降温含砂雾封层最佳喷洒量

冯 炜，韩晓霞，王 帅，王新岐(.天津市市政工程设计研究院，天津 30005； .长安大学 公路学院，陕西 西安 70064)



降温含砂雾封层最佳喷洒量

冯 炜1，韩晓霞2，王 帅2，王新岐1
(1.天津市市政工程设计研究院，天津 300051； 2.长安大学 公路学院，陕西 西安 710064)

为确定降温含砂雾封层最佳喷洒量，测试了不同喷洒量下渗透性能、封水性能、抗滑性能等基本路用性能和降温性能的变化规律。结果表明：喷洒量从0.55 kg·m-2增加到0.75 kg·m-2，降温含砂雾封层的渗透性能、封水性能以及降温性能提高显著，且抗滑性能降低幅度不明显；喷洒量从0.75 kg·m-2增加到0.95 kg·m-2，降温含砂雾封层的基本路用性能和降温性能提高幅度趋于平缓，抗滑性能降低幅度显著；喷洒量为0.75 kg·m-2时，降温含砂雾封层各项性能良好，最大降温幅度可达5 ℃。

道路材料；含砂雾封层；降温；喷洒量

0 引 言

含砂雾封层作为一种预防性养护技术，可以有效阻止道路表面渗水，防止路面松散，延缓沥青老化，降低沥青面层温度并改善路面外观，因此在道路养护中的应用日趋广泛[1-4]。含砂雾封层施工中，喷洒量会严重影响实际使用效果，若施工过程中单位喷洒量不足，含砂雾封层不能充分填补路表裂缝和空隙、修复路面早期病害，就达不到预期使用效果；若单位喷洒量过多，含砂雾封层厚度过大，完全覆盖路表纹理，路面不仅不能获得最佳抗滑性能，而且还会增加经济成本，造成资源浪费。因此，确定合理的含砂雾封层喷洒量显得尤为重要。目前关于含砂雾封层的研究主要集中在路用性能、应用时机和施工工艺等方面，关于含砂雾封层最佳喷洒量的研究鲜有报道，致使实际使用中因喷洒量不当未能达到最佳使用效果[5-10]。此外，目前的含砂雾封层鲜有降温功效，不能从根源上减少高温病害的发生[11]。

针对以上问题，本研究制备降温含砂雾封层，在修复路面早期病害、提高路面使用性能的同时，降低路面温度，进一步缓解高温病害；并通过对降温含砂雾封层的渗透性能、渗水系数、抗滑摆值、构造深度和降温性能进行测试，综合确定降温含砂雾封层的最佳喷洒量，为降温含砂雾封层的应用和推广奠定基础。

1 降温含砂雾封层的制备

通过前期调查，优选出降温功能性基础材料，并经过粉碎研磨、机械活化等工艺优化处理，得到粒径为0.15～0.3 mm的集料，作为降温功效改性剂。通过设计不同材料配合比制备不同掺量的降温含砂雾封层，具体试验方案如表1所示。其中，添加剂采用天津市科密欧化学试剂有限公司生产的LH稳定剂，以延长乳化沥青拌和时间；乳化沥青采用SBR改性乳化沥青，并根据《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTJ E20—2011)测定其技术指标，检测结果如表2所示。由表2可知，所采用的SBR改性乳化沥青各项指标均符合规范要求，且性能良好。

表1 路用降温含砂雾封层试验方案

表2 改性乳化沥青性能检测结果

降温含砂雾封层制备方法：首先，将改性乳化沥青过1.18 mm孔筛，按配比称量并倒入拌和试验锅内；其次，在改性乳化沥青中依次注入预先称量的水和添加剂，按同一方向不断搅拌直至均匀；最后，将预先称量的功能性改性剂边搅拌边加入到混合料中；当混合料基本均匀时，路用降温含砂雾封层配制完成[12-13]。

2 基于路用性能的降温含砂雾封层最佳喷洒量

2.1 基于渗透性能的喷洒量确定

降温含砂雾封层材料作为沥青路面封层材料，其自身的渗透性能直接影响到材料能否将沥青路面面层的内部空隙堵住而发挥出持久的防渗作用[14]。

根据《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTG E20—2011)制备沥青混合料车辙试件，然后将降温含砂雾封层充分、均匀地喷洒在车辙试件表面，确保降温含砂雾封层无明显积留。将车辙试件静置于室温自然状态下72 h后，采用沥青混凝土切割机沿车辙试件中间切割2次，得到4块小试件。在每块小试件的2个切割断面中心进行渗透深度的量测，取平均值作为检测结果。试验中采用硅沥青将脱色沥青软化，并以其颜色发青作为下渗标准。通过测定含砂雾封层材料在车辙试件中的渗透性能，确定降温含砂雾封层的最佳喷洒量。降温含砂雾封层渗透性能测试结果如表3所示。

表3 降温含砂雾封层渗透性能测试结果

由表3可知，渗透性能随着喷洒量的增加而逐渐增大。喷洒量低于0.75 kg·m-2时，渗透深度增大幅度显著；喷洒量超过0.75 kg·m-2时，增大幅度趋于平缓。考虑渗透深度和经济性，将降温含砂雾封层的喷洒量初步确定为0.75 kg·m-2。

2.2 基于封水性能的喷洒量确定

参照《公路路基路面现场测试规程》(JTG E60—2008)，测定降温含砂雾封层路面的渗水系数，对比喷洒前后路面渗水系数的降低比例评价其封水性能。封水性能试验结果如表4所示。

表4 降温含砂雾封层渗水系数测试结果

由表4可知，随着喷洒量的增加，降温含砂雾封层的渗水系数显著减小。喷洒量为0.55 kg·m-2时，渗水系数减小但不为零；喷洒量为0.75 kg·m-2、功能性改性剂掺量在30%和40%时，渗水系数均为零；喷洒量达到0.95 kg·m-2时，渗水系数均为零。考虑封水性能和经济性，将降温含砂雾封层的喷洒量初步确定为0.75 kg·m-2。

2.3 基于抗滑性能的喷洒量确定

参照《公路路基路面现场测试规程》(JTG E60—2008)，采用摩擦系数试验和构造深度试验分别测定其抗滑摆值和构造深度。不同喷洒量条件下降温含砂雾封层抗滑性能变化规律如图1所示。

由图1可知，随着喷洒量的增加，降温含砂雾封层的抗滑摆值和构造深度逐渐减小。喷洒量低于0.75 kg·m-2时，减小幅度相对较小；喷洒量超过0.75 kg·m-2时，减小幅度较为显著。考虑抗滑性能和经济性，将降温含砂雾封层的喷洒量初步确定为0.75 kg·m-2。

综合考虑降温含砂雾封层渗透性能、封水性能、抗滑性能随喷洒量的变化规律和经济性，最终将降温含砂雾封层的最佳喷洒量确定为0.75 kg·m-2。

3 基于降温性能的降温含砂雾封层最佳喷洒量

制备标准车辙板，将温度传感器埋设于车辙板中心处和底部；将降温功能性改性剂掺量为50%的降温含砂雾封层均匀涂抹于试件表面，并通风平放晾置24 h。在通风、整洁、光照充足的地面放置车辙板，并在其底部和四周摊铺黏土层和泡沫塑料，阻止车辙板试件与外界发生热传递，模拟真实路面布置。选择10:00～15:30为测试时间段，以半小时为周期记录车辙板表面、中部、下部的温度。不同喷洒量条件下降温含砂雾封层的降温幅度如图2所示。

图2 不同喷洒量降温含砂雾封层的降温效果

由图2可知，涂刷降温含砂雾封层试件的表面、中部及下部降温幅度随喷洒量的提高均逐渐增大。含砂雾封层喷洒量由0.55 kg·m-2增加到0.75 kg·m-2，降温幅度可达到1.5 ℃；喷洒量由0.75 kg·m-2增加到0.95 kg·m-2，降温幅度仅提高0.6 ℃。这表明，当喷洒量大于0.75 kg·m-2时，其降温效果提高幅度不明显，且随着喷洒量的不断增大，降温幅度趋于平缓。考虑含砂雾封层的降温效果和经济性，将含砂雾封层的最佳喷洒量定为0.75 kg·m-2；此喷洒量下，最大降温幅度可达5 ℃。

通过对降温含砂雾封层渗透性能、封水性能、抗滑性能等基本路用性能以及降温性能的研究，全面分析其基本路用性能和降温性能随喷洒量的变化规律，最终将降温含砂雾封层的最佳喷洒量确定为0.75 kg·m-2。此喷洒量满足路用性能要求，且降温性能和经济性良好。

4 结 语

(1)降温含砂雾封层的渗透性能随着喷洒量的增加而逐渐提高。喷洒量低于0.75 kg·m-2时，渗透深度增大幅度显著；喷洒量超过0.75 kg·m-2时，增大幅度趋于平缓。

(2)随着喷洒量的增加，降温含砂雾封层的渗水系数显著减小。喷洒量为0.55 kg·m-2时，渗水系数减小但不为零；喷洒量为0.75 kg·m-2、功能性改性剂掺量在30%和40%时，渗水系数均为零；喷洒量达到0.95 kg·m-2时，渗水系数均为零。

(3)随着喷洒量的增加，降温含砂雾封层的抗滑摆值和构造深度逐渐减小。喷洒量低于0.75 kg·m-2时，减小幅度相对较小；喷洒量超过0.75 kg·m-2时，减小幅度较为显著。

(4)含砂雾封层的表面、中部及下部降温幅度随喷洒量的提高均逐渐增大。当喷洒量大于0.75 kg·m-2时，随着喷洒量的不断增大，降温幅度趋于平缓。喷洒量为0.75 kg·m-2时，最大降温幅度可达5 ℃。

(5)通过对渗透性能、封水性能、抗滑性能以及降温性能的研究，并结合含砂雾封层的经济性，将路用降温含砂雾封层的最佳喷洒量确定为0.75 kg·m-2。

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[责任编辑:杜敏浩]

Optimum Spray Amount of Cooling Fog Seal with Sand

FENG Wei1, HAN Xiao-xia2, WANG Shuai2, WANG Xin-qi1
(1. Tianjin Municipal Engineering Design & Research Institute, Tianjin 300051, China;2. School of Highway, Chang’an University, Xi’an 710064, Shaanxi, China)

In order to determine the optimum spray amount of cooling fog seal with sand, the fundamental pavement performance, including the permeability, water sealing performance and anti-skid performance, and the law of cooling performance change were tested under different spray amounts. The results show that when the spray amount increases from 0.55 kg·m-2to 0.75 kg·m-2, the permeability, water sealing performance and cooling performance of the fog seal are improved significantly, while the decrease of the anti-skid performance is not obvious; when the spray amount increases from 0.75 kg·m-2to 0.95 kg·m-2, the improvement of the fundamental pavement performance and the cooling performance becomes flat, while the decrease of the anti-skid performance is notable; 0.75 kg·m-2is found to be the optimum spray amount, with the performance being good in that case, and the maximum cooling range is up to 5 ℃.

road material; fog seal with sand; cooling; spray amount

1000-033X(2017)06-0033-04

2016-12-20

天津市城乡建设委员会科学技术发展计划项目(2014-15)；陕西省自然科学基础研究计划项目(2014JM2-5045)；交通运输部建设科技项目(201331849A270)

冯 炜(1977-)，男，河北秦皇岛人，硕士，高级工程师，研究方向为道路工程设计。

U418.6

B