水泥路面加铺超薄罩面抗滑性能影响因素研究

2023-08-17冼振光马乃富

山西建筑 2023年17期

冼振光，马乃富，黄峰

(1.广西新平高速公路有限公司,广西南宁 530000; 2.重庆市智翔铺道技术工程有限公司,重庆 400067)

0 引言

水泥路面由于其高承载能力在我国高速公路建设的初期广泛应用,但随着国内经济的迅猛发展,交通荷载持续增涨,而平整度和抗滑性能进一步衰减,逐渐无法满足人们对行车舒适性和安全性的要求,同时早期修建的水泥路面出现较多病害,维修改造耗时,干扰正常交通运输,因此在水泥路面加铺沥青层是目前较为常见的处理措施[1-2]。传统的沥青加铺层多为10 cm厚度,不仅要提升交安设施,而且对于桥面、隧道等结构有较大影响,大大增加了成本。为此,在水泥路面加铺1 cm～2 cm的沥青超薄罩面,既解决了行驶舒适性问题,而且节省了70%以上的投资,不失为一种有效手段。

加铺的沥青超薄罩面也是对高速公路水泥路面实施的一种养护措施,主要改善路面功能性,本文以广西某高速水泥路面为依托,研究温度、集料、级配等因素对超薄罩面抗滑性能的影响,通过室内加速加载试验模拟行车作用和跟踪观测实体工程通车后分析超薄罩面抗滑性能的衰减规律,以期为超薄罩面在广西水泥路面的加铺推广提供参考。

1 原材料及试验方法

1.1 原材料

由于本研究的对象是基于水泥路面加铺沥青超薄罩面的抗滑性能,为防止反射裂缝的产生,选用的沥青为SBS和EMC两种添加剂经复合改性而成,技术指标见表1。粗集料采用贵州的玄武岩、广西当地的辉绿岩以及石灰岩,细集料采用石灰岩机制砂技术指标见表2,表3。填料选用碱性石灰岩矿粉。

表1 改性沥青技术指标

表2 粗集料技术指标

表3 细集料技术指标

1.2 试验方法

1)摆式仪测试路面摩擦系数方法:指针式摆式仪是由原英国道路和运输研究所(TRRL)发明的用于测试路面抗滑能力的一种装置,所使用的橡胶片需要满足英国BS 812的标准,否则将对试验结果有很大影响。同时在测试前需要对其进行调零、校核等程序,所得试验结果也需结合规范要求展开修正工作。

2)手工铺砂法测试路面构造深度方法:路面表面的构造深度(TD)也称纹理深度,是表征路面粗糙度的一种形式,其与路面摩擦系数都是评价路表抗滑性能的专业技术指标,但是构造深度和摩擦系数所表征的作用不同,两者不能互相代替。手工铺砂法是利用控制粒径的细砂铺在路面上,以嵌入凹凸不平的表面空隙中砂的体积与覆盖面积之比求得平均深度。为防止混乱,我国统一规定使用(0.15～0.3)mm 粒径砂和25 cm3体积量筒减少数据变异情况。

2 结果与分析

2.1 集料类型对抗滑性能的影响

超薄罩面直接与车辆轮胎接触,而形成摩阻力的部分一定程度上是集料与轮胎之间的接触,因此,集料的耐磨性可以反映超薄罩面的抗滑性能。以超薄罩面MEC-10超薄罩面混合料为研究对象,对比分析集料类型对抗滑性能的影响,试验结果见图1。

由图1可知,集料种类会影响超薄罩面抗滑性能指标的结果,级配相同时,由玄武岩组成的混合料在BPN及TD值均为最大,辉绿岩次之,石灰岩最小。与玄武岩集料相比,辉绿岩试件的BPN,TD分别为玄武岩的3.4%,6.7%,石灰岩分别为13.9%,17.3%,说明在黏附等级相当的情况下,由质地越坚硬的集料构成的混合料抗滑性能指标越好。

2.2 级配对抗滑性能的影响

超薄罩面的级配一方面决定其体积参数以及内部粒子的嵌挤力,另一方面可以从侧面反映路面纹理结构,从而影响超薄罩面的抗滑性能指标。图2为不同级配类型的超薄罩面与抗滑性能指标的关系。

由图2可知,在3种级配中,SMA-10的BPN与EMC-10相近,TD值小于EMC-10,而AC-10两者均最小,其原因在于AC-10属于连续密级配,其级配类型为悬浮密实型,粗集料依次细粒、填料包裹,经碾压成型后,表面构造多以细粒为主。而SMA-10及EMC-10是以骨架密实级配为主,是逐级填充的方式,因而表面构造以粗粒为主,继而增加了路面抗滑性能[3]。

2.3 温度对抗滑性能的影响

文献表明沥青路面的摩擦系数会随温度的升高而降低,结合广西境内的温度,以EMC-10为研究对象,试验选择10 ℃,25 ℃,40 ℃进行抗滑性能指标的测试,结果见图3。

由图3可知,随着温度的升高,BPN逐渐减小,从10 ℃到40 ℃,分别降低了2.3%和10.2%,沥青在温度较低的条件下发硬发脆,导致橡胶片与试件表面的摩阻力增大,这是物理意义上的变化[4]。当温度逐渐升高,沥青开始变软,物理状态随之发生改变,橡胶片与试件表面的摩阻力降低,继而使得摩擦系数降低。对比不同温度下的构造深度,其规律不明显,主要原因是测试采用铺砂法较为静态,不会对试件表面产生较大的力而发生物理状态的转变。而车辆在路面实际行驶的过程中,对路面的作用会按照BPN变化规律进行,因此,为提高超薄罩面在高温下的抗滑性能,需选用高温性能更好的沥青胶结料。

2.4 磨耗次数对抗滑性能的影响

采用室内加速加载试验仪对不同集料类型、不同级配的车辙试件进行磨耗5万次、10 万次、15万次、20万次,分别测试不同磨耗次数的抗滑性能指标,结果见图4,图5。

由图4可知,随着磨耗次数的增加,不同集料类型的试件的BPN及TD均逐渐降低,当超过15万次时,趋于稳定。较3种集料而言,石灰岩抗滑性能最差,其主要原因是石灰岩的压碎值较大、磨耗值较小,经长时间磨耗后的力学性能大大降低,集料磨光后导致超薄罩面的抗滑性能降低。而辉绿岩和玄武岩两者力学性能相差较小,所反映出的抗滑性能较为一致。

由图5可知,随着磨耗次数的增加,3种级配的抗滑性能均出现下降的趋势。SMA-10,EMC-10由于初始成型时表面构造较大,TD在5万次的磨耗下抗滑性能下降了15.2%,12.0%,BPN下降了15.4%,10.5%,而AC-10分别下降了10.9%,10.2%,在初期,相同磨耗次数下AC-10的衰减速率低于前两者,但由于AC-10本身表面文理构造较小,因此,在相同磨耗次数下的BPN,TD值依然低于SMA-10,EMC-10。