排水沥青路面表面强化技术

guoxiongxin 2019-09-17

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摘要

为验证渗透性树脂材料在排水沥青路面应用的可行性，以新建排水沥青路面的表面强化渗透性树脂材料为基础，通过肯塔堡飞散、车辙板渗水、湿轮磨耗等一系列试验预估和评价其对新建排水沥青路面的表面强化效果；并进行实体工程应用，论证本试验材料的实用性能。结果表明，该材料能够有限地抑制路面早期飞散病害的发生，从而延长路面使用寿命。

关键词：道路工程；排水沥青路面；渗透性树脂；表面强化效果

引言

沥青路面是交通基础建设中最见的路面形式［1-2］，随着沥青路面公路里程的不断增长、交通流量的快速增加，公众需求也随之日益提高，沥青路面的养护工作愈发突出，如何做好养护工作，使公路保持一个良好的运行状态，是公路养护管理工作者面临的艰巨的任务［3］。道路的养护多在路面寿命中后期实施，新建路面的养护并未引起重视。排水沥青路面具有独特的排水、降噪、抗滑性能，能够有效地解决雨天行驶安全问题［4］；但新建排水沥青路面通车后容易造成油膜缺失，甚至在路面成型过程中重型机械的碾压会引起石料破碎、沥青膜损伤等［5-9］，使沥青混合料局部失去黏聚能力，导致掉粒、飞散等病害［10］，严重影响路面质量，缩短路面使用寿命。本文以渗透型树脂材料（渗透性树脂）为基础对新建排水沥青路面进行表面强化研究，以抑制路面早期病害的发生；同时开展一系列室内试验，为新建排水沥青路面养护的决策提供参考。

试验原材料

渗透性树脂

本文试验采用渗透性树脂、阳离子乳化沥青作为黏结材料。渗透性树脂的组成主要包括沥青、阳离子乳化剂、水、水性环氧树脂固化剂，其技术指标见表１。制备步骤如下。

(1)水性环氧树脂与水性环氧树脂固化剂的质量比为1∶1.5，混合并搅拌均匀。

(2)将水加入搅拌均匀的水性环氧树脂与水性环氧树脂固化剂混合物中，水性环氧树脂、水性环氧树脂固化剂和水的比例为1∶1.5∶4.5，搅拌均匀。

(3)将固含量为５０％的阳离子乳化沥青加入水性环氧树脂、水性环氧树脂固化剂和水的混合物中，水性环氧树脂、水性环氧树脂固化剂、水和阳离子乳化沥青的比例为1∶1.5∶4.5∶66.7，搅拌均匀。

渗透性树脂具有低温稳定性、高温稳定性以及较好的黏聚力和渗水效果。渗透性树脂的应用可以使原路面与新铺路面进行较好的黏接，减少横向裂缝和纵向裂缝的产生，延长路面的使用寿命。同时，渗透性树脂具有良好的透水性能，使雨水能够顺畅地排出路面。

沥青

采用HVA高黏添加剂，与SBS改性沥青的参配比例为8∶92，制备出高黏度改性沥青，以提高集料表面的包裹力和黏附性。

集料

采用高强度、高耐磨性的玄武岩粗集料以及石灰岩机制砂，为排水沥青混合料提供一个较高的强度基础。

矿粉

采用石灰岩矿粉填充排水沥青混合料。矿粉可以有效地黏附在集料表面，使得集料之间的胶结力增强。

级配

本试验采用PAC-13级配，见表2。

室内试验方法介绍

肯塔堡飞散试验

采用肯塔堡飞散试验对室内成型的马歇尔试件进行研究［11］，试验步骤如下。

(1)依据排水沥青混合料设计油石比与级配，按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTG E20-2011）中的马歇尔制作方法，室内拌和生产排水沥青混合料并成型试件。

(2)为完全模拟真实路面，将成型的马歇尔试件底部进行全封闭包裹，包裹高度范围为2.22～2.48ｃｍ，底部采用一层胶袋包裹，其余部分采用双层包裹。

(3)将包裹后的马歇尔试件分为2组，第1组不进行处理，第2组涂抹0.2ｋｇ·ｍ－2的渗透性树脂，如图1所示。

(4)将２组试件放入60℃烘箱内恒温5ｈ，以便渗透性树脂固化。

(5)进行肯塔堡飞散试验，结果见表3。

表3中编号1～4为第1组未涂抹渗透性树脂的马歇尔试件，编号5～8为第2组涂抹0.2ｋｇ·ｍ^－2渗透性树脂的马歇尔试件。从表3可以明显看出，涂抹0.2ｋｇ·ｍ^－2渗透性树脂的试件比未涂抹的试件飞散损失减少64％，证明渗透性树脂能够起到减少路面飞散的作用。

渗水试验

渗水试验结果见表4，从表4可以看出，两者的渗水系数都符合规范要求（大于4000ｍＬ·ｍｉｎ^－1），涂抹渗透性树脂后的车辙板渗水系数略有减少，但不明显，所以说渗透性树脂不会发生路面堵塞。

湿轮磨耗试验

国际上排水降噪沥青混合料的飞散试验主要采用洛杉矶磨耗仪［12］，但该方法不能定量分析大空隙沥青路面抗飞散能力，无法与路面形成一定的相关性，且不能模拟汽车轮胎在路面的刹车以及揉搓剪切破坏［13－17］。

因此，本文重点研究车辆轮胎接触排水路面所产生的2种不利情况：第1种模拟车辆在道路减速和刹车时的摩擦导致的大空隙路面掉粒特征；第2种模拟车辆转弯减速条件下的路面掉粒现象。目前车辆的轮胎多为橡胶轮胎，故本试验采用橡胶皮管分别对涂抹0.2％渗透性树脂的车辙板以及未处理的车辙板进行磨耗试验，涂抹渗透性树脂材料的车辙板需在烘箱中60℃恒温养护5ｈ以上，以便材料固化。具体试验步骤为：将车辙板装入900ｃｍ^２的加载飞散试模内，采用60℃水浴养护1ｈ后开始试验，每隔1000次加载磨耗更换预定的橡胶轮，肉眼观测排水沥青路面掉粒情况，并将掉粒的石料烘干称取质量；再次将称取质量的掉粒集料放回试模内，继续开始1000次加载磨耗，进行20次往复磨耗停止试验。

从图2可以看出，未处理车辙板试件的湿轮磨耗飞散损失与涂抹渗透性树脂的试件总体相近，并可分为3个阶段：第1阶段为车辙板油膜脱离阶段，本阶段车辙板飞散相对平稳；第2阶段为车辙板加速飞散阶段，此阶段车辙板油膜将近磨光，裸露出集料表面，部分针片状集料被磨耗脱落或断裂；第3阶段为稳定阶段，此阶段车辙板被磨出光滑的表面，再加上水的润滑，相对光滑的橡胶皮管不易磨耗车辙板飞散，呈现一种缓慢飞散掉粒的状态。用橡胶皮管对车辙板进行湿轮磨耗效果并不明显，最大飞散只有0.82％左右（如需效果更好，应该采取破坏性更好的磨耗管），但这也证明了排水沥青路面抗磨耗飞散的性能优异。然而，对比涂抹渗透性树脂的车辙板湿轮磨耗和未处理车辙板湿轮磨耗可以明显看出，前者抗磨耗飞散性能比后者大约提高50％，证明渗透性树脂对新建排水沥青路面具有表面强化的作用。湿轮磨耗后车辙板如图３所示。

表面强化实体工程应用

本文所研究的渗透性树脂表面强化施工在2015年宁宿徐高速公路排水沥青路面新罩面项目中得到应用，表面强化养护验段桩号为Ｋ159＋000～Ｋ159＋700，共700ｍ，只在行车道喷洒使用。排水沥青罩面施工后，养生24ｈ，第二天在行车道排水沥青路面表层全幅洒布0.2ｋｇ·ｍ^－2渗透性树脂材料。在施工过程中采用速配速喷的方法，以免材料未喷洒而发生固化。路面养护后的效果见图4，路面性能指标测试结果见表7。