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。在公路使用過程中，隨著運行時間的逐漸增長，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，也會額外增加養(yǎng)護成本并大幅度縮短公路健康壽命周期。下文將重點分析噴砂霧封層防滑技術(shù)在瀝青路面養(yǎng)護工程中的運用。

1 噴砂防滑霧封層組分設(shè)計

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，以聚氨酯樹脂、甲基丙烯酸樹脂、環(huán)氧樹脂為主?？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)料開展試驗，其指標參數(shù)具體見表1所示。

表1 乳化瀝青主要技術(shù)指標

為保證噴砂霧封層的防滑功效，在施工過程中，須控制黏結(jié)材料的噴涂量。噴涂量不足，細骨料黏附性會受到影響，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。噴涂過多，會造成原有路面宏觀構(gòu)造被過度掩蓋，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

為使細骨料較好黏結(jié)在瀝青路面，可以在乳化瀝青中加進一定量的增黏劑，以保證其良好的黏結(jié)功效。該研究選用的增黏劑為膠乳，其指標參數(shù)見表2所示。使用膠乳作為增黏劑，具有下述特點：

表2 膠乳指標參數(shù)

（1）儲存穩(wěn)定性較好，方便運輸儲存。

（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）有較強的黏結(jié)功效，抗?jié)B性強，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）來源廣泛，制作容易，經(jīng)濟性好。

1.1.3 骨料

噴砂防滑霧封層中，骨料通過黏結(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）單一粒度在級配設(shè)計和生產(chǎn)制料上相對簡便，噴涂過程中也不易發(fā)生離析，成型后路面的細骨料顆粒更均勻分布，路容相對更美觀。

（2）單一粒度細骨料路面，鋪攤更均勻，新鋪面與原骨料之間會構(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）單一粒度細骨料路面，利于構(gòu)成比較大的胎路接觸面積。試驗研究顯示，0.15～0.6 mm細骨料對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骨料粒度條件下開展試驗分析[2]。

1.2 應(yīng)用量設(shè)計

組分用量密切影響成型路面的技術(shù)功效，所以有必要通過試驗對噴砂霧封層的組分用量進行設(shè)計和控制。

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，然后對新路面板開展防滑功效評估。

試驗結(jié)果顯示，伴隨黏結(jié)劑應(yīng)用量的增加，細骨料的有效黏附越來越多，防滑功效獲得提升并逐步達到最佳狀態(tài)。噴涂階段的黏結(jié)劑呈流動狀態(tài)，細骨料易下沉，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)造相對豐富，有必要適當增加噴涂量，試驗結(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 細骨料粒度

細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。該研究選擇的細骨料粒度分別為0.6 mm、0.3 mm、0.15 mm?；谕粸r青試樣板開展試驗，噴槍連接氣泵，待達到穩(wěn)定氣壓后，向儲存瓶均勻倒入黏結(jié)劑，為保證試板充分黏結(jié)細骨料，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，均勻噴灑各檔細骨料。

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

試驗中，因為噴槍的出氣壓力比較大，0.6 mm細骨料在復(fù)噴過程中容易被沖散，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骨料容易流動成團，難以獲得較好的微觀紋理。因此最終的細骨料選擇0.3 mm金剛砂。金剛砂機械加工并經(jīng)過水洗和篩選，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Si原子和4個C原子。應(yīng)用金剛砂作為防滑骨料具有下述優(yōu)勢[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）強度高，抗腐蝕，對環(huán)境基本無污染。

（5）來源廣泛，價格便宜，方便運輸。

1.2.3 細骨料應(yīng)用量

細骨料的應(yīng)用量應(yīng)滿足目標級配設(shè)計和盡可能滿足應(yīng)用周期內(nèi)形成良好的磨損細骨料補充。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檢測技術(shù)開展防滑功效檢測分析。

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作為防滑功效評估指標，開展路面紋理分析。表3檢測成果顯示，無論是擺值指標，還是WFC摩擦系數(shù)指標，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)展狀態(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)造是營造路面良好功能的前提。逐步加大金剛砂應(yīng)用量，會造成原有宏觀構(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。試驗獲得的推薦噴砂防滑霧封層材料參數(shù)具體見表4所示[4]。

表3 金剛砂應(yīng)用量對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

對磨損后的AC13、SMA13、OG13瀝青板實施噴砂防滑霧封層處理，然后應(yīng)用檢測設(shè)備對紋理構(gòu)造及防滑功效變化開展分析。

2.1.1 防滑指標分析

用手推WFT摩擦系數(shù)檢測儀、擺式儀，對3塊磨后OG13、SMA13、AC13噴砂瀝青板開展防滑功效測試，并進行數(shù)據(jù)比較分析，其數(shù)據(jù)匯總見表5所示。防滑恢復(fù)率通過公式（1）計算。

表5 路面防滑功效分析

式中，H0——路面處理前的防滑指標；Ht——路面處理后的防滑指標。

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30%以上，BPN模型的擺值恢復(fù)率達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，獲得實施養(yǎng)護措施前后瀝青路面紋理狀態(tài)的均值數(shù)據(jù)見表6所示。

表6 實施養(yǎng)護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個指標表征宏觀路面構(gòu)造狀態(tài)。Rsk是測量偏斜度，Rku是測量駝峰度，此2個指標用來表征微觀路面構(gòu)造狀態(tài)。表6數(shù)據(jù)顯示，瀝青路面MPD、Ra、Rq等構(gòu)造深度指標有所增強，Rsk和Rku紋理狀態(tài)指標亦發(fā)生改善。

表7數(shù)據(jù)顯示，基于0.05顯著水平所開展的T檢驗，其MPD臨界值高于統(tǒng)計值，P統(tǒng)計值大于其臨界值，表明SMA13養(yǎng)護處理后，MPD發(fā)生的變化并不明顯，也就是說大紋理變化不明顯。Rku和Rsk的統(tǒng)計值均比臨界值要高。P值的統(tǒng)計值均低于其臨界值，表明SMA13養(yǎng)護處理后，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)護或形成路面微紋理的一種養(yǎng)護技術(shù)。

表7 SMA13路面養(yǎng)護前后的紋理指標的顯著性狀態(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瀝青路面為分析對象，以擺值為功效評估指標，對該型路面的防滑功效衰變規(guī)律進行實驗分析。

通過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)護后，路面的防滑功效大幅度提升。

（2）磨損不斷積累過程中，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)定于一個較小的波動范圍。

（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，主要是因為在磨損過程中，面層細骨料在磨損過程中，對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)，在磨損衰變過程中，也存在個別衰變值相較于常規(guī)狀態(tài)有所偏離的情況，其原因為：

（1）粗骨料空隙中的細骨料伴隨磨損發(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穩(wěn)定2個階段。

前述研究顯示，應(yīng)用噴砂防滑霧封層技術(shù)開展瀝青路面養(yǎng)護，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)，只能通過采取各種技術(shù)措施，盡可能延長路面的健康壽命周期，噴砂防滑霧封層技術(shù)可以成為助力實現(xiàn)這一目的的可選技術(shù)。

3 結(jié)語

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

（1）介紹一種噴砂防滑霧封層組分設(shè)計，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，開展了防滑恢復(fù)功效和防滑持久性試驗分析。

采取高速加載磨耗試驗和摩擦系數(shù)測試車檢測的方式進行，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)進行測試驗分析，探討了不同集料類型、不同瀝青類型、不同級配、不同瀝青用量噴砂霧封層的抗滑功效衰減規(guī)律，分析驗證該噴砂霧封層技術(shù)的防滑恢復(fù)功效和防滑持久性。