王永維，李 強，李桂琴，劉 偉，李 鋒

（1.蘇交科集團股份有限公司，江蘇 南京 211112； 2.新型道路材料國家工程實驗室，江蘇 南京 211112；3.青海省收費公路管理處，青海 西寧 810008）

1 概述

彩色薄層罩面鋪裝是指通過膠結(jié)料、顏料以及礦料（或者骨料）按照一定的比例，采取合適的工藝過程使原有路面彩色化的技術(shù)。目前路面彩色化的途徑常常有以下幾種：彩色瀝青混合料類、乳化彩色瀝青稀漿封層類、彩色水泥灌漿瀝青混合料類和彩色路面防滑罩面。

彩色瀝青混合料是指脫色瀝青與各種顏色石料或樹脂類膠結(jié)料、色料和添加劑等材料在特定的溫度下拌合形成的具有一定強度和路用性能的新型瀝青混凝土路面。彩色稀漿封層采用適當級配的彩色碎石或淺色碎石、水、配以顏料及添加劑用改性乳化樹脂作為粘結(jié)料，按照一定的比例拌和后，用稀漿封層機進行施工，攤鋪厚度一般為4~6 mm。彩色水泥灌漿瀝青混凝土路面以大空隙瀝青路面為母體，鋪筑完成后將水泥膠漿中摻入色料進行著色，然后將水泥膠漿通過機械灌入到母體路面中，經(jīng)過養(yǎng)生后，即形成彩色灌漿瀝青路面。彩色防滑薄層罩面是用特殊的高分子樹脂粘合劑（涂料）和各種粒徑的骨料（碎石或陶瓷顆粒），以精確的數(shù)量涂覆于各種路面形成的一種新型路面。相比較而言，彩色防滑罩面在鋪設(shè)彩色路面時施工簡單、顏色種類豐富、色牢度相對穩(wěn)定、價格相對便宜，防滑作用突出，所以該類材料在國內(nèi)外彩色路面的鋪裝中用量將越來越大［1-3］。

S103線西寧至甘禪口公路工程始于西寧市韻家口村團結(jié)橋路與付家寨路平交處，所屬段落為北山國家地質(zhì)森林公園旅游線路的一部分，由于其彎道過多，給行車安全帶來了很大的潛在危險，尤其是生肖十二盤，連續(xù)的十二道彎道對行車安全提出了更高的要求。彩色路面能夠起到很好的安全警示和防滑作用，改變路面單一的非黑即白的形式，同時彩色罩面提高了路面的抗滑系數(shù)，整體上提高了路面的安全系數(shù)。本項目工程屬于原路面加鋪彩色瀝青薄層罩面，原路面的面層結(jié)構(gòu)為下面層（5 cm中粒式AC-16C）+上面層（4 cm細粒式AC-13C）。

考慮到青海省的氣候特征和省道S103生肖十二盤的地勢，必須對用于彩色防滑罩面的彩色膠結(jié)料進行改性處理，以便適應(yīng)青海省的高寒以及強紫外線的氣候條件［4-11］?；诖耍疚牟捎谜辉O(shè)計對彩色抗滑罩面所用的膠結(jié)料進行了改性處理，選擇適合青海省公路工程的膠結(jié)料，并對材料進行了試驗路鋪筑，探究了合適的鋪裝施工工藝，以期為青海省后續(xù)相似的工程實踐提供理論支持和技術(shù)參考。

2 試驗原材料及試驗方法

2.1 試驗主要原材料

復(fù)合環(huán)氧樹脂（A組分）：由國產(chǎn)E51環(huán)氧樹脂（環(huán)氧當量為0.537 moL/100 g）和聚氨酯改性環(huán)氧樹脂（環(huán)氧值為0.25 moL/100 g）組成；環(huán)氧樹脂固化劑（B組分）：由兩種A組分所對應(yīng)的固化劑組成，分別為改性脂肪胺T系列固化劑和低分子量聚酰胺固化劑；碳黑：比表面積為125~130 m2/g；短切玻璃纖維：直徑為10~15 μm的無堿玻璃纖維，長度為短切纖維3~5 mm。

2.2 試驗方法

樹脂復(fù)合材料的低溫抗裂性根據(jù)在-30 ℃下的低溫韌性來評價，常溫下的韌性用啞鈴狀試件的斷裂延伸率和斷裂強度來評價，層間黏結(jié)強度利用拉拔強度評價?？棺贤饫匣阅芾米贤饫匣昂髷嗔蜒由炻实乃p率進行評價，按照環(huán)氧樹脂的環(huán)氧值和固化劑的胺值計算相對應(yīng)環(huán)氧樹脂和固化劑的摻配比例，在常溫下首先稱取計算過的復(fù)配環(huán)氧樹脂A組分進行攪拌均勻，然后加入相對應(yīng)的固化劑進行攪拌均勻，將制備好的復(fù)合環(huán)氧樹脂導(dǎo)入啞鈴狀的試模中，進行輕微的震蕩，趕走微氣泡，按照試驗規(guī)程養(yǎng)生并進行后續(xù)性能測試。

3 彩色抗滑薄層膠結(jié)料改性處理

3.1 正交設(shè)計思路

目前，常規(guī)用于彩色抗滑薄層罩面的膠結(jié)料主要為環(huán)氧樹脂類材料，傳統(tǒng)的環(huán)氧樹脂類材料雖然有較強的拉拔強度，但是柔韌性較差，特別是應(yīng)用在高寒地區(qū)，對抗滑薄層所用的膠結(jié)料的性能提出了新的要求，即必須具備良好的抗紫外線老化性能和低溫抗裂性能等。對此，課題組通過室內(nèi)正交試驗設(shè)計，探究了合適摻量的改性劑（碳黑以及短切玻璃纖維）的摻量以及合理原材料復(fù)配，以低溫韌性、拉拔強度及抗紫外線老化性能（斷裂延伸率衰減率）為考核指標，綜合確定適用于青海高海拔地區(qū)的薄層抗滑罩面膠結(jié)料以及各改性材料的最佳摻量。根據(jù)前期試驗研究，選擇3個不同碳黑摻量以及3個不同的短切纖維的摻量，選用L9（33）正交表，正交試驗的3個因素以及3個水平如表1所示。

表1 復(fù)合環(huán)氧樹脂正交試驗因素水平

3.2 試驗結(jié)果分析

正交試驗的結(jié)果如表2所示，其中一年期模擬紫外老化為根據(jù)青海省當?shù)氐淖贤饩€輻射情況，在室內(nèi)通過紫外線老化箱來加速摸擬。

表2結(jié)果表明：影響環(huán)氧樹脂復(fù)合材料低溫韌性的主要因素是聚氨酯改性環(huán)氧樹脂與E51環(huán)氧樹脂的摻配比例，復(fù)合環(huán)氧樹脂中聚氨酯改性環(huán)氧樹脂的摻量越大，低溫韌性越好。影響環(huán)氧樹脂復(fù)合材料拉拔強度的主要因素是聚氨酯改性環(huán)氧樹脂與E51環(huán)氧樹脂的摻配比例，隨著聚氨酯改性環(huán)氧樹脂與E51環(huán)氧樹脂摻配比例的增大，環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的拉拔強度呈現(xiàn)出先減小后增大的趨勢，摻量比例在1.5∶1時，環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的拉拔強度達到最優(yōu)。影響環(huán)氧樹脂復(fù)合材料抗紫外老化性能的主要因素是聚氨酯改性環(huán)氧樹脂與E51環(huán)氧樹脂摻配比例，其次是碳黑摻量，可以看出碳黑的摻量越大，復(fù)合環(huán)氧樹脂的抗紫外線老化性能越好。

綜上所述，綜合低溫韌性、拉拔強度和抗紫外線老化性能，適宜的環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的配合比，（聚氨酯改性環(huán)氧樹脂）∶（E51環(huán)氧樹脂）為1.5∶1，碳黑的摻量為3%，短切纖維的摻量為1%。考慮到青海獨特的環(huán)境和氣候條件，對其抗紫外光老化的耐久性進行老化性能試驗驗證，試驗結(jié)果如表3所示。以衰減率（延伸率衰減率為主，斷裂強度衰減率為輔）為評價指標，按照室外環(huán)境條件，采用室內(nèi)加速摸擬3年內(nèi)的抗紫外光老化性能。

表2 復(fù)合環(huán)氧樹脂正交試驗測定結(jié)果

表3 抗紫外光老化試驗結(jié)果

從表3可以看出，隨著紫外光老化模擬時間的延長，斷裂延伸率衰減率和斷裂強度的衰減率逐漸增大。與基準延伸率相比，1年期摸擬延伸率降低了7.8%，2年期摸擬后延伸率降低了12%，3年期摸擬后延伸率降低了24%。根據(jù)3年期紫外線光老化試驗結(jié)果，通過改性后的彩色樹脂的延伸率為21.62%，調(diào)研資料結(jié)果顯示，彩色樹脂的延伸率建議值要大于15%。試驗結(jié)果表明加速紫外老化后的彩色樹脂仍然滿足技術(shù)要求。與基準斷裂強度相比，1年期摸擬后斷裂強度降低了4.98%，兩年期摸擬后延伸率降低了8.01%，3年期摸擬后延伸率降低了26.86%，按照3年期紫外線光老化的情形，通過改性后的彩色樹脂的斷裂強度為20.99 MPa，仍然較高。綜上所述，通過改性后的彩色樹脂具有優(yōu)良的耐紫外老化性能。

4 試驗段鋪筑

4.1 彩色抗滑薄層鋪裝結(jié)構(gòu)

本項目所實施的彩色抗滑薄層鋪裝結(jié)構(gòu)是在生肖十二盤原水泥混凝土加鋪瀝青層后的新路面上直接鋪筑的，試驗路鋪筑時路面已經(jīng)通車行駛1個月。具體的鋪裝結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。

4.2 彩色抗滑薄層鋪裝施工工藝

彩色薄層罩面的施工工藝流程為：原路面清掃—施工放樣—膠料現(xiàn)場配制和涂刷—撒布骨料（碾壓）—養(yǎng)生—清掃表面的浮粒。

圖1 彩色樹脂薄層罩面的鋪裝結(jié)構(gòu)

（1） 原路面清掃處理

在鋪筑彩色薄層罩面前必須對原路面進行清掃，清除原路面的污漬，由于水的存在會對膠結(jié)料的粘結(jié)性能造成很大的影響，必須保證原路面的干燥。

（2） 施工放樣

按照施工鋪裝方案的要求，利用美紋紙將鋪裝的空間留出來，防止刷涂膠結(jié)料時污染其他路面。

（3） 膠料的配制及涂刷

現(xiàn)場膠料的涂刷面積控制為（3±0.5）kg/m2，膠料的涂刷應(yīng)平整，切忌涂刷的厚度不均勻。

（4） 骨料的撒布及碾壓

骨料的撒布面積為（5±0.5）kg/m2，骨料的撒布要保證初步滿鋪，以保證骨料完全的粘結(jié)在路面上，然后利用小型壓路機進行靜壓，對于比較陡的坡段建議不進行碾壓，利用骨料的自重和沉降來達到表面的平整。

（5） 養(yǎng)生及清掃表面浮粒

對鋪筑完成的抗滑罩面層進行交通管制，養(yǎng)生2~4 h，等到骨料和膠料達到黏結(jié)強度時，撤掉美紋紙膠帶，清掃多余的表面的浮料。

4.3 試驗段路面使用性能檢測

（1）抗滑系數(shù)和構(gòu)造深度

對彩色抗滑薄層罩面層進行構(gòu)造深度和抗滑系數(shù)檢測并和新鋪的瀝青混合料面層結(jié)果對比，試驗結(jié)果如表4所示。

試驗結(jié)果表明：瀝青混合料和彩色樹脂薄層抗滑罩面層的抗滑摩擦系數(shù)和構(gòu)造深度均滿足路面技術(shù)規(guī)范要求，相比較而言，彩色樹脂薄層抗滑罩面層的抗滑摩擦系數(shù)和構(gòu)造深度均大幅度的優(yōu)于瀝青混合料層，其中抗滑系數(shù)和構(gòu)造深度分別較瀝青混合料層提高34%和78%，這充分說明，采用彩色樹脂抗滑薄層罩面在客觀上提高了行車的安全系數(shù)。

（2）平整度

彩色樹脂抗滑薄層罩面施工過程中骨料的撒布應(yīng)均勻，否則將影響路面的平整度。為此，對彩色抗滑薄層罩面層進行平整度檢測，試驗結(jié)果如表5所示。

表4 路面構(gòu)造深度和抗滑摩擦系數(shù)試驗結(jié)果

表5 路面平整度試驗檢測

由表5可知，試鋪段落平整度合格率為100%。試驗段鋪筑完成之后，對隨行的客車及人員進行隨機抽樣采訪，駕駛員均表示在該路段行駛不僅緩解了疲勞，而且紅色起到了提醒作用，同時剎車距離明顯縮短。綜上所述，采用彩色樹脂抗滑薄層罩面技術(shù)，鮮艷的色彩不僅從主觀上降低了駕駛員疲勞駕駛的程度，而且從客觀上，顯著地提高了生肖十二盤路面的安全行駛系數(shù)（抗滑系數(shù)和構(gòu)造深度），而且沒有降低路面的平整度。試驗段鋪筑結(jié)果表明，采用彩色樹脂抗滑薄層罩面技術(shù)適應(yīng)于青海省山區(qū)道路鋪筑。

5 結(jié)論

（1）對傳統(tǒng)的環(huán)氧樹脂類材料進行改性，綜合低溫韌性、拉拔強度和抗紫外線老化性能，適宜的彩色抗滑膠結(jié)料的配合比，聚氨酯改性環(huán)氧樹脂與E51環(huán)氧樹脂的摻配比例為1.5∶1，碳黑的摻量為3%，短切纖維的摻量為1%。通過室內(nèi)加速模擬，其長期抗紫外老化性能優(yōu)良，與基準樣比較，3年期斷裂延伸率的衰減率為21.62%，滿足技術(shù)要求。

（2）彩色樹脂薄層抗滑罩面層的抗滑摩擦系數(shù)和構(gòu)造深度均優(yōu)于非罩面瀝青混合料面層，其中抗滑系數(shù)和構(gòu)造深度分別較瀝青混合料層提高34%和78%，同時平整度滿足技術(shù)要求，彩色樹脂抗滑薄層罩面的采用提高了行車的安全系數(shù)，提高了路面的安全行駛質(zhì)量，尤其是適用于長大縱坡以及急轉(zhuǎn)彎道處。

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