水泥路面加鋪超薄罩面抗滑性能影響因素研究

冼振光，馬乃富，黃 峰

(1.廣西新平高速公路有限公司,廣西 南寧 530000; 2.重慶市智翔鋪道技術(shù)工程有限公司,重慶 400067)

0 引言

水泥路面由于其高承載能力在我國(guó)高速公路建設(shè)的初期廣泛應(yīng)用,但隨著國(guó)內(nèi)經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展,交通荷載持續(xù)增漲,而平整度和抗滑性能進(jìn)一步衰減,逐漸無(wú)法滿足人們對(duì)行車舒適性和安全性的要求,同時(shí)早期修建的水泥路面出現(xiàn)較多病害,維修改造耗時(shí),干擾正常交通運(yùn)輸,因此在水泥路面加鋪瀝青層是目前較為常見(jiàn)的處理措施[1-2]。傳統(tǒng)的瀝青加鋪層多為10 cm厚度,不僅要提升交安設(shè)施,而且對(duì)于橋面、隧道等結(jié)構(gòu)有較大影響,大大增加了成本。為此,在水泥路面加鋪1 cm～2 cm的瀝青超薄罩面,既解決了行駛舒適性問(wèn)題,而且節(jié)省了70%以上的投資,不失為一種有效手段。

加鋪的瀝青超薄罩面也是對(duì)高速公路水泥路面實(shí)施的一種養(yǎng)護(hù)措施,主要改善路面功能性,本文以廣西某高速水泥路面為依托,研究溫度、集料、級(jí)配等因素對(duì)超薄罩面抗滑性能的影響,通過(guò)室內(nèi)加速加載試驗(yàn)?zāi)M行車作用和跟蹤觀測(cè)實(shí)體工程通車后分析超薄罩面抗滑性能的衰減規(guī)律,以期為超薄罩面在廣西水泥路面的加鋪推廣提供參考。

1 原材料及試驗(yàn)方法

1.1 原材料

由于本研究的對(duì)象是基于水泥路面加鋪瀝青超薄罩面的抗滑性能,為防止反射裂縫的產(chǎn)生,選用的瀝青為SBS和EMC兩種添加劑經(jīng)復(fù)合改性而成,技術(shù)指標(biāo)見(jiàn)表1。粗集料采用貴州的玄武巖、廣西當(dāng)?shù)氐妮x綠巖以及石灰?guī)r,細(xì)集料采用石灰?guī)r機(jī)制砂技術(shù)指標(biāo)見(jiàn)表2,表3。填料選用堿性石灰?guī)r礦粉。

表1 改性瀝青技術(shù)指標(biāo)

表2 粗集料技術(shù)指標(biāo)

表3 細(xì)集料技術(shù)指標(biāo)

1.2 試驗(yàn)方法

1)擺式儀測(cè)試路面摩擦系數(shù)方法:指針式擺式儀是由原英國(guó)道路和運(yùn)輸研究所(TRRL)發(fā)明的用于測(cè)試路面抗滑能力的一種裝置,所使用的橡膠片需要滿足英國(guó)BS 812的標(biāo)準(zhǔn),否則將對(duì)試驗(yàn)結(jié)果有很大影響。同時(shí)在測(cè)試前需要對(duì)其進(jìn)行調(diào)零、校核等程序,所得試驗(yàn)結(jié)果也需結(jié)合規(guī)范要求展開(kāi)修正工作。

2)手工鋪砂法測(cè)試路面構(gòu)造深度方法:路面表面的構(gòu)造深度(TD)也稱紋理深度,是表征路面粗糙度的一種形式,其與路面摩擦系數(shù)都是評(píng)價(jià)路表抗滑性能的專業(yè)技術(shù)指標(biāo),但是構(gòu)造深度和摩擦系數(shù)所表征的作用不同,兩者不能互相代替。手工鋪砂法是利用控制粒徑的細(xì)砂鋪在路面上,以嵌入凹凸不平的表面空隙中砂的體積與覆蓋面積之比求得平均深度。為防止混亂,我國(guó)統(tǒng)一規(guī)定使用(0.15～0.3)mm 粒徑砂和25 cm3體積量筒減少數(shù)據(jù)變異情況。

2 結(jié)果與分析

2.1 集料類型對(duì)抗滑性能的影響

超薄罩面直接與車輛輪胎接觸,而形成摩阻力的部分一定程度上是集料與輪胎之間的接觸,因此,集料的耐磨性可以反映超薄罩面的抗滑性能。以超薄罩面MEC-10超薄罩面混合料為研究對(duì)象,對(duì)比分析集料類型對(duì)抗滑性能的影響,試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖1。

由圖1可知,集料種類會(huì)影響超薄罩面抗滑性能指標(biāo)的結(jié)果,級(jí)配相同時(shí),由玄武巖組成的混合料在BPN及TD值均為最大,輝綠巖次之,石灰?guī)r最小。與玄武巖集料相比,輝綠巖試件的BPN,TD分別為玄武巖的3.4%,6.7%,石灰?guī)r分別為13.9%,17.3%,說(shuō)明在黏附等級(jí)相當(dāng)?shù)那闆r下,由質(zhì)地越堅(jiān)硬的集料構(gòu)成的混合料抗滑性能指標(biāo)越好。

2.2 級(jí)配對(duì)抗滑性能的影響

超薄罩面的級(jí)配一方面決定其體積參數(shù)以及內(nèi)部粒子的嵌擠力,另一方面可以從側(cè)面反映路面紋理結(jié)構(gòu),從而影響超薄罩面的抗滑性能指標(biāo)。圖2為不同級(jí)配類型的超薄罩面與抗滑性能指標(biāo)的關(guān)系。

由圖2可知,在3種級(jí)配中,SMA-10的BPN與EMC-10相近,TD值小于EMC-10,而AC-10兩者均最小,其原因在于AC-10屬于連續(xù)密級(jí)配,其級(jí)配類型為懸浮密實(shí)型,粗集料依次細(xì)粒、填料包裹,經(jīng)碾壓成型后,表面構(gòu)造多以細(xì)粒為主。而SMA-10及EMC-10是以骨架密實(shí)級(jí)配為主,是逐級(jí)填充的方式,因而表面構(gòu)造以粗粒為主,繼而增加了路面抗滑性能[3]。

2.3 溫度對(duì)抗滑性能的影響

文獻(xiàn)表明瀝青路面的摩擦系數(shù)會(huì)隨溫度的升高而降低,結(jié)合廣西境內(nèi)的溫度,以EMC-10為研究對(duì)象,試驗(yàn)選擇10 ℃,25 ℃,40 ℃進(jìn)行抗滑性能指標(biāo)的測(cè)試,結(jié)果見(jiàn)圖3。

由圖3可知,隨著溫度的升高,BPN逐漸減小,從10 ℃到40 ℃,分別降低了2.3%和10.2%,瀝青在溫度較低的條件下發(fā)硬發(fā)脆,導(dǎo)致橡膠片與試件表面的摩阻力增大,這是物理意義上的變化[4]。當(dāng)溫度逐漸升高,瀝青開(kāi)始變軟,物理狀態(tài)隨之發(fā)生改變,橡膠片與試件表面的摩阻力降低,繼而使得摩擦系數(shù)降低。對(duì)比不同溫度下的構(gòu)造深度,其規(guī)律不明顯,主要原因是測(cè)試采用鋪砂法較為靜態(tài),不會(huì)對(duì)試件表面產(chǎn)生較大的力而發(fā)生物理狀態(tài)的轉(zhuǎn)變。而車輛在路面實(shí)際行駛的過(guò)程中,對(duì)路面的作用會(huì)按照BPN變化規(guī)律進(jìn)行,因此,為提高超薄罩面在高溫下的抗滑性能,需選用高溫性能更好的瀝青膠結(jié)料。

2.4 磨耗次數(shù)對(duì)抗滑性能的影響

采用室內(nèi)加速加載試驗(yàn)儀對(duì)不同集料類型、不同級(jí)配的車轍試件進(jìn)行磨耗5萬(wàn)次、10 萬(wàn)次、15萬(wàn)次、20萬(wàn)次,分別測(cè)試不同磨耗次數(shù)的抗滑性能指標(biāo),結(jié)果見(jiàn)圖4,圖5。

由圖4可知,隨著磨耗次數(shù)的增加,不同集料類型的試件的BPN及TD均逐漸降低,當(dāng)超過(guò)15萬(wàn)次時(shí),趨于穩(wěn)定。較3種集料而言,石灰?guī)r抗滑性能最差,其主要原因是石灰?guī)r的壓碎值較大、磨耗值較小,經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間磨耗后的力學(xué)性能大大降低,集料磨光后導(dǎo)致超薄罩面的抗滑性能降低。而輝綠巖和玄武巖兩者力學(xué)性能相差較小,所反映出的抗滑性能較為一致。

由圖5可知,隨著磨耗次數(shù)的增加,3種級(jí)配的抗滑性能均出現(xiàn)下降的趨勢(shì)。SMA-10,EMC-10由于初始成型時(shí)表面構(gòu)造較大,TD在5萬(wàn)次的磨耗下抗滑性能下降了15.2%,12.0%,BPN下降了15.4%,10.5%,而AC-10分別下降了10.9%,10.2%,在初期,相同磨耗次數(shù)下AC-10的衰減速率低于前兩者,但由于AC-10本身表面文理構(gòu)造較小,因此,在相同磨耗次數(shù)下的BPN,TD值依然低于SMA-10,EMC-10。

2.5 實(shí)體工程跟蹤觀測(cè)

依托廣西某高速水泥路面加鋪超薄罩面項(xiàng)目,采用多功能檢測(cè)車跟蹤觀測(cè)200 m試驗(yàn)段抗滑性能衰減狀況,其結(jié)果見(jiàn)圖6。

通過(guò)檢測(cè)車對(duì)試驗(yàn)段的跟蹤觀測(cè)采集的數(shù)據(jù)看出,在工后通車半年時(shí),路面構(gòu)造深度的數(shù)值有所減小,且相同樁號(hào)下的構(gòu)造深度下降速率較大,這與室內(nèi)加速加載前期的變化規(guī)律較為一致。

3 結(jié)語(yǔ)

1)對(duì)比3種類型集料的抗滑性能指標(biāo)得出,石灰?guī)r的抗滑性能最弱,輝綠巖和玄武巖相當(dāng);以骨架密實(shí)型級(jí)配為主的SMA-10,EMC-10的抗滑性能優(yōu)于懸浮密實(shí)型級(jí)配的AC-10。

2)溫度的升高會(huì)從物理特性方面影響超薄罩面混合料的摩擦系數(shù),而對(duì)構(gòu)造深度的變化規(guī)律影響不明顯。

3)隨著磨耗次數(shù)的增加,超薄罩面的抗滑性能逐漸降低,3種集料中,石灰?guī)r降低最大;3種級(jí)配中,AC-10在磨耗初期的降低速率低于SMA-10和EMC-10,但總體抗滑性能指標(biāo)均低于后兩者,工后觀測(cè)的結(jié)果與室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果較為一致。