王寶松， 劉 俊

(1.招商局重慶公路工程檢測中心有限公司， 重慶 400067； 2.天津市市政工程設(shè)計研究院， 天津 300392)

截至2019年底，我國高速公路總里程已達(dá)14.96萬km，公路運營養(yǎng)護(hù)規(guī)模日益增長，運營安全管理難度漸增。根據(jù)有關(guān)統(tǒng)計，我國交通事故近3年來呈緩慢增長趨勢，年平均發(fā)生20余萬起，分析交通事故發(fā)生原因，其中公路路面表面抗滑性能不足是重要原因之一。

國內(nèi)外相關(guān)研究認(rèn)為影響路面抗滑性能的主要因素有2個：一是表征路面面層宏觀粗糙程度的表面構(gòu)造深度，二是表征路面面層集料微觀粗糙程度的碎石表面紋理。代表性檢測方法包括磨光值試驗法、鋪砂法、激光構(gòu)造深度測試法、摩擦系數(shù)測試車法、擺式儀法等，這些測試方法中多是針對宏觀粗糙程度，而磨光值試驗則是針對面層的微觀粗糙程度。諸多瀝青路面抗滑性能衰減模型研究表明，瀝青路面抗滑性能的衰變幅度、衰變速率以及衰變終值主要取決于選用的集料種類[1-8]。

集料磨光值表征路面表面層的集料抵抗輪胎磨光作用的能力，是衡量路面抗滑性能優(yōu)劣的關(guān)鍵性指標(biāo)，同時也是確定一種集料能用于瀝青路面表面層的重要指標(biāo)[8-11]。然而，磨光值與其他指標(biāo)相比，其試驗測試涉及加速磨光機(jī)、粘結(jié)劑等30余種儀器設(shè)備或輔助材料，整個試驗過程分為試驗準(zhǔn)備、試件制備、磨光值測試等3個階段，涉及35條規(guī)范條款，一次完整試驗一般需要4 d～5 d時間。在瀝青路面使用粗集料的各項檢測指標(biāo)中，磨光值試驗是操作最為困難且不易被試驗人員掌握、人為因素可控難度大但又易出現(xiàn)問題的檢測項目之一。

本文從規(guī)范具體條文出發(fā)，對多年來試驗檢測人員的磨光值試驗實際操作及其試驗檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行對比分析，針對試驗過程中容易疏漏或規(guī)范條文描述籠統(tǒng)，且易被理解錯位的重要步驟提出有效的改進(jìn)對策。

1 試驗原理及關(guān)鍵步驟

依據(jù)JTG F40—2004《公路工程施工技術(shù)規(guī)范》[9]，粗集料的磨光值試驗方法采用JTG E42—2005《公路工程集料試驗規(guī)程》[11]中的T0321-2005“粗集料磨光值試驗”。磨光值的原理是通過粗細(xì)橡膠輪在水及金剛砂的摩擦下模擬雨天汽車輪胎對集料的滾動摩擦作用，利用加速磨光機(jī)磨光規(guī)定的規(guī)格集料，并以擺式摩擦系數(shù)測定儀測得磨光后集料的摩擦值并與標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行比較，以確定最后磨光檢測值。

根據(jù)現(xiàn)行規(guī)范JTG E42—2005《公路工程集料試驗規(guī)程》[11]，磨光值檢測過程共計35條規(guī)范條款，歸納總結(jié)后可分為以下主要8個步驟：1) 選料；2) 排料；3) 吹砂；4) 配制、填充砂漿；5) 養(yǎng)護(hù)、拆模；6) 試件安裝；7) 粗細(xì)砂磨光；8) 磨光值測定。

大量磨光值試驗檢測實際操作表明，試驗過程中最易出現(xiàn)問題的是試驗準(zhǔn)備及試件制作環(huán)節(jié)。從選料到養(yǎng)護(hù)、拆模，每一步操作的諸多細(xì)節(jié)都存在容易被忽視或誤解的問題，最終導(dǎo)致試件成型成功率不高，磨光過程中甚至出現(xiàn)試件崩斷現(xiàn)象。根據(jù)實際操作經(jīng)驗，針對一些規(guī)程描述不盡詳細(xì)或操作過程中容易出現(xiàn)的問題，本文進(jìn)行重點分析討論，提出改進(jìn)對策。

2 試驗方法分析及改進(jìn)

2.1 選料

規(guī)范規(guī)定：將集料過篩，剔除針片狀顆粒，取9.5 mm～13.2 mm的集料顆粒用水洗凈后置于溫度為105 ℃±5 ℃的烘箱中烘干。此環(huán)節(jié)的2個關(guān)鍵點是挑選適宜的集料和對挑選后的集料進(jìn)行水洗清潔，以免集料表面粘附的塵土及雜質(zhì)影響集料顆粒與環(huán)氧樹脂砂漿的黏結(jié)性，從而影響試件成型質(zhì)量。

1) 關(guān)鍵點一

(1) 常規(guī)做法

試驗人員的常規(guī)做法是先按照規(guī)范要求從過篩后的集料中剔除針片狀顆粒，后隨機(jī)挑選集料顆粒。

(2) 存在問題

此操作存在一定隨意性，受試驗人員主觀因素影響較大。剔除針片狀顆粒后的集料顆粒依舊存在大小不一、形狀多樣的特點，直接影響后續(xù)的試件排料質(zhì)量。

(3) 改進(jìn)對策

挑選的集料顆粒應(yīng)選擇大小均勻、形狀規(guī)則的飽滿顆粒，以接近立方體為佳。

2) 關(guān)鍵點二

(1) 常規(guī)做法

試驗人員對挑選后的集料進(jìn)行水洗清潔時，常常以淘洗為主，輔以肉眼觀察是否清潔。

(2) 存在問題

實際試驗中，常常存在試驗人員自以為已清洗干凈，可待集料烘干后依舊發(fā)現(xiàn)集料顆粒尚未清洗干凈或肉眼判斷已清洗干凈、但集料顆粒的細(xì)小孔隙中仍存在少量塵土或雜質(zhì)，導(dǎo)致后續(xù)的排料、黏結(jié)成型困難，影響試驗結(jié)果，甚至在磨光過程中，直接出現(xiàn)集料脫落或試件斷裂的現(xiàn)象。

(3) 改進(jìn)對策

試驗人員在清洗集料顆粒時，可適當(dāng)加入洗衣粉或洗滌液等添加劑，同時反復(fù)沖洗并不斷揉搓3遍以上，再清洗至清水狀。

2.2 排料

1) 規(guī)范規(guī)定

將9.5 mm～13.2 mm集料顆粒盡量緊密地排列于試模中(大面、平面向下)。排料時應(yīng)除去高度大于試模的不合格顆粒。

2) 存在問題

此規(guī)范條款只籠統(tǒng)講盡量排列緊密，但對其排料的緊密程度并未進(jìn)行規(guī)定，也沒有更具體的描述。相關(guān)試驗的研究文獻(xiàn)[12]證明，排料的緊密程度對其磨光值的大小有較大影響，很有可能使原來磨光值較大的石料因為排料稀松導(dǎo)致磨光值降低。排料時集料顆粒與試模之間的高度差是否適宜也直接影響后期磨光時的粒料剝落程度。

3) 改進(jìn)對策

(1) 此環(huán)節(jié)排料全過程為繼續(xù)保持集料清潔，試驗人員應(yīng)事先清洗雙手，夏天時可帶上薄膜手套以免手汗遺留在集料表面影響后續(xù)集料與環(huán)氧樹脂砂漿的黏結(jié)性。

(2) 具體排料過程中應(yīng)盡可能使顆粒之間排列緊密又不至于過緊，一個磨光值試件排列的集料顆粒數(shù)量可大致控制在21～26顆之間，縱列可排4～5列，盡量錯開、交叉排列，如圖1所示。

圖1 磨光值試件集料排列、成型參考圖

(3) 集料大平面應(yīng)放在試模底部，避免出現(xiàn)架空的情況，同時顆粒高度應(yīng)高低適宜，最低應(yīng)超過試模內(nèi)的臺階，最高不得高于試模整體高度，以減少后期磨光時的顆粒剝落。

2.3 吹砂

1) 規(guī)范規(guī)定

用小勺將干砂填入已排妥的集料間隙中，并用洗耳球輕輕吹動干砂，使之填充密實。然后再吹去多余的砂，使砂與試模臺階大致齊平，但臺階上不得有砂。用洗耳球吹動干砂時不得碰動集料，且不使集料試樣表面覆有砂粒。

2) 存在問題

此環(huán)節(jié)的關(guān)鍵點是在不觸動任何一顆集料顆粒的基礎(chǔ)上確定吹砂的適宜量。集料顆粒受到擾動后會導(dǎo)致砂滲漏到集料顆粒之下，從而使集料顆粒不再是大面、平面朝下[13]。一旦集料出現(xiàn)擾動情況，應(yīng)立刻中止試驗，重新回到上一環(huán)節(jié)操作，重新排料。吹砂的多少對于成型試件的成敗影響很大。一般認(rèn)為，吹砂量過少時，試件容易出現(xiàn)漏漿現(xiàn)象，而漏漿會對磨光值產(chǎn)生極大影響，故凡是出現(xiàn)漏漿的試件均應(yīng)廢棄。當(dāng)吹砂量過多時，試件又容易出現(xiàn)粒料剝落現(xiàn)象，導(dǎo)致試件斷裂或磨光值偏大[12]。

3) 改進(jìn)對策

(1) 經(jīng)過反復(fù)試驗測定，吹砂量適宜程度應(yīng)以砂的高度與試模臺階高度大致齊平為準(zhǔn)。凡是出現(xiàn)漏漿現(xiàn)象的試件應(yīng)一律廢棄，重新成型。

(2) 吹砂過程中嚴(yán)禁擾動集料顆粒。試驗人員應(yīng)選擇安靜的試驗場地，避免外來風(fēng)力干擾，避免情緒緊張、手臂抖動，用洗耳球吹砂時應(yīng)盡量緩慢，避免用力過猛，嚴(yán)禁手指觸碰試件或集料顆粒。

(3) 最終吹砂完成的試件顆粒表面及試模臺階上均不得有殘余的砂粒。

2.4 配制砂漿

1) 規(guī)范規(guī)定

通常情況下，一塊試模的砂漿用量為環(huán)氧樹脂9.0 g，固化劑2.4 g，干砂48 g。

2) 存在問題

此條款規(guī)程只籠統(tǒng)講述了配制環(huán)氧樹脂砂漿的比例，對環(huán)氧樹脂砂漿的配制過程及配制后的實際使用時間及用量未作出明確規(guī)定。試驗人員極難把握環(huán)氧樹脂砂漿充分?jǐn)嚢?、完全發(fā)揮黏結(jié)力的拌和程度，且不確定環(huán)氧樹脂砂漿的凝固時間，容易導(dǎo)致一次配制劑量過多造成浪費。

3) 改進(jìn)對策

(1) 由于JTG E42—2005《公路工程集料試驗規(guī)程》[11]對試模詳細(xì)尺寸未作明確規(guī)定，導(dǎo)致各實驗室試模大小不一，應(yīng)在配制環(huán)氧樹脂砂漿之前依據(jù)試模大小確定實際配制數(shù)量，并保證有少量的富余，以免環(huán)氧樹脂砂漿用量不足導(dǎo)致試件成型失敗。

(2) 配制的環(huán)氧樹脂砂漿應(yīng)進(jìn)行充分?jǐn)嚢枰园l(fā)揮其黏結(jié)性。充分調(diào)和好的黏結(jié)劑顏色為乳白色，干砂適當(dāng)加熱后與黏結(jié)劑拌和可提高砂漿的流動性和黏結(jié)力。

(3) 環(huán)氧樹脂砂漿配制后30 min內(nèi)即出現(xiàn)凝固硬化現(xiàn)象，經(jīng)過反復(fù)試驗測定，環(huán)氧樹脂砂漿一次配制量可用于配制試件2～3塊并略有富余即可。不同試驗人員應(yīng)根據(jù)實際操作過程及凝固時間具體確定配制用量。

2.5 填充砂漿

1) 規(guī)范規(guī)定

用小油灰刀將拌好的環(huán)氧樹脂砂漿填入試模中，并盡量填充密實，但不得碰動集料。然后用熱油灰刀在試模上刮去多余的填料，并將表面反復(fù)抹平，使填充的環(huán)氧樹脂砂漿與試模頂部齊平。

2) 存在問題

實際試驗過程中，由于試模多為弧形，使用熱油灰刀在試模表面反復(fù)抹平存在困難，且溫度稍低便會黏結(jié)上砂漿，從而帶動粒料脫落，使整個試件呈現(xiàn)凹凸不平。采用熱油灰刀單純抹平無法施加一定的壓力，達(dá)不到將砂漿填充密實的效果，砂漿與粒料的黏結(jié)性略有不足，容易造成后期試件磨光時出現(xiàn)斷裂現(xiàn)象[12-16]。

3) 改進(jìn)對策

(1) 在填充環(huán)氧樹脂砂漿時分2次碾壓。先將砂漿比較均勻地填充到試模內(nèi)，然后用熱油灰刀從中間向兩邊碾壓，壓實之前不要刮去多余的填料，防止環(huán)氧樹脂砂漿帶動集料顆粒脫落造成試件底部出現(xiàn)凹凸不平的現(xiàn)象。壓實之后，再將油灰刀一側(cè)翹起，下壓另一側(cè)慢慢地刮動，將多余的砂漿刮去[13]。

(2) 待用油灰刀徹底抹平試件后，可用金屬棒反復(fù)碾壓試件表面，保證砂漿壓實填充在集料之間。

2.6 養(yǎng)護(hù)

1) 規(guī)范規(guī)定

通常在40 ℃烘箱中先養(yǎng)護(hù)3 h，再自然冷卻9 h后拆模；如在室溫下養(yǎng)護(hù)，時間應(yīng)更長，使試件達(dá)到足夠強(qiáng)度。有集料顆粒松動脫落，或有環(huán)氧樹脂砂漿滲出表面時，試件應(yīng)廢棄。

2) 存在問題

通常情況下，試驗人員按照規(guī)范推薦的溫度和時間進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，試件可達(dá)到足夠強(qiáng)度便于后續(xù)的磨光試驗。但由于所用集料、室溫條件等諸多因素影響，仍有少部分試件在規(guī)定的溫度下養(yǎng)護(hù)達(dá)不到規(guī)定的足夠強(qiáng)度。

3) 修正意見

有相關(guān)論文針對養(yǎng)護(hù)條件及養(yǎng)護(hù)時間提出修正意見，主要概括為2種修正方法：(1) 在45 ℃的烘箱中連續(xù)烘7 h，然后取出，使之自然冷卻；(2) 初期養(yǎng)護(hù)溫度30 ℃，后期養(yǎng)護(hù)溫度80 ℃[12]。

采用修正方法(1)，烘箱養(yǎng)護(hù)溫度比規(guī)范規(guī)定溫度僅提高5 ℃，但烘箱內(nèi)的養(yǎng)護(hù)時間延長至7 h，自然冷卻后能夠保證養(yǎng)護(hù)試件完全達(dá)到足夠強(qiáng)度；修正方法(2)，初期采用低溫主要是出于避免漏漿的目的，后期大幅度提升溫度則是為了盡快成型，保證試件擁有足夠強(qiáng)度。

為比較規(guī)范方法及2種修正方法的優(yōu)劣，本文采用對比方式對試件進(jìn)行成型后磨光，相應(yīng)的統(tǒng)計數(shù)據(jù)如表1所示。

從表1可知，修正方法(1)及修正方法(2)均可提高試件養(yǎng)護(hù)質(zhì)量，修正方法與規(guī)范養(yǎng)護(hù)方法相比，試件磨光值略有下降，考慮試驗誤差影響，本文認(rèn)為修正方法(1)對試件磨光值最終數(shù)據(jù)沒有明顯影響，不宜采用修正方法(2)對試件進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。

表1 不同養(yǎng)護(hù)條件下試件成型及磨光情況統(tǒng)計

2.7 拆模

1) 規(guī)范規(guī)定

無。

2) 存在問題

規(guī)范并未規(guī)定詳細(xì)的拆模要求或拆模細(xì)節(jié)，在實際試驗過程中，試件常常與試模黏結(jié)牢固，存在無法輕松拆除的情況。結(jié)合規(guī)范對磨光值試件的整體要求，拆模后的試件應(yīng)該保證顆粒排列整齊、密實、平順，沒有漏漿現(xiàn)象，且表面平整利于后續(xù)的磨光試驗。

3) 改進(jìn)對策

(1) 嚴(yán)禁用螺絲刀等金屬工具將試件翹出，以免破壞試件的完整性。

(2) 用橡膠錘從旋開試模擋板的一側(cè)敲擊試件，將試件從試模中“推出”。

(3) 拆模后，至少放置半天以上再磨光，以便試件具有足夠強(qiáng)度。

3 改進(jìn)前后數(shù)據(jù)對比

本文收集實驗室集料磨光值試驗方法改進(jìn)前后共計4年的試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計分析，以判斷改進(jìn)對策的有效性。

3.1 試件成型

對集料磨光值試驗方法改進(jìn)前后試件成型情況進(jìn)行統(tǒng)計分析，結(jié)果如表2、表3所示。

從表2、表3統(tǒng)計數(shù)據(jù)可知，通過對規(guī)范條款進(jìn)行適當(dāng)改進(jìn)后，試件的成型率從76.6%上升至94.3%，試驗任務(wù)正常率從63.8%上升至88.6%，表明本文的改進(jìn)對策有利于試件成型，減少了試件斷裂率，保障了試驗任務(wù)的正常開展。

表3 試驗任務(wù)正常率統(tǒng)計分析

表2 試件成型率統(tǒng)計分析

對試驗方法改進(jìn)前斷裂的22塊試件進(jìn)行斷裂原因分析，其主要斷裂原因有：1) 砂漿填充不密實或砂漿與集料顆粒黏結(jié)性不足，致使試件在磨光過程中斷裂；2) 成型后試件弧形不順滑，與道路輪貼合不密導(dǎo)致磨光過程中斷裂；3) 試件中的個別集料顆粒偏向針片狀導(dǎo)致磨光過程中顆粒崩碎后試件斷裂；4) 排料稀松導(dǎo)致試件在磨光過程中沿著顆粒之間的縫隙貫通開裂。

對試驗方法改進(jìn)后斷裂的4塊試件進(jìn)行斷裂原因分析，其主要原因：送樣量偏少，無法挑選出足夠數(shù)量的飽滿顆粒，致使試件中存在部分集料顆粒形狀大小不一，磨光過程中因顆粒崩碎導(dǎo)致試件斷裂。由此表明，試驗方法改進(jìn)后有效規(guī)避了試件斷裂的多種可能性，彌補(bǔ)了規(guī)范條文中描述欠缺之處。

3.2 磨光值數(shù)據(jù)

選擇集料磨光值試驗方法改進(jìn)前后具有代表性的試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行具體分析，結(jié)果如表4所示。

表4 代表性試驗數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析

表4(續(xù))

注：改進(jìn)前11組試驗任務(wù)均來自同一工程項目，由同一位試驗人員完成；改進(jìn)后7組試驗任務(wù)均來自改進(jìn)前同一工程項目，并由同一位試驗人員完成。

由表4可知，集料磨光值試驗方法改進(jìn)前進(jìn)行的11組試驗數(shù)據(jù)，數(shù)值偏差在0.60～2.80之間，標(biāo)準(zhǔn)差0.79；改進(jìn)后進(jìn)行的7組試驗數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)偏差在1.6～2.4之間，標(biāo)準(zhǔn)差0.25，表明試驗方法經(jīng)過改進(jìn)后，集料磨光值數(shù)據(jù)偏差離散性得到有效控制，檢測結(jié)果更加可靠。

4 結(jié)論

1) 粗集料磨光值試驗從制件到完成，試驗操作步驟繁瑣，試驗難度較大，其中防止制作的試件出現(xiàn)斷裂與集料顆粒剝落是該試驗的重點和難點。

2) 從實際試驗操作出發(fā)，針對粗集料磨光值試驗方法規(guī)定條款中的不足，從選料、排料、吹砂、配制填充砂漿、養(yǎng)護(hù)、拆模等環(huán)節(jié)逐一分析討論，提出相應(yīng)的改進(jìn)對策，規(guī)避了試件斷裂的各種可能性。

3) 試件成型率從76.6%提升至94.3%，試驗數(shù)據(jù)離散性從標(biāo)準(zhǔn)差0.79縮小至0.25，提高了試件成型的成功率，有效控制了檢測數(shù)據(jù)的可靠性。

4) 本文從7個方面提出改進(jìn)粗集料磨光值試驗的對策，可用于指導(dǎo)試驗人員的實際操作，使檢測結(jié)果更加科學(xué)、可靠。