料應(yīng)用量

細(xì)骨料的應(yīng)用量應(yīng)滿足目標(biāo)級(jí)配設(shè)計(jì)和盡可能滿足應(yīng)用周期內(nèi)形成良好的磨損細(xì)骨料補(bǔ)充。在確定黏結(jié)劑最優(yōu)應(yīng)用量的條件下，該研究選擇0.3 mm金剛砂，分別按60 g、45 g、30 g、15 g、0 g控制應(yīng)用量。采用擺式儀和WFT檢測(cè)技術(shù)開(kāi)展防滑功效檢測(cè)分析。

AC13路面，黏結(jié)劑噴涂50 g，分別播灑60 g、45 g、30 g、15 g、0 g金剛砂，基于擺值和WFC作為防滑功效評(píng)估指標(biāo)，開(kāi)展路面紋理分析。表3檢測(cè)成果顯示，無(wú)論是擺值指標(biāo)，還是WFC摩擦系數(shù)指標(biāo)，隨金剛砂應(yīng)用量的增加，均呈先加大后降低并逐步趨向穩(wěn)定的發(fā)展?fàn)顟B(tài)。微觀構(gòu)造和宏觀構(gòu)造共同構(gòu)成路面防滑功效，前者主要提供低速行車摩擦力，后者主要提供高速行車摩擦力和路面積水排放。微觀和宏觀構(gòu)造是營(yíng)造路面良好功能的前提。逐步加大金剛砂應(yīng)用量，會(huì)造成原有宏觀構(gòu)造數(shù)量大幅度降低，雖然低速條件下的擺值一定程度提高，但是也為高速行車造成安全風(fēng)險(xiǎn)。試驗(yàn)獲得的推薦噴砂防滑霧封層材料參數(shù)具體見(jiàn)表4所示[4]。

表3 金剛砂應(yīng)用量對(duì)路面防滑功效的影響

表4 推薦噴砂防滑霧封層材料參數(shù)

2 噴砂霧封層的防滑恢復(fù)功效

2.1 防滑恢復(fù)功效分析

對(duì)磨損后的AC13、SMA13、OG13瀝青板實(shí)施噴砂防滑霧封層處理，然后應(yīng)用檢測(cè)設(shè)備對(duì)紋理構(gòu)造及防滑功效變化開(kāi)展分析。

2.1.1 防滑指標(biāo)分析

用手推WFT摩擦系數(shù)檢測(cè)儀、擺式儀，對(duì)3塊磨后OG13、SMA13、AC13噴砂瀝青板開(kāi)展防滑功效測(cè)試，并進(jìn)行數(shù)據(jù)比較分析，其數(shù)據(jù)匯總見(jiàn)表5所示。防滑恢復(fù)率通過(guò)公式（1）計(jì)算。

表5 路面防滑功效分析

式中，H0——路面處理前的防滑指標(biāo)；Ht——路面處理后的防滑指標(biāo)。

數(shù)據(jù)顯示，噴砂防滑處理后，防滑功效明顯提升，WFC模型的擺值恢復(fù)率達(dá)30%以上，BPN模型的擺值恢復(fù)率達(dá)50%以上。雖然噴砂防滑霧封層使得防滑功效大幅度提升，但是不同結(jié)構(gòu)形式的路面的改善幅度有所不同，恢復(fù)功效OG13＞SMA13＞AC13，其中OG13的功效變化尤為顯著，顯示該技術(shù)更利于構(gòu)造深度大但防滑性能不足的路面和大間隙路面的防滑性能治理。

2.1.2 紋理指標(biāo)狀態(tài)分析

應(yīng)用激光紋理儀掃描噴砂防滑霧封層瀝青路面，獲得實(shí)施養(yǎng)護(hù)措施前后瀝青路面紋理狀態(tài)的均值數(shù)據(jù)見(jiàn)表6所示。

表6 實(shí)施養(yǎng)護(hù)措施前后瀝青路面紋理狀態(tài)

表中的MPD是構(gòu)造平均深度，Ra是平均深度，Rq是均方差，此3個(gè)指標(biāo)表征宏觀路面構(gòu)造狀態(tài)。Rsk是測(cè)量偏斜度，Rku是測(cè)量駝峰度，此2個(gè)指標(biāo)用來(lái)表征微觀路面構(gòu)造狀態(tài)。表6數(shù)據(jù)顯示，瀝青路面MPD、Ra、Rq等構(gòu)造深度指標(biāo)有所增強(qiáng)，Rsk和Rku紋理狀態(tài)指標(biāo)亦發(fā)生改善。

表7數(shù)據(jù)顯示，基于0.05顯著水平所開(kāi)展的T檢驗(yàn)，其MPD臨界值高于統(tǒng)計(jì)值，P統(tǒng)計(jì)值大于其臨界值，表明SMA13養(yǎng)護(hù)處理后，MPD發(fā)生的變化并不明顯，也就是說(shuō)大紋理變化不明顯。Rku和Rsk的統(tǒng)計(jì)值均比臨界值要高。P值的統(tǒng)計(jì)值均低于其臨界值，表明SMA13養(yǎng)護(hù)處理后，紋理形態(tài)變化較為明顯。顯示噴砂防滑霧封層是可以有效養(yǎng)護(hù)或形成路面微紋理的一種養(yǎng)護(hù)技術(shù)。

表7 SMA13路面養(yǎng)護(hù)前后的紋理指標(biāo)的顯著性狀態(tài)

2.2 防滑持久性分析

噴砂防滑霧封層技術(shù)適用于微觀構(gòu)造存在磨損，但宏觀構(gòu)造仍然可用的路面恢復(fù)。為研究噴砂霧封層的應(yīng)用效果，借助高速加載磨耗儀，以噴砂霧封的SMA13和OG13瀝青路面為分析對(duì)象，以擺值為功效評(píng)估指標(biāo)，對(duì)該型路面的防滑功效衰變規(guī)律進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分析。

通過(guò)研究噴砂霧封層的防滑功效衰變關(guān)系發(fā)現(xiàn)：

（1）噴砂封層養(yǎng)護(hù)后，路面的防滑功效大幅度提升。

（2）磨損不斷積累過(guò)程中，防滑功效隨之逐步衰變，隨著磨損程度的增加，衰變率逐步降低。前期擺值衰變迅速，后期則穩(wěn)定于一個(gè)較小的波動(dòng)范圍。

（3）噴砂防滑處理以后，又經(jīng)12 000次左右的磨損，路面再次發(fā)生防滑性能失效，相較于新建路面初次防滑失效發(fā)生于24 000次，噴砂封層防滑持久性表現(xiàn)更好，延長(zhǎng)路面防滑應(yīng)用壽命近50%。

再次失效的防滑值顯著低于初次防滑失效的終值，主要是因?yàn)樵谀p過(guò)程中，面層細(xì)骨料在磨損過(guò)程中，對(duì)粗骨料外露的舊路面造成新磨痕，面層深度不斷受損，縱向摩擦系數(shù)降低，路面沿行車方向的防滑功效深受影響。但出現(xiàn)新劃痕，路面橫向摩擦系數(shù)能夠因此得到提升，從而利于彎道防滑。也可以發(fā)現(xiàn)，在磨損衰變過(guò)程中，也存在個(gè)別衰變值相較于常規(guī)狀態(tài)有所偏離的情況，其原因?yàn)椋?/p>

（1）粗骨料空隙中的細(xì)骨料伴隨磨損發(fā)展而逐步顯現(xiàn)，路面再度變得粗糙，為路面提供一定摩擦阻力。

（2）測(cè)量誤差導(dǎo)致。總之，噴砂封層路面的防滑衰變與新建路面有所差別，噴砂封層處理后，路面防滑衰變一般可以分成均勻衰變和相對(duì)穩(wěn)定2個(gè)階段。

前述研究顯示，應(yīng)用噴砂防滑霧封層技術(shù)開(kāi)展瀝青路面養(yǎng)護(hù)，路面防滑功效的改善效果可觀。與新建路面的防滑功效衰變規(guī)律相比，噴砂封層瀝青路面的防滑功效衰變規(guī)律有所不同。防滑功效發(fā)生衰變是必然存在，要維持良好的路面技術(shù)狀態(tài)，只能通過(guò)采取各種技術(shù)措施，盡可能延長(zhǎng)路面的健康壽命周期，噴砂防滑霧封層技術(shù)可以成為助力實(shí)現(xiàn)這一目的的可選技術(shù)。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上，該文開(kāi)展了瀝青路面噴砂霧封層防滑養(yǎng)護(hù)技術(shù)研究。主要技術(shù)點(diǎn)：

（1）介紹一種噴砂防滑霧封層組分設(shè)計(jì)，給出推薦噴砂防滑霧封層材料參數(shù)。

（2）基于上述材料應(yīng)用，開(kāi)展了防滑恢復(fù)功效和防滑持久性試驗(yàn)分析。

采取高速加載磨耗試驗(yàn)和摩擦系數(shù)測(cè)試車檢測(cè)的方式進(jìn)行，主要圍繞噴砂封層處理前后的MPD構(gòu)造深度、BPN擺值、WFC摩擦系數(shù)進(jìn)行測(cè)試驗(yàn)分析，探討了不同集料類型、不同瀝青類型、不同級(jí)配、不同瀝青用量噴砂霧封層的抗滑功效衰減規(guī)律，分析驗(yàn)證該噴砂霧封層技術(shù)的防滑恢復(fù)功效和防滑持久性。