劉愛峰

摘要 為探索熱反射灌注式瀝青路面設(shè)計要點及在南方高溫多雨地區(qū)公路工程中的應(yīng)用效果，文章以具體工程為例，對熱反射水泥基灌漿材料的力學(xué)強度、黏結(jié)性能進行測試，并對熱反射灌注式瀝青路面薄層的抗滑性和抗磨耗性進行檢測，在確定出鈦白粉合理摻量后，依次進行室內(nèi)照射試驗和現(xiàn)場應(yīng)用效果檢測。結(jié)果表明，這種材料和普通灌漿料聯(lián)合灌注后形成的熱反射灌注式瀝青路面薄層具備良好的降溫效果，能較好地避免瀝青路面高溫車轍等病害的發(fā)生。

關(guān)鍵詞 灌注式瀝青路面；降溫效果；熱反射水泥基灌漿料

中圖分類號 U416.2文獻標(biāo)識碼 B文章編號 2096-8949（2024）06-0143-03

0 引言

灌注式瀝青路面主要通過在水泥基灌漿料中填充大空隙瀝青混合料而形成，此種水泥基灌漿料兼具水泥混凝土結(jié)構(gòu)的剛度及瀝青混凝土材料的柔韌性、兼容性較好，能負(fù)載多種形式的功能性材料，在增強路面結(jié)構(gòu)抗車轍性能和路用性能的同時，具備其他方面的功能。按照此思路，借助灌注式瀝青路面較好的負(fù)載功能，在路面結(jié)構(gòu)中增設(shè)熱學(xué)改性材料，可取得較好的路面熱量傳遞及溫度調(diào)控效果。當(dāng)前已有的研究成果更加側(cè)重此類水泥基灌漿料所負(fù)載材料的制備及性能，對具備熱反射性能的水泥基灌漿料研究較少?；诖?，該文依托公路工程實際，進行熱反射水泥基灌漿材料性能檢測以及熱反射灌注式瀝青路面設(shè)計，以期為工程應(yīng)用提供參考。

1 工程概況

某新建公路段位于我國南方高溫多雨地區(qū)，工程區(qū)地形復(fù)雜多變，山谷、丘陵交替分布。結(jié)合氣象資料，工程區(qū)為典型的亞熱帶濕潤性季風(fēng)氣候，因受到熱帶氣旋和海洋氣團的綜合作用，夏季高溫多雨，5—10月平均溫度為29.8 ℃，夏季極端最高溫度達到43.2 ℃，路表溫度更是超出50 ℃；5—10月降雨量在1 200～2 600 mm之間，占全年降雨量的80%以上。此種運行環(huán)境對公路瀝青路面材料的熱穩(wěn)定性有較高要求，路面運行期間發(fā)生高溫車轍、水損等病害的可能性較大。經(jīng)過項目組多方考察和反復(fù)論證，最終決定鋪筑熱反射灌注式瀝青路面，在降低和延緩車轍病害的同時，也為該地區(qū)其余公路熱反射灌注式瀝青路面的建設(shè)提供相關(guān)經(jīng)驗。

2 熱反射灌注式瀝青路面設(shè)計

對熱反射水泥基灌漿材料進行性能檢測。按照預(yù)想，反射材料以填料的形式摻加進灌漿結(jié)構(gòu)中，制備出的混合料經(jīng)由路表灌注后形成灌注式瀝青路面，該路面形式具有較好的反射率。

2.1 熱反射水泥基灌漿材料性能測試

該研究中熱反射灌注式瀝青路面主要以磷酸銨鎂水泥為基材，該基材經(jīng)由磷酸二氫銨和氧化鎂經(jīng)過充分反應(yīng)而得出[1]。在基材內(nèi)按設(shè)計比例摻加鈦白粉材料后使反射率進一步提高。此外，為確保熱反射灌注式瀝青材料具有良好的可施工性能，還必須摻加聚羧酸高效減水劑和硼砂，較好地改善基材的流動性和凝結(jié)性能。為對比基材和添加劑不同摻量下熱反射灌注式瀝青混合料性能，提出5種材料配比，在此5種配比下磷酸二氫銨用量均為20 g，氧化鎂用量均為100 g，硼砂用量均為10 g，水用量依次為24.0 g、25.4 g、26.5 g、28.9 g、34.0 g，聚羧酸高效減水劑依次按0.735%、0.758%、0.794%、0.865%、1.100%的比例摻加，鈦白粉依次按0%、5%、10%、25%、40%的比例摻加。

2.1.1 力學(xué)強度

根據(jù)《公路瀝青路面設(shè)計規(guī)范》（JTG D50—2017）中規(guī)定的具體方法進行熱反射灌注式瀝青混合料強度檢測，測試結(jié)果見表1。

由表1可知，熱反射灌注式瀝青混合料的抗折強度和抗壓強度均隨鈦白粉摻量的持續(xù)增大而減??；與摻量為0相比，摻加40%鈦白粉的熱反射灌注式瀝青混合料7 d抗折強度和抗壓強度分別降低了40.07%和35.23%。分析原因可知，鈦白粉摻加后對基材內(nèi)的磷酸二氫銨和氧化鎂具有取代作用，如此經(jīng)水化反應(yīng)所生成的磷酸銨鎂（一種黏結(jié)材料）也持續(xù)減少，這顯然對熱反射灌注式瀝青混合料力學(xué)性能不利[2]。可見，必須嚴(yán)格控制此類混合料中鈦白粉摻量。結(jié)合此處力學(xué)強度測試情況，應(yīng)將鈦白粉摻量控制在20%以內(nèi)。按照這一標(biāo)準(zhǔn)，使持續(xù)養(yǎng)護7 d的熱反射灌注式瀝青混合料試件經(jīng)歷不同的環(huán)境作用，待其溫度恢復(fù)至室溫后進行強度的二次檢測。結(jié)果見表2。

由表2可知，不同鈦白粉摻量下熱反射灌注式瀝青混合料受到不同環(huán)境條件影響后抗壓強度均呈降低趨勢。高溫多雨環(huán)境有助于促進混合料中磷酸鹽的溶解，增大材料孔隙率，并使溶液內(nèi)pH值下降，促使材料更加松散，抗壓強度也隨之降低。此外，低溫環(huán)境下混合料中的水分會發(fā)生凝結(jié)，抗壓強度也相應(yīng)降低?？傮w而言，熱反射灌注式瀝青混合料在高低溫環(huán)境下抗壓強度均表現(xiàn)出降低趨勢，但仍高于普通灌注式瀝青混合料，在路面建設(shè)中較為適用[3]。

2.1.2 黏結(jié)性能

熱反射水泥基灌漿材料主要涉及熱反射灌漿料和普通灌漿料的黏結(jié)界面、熱反射灌漿料和瀝青混合料黏結(jié)界面。為進行兩類界面黏結(jié)效果檢測，將3 mm設(shè)計厚度的熱反射水泥基灌漿材料均勻涂抹于棱柱形灌漿材料試件和瀝青混合料試件表面；此后將兩類試件放置于濕度為60%±5%、溫度為20 ℃±2 ℃的環(huán)境下標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護3 d。完成以上操作后借助鋼錠檢測黏結(jié)強度。測試結(jié)果見表3。

結(jié)合測試數(shù)據(jù)，熱反射水泥基灌漿料和瀝青混合料界面的黏結(jié)強度明顯較低，在鈦白粉摻量為0%、5%和10%的情況下，該界面黏結(jié)強度僅為熱反射水泥基灌漿料和普通灌漿料界面黏結(jié)強度的41.04%、42.93%和46.15%。但界面黏結(jié)強度均超出規(guī)范中相應(yīng)的最低限，說明此類灌漿料黏結(jié)效果優(yōu)異，對于瀝青路面施工完全適用。

2.2 熱反射灌注式瀝青路面薄層性能測試

結(jié)合規(guī)范首先制備孔隙率較大的混合料試塊，同時拌制普通灌漿料，按照設(shè)計要求將其灌注于冷卻至常溫狀態(tài)的混合料試塊內(nèi)，注意不得灌滿，必須預(yù)留一定空間。隨后，待試塊內(nèi)所灌進的普通灌漿料達到初凝狀態(tài)，再將制備好的熱反射水泥基灌漿材料灌進試塊內(nèi)剩余空間，借助相應(yīng)工具刮除試塊表面多余的漿液，以使表面構(gòu)造處于外露狀態(tài)。

2.2.1 抗滑性能

借助擺式摩擦儀展開以上試塊抗滑性能檢測，并比較試驗前后試塊擺值的變動趨勢。測試結(jié)果見表4。

由表4可知，不同鈦白粉摻量下熱反射灌注式瀝青路面薄層擺值結(jié)果較為接近，且灌注前因孔隙率較大的混合料試塊外表粗糙、抗滑性能較好，擺值測值較大；灌注后空隙被填充，粗糙程度以及對應(yīng)的擺值均有所降低。經(jīng)過磨耗后的試塊擺值發(fā)生下降，但仍大于規(guī)范中瀝青路面抗滑值最低限，抗滑性能優(yōu)異。

2.2.2 抗磨耗性能

通過車轍試驗機展開車輪磨損過程模擬。根據(jù)模擬結(jié)果可知（見表5），隨著磨損次數(shù)的增大，全部試件質(zhì)量損失均呈增大趨勢，但熱反射灌注式瀝青混合料試件表面的熱反射水泥基灌漿材料磨損后試塊表面平整程度提高，整體質(zhì)量損失較少。這表明熱反射灌注式瀝青路面具備良好的抗磨耗性能，能提升路面結(jié)構(gòu)的耐久性。

出于對工程效果及經(jīng)濟性的綜合考慮，該公路工程試驗段將熱反射水泥基灌漿材料中鈦白粉摻量控制在10%。

2.2.3 水穩(wěn)性

對大孔隙混合料試塊展開凍融劈裂試驗。根據(jù)試驗結(jié)果可知，普通瀝青混合料試塊凍融前后平均劈裂強度為0.833 MPa，熱反射灌注式瀝青混合料試件凍融前后平均劈裂強度達到0.968 MPa，比普通混合料試塊強度提升16.21%。

此后，展開浸水馬歇爾試驗，根據(jù)試驗結(jié)果，熱反射灌注式瀝青混合料試件浸水殘留穩(wěn)定度達到89.71%，與92%的基質(zhì)瀝青混合料浸水殘留穩(wěn)定度仍存在一定差距。表明此類瀝青混合料浸水馬歇爾穩(wěn)定度有所降低，但仍符合設(shè)計要求。

綜合以上凍融劈裂試驗及浸水馬歇爾試驗結(jié)果，摻加鈦白粉后熱反射灌注式瀝青混合料水穩(wěn)性呈增強趨勢，能較好阻隔水壓力作用下瀝青膜剝落；因鈦白粉幾乎無開口孔隙，還能有效避免水分浸入混合料內(nèi)部。

3 熱反射灌注式瀝青路面降溫效果評估

3.1 室內(nèi)照射試驗

為評價熱反射灌注式瀝青路面降溫效果，首先進行了路面溫度變動趨勢模擬的室內(nèi)照射試驗。按照鈦白粉摻量依次為0%、5%、10%制備熱反射灌注式瀝青路面薄層試塊，并以普通瀝青混合料試塊為對照組。在試驗環(huán)境中對稱架設(shè)4臺500 W碘鎢燈模擬日光照射，以確保其與試塊之間垂直距離為90 cm。同時在試塊四周放置泡沫板，在試塊底部安裝溫度傳感器。試驗開始后借助多路數(shù)據(jù)記錄儀進行試塊底面溫度值的實時測取，上表面溫度則由熱紅外成像儀監(jiān)測。試驗共進行240 min，并按5 min的時間間隔測試并記錄。

根據(jù)測試結(jié)果可知，熱反射灌注式瀝青混合料試塊上表面及底面的測試溫度均比普通試塊低，其在試驗進行到最后時上表面和底面溫度分別比普通試塊低15.7 ℃和14.1 ℃。

在對試塊磨損處理后再次展開以上測試，結(jié)果表明，磨損處理會在一定程度上減弱試塊降溫效果[4]，磨損后的熱反射灌注式瀝青混合料試塊上表面和底面溫度分別比磨損前降低14.8%和18.7%，此類材料磨損后仍具有較好的降溫效果，能較好緩解路面高溫及車轍病害。

3.2 現(xiàn)場應(yīng)用效果

為比較熱反射灌注式瀝青路面降溫效果，驗證熱反射灌注式瀝青路面優(yōu)異的阻熱性能，選取樁號K33+220～K33+520和K33+520～K34+050兩個試驗段，分別展開普通路面和熱反射灌注式瀝青路面鋪筑施工。施工完成并達到開放交通程度后，分別展開兩個路段溫度分布程度監(jiān)測。監(jiān)測結(jié)果見表6。

根據(jù)表6結(jié)果，兩種路面層特征位置溫度存在較大差異，特別是上面層增設(shè)熱反射灌注式瀝青混合料后，既能直接阻隔熱量侵入路表結(jié)構(gòu)，又能較好阻隔熱量向下傳遞，并避免熱量在路面結(jié)構(gòu)層中的富集[5]。此種路面薄層設(shè)置后可使路表、路表以下4 cm處、路表以下10 cm處、路表以下18 cm處溫度比普通路面結(jié)構(gòu)下降15.1 ℃、12.9 ℃、9.2 ℃和6.5 ℃。有效降低中下面層溫度，瀝青路面的抗車轍性能也因此得到提升。

4 結(jié)束語

該文依托路面工程實際開展熱反射水泥基灌漿料性能測試及熱反射灌注式瀝青路面設(shè)計，并對工程應(yīng)用效果進行比較與評價。得出以下結(jié)論：按照10%的推薦摻量摻加鈦白粉后，熱反射水泥基灌漿料強度及黏結(jié)性能較好；這種類型的灌漿料能較好嵌入進而覆蓋灌注式瀝青混合料試塊表面，發(fā)揮抗滑、抗磨耗作用。室內(nèi)照射試驗及現(xiàn)場應(yīng)用效果均顯示，熱反射灌注式瀝青混合料試塊上表面和底面降溫效果均較顯著，驗證了此類路面結(jié)構(gòu)具備優(yōu)異的降溫潛力，同時能提升混合料高溫抗車轍性能，對高溫多雨地區(qū)的公路較為適用。

參考文獻

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