含砂雾封层技术在公路预防性养护的应用研究

2023-10-18刘文超

工程机械与维修 2023年5期

刘文超

摘要：采用含砂雾封层技术对公路进行养护，有利于提高公路养护的效果，延长公路的使用寿命。从乳化沥青、胶乳、骨料等方面，对含砂雾封层的组成设计进行总结，并从抗滑方面对应用效果进行分析。研究结果表明：采用含砂雾封层技术开展沥青路面预防性养护，路面抗滑性能可得到显著改善，有利于提高沥青路面的抗滑性能和使用寿命。

关键词：沥青路面；含砂雾封层技术；抗滑

0 引言

路面抗滑性能是反映和保障公路行车安全的重要技术指标之一。在公路沥青路面使用过程中，随着运营时间的逐渐增长，在车辆轮胎摩擦，路面材料老化等因素的影响下，沥青路面的抗滑性能也不可避免地逐渐衰退，这不但影响公路使用的舒适性和安全性，也会增加养护成本，縮短公路的使用寿命。因此，对于使用年限较久，并开始出现早期病害的沥青路面，可采用含砂雾封层技术进行预防性养护，这对于提高沥青路面的使用性能和使用寿命，具有重要的意义。

1 含砂雾封层主要材料

1.1 乳化沥青

沥青路面所使用的黏结材料以聚氨酯树脂、甲基丙烯酸树脂、环氧树脂为主。考虑超薄抗滑层和特殊喷涂工艺的需要，该研究选择应用乳化沥青作黏结料开展试验，其指标参数具体如表1所示。

为提高含砂雾封层的抗滑性能，在养护施工过程中，需要对黏结材料的喷涂量进行控制。喷涂量不足，细骨料黏附性会受到影响，不利于保持路面良好的纹理构造，也不能得到较好的抗滑性能。喷涂过多，将造成原有路面宏观构造被过度掩盖，在路面积水或潮湿的状态下行驶，路面摩擦系数大幅降低，不利于车辆行驶安全。

1.2 胶乳

为使细骨料较好粘结在沥青路面，可以在乳化沥青中加进一定量的增黏剂，以保证其良好的黏结性能。该研究选用的增黏剂为胶乳，其具有下述特点：储存稳定性较好，方便运输储存；具有较佳的耐盐、耐碱、耐酸、臭氧老化、耐日光、耐化学试剂的特性；具有较强的黏结性能，抗渗性强，防御水损害特性较好；高低温稳定性良好，涂层耐磨性较好；来源广泛，制作容易，经济性好。

1.3 骨料

含砂雾封层中骨料通过黏结剂黏附于路面，构成微观纹理状态，形成较好的抗滑层。含砂雾封层骨料宜选择应用单一粒度骨料，原因有如下3点：

单一粒度在级配设计和生产制料上相对简便，喷涂过程中也不易发生离析，成型后路面的细骨料颗粒更均匀分布，路容相对更美观。单一粒度细骨料路面，铺摊更均匀，新铺面与原骨料之间会构成良好的疏水通道，更利于排出路面积水，利于雨天驾驶安全。单一粒度细骨料路面，利于构成比较大的胎路接触面积。

试验研究显示，0.15～0.6mm细骨料对路面抗滑性能的衰变影响较大，因此该研究选择在此细骨料粒度条件下开展试验分析。

2 含砂雾封层组分设计

组分用量影响成型路面的性能，需要通过试验，对含砂雾封层的组分用量进行设计和控制。

2.1 黏结剂用量

按比例掺入乳化沥青、改性剂、添加剂复合构成黏结剂，按32cm×50cm的面积确定最优喷涂应用量。如对于AC-13路面板，磨损区分别喷涂100g、75g、50g、25g、5g的黏结剂剂量，并均匀播撒金刚砂30g，然后对新路面板开展抗滑性能评估。

试验结果显示，伴随黏结剂应用量的增加，细骨料的有效黏附越来越多，抗滑性能获得提升并逐步达到最佳状态。喷涂阶段黏结剂呈流动状态，细骨料易下沉，不能充分滞留于涂层表面而有助于形成粗糙路面，影响抗滑性能。综合考虑抗滑、路容美观、经济性等因素，AC-13路面按0.30～0.35kg/m2的剂量喷涂黏结剂，可获得理想的路面抗滑性能。SMA路面和多空隙排水降噪（OGFC）路面的间隙较大，宏观构造相对丰富，为此需要适当增加喷涂量。试验结果显示，SMA路面和OGFC路面按0.40～0.45kg/m²的剂量喷涂黏结剂，可获得较好的路面抗滑性能。

2.2 细骨料粒度

细骨料粒度是影响抗滑衰减率的主要要素，特别是对0.15～0.60mm骨料粒度的影响尤为明显。该研究选择的细骨料粒度分别为0.6mm、0.3mm、0.15mm。基于同一沥青试样板开展试验，将喷枪连接气泵，待达到稳定气压后，向储存瓶均匀倒入黏结剂。

为保证试板充分黏结细骨料，采取下述操作流程：应用喷枪清理路面，确保板面清洁；注入黏结剂，在板面均匀喷涂，至板面稍微泛油光；在涂好黏结剂的面板上，均匀喷洒各档细骨料；细料喷洒后，复喷黏结剂，使黏结剂完全裹覆细骨料并牢固黏结在面板上。

试验中，因为喷枪的出气压力比较大，0.6mm细骨料在复喷过程中容易被冲散，发生局域缺失、局域集聚现象，造成颗粒分布不够均匀。在黏结剂影响下，0.15mm骨料容易流动成团，难以获得较好的微观纹理。为了防止出现此问题，最终的细骨料选用0.3mm金刚砂。

应用金刚砂作为抗滑骨料具有下述优势：抗冲击、抗高温、耐腐蚀、导热性能良好；与胶乳、乳化沥青的黏附性较好，不易发生脱落；密度比较大，不易被喷枪冲散离析，能最大程度保证路面成型后颗粒均匀分布；强度高，抗腐蚀性强，对环境基本无污染；来源广泛，价格便宜，方便运输。

2.3 细骨料

细骨料的应用量，应满足目标级配设计，并在应用周期内能形成良好的磨损细骨料补充。在确定黏结剂最优应用量的基础上下，选择0.3mm金刚砂，分别按60g、45g、30g、15g、0g控制应用量。采用摆式仪开展抗滑性能检测分析。

AC-13路面中黏结剂喷涂为50g，分别播撒60g、45g、30g、15g、0g金刚砂，基于摆值和摩擦系数作为抗滑性能评估指标，开展路面纹理分析。金刚砂应用量对路面抗滑性能的影响见表2。从表2可知，摆值指标和摩擦系数指标均随金刚砂应用量的增加先增大后降低，并趋向稳定的发展状态。

微观构造和宏观构造共同构成路面抗滑性能，前者主要提供低速行车摩擦力，后者主要提供高速行车摩擦力和路面积水排放。微观和宏观构造是营造路面良好功能的前提。逐步加大金刚砂用量，会造成原有宏观构造数量大幅度降低，虽然低速条件下摆值可在一定程度提高，但也为高速行车带来安全风险。试验获得的推荐含砂雾封层材料参数如表3所示。

3 含砂雾封层技术应用效果分析

3.1 抗滑恢复性能分析

对磨损后的AC-13、SMA-13、OGFC-13沥青路面面板实施喷砂雾封层处理，然后应用检测设备对纹理构造及抗滑性能变化开展分析。

3.1.1 抗滑指标分析

用摩擦系数检测仪、摆式仪，对3块磨后AC-13、SMA-13、OGFC-13喷砂沥青面板开展抗滑性能测试，并进行数据比较分析，其数据汇总如表4所示。抗滑恢复率通过公式（1）计算：

β＝H_t-H₀/H0×100%（1）

式中：H0为路面处理前的抗滑指标；Ht为路面处理后的抗滑指标。

由表4的数据可知，喷砂处理后，抗滑性能明显提升，摩擦系数恢复率达30%以上，摆值恢复率达50%以上。虽然含砂雾封层使得抗滑性能大幅度提升，但不同结构形式的路面改善幅度有所不同，恢复性能OGFC-13 ＞MA-13＞AC-13，其中OGFC-13的性能变化尤最为显著。由此表明，该技术更利于构造深度大，且抗滑性能不足的路面和大间隙路面的抗滑性能治理。

3.1.2 纹理指标状态分析

应用激光纹理仪扫描含砂雾封层沥青路面，获得实施养护措施前后沥青路面纹理状态的均值数据如表5所示。

表5中，MPD为构造平均深度，Rsk为测量偏斜度，Rku为测量驼峰度。由表5数据可知，沥青路面的MPD构造深度指标有所增强，Rsk和Rku纹理状态指标也发生了改善。

3.2 抗滑持久性分析

含砂雾封层技术适用于微观构造存在磨损、宏观构造仍然可用的路面恢复。为研究喷砂雾封层的应用效果，借助高速加载磨耗仪，以含砂雾封的SMA-13和OGFC-13沥青路面为分析对象，以摆值为性能评估指标，对该型路面的抗滑性能衰变规律进行实验分析。得到以下成果：

喷砂封层养护后，路面的抗滑性能大幅度提升。磨损不断积累过程中，抗滑性能随之逐步衰变，随着磨损程度的增加，衰变率逐步降低。前期摆值衰变迅速，后期则稳定于一个较小的波动范围。喷砂抗滑处理以后，又经12000次左右的磨损，路面再次发生抗滑性能失效，相较于新建路面初次抗滑失效发生于24000次，喷砂封层抗滑持久性表现更好，延长路面使用寿命近50%。

分析认为，再次失效的抗滑值，显著低于初次抗滑失效的终值，主要是因为面层细骨料在磨损过程中，对粗骨料外露的旧路面造成新磨痕。面层深度不断受损，纵向摩擦系数降低，路面沿行车方向的抗滑性能深受影响。出现新划痕，路面横向摩擦系数能够因此得到提升，从而利于弯道抗滑。

在磨损衰变过程中，也存在个别衰变值相较于常规状态有所偏离的情况，其原因有2点：第一，粗骨料空隙中的细骨料伴随磨损而逐步显现，路面再度变得粗糙，为路面提供一定摩擦阻力。第二，测量误差导致。含砂封层路面的抗滑衰变与新建路面有所差别，喷砂封层处理后，路面抗滑衰变一般可以分成均匀衰变和相对稳定两个阶段。

综上所述，应用含砂雾封层技术开展沥青路面养护，路面抗滑性能的改善效果显著。与新建路面的抗滑性能衰变规律相比，喷砂封层沥青路面的抗滑性能衰变规律有所不同。抗滑性能发生衰变是必然存在，要维持良好的路面技术状态，只能通过采取各种技术措施，尽可能延长路面的使用寿命。

4 结束语

本文对含砂雾封层技术在沥青路面预防性养护中的应用展开了分析，探讨了不同集料类型、不同沥青类型、不同级配、不同沥青用量喷砂雾封层的抗滑性能衰减规律，并对应用效果进行了试验分析和评价，验证了该含砂雾封层技术的抗滑恢复性能和抗滑持久性，对于大面积的应用积累了经验，可为类似工程施工提供参考。

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