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高速公路建設的初期廣泛應用,但隨著國內(nèi)經(jīng)濟的迅猛發(fā)展,交通荷載持續(xù)增漲,而平整度和抗滑性能進一步衰減,逐漸無法滿足人們對行車舒適性和安全性的要求,同時早期修建的水泥路面出現(xiàn)較多病害,維修改造耗時,干擾正常交通運輸,因此在水泥路面加鋪瀝青層是目前較為常見的處理措施[1-2]。傳統(tǒng)的瀝青加鋪層多為10 cm厚度,不僅要提升交安設施,而且對于橋面、隧道等結構有較大影響,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高速公路水泥路面實施的一種養(yǎng)護措施,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、級配等因素對超薄罩面抗滑性能的影響,通過室內(nèi)加速加載試驗模擬行車作用和跟蹤觀測實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 原材料及試驗方法

1.1 原材料

由于本研究的對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)復合改性而成,技術指標見表1。粗集料采用貴州的玄武巖、廣西當?shù)氐妮x綠巖以及石灰?guī)r,細集料采用石灰?guī)r機制砂技術指標見表2,表3。填料選用堿性石灰?guī)r礦粉。

表1 改性瀝青技術指標

表2 粗集料技術指標

表3 細集料技術指標

1.2 試驗方法

1)擺式儀測試路面摩擦系數(shù)方法:指針式擺式儀是由原英國道路和運輸研究所(TRRL)發(fā)明的用于測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BS 812的標準,否則將對試驗結果有很大影響。同時在測試前需要對其進行調(diào)零、校核等程序,所得試驗結果也需結合規(guī)范要求展開修正工作。

2)手工鋪砂法測試路面構造深度方法:路面表面的構造深度(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)都是評價路表抗滑性能的專業(yè)技術指標,但是構造深度和摩擦系數(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 結果與分析

2.1 集料類型對抗滑性能的影響

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象,對比分析集料類型對抗滑性能的影響,試驗結果見圖1。

由圖1可知,集料種類會影響超薄罩面抗滑性能指標的結果,級配相同時,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%,說明在黏附等級相當?shù)那闆r下,由質(zhì)地越堅硬的集料構成的混合料抗滑性能指標越好。

2.2 級配對抗滑性能的影響

超薄罩面的級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)面反映路面紋理結構,從而影響超薄罩面的抗滑性能指標。圖2為不同級配類型的超薄罩面與抗滑性能指標的關系。

由圖2可知,在3種級配中,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)密級配,其級配類型為懸浮密實型,粗集料依次細粒、填料包裹,經(jīng)碾壓成型后,表面構造多以細粒為主。而SMA-10及EMC-10是以骨架密實級配為主,是逐級填充的方式,因而表面構造以粗粒為主,繼而增加了路面抗滑性能[3]。

2.3 溫度對抗滑性能的影響

文獻表明瀝青路面的摩擦系數(shù)會隨溫度的升高而降低,結合廣西境內(nèi)的溫度,以EMC-10為研究對象,試驗選擇10 ℃,25 ℃,40 ℃進行抗滑性能指標的測試,結果見圖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]。當溫度逐漸升高,瀝青開始變軟,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。對比不同溫度下的構造深度,其規(guī)律不明顯,主要原因是測試采用鋪砂法較為靜態(tài),不會對試件表面產(chǎn)生較大的力而發(fā)生物理狀態(tài)的轉(zhuǎn)變。而車輛在路面實際行駛的過程中,對路面的作用會按照BPN變化規(guī)律進行,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料。

2.4 磨耗次數(shù)對抗滑性能的影響

采用室內(nèi)加速加載試驗儀對不同集料類型、不同級配的車轍試件進行磨耗5萬次、10 萬次、15萬次、20萬次,分別測試不同磨耗次數(shù)的抗滑性能指標,結果見圖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,當超過15萬次時,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)長時間磨耗后的力學性能大大降低,集料磨光后導致超薄罩面的抗滑性能降低。而輝綠巖和玄武巖兩者力學性能相差較小,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種級配的抗滑性能均出現(xiàn)下降的趨勢。SMA-10,EMC-10由于初始成型時表面構造較大,TD在5萬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 實體工程跟蹤觀測

依托廣西某高速水泥路面加鋪超薄罩面項目,采用多功能檢測車跟蹤觀測200 m試驗段抗滑性能衰減狀況,其結果見圖6。

通過檢測車對試驗段的跟蹤觀測采集的數(shù)據(jù)看出,在工后通車半年時,路面構造深度的數(shù)值有所減小,且相同樁號下的構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 結語

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

2)溫度的升高會從物理特性方面影響超薄罩面混合料的摩擦系數(shù),而對構造深度的變化規(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均低于后兩者,工后觀測的結果與室內(nèi)試驗結果較為一致。