嵌固抗滑磨耗封層在道路養(yǎng)護工程中的應(yīng)用

劉 乾

(福建省交通科研院有限公司，福州 350004)

道路交通流量和載重不斷攀升導(dǎo)致瀝青路面出現(xiàn)松散、掉粒、表面磨損等病害，致使路面抗滑性能嚴重下降。通過研究發(fā)現(xiàn)， 在路面采用嵌固抗滑磨耗封層技術(shù)可以有效改善霧封層、稀漿封層、微表處等現(xiàn)有的預(yù)防性養(yǎng)護技術(shù)的缺陷， 提高路面性能， 延緩路面病害的進一步發(fā)展，延長路面的使用壽命[1]。

嵌固抗滑磨耗封層是一種以高性能熱固材料為核心固結(jié)料，輔以一定比例的乳化瀝青、再配合一定級配的抗滑集料(金剛砂)而形成的一種新型公路預(yù)防性養(yǎng)護結(jié)構(gòu)[2]。 環(huán)氧樹脂具有優(yōu)良的力學(xué)性能(內(nèi)聚力強、分子結(jié)構(gòu)致密)，較強的附著性、較小的固化收縮率，穩(wěn)定性好，是作為嵌固抗滑磨耗封層核心固結(jié)料的較優(yōu)選擇。 金剛砂是由石英砂、石油焦、木屑等原料通過高溫冶煉而成，具有性能穩(wěn)定、熱膨脹系數(shù)小、顆粒均勻，棱角性大，耐磨性好、硬度大的特點，廣泛用于停車場地面，以提高地面的抗滑和耐久性。 將水性環(huán)氧樹脂同改性乳化瀝青進行調(diào)和再添加金剛砂形成路面膠結(jié)材料運用到路面封層技術(shù)中，可以有效的解決現(xiàn)有預(yù)防性養(yǎng)護中膠結(jié)強度不足，易磨耗和剝落的問題。

國高網(wǎng)G72 泉三高速公路永春收費站于2009 年建成通車，日常車流量大，重載車多，經(jīng)過多年的使用，已造成原路面瀝青面層剝離，路面抗滑下降，行駛性能較差，局部網(wǎng)裂，路面水損壞嚴重。本項目采用嵌固抗滑磨耗封層技術(shù)對該路段雙向匝道路面進行養(yǎng)護， 力求改善路面性能，延長其使用壽命。

1 室內(nèi)試驗

1.1 試驗原料

本項目采用的原材料情況如下：

(1)環(huán)氧樹脂由大連志辰合成材料有限公司生產(chǎn)[3]。

(2)抗滑集料為河北省石家莊市靈壽縣出品的24 目棕鋼玉。

(3)乳化瀝青采購自廈門華特集團有限公司。

1.2 原材料性能指標(biāo)

1.2.1 固結(jié)料

嵌固抗滑磨耗封層的固結(jié)料由水性環(huán)氧樹脂乳液A組分和水性固化劑B 組分組成。 固結(jié)料的使用量需參照路面的表觀結(jié)構(gòu)、要達到的功能指標(biāo)而有所差異，一般在0.5～1.5 kg/m2范圍內(nèi)調(diào)整。

為滿足路面使用性能， 對各項材料技術(shù)標(biāo)準進行了要求，其中表1 為固結(jié)料理化技術(shù)指標(biāo)要求。

表1 固結(jié)料理化指標(biāo)

1.2.2 乳化瀝青

底層固結(jié)料還摻有規(guī)定數(shù)量的改性乳化瀝青。 表2為改性乳化瀝青的技術(shù)指標(biāo)要求及本項目乳化瀝青檢測結(jié)果。

表2 改性乳化瀝青技術(shù)指標(biāo)及檢測結(jié)果

1.2.3 抗滑集料性能

本項目采用金剛砂作為嵌固抗滑磨耗封層用的抗滑集料，經(jīng)檢測，其Al2O3含量超過70%，莫氏硬度≥7，具有優(yōu)異的耐磨性能，可以提升原路面的微觀構(gòu)造度，用量范圍一般為0.4～1.2 kg/m2。 表3 為抗滑集料的技術(shù)指標(biāo)要求和檢測結(jié)果。

表3 抗滑集料技術(shù)指標(biāo)及檢測結(jié)果

1.3 抗滑性能測試

借鑒JTG E42-2005《公路工程集料試驗規(guī)程》中集料磨光試驗方法， 對水性環(huán)氧抗滑磨耗層的抗滑性能進行測試，驗證其抗滑性能。

⑴測試未經(jīng)處理的集料磨光值

首先選取福建省各個地市不同巖性的石頭按照磨光試驗的要求先制作成9.5～13.2 mm 的顆粒， 再將顆粒擺入試模注入凝結(jié)材料制成磨光試件。等試件硬化后脫模，標(biāo)記裝入加速磨光試驗機進行磨光試驗。試驗采用30 號(棕剛玉粗砂)和280 號(綠碳化硅細砂)的金剛砂分別對試件進行碾磨，碾磨轉(zhuǎn)數(shù)均為57600 轉(zhuǎn)。 碾磨后取出試件，清洗試件表面，去除試件中殘留的金剛砂，后將試件表面朝下放入20℃恒溫水浴中養(yǎng)護兩小時后用擺式摩擦系數(shù)測定儀測量其磨光值。

⑵測試經(jīng)涂膜后的集料磨光值

首先， 將之前測試好的磨光試件清洗干凈表面并放入60℃電熱鼓風(fēng)干燥箱中烘至干燥。

其次， 根據(jù)國內(nèi)其他地區(qū)已有的水性環(huán)氧嵌固抗滑磨耗層的配比經(jīng)驗和本次試驗材料的特性， 經(jīng)多少試驗最終確定固結(jié)料原材配比為， 底層結(jié)構(gòu)各組分質(zhì)量配比為A1 組分∶B1 組分∶乳化瀝青=5∶2∶6.7， 面層結(jié)構(gòu)各組分質(zhì)量配比為A2 組分∶B2 組分=2∶3。

然后，按下面的流程進行固結(jié)料試件制作。成型好的試件見圖1。

圖1 成型好的固結(jié)料試件

①將稱量好的B1 和乳化瀝青混合攪拌均勻，而后加入A1，攪拌均勻，用軟毛刷來回一遍涂刷底涂層；

②緊接著灑布金剛砂至灑滿；

③將磨光試件置于50℃烘箱中烘干，掃去浮砂；

④將A2 和B2 按照比例稱量好， 混合攪拌均勻，即刻涂刷面涂層，軟毛刷刷滿全部面層。

最后待試件自然風(fēng)干后按照(1)中集料磨光試驗的過程重新對試件進行磨光，并測量其經(jīng)涂膜后的磨光值。

⑶數(shù)據(jù)分析

測試涂抹后磨光試件的磨光值， 并與涂抹前的數(shù)據(jù)進行比較分析，試驗數(shù)據(jù)如表4 和圖2 所示。

表4 磨光值檢測結(jié)果比較

圖2 磨光值檢測結(jié)果比較

從試驗結(jié)果來看，固結(jié)料與砂粘結(jié)牢固，經(jīng)高速磨光后原基面不裸露； 涂膜后試件磨光值較原基面提高約50%，保持了較大的摩擦系數(shù)，遠超規(guī)范要求的42，說明該嵌固抗滑磨耗封層具有優(yōu)異的抗滑耐磨性能。

1.4 透水性能試驗

根據(jù)已有的配合比資料制作空隙率為5%的AC-16C 瀝青混合料標(biāo)準車轍板試件， 編號并在室溫下靜置12 h，之后分別進行滲水試驗。 待車轍板試件風(fēng)干后，參照1.2 節(jié)中的方法在車轍板試件上刷涂抗滑固結(jié)料，待風(fēng)干后再次進行滲水試驗， 前后兩次的滲水系數(shù)測試結(jié)果如表5 所示。

表5 滲水系數(shù)測試結(jié)果

試驗顯示， 車轍板涂膜前滲水系數(shù)平均值為92.7 mL/min，涂膜后滲水系數(shù)結(jié)果為0 mL/min，說明該嵌固抗滑磨耗封層具有很好的密封性， 可以有效防止雨水下滲到路面內(nèi)，減少水損害的發(fā)生。

2 嵌固抗滑磨耗封層試驗路施工

本次嵌固抗滑磨耗層試驗路施工段落為泉三高速公路永春收費站出入口。 該路段因為長期使用導(dǎo)致路面面層破損，路面性能下降，但是其路段的結(jié)構(gòu)完好，具有較好的整體穩(wěn)定性及結(jié)構(gòu)強度，路段具有一定的代表性。

(1)施工前準備

首先，要對原路面進行路面狀況的調(diào)查，包括路面病害的調(diào)查分析、路面潔凈程度調(diào)查、路面磨耗狀況調(diào)查、路面交通狀況調(diào)查等，其中，路面病害調(diào)查包括對病害的類型、數(shù)量和分布進行調(diào)查分析。 通過這些調(diào)查，掌握路面的基本情況，為后續(xù)對原路面的處置提供參考。

其次，根據(jù)路面狀況調(diào)查情況，采用表面構(gòu)造處理機械設(shè)備對原路面磨耗較大，構(gòu)造較差、出現(xiàn)車轍的段落進行銑刨。 先采用刀具間距不大于6 mm 的銑刨車進行精銑刨，再采用銑琢工藝專用“微琢車”對路面進行微琢處理以提升其微觀構(gòu)造，增加封層與原路面的粘結(jié)性，保證下承層的平整度。銑刨作業(yè)均采用干法施工，以便于后續(xù)清掃作業(yè)。

再次，根據(jù)路面銑刨情況，在封層施工前采用人工和機械清掃相結(jié)合的形式對路面進行清掃處理， 保證下承層清潔、無雜物浮塵、無油污、無積水等。

最后， 為防止標(biāo)線、 路緣石等交安附屬設(shè)施受到污染，提前對附屬設(shè)施進行覆蓋。

(2)封層施工

嵌固抗滑封層施工應(yīng)滿足以下氣候條件：①施工、養(yǎng)生期內(nèi)的氣溫不宜低于10℃； ②嚴禁在潮濕或局部積水的路面上進行嵌固抗滑封層施工。 施工使用專門的具有較高的灑布精度、 穩(wěn)定的施工性能和較高的施工效率的灑布車，該灑布車應(yīng)保證可以將抗滑集料、固結(jié)料均勻地同步灑布到路面上。 施工前，對進場材料進行檢查，保證其質(zhì)量和數(shù)量。

①灑布車調(diào)試

啟動灑布車，檢查車輛制動、勻速行駛情況；開啟設(shè)備，檢查沖洗管路、噴頭是否堵塞，能否正常噴灑。檢查車輛是否出現(xiàn)制動、勻速行駛異常，噴灑不暢等情況，應(yīng)立即查找緣由，及時解決，確保施工能夠正常進行。

②裝底料

首先分別將A1 組分、B1 組分、乳化瀝青單獨用電動攪拌器攪拌均勻，再按比例和添加順序?qū)1 組分、B1 組分、乳化瀝青混合至料桶中攪拌均勻，一般每桶攪拌時間不超過1 分鐘， 然后再將攪拌均勻的A1 組分、B1 組分、乳化瀝青泵送至封層灑布車的固結(jié)料儲罐里。 待泵送完成之后， 最后將相應(yīng)數(shù)量的抗滑集料通過傳送帶或裝載機等方式裝入集料罐中。

②灑布底料

根據(jù)試驗路的寬度隨時調(diào)整噴桿的長度和灑布輥的寬度， 并根據(jù)路面設(shè)計和路面實際情況確定噴灑量和噴灑遍數(shù)，同時確定養(yǎng)生的時間。 本次施工，噴灑遍數(shù)為1遍，液體固結(jié)料的噴灑量為0.3～0.5 kg/m2，抗滑集料的噴灑量為0.2～0.4 kg/m2，養(yǎng)生時間為2～4 h。 灑布車的施工速度一般在6～8 km/h。

④裝面料

其流程和操作同裝底料，唯一不同的是，面層固結(jié)料的配比由A2 組分和B2 組分組成，沒有乳化瀝青。

⑤灑布面料

根據(jù)試驗路的寬度隨時調(diào)整噴桿的長度和灑布輥的寬度， 并根據(jù)路面設(shè)計和路面實際情況確定噴灑量和噴灑遍數(shù)，同時確定養(yǎng)生的時間。 本次施工，噴灑遍數(shù)為2遍，液體固結(jié)料的噴灑量為0.6～0.8 kg/m2，抗滑集料的噴灑量為0.4～0.6 kg/m2，養(yǎng)生時間為2～4 h。 灑布車的施工速度一般在6～8 km/h。

⑥質(zhì)量控制

嵌固抗滑磨耗封層施工要注意外觀均勻； 撒布量適中，既可密封原路面防止?jié)B水，又可提高抗滑性能。 嵌固抗滑磨耗封層施工質(zhì)量控制技術(shù)指標(biāo)如表6 所示。

表6 嵌固抗滑磨耗封層質(zhì)量控制技術(shù)指標(biāo)

等嵌固抗滑封層風(fēng)干后，拆除路面附屬設(shè)施的保護，恢復(fù)標(biāo)線；然后養(yǎng)生2～4 h，等封層固化不粘輪后方可開放交通。 施工效果如圖3 所示。

圖3 現(xiàn)場施工效果

(3)試驗路檢測數(shù)據(jù)

在試驗路鋪設(shè)前后分別采用擺式摩擦系數(shù)測定儀、路面構(gòu)造深度儀和路面滲水儀對試驗路的抗滑性能和滲水系數(shù)進行檢測，數(shù)據(jù)見表7。 試驗數(shù)據(jù)表明通過嵌固抗滑磨耗層的施工可以很大程度上提高路面的抗滑性能和滲水能力。

表7 嵌固抗滑封層與原路面的抗滑性能和防水性能對比

3 結(jié)語

水性環(huán)氧嵌固抗滑磨耗封層具有優(yōu)秀的功能特性，一方面，該嵌固抗滑磨耗封層具有較好的抗滑性能、優(yōu)良的防水性能；另一方面，該工藝對施工條件的要求較低，機械設(shè)備簡易，施工便捷，開放交通較快。 同時由于環(huán)氧樹脂具有很好的固化特性，其耐久性也十分優(yōu)異。 因此，該嵌固抗滑磨耗封層具有很好的恢復(fù)道路表面功能的特點，可以作為瀝青路面預(yù)防性養(yǎng)護的新的工藝，應(yīng)用前景廣闊。