抛丸技术参数对沥青路面抗滑性能影响研究

2017-05-24张辉

湖南交通科技 2017年1期

关键词：抛丸车辙弹丸

张辉

(湖南中大建设工程检测技术有限公司，湖南长沙 410205)

抛丸技术参数对沥青路面抗滑性能影响研究

张辉

(湖南中大建设工程检测技术有限公司，湖南长沙 410205)

为了研究抛丸施工各作业参数对沥青混凝土路面处理后抗滑性能的影响，以构造深度提高幅度以及构造深度提高幅度阈值为评价指标，采用室内试验分析了弹丸直径、行进速度以及砂丸比对车辙试件构造深度的影响。结果表明增大弹丸直径、减小行进速度以及增加砂丸比有利于提高车辙试件构造深度，改善沥青路面的抗滑性能。且构造并非越大越好，建议构造深度提高幅度阈值取85%。同时推荐抛丸施工参数为：弹丸直径G280与G330，优先选用G330；行进速度≥8 m/min；砂丸比50%～60%。

沥青路面；抛丸技术；参数；构造深度；抗滑性能

0 引言

沥青路面抗滑性能直接影响着车辆行驶的安全，而随着服役时间的延长以及交通量的增长，沥青路面抗滑性能将呈现明显的衰减趋势。目前对于旧沥青路面常用的处置方式主要有：封层法、罩面法、沥青再生法和机械法四类[1]。抛丸技术作为机械法中一种，近年来得到了较为广泛的应用。

抛丸技术最初应用于制造业，主要用于机器等物件除杂质、去除氧化膜、打磨以增加粗糙度等方面。其工作原理是通过机械方法将丸料以一定速度或角度抛射到被处理物表面，利用丸料的打击作用清理表层。生成的杂质与丸料将在强负压作用下经过分离与除尘设备，最终杂质得以去除而丸料则继续循环使用[2]。

最初被引进到道路行业时，抛丸技术主要应用于水泥混凝土路面处理[3，4]。由于水泥混凝土路面为刚性路面，路表刚、强度较大，与制造业中抛丸处理物具有一定的相似特性，因此大部分抛丸工艺均可应用于水泥混凝土路面的处理。同时抛丸技术在解决水泥混凝土桥面与沥青铺装层之间层间结合问题以及机场道面的抗滑处理等方面也有一定运用[5-7]。最近几年，针对沥青路面抗滑性能的衰减问题，抛丸技术才开始应用于沥青混凝土路面。使用抛丸技术对抗滑性能出现较大衰减的沥青路面进行处治，一方面可以在不破坏路面结构的前提下对路面抗滑性能进行恢复和提高，保证路面车辆的行驶安全；另一方面通过抛丸处理也可发现路表下面潜在的微小裂缝等路面病害，以便及时进行路表预防性养护，有效延长道路使用寿命。资料表明，抛丸施工的直接工程费用仅有2～3元/m2，远低于常用的稀浆封层修复7～8元/m2的工程费，同时较稀浆封层修复施工完成后需4～6 h才可开放交通，抛丸技术施工完成后几乎无交通延误时间，以上优点综合表明抛丸技术在沥青路面中的应用具有较好的前景[2]。但目前对抛丸技术的研究仍集中于基本的施工工艺等探讨[8]，施工参数的选取大都借鉴以往工程经验，对更深入的施工参数对施工效果的影响仍有待研究。

基于以上原因，本文采用室内试验的方式，依次对弹丸直径、行进速度以及砂丸比3个参数对施工处理效果进行研究，以为工程实践推荐合适的抛丸施工技术参数。

1 评价指标选取

《公路沥青路面设计规范》(JTGD50-2006)规定，高等级公路沥青路面抗滑性能由横向力系数SFC60和构造深度TD(mm)两个指标进行控制[9]。由于本文采用的为车辙试件室内试验进行研究分析，SFC60无法获取，故以构造深度为评价指标进行研究：

1) 考虑不同车辙试件成型差异对初始抗滑性能指标的影响，在此以构造深度的提高幅度为评价指标。

2) 由规范可知，构造深度并非越大越好，过大的构造深度一方面会使行车噪音加大，同时也会使透水可能性增加，进而造成沥青路面水损害，削弱沥青路面耐久性能[9]。因此应设定一构造深度提高幅度阈值，该值大小将在后续分析中结合车辙试件经抛丸处理后破坏状况确定。

2 各参数影响研究

考虑抛丸技术在沥青路面中应用一般用于处治沥青路面上面层，故选取一AC-13级配进行试验，集料选用玄武岩，最佳油石比为4.85%。并制备标准车辙试件，不同参数组合试验均在单独车辙试件上进行。

2.1 弹丸直径

弹丸作为与沥青路面直接接触的物体，其直径的大小直接影响着对沥青路面的处理效果。为了研究弹丸直径对抛丸施工的影响，选取4种弹丸直径：G280(0.85 mm)、G330(1.0 mm)、G390(1.2 mm)、G460(2.0 mm)，对各车辙试件进行抛丸处理。其它参数均选用仪器推荐值进行试验：行进速度8 m/min；砂丸比中钢砂(钢砂选用G16(1.4 mm)粒度)与弹丸质量比为1∶1。测试抛丸处理前后构造深度值，所得试验结果如图1。

图1 弹丸直径影响

由图1分析可知：

1) 经抛丸处理后试件构造深度均有所提高，预测将抛丸技术运用于抗滑性能不良的沥青路面表面层具有较好的可行性。这是由于弹丸与钢砂直径(或粒度)均较小，大致在1～2 mm之间，随着二者对车辙试件的高速冲击，将会使试件表面形成均勾的致密的坑槽，这将加大与外界接触的表面积，进而增大了构造深度。

2) 随着弹丸直径的增大，构造深度增幅逐渐加大，表明抛丸处理对车辙试件抗滑性能改善效果更加明显。这是由于随着弹丸直径的增大，弹丸与钢砂对试件进行高度冲击时弹丸与试件的接触面积增大，从而导致抛丸形成的坑槽面积加大，进而表现为构造深度的提高幅度增加。

但前述分析表明，构造深度并非越大越好，过大的构造深度并不利于沥青路面耐久性能的要求。对比抛丸处理后各车辙试件可以发现，当弹丸直径为G390与G460时，试件表面细集料剥落现象明显，可认为此时构造深度过大。当弹丸直径为G390时，车辙试件抛丸处理前后效果如图2所示。由试验可知，当弹丸直径为G390与G460时，二者构造深度提高幅度分别为89%与121%，因此可初步建议本试验条件下上述构造深度提高幅度阈值为90%(取5的倍数)。

图2 G390直径下抛丸处理前后对比

因此在兼顾处理后不影响沥青路面其它性能的前提下，优先选用较大弹丸直径。依据本试验结果，可推荐G280与G330弹丸直径，同时后续选用G330直径进行试验分析。

2.2 行进速度

行进速度作为另一关键参数，对抛丸施工也有较大影响。过低时行进速度势必会影响抛丸施工效率，而过高的行进速度又不能保证施工处治质量，因此有必要对行进速度的影响进行研究，以选取合适的速度进行施工。试验以3 m/min为步长，以5～17 m/min区间速度对车辙试件进行抛丸处理。测试处理前后构造深度，试验结果如图3所示。

图3 行进速度影响

由图3可知：

1) 不同行进速度下抛丸处理均一定程度上提高了试件构造深度。且随着行进速度的提高，构造深度提高幅度逐渐减小，同时减小幅度随着行进速度的增大而减小。这是由于随着行进速度的增大，抛丸处理过程中弹丸与钢砂同车辙试件的接触时间减少，从而使弹丸与钢砂形成的坑槽减小，进而使得构造深度提高幅度减小。同时由车辙试件(包括沥青路面)特点可知，从上至下试件将越来越“致密”，下部试件将较上部试件更难被破坏，利用功能原理解释即破坏下部试件将较上部需要抛丸机做更多的功。而随着抛丸机行进速度的增大，当行进速度≥8 m/min时，由于做功有限抛丸机均只破坏了试件表层较易破坏的部分，并不能同5 m/min一样进行更深层次的破坏。因此随着行进速度的提高，构造深度提高幅度的减小速度逐渐放缓。

2) 仅就提高构造深度而言，较小的行进速度有利于提高路面抗滑性能，但由前述分析可知，过大的构造深度亦不符合路面实际耐久性能的要求。对比不同行进速度下抛丸机对车辙试件的处理效果，发现5 m/min速度下试件破损现象明显，表层细集料几乎全部剥离。此时构造深度提高幅度为83%，建议构造深度提高幅度阈值可为85%。

综合考虑施工效率与处治效果，建议选取≥8 m/min的行进速度。同时后续研究砂丸比对处治效果影响时，选用14 m/min的行进速度。

2.3 砂丸比

为了研究砂丸比对抛丸施工的影响，选用最常用的的G16(粒度大小为1.4 mm)铸钢砂与S330铸钢丸按3种不同配比进行试验分析，3种配比依次为：1∶1、3∶2、7∶3(质量比，即对应钢砂所占比例依次为50%、60%与70%)。处理前后构造深度试验结果如图4所示。