快干型彩色抗滑MMA薄層制備及應(yīng)用

閆兆柏，王 杰，周啟偉，翁士曉，毛志鵬

(1.浙江溫州甬臺溫高速公路有限公司，浙江 溫州 325000； 2.重慶市智翔鋪道技術(shù)工程有限公司，重慶 400067)

0 引 言

目前，常用的預(yù)防性養(yǎng)護(hù)技術(shù)有含砂霧封層、碎石封層、微表處、超薄層罩面、排水路面OGFC、瀝青路面再生等[1-6]。MMA(Methyl Meth Acrylate)預(yù)防性養(yǎng)護(hù)技術(shù)采用無溶劑的高強(qiáng)度改性MMA樹脂作為膠結(jié)料，因為具備優(yōu)異的路用性能而備受道路研究者關(guān)注[7-10]。近年來，以MMA樹脂為基體的彩色抗滑MMA涂料在高速公路隧道口、大彎道路段有越來越廣泛的應(yīng)用。肖燕等[11]指出了MMA抗滑磨耗層就是采用一種硬度極高的單一粒徑石料均勻撒布在樹脂黏結(jié)料表面，其摩擦擺值高于普通路面約20 BPN。根據(jù)英國一項調(diào)查的結(jié)果，摩擦擺值每提高10 BPN，雨天事故率就會降低13%。目前，國內(nèi)外學(xué)者對彩色薄層鋪裝的研究基本都是針對膠結(jié)料或者混合料某項性能的提升而進(jìn)行，缺乏對彩色薄層鋪裝路用性能的系統(tǒng)評價。

鑒于此，制備了快干型彩色抗滑MMA薄層，并在G15沈海高速4座隧道洞口實施了6 000 m2的彩色抗滑MMA薄層試驗段施工。通過全面評價了快干型彩色抗滑MMA薄層的路用性能，為快干型彩色抗滑MMA薄層的進(jìn)一步推廣應(yīng)用奠定了堅實基礎(chǔ)。

1 原材料與制備方法

快干型彩色抗滑MMA薄層的原材料包括單組分改性MMA樹脂、催化劑、集料、填料、顏料。單組分改性MMA樹脂為自制的改性聚甲基丙烯酸甲酯樹脂；集料選用優(yōu)質(zhì)陶瓷顆粒，具有優(yōu)良的抗壓、耐磨耗及抗沖擊性能，填料為硫酸鋇，顏料為黃色粉。依據(jù)《塑料拉伸性能的測定》(GB/T 1040.1—2006)中的相關(guān)規(guī)定，對主要原材料進(jìn)行相關(guān)性能測試，結(jié)果見表1、2。

表1 單組分改性MMA樹脂技術(shù)要求

表2 陶瓷顆粒技術(shù)性能指標(biāo)

快干型彩色抗滑MMA薄層的制備流程如下。

(1)準(zhǔn)備潔凈且無雜質(zhì)的陶瓷顆粒、填料及顏料，烘干備用。

(2)按一定比例稱取改性MMA樹脂、催化劑及填料，摻入顏料后拌合均勻。

(3)將拌合均勻的快干型彩色抗滑MMA混合料倒入試模中。

(4)按一定比例稱取陶瓷顆粒，并均勻撒布于試模上，無需碾壓，待混合料完全固化后清理多余的陶瓷顆粒，最后將試件在室溫環(huán)境中養(yǎng)生，即得彩色抗滑MMA薄層試件，性能指標(biāo)見表3。

表3 彩色抗滑MMA薄層路用性能技術(shù)指標(biāo)

2 填料、催化劑對膠結(jié)料性能的影響

2.1 填料對樹脂性能的影響

彩色抗滑MMA薄層采用滾涂施工工藝，因此膠結(jié)料的黏度對滾涂施工效果至關(guān)重要。筆者研究了不同填料添加量對改性樹脂力學(xué)性能及黏度的影響，從而確定了填料的最佳含量比例，結(jié)果見表4。

表4 填料添加量對改性樹脂性能及黏度的影響

由表4可知，改性樹脂的拉伸強(qiáng)度隨填料含量的增加而略微增加，斷裂伸長率隨填料的增加呈顯著下降趨勢。另外，填料對改性樹脂黏度的影響較大，40%填料添加量可使材料的黏度增加至3 030 MPa·s。為達(dá)到最佳滾涂施工效果，要求膠結(jié)料的黏度值范圍為1 000～3 000 MPa·s。綜合考慮混合料成本、力學(xué)性能、施工合理性等因素，填料添加量選定為30%。

2.2 催化劑含量對可拌合時間影響

MMA材料固化成型過程屬自由基聚合，催化劑含量對材料的凝膠、固化時間起直接作用，因此通過調(diào)控不同催化劑含量，確定了混合料在可操作時間內(nèi)的最佳催化劑用量，測試結(jié)果見表5。

表5 不同催化劑含量下的可拌合時間

由表5可知，隨著催化劑含量的增加，彩色抗滑MMA薄層混合料的可拌合時間逐漸縮短，當(dāng)催化劑含量大于3%時，快干型彩色抗滑MMA薄層混合料的可拌合時間均在技術(shù)指標(biāo)范圍內(nèi)。因此，充分考慮滾涂施工對可操作時間的要求，確定快干型彩色抗滑MMA薄層的催化劑最佳含量為3%，此時混合料可拌合時間為30 min，滿足施工要求。

3 試驗段鋪筑

基于上述室內(nèi)研究與長期累積的工程實踐經(jīng)驗，課題組采用快干型彩色抗滑MMA薄層材料在G15沈海高速4座隧道洞口實施試驗段施工，試驗段面積為6 000 m2，施工流程包括基面處置、膠結(jié)料滾涂施工、集料撒布、路面養(yǎng)護(hù)及開放交通。

3.1 基面處置

施工前，需對基面進(jìn)行拋丸預(yù)處理，確?；娓稍?、整潔、無油污，項目組采用道路養(yǎng)護(hù)專用拋丸機(jī)與強(qiáng)力吹風(fēng)機(jī)對基面泥垢、油污進(jìn)行清理，如圖1所示。

圖1 基面處置

3.2 膠結(jié)料滾涂施工

將單組分改性MMA樹脂、填料、顏料、催化劑按一定比例倒入混合料料斗中，并使用專業(yè)攪拌設(shè)備攪拌3 min，然后由專業(yè)施工人員實施滾涂施工，如圖2所示。

圖2 滾涂施工

3.3 撒布陶瓷顆粒

在滾涂施工的同時，將烘干的潔凈陶瓷顆粒均勻撒布于膠結(jié)料面層。由于陶瓷顆粒自身質(zhì)量原因，撒布在膠結(jié)料面層上時會部分嵌入其中，待材料完全固化后形成均勻薄層，整個陶粒撒布過程無需碾壓，如圖3所示。

圖3 集料撒布

3.4 養(yǎng)護(hù)及表面清掃

施工完成后，對試驗路段進(jìn)行1 h封閉養(yǎng)護(hù)(圖4)，待材料完全固化且達(dá)到最終強(qiáng)度后開放交通(圖5)。由于試驗段所用MMA材料屬快速固化的反應(yīng)型高分子材料，自由基的連鎖聚合反應(yīng)使材料能夠快速固化成型(固化時間為1 h)，養(yǎng)護(hù)1 h便能形成最終強(qiáng)度，從而滿足快速開放交通的要求。此外，由于人工撒布陶瓷顆粒存在施工精度問題，因此在材料完全固化后，需對表面松散的陶瓷顆粒進(jìn)行清掃。

圖4 路面養(yǎng)護(hù)

圖5 開放交通

4 彩色抗滑MMA薄層路用性能評價

4.1 耐磨性評價

彩色抗滑MMA薄層路面在使用后，將長期經(jīng)受車輪磨耗以及雨水等的侵蝕，故研究快干型彩色抗滑MMA薄層的耐磨耗性能具有重要意義。依據(jù)《色漆和清漆耐磨性的測定 旋轉(zhuǎn)橡膠砂輪法》(GB/T 1768—2006)中的測試方法，對彩色抗滑MMA薄層的耐磨性進(jìn)行間接評價，具體試驗結(jié)果如表6所示。由表6可知，快干型彩色抗滑MMA薄層的磨耗損失量極小，試驗值為35.4mg，遠(yuǎn)低于技術(shù)要求，間接表明其耐磨性能優(yōu)異。

表6 彩色抗滑MMA薄層耐磨性檢測結(jié)果

通過對試驗段通車8個月后的路面表面磨損與掉粒情況進(jìn)行監(jiān)測，從實際應(yīng)用效果直接評價彩色抗滑MMA薄層的耐磨性能。監(jiān)測結(jié)果表明：通車8個月后，彩色抗滑MMA薄層的表面無磨損與掉粒，薄層的耐磨性良好，如圖6所示。

圖6 通車8個月后的路面表觀

4.2 抗滑性能檢測

快干型彩色抗滑MMA薄層應(yīng)具有良好的抗滑性能，以保障隧道洞口處的行車安全性。參考《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》(JTG E20—2011)，采用擺式摩擦儀評價彩色抗滑MMA薄層的抗滑性能，試驗結(jié)果見表7。

表7 彩色抗滑MMA薄層抗滑性與構(gòu)造深度檢測結(jié)果

由表7可知，在膠結(jié)料面層上撒布抗滑陶瓷顆粒后，路面抗滑值有明顯提高，彩色抗滑MMA薄層的抗滑性能優(yōu)異，檢測結(jié)果均在70 BPN以上，試驗結(jié)果均滿足規(guī)范《公路工程質(zhì)量檢查評價標(biāo)準(zhǔn)》(JTG F80/1—2012)中的要求，且處于較高水平，比SMA路面的抗滑擺值提高29.4%。另外，瀝青混合料和彩色抗滑MMA薄層的構(gòu)造深度均滿足路面技術(shù)規(guī)范要求，彩色抗滑MMA薄層的構(gòu)造深度比SMA瀝青混合料鋪層提高39%，這充分說明彩色抗滑MMA薄層在客觀上提高了行車的安全系數(shù)。

4.3 平整度檢測

彩色抗滑MMA薄層在施工過程中的重要一環(huán)是集料的撒布。集料撒布不均勻會嚴(yán)重影響路面平整度，進(jìn)一步影響行車舒適度。另外，彩色抗滑MMA薄層對原路面的輕微車轍、凹陷病害有改善作用。對本次隧道口彩色抗滑MMA薄層的平整度進(jìn)行了檢測，結(jié)果見表8。

表8 彩色抗滑MMA薄層平整度和構(gòu)造深度測試結(jié)果

表8的檢測結(jié)果表明：試鋪路段平整度合格率為100%，行車舒適性優(yōu)良。試驗段鋪筑完成4個月后，醒目的黃色提醒駕駛?cè)藛T謹(jǐn)慎駕駛，隧道口未發(fā)生追尾等事故。

4.4 滲水系數(shù)檢測

彩色抗滑MMA薄層除了應(yīng)具備優(yōu)異的抗滑性、耐磨性之外，還應(yīng)具備良好的密水性，從而減少路面水損壞，延長道路服役壽命。對試驗段路面進(jìn)行滲水系數(shù)檢測，結(jié)果如表9所示。

表9 滲水系數(shù)測試結(jié)果 mL·min-1

由表9可知，彩色抗滑MMA薄層的滲水系數(shù)明顯低于原路面(SMA)，均值從19.20 mL·min-1降低到0.42 mL·min-1，路面抗?jié)B水性提高97.8%，表明彩色抗滑MMA薄層可顯著提高路面密水性，從而減少路面水損壞，提高路面耐久性。

綜上所述，采用彩色抗滑MMA薄層技術(shù)不但可以通過顯著的色彩緩解駕駛員的視覺疲勞，還提高了原路面的抗滑性能、構(gòu)造深度和密水性，并未降低原路面的平整度。同時，彩色抗滑MMA薄層可拌合時間為30 min，養(yǎng)護(hù)時間為1 h，養(yǎng)護(hù)施工效率高，尤其適用于大流量高速公路。

5 結(jié) 語

隧道洞口處是交通事故發(fā)生率較高的路段，洞口處色彩辨識度及路面抗滑性是兩大重要影響因素。本文基于隧道洞口處色彩辨識度低及洞口處路面抗滑性較差等現(xiàn)狀，結(jié)合彩色防滑路面色彩鮮明、誘導(dǎo)性與警示性強(qiáng)等特點，開發(fā)出色彩辨識度高、抗滑性能優(yōu)異的快干型彩色抗滑MMA薄層，并將其成功應(yīng)用于隧道路面鋪裝，解決了目前隧道洞口處面臨的難題。開發(fā)的彩色抗滑MMA薄層力學(xué)性能優(yōu)異，各項路用性能均滿足路面材料技術(shù)指標(biāo)要求，具有工程推廣應(yīng)用價值。

另一方面，彩色抗滑MMA薄層的耐磨性與耐久性難以通過室內(nèi)試驗定量判斷，故在對其進(jìn)行評價時應(yīng)結(jié)合實際鋪裝路面的使用情況，如可對薄層在使用若干年后的磨損、掉粒情況進(jìn)行統(tǒng)計分析，進(jìn)一步直接評價快干型彩色抗滑MMA薄層的耐磨性。