馮 煒，韓曉霞，王 帥，王新岐(.天津市市政工程設(shè)計(jì)研究院，天津 30005； .長(zhǎng)安大學(xué) 公路學(xué)院，陜西 西安 70064)

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降溫含砂霧封層最佳噴灑量

馮 煒1，韓曉霞2，王 帥2，王新岐1
(1.天津市市政工程設(shè)計(jì)研究院，天津 300051； 2.長(zhǎng)安大學(xué) 公路學(xué)院，陜西 西安 710064)

為確定降溫含砂霧封層最佳噴灑量，測(cè)試了不同噴灑量下滲透性能、封水性能、抗滑性能等基本路用性能和降溫性能的變化規(guī)律。結(jié)果表明：噴灑量從0.55 kg·m-2增加到0.75 kg·m-2，降溫含砂霧封層的滲透性能、封水性能以及降溫性能提高顯著，且抗滑性能降低幅度不明顯；噴灑量從0.75 kg·m-2增加到0.95 kg·m-2，降溫含砂霧封層的基本路用性能和降溫性能提高幅度趨于平緩，抗滑性能降低幅度顯著；噴灑量為0.75 kg·m-2時(shí)，降溫含砂霧封層各項(xiàng)性能良好，最大降溫幅度可達(dá)5 ℃。

道路材料；含砂霧封層；降溫；噴灑量

0 引 言

含砂霧封層作為一種預(yù)防性養(yǎng)護(hù)技術(shù)，可以有效阻止道路表面滲水，防止路面松散，延緩瀝青老化，降低瀝青面層溫度并改善路面外觀，因此在道路養(yǎng)護(hù)中的應(yīng)用日趨廣泛[1-4]。含砂霧封層施工中，噴灑量會(huì)嚴(yán)重影響實(shí)際使用效果，若施工過(guò)程中單位噴灑量不足，含砂霧封層不能充分填補(bǔ)路表裂縫和空隙、修復(fù)路面早期病害，就達(dá)不到預(yù)期使用效果；若單位噴灑量過(guò)多，含砂霧封層厚度過(guò)大，完全覆蓋路表紋理，路面不僅不能獲得最佳抗滑性能，而且還會(huì)增加經(jīng)濟(jì)成本，造成資源浪費(fèi)。因此，確定合理的含砂霧封層噴灑量顯得尤為重要。目前關(guān)于含砂霧封層的研究主要集中在路用性能、應(yīng)用時(shí)機(jī)和施工工藝等方面，關(guān)于含砂霧封層最佳噴灑量的研究鮮有報(bào)道，致使實(shí)際使用中因噴灑量不當(dāng)未能達(dá)到最佳使用效果[5-10]。此外，目前的含砂霧封層鮮有降溫功效，不能從根源上減少高溫病害的發(fā)生[11]。

針對(duì)以上問(wèn)題，本研究制備降溫含砂霧封層，在修復(fù)路面早期病害、提高路面使用性能的同時(shí)，降低路面溫度，進(jìn)一步緩解高溫病害；并通過(guò)對(duì)降溫含砂霧封層的滲透性能、滲水系數(shù)、抗滑擺值、構(gòu)造深度和降溫性能進(jìn)行測(cè)試，綜合確定降溫含砂霧封層的最佳噴灑量，為降溫含砂霧封層的應(yīng)用和推廣奠定基礎(chǔ)。

1 降溫含砂霧封層的制備

通過(guò)前期調(diào)查，優(yōu)選出降溫功能性基礎(chǔ)材料，并經(jīng)過(guò)粉碎研磨、機(jī)械活化等工藝優(yōu)化處理，得到粒徑為0.15～0.3 mm的集料，作為降溫功效改性劑。通過(guò)設(shè)計(jì)不同材料配合比制備不同摻量的降溫含砂霧封層，具體試驗(yàn)方案如表1所示。其中，添加劑采用天津市科密歐化學(xué)試劑有限公司生產(chǎn)的LH穩(wěn)定劑，以延長(zhǎng)乳化瀝青拌和時(shí)間；乳化瀝青采用SBR改性乳化瀝青，并根據(jù)《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》(JTJ E20—2011)測(cè)定其技術(shù)指標(biāo)，檢測(cè)結(jié)果如表2所示。由表2可知，所采用的SBR改性乳化瀝青各項(xiàng)指標(biāo)均符合規(guī)范要求，且性能良好。

表1 路用降溫含砂霧封層試驗(yàn)方案

表2 改性乳化瀝青性能檢測(cè)結(jié)果

降溫含砂霧封層制備方法：首先，將改性乳化瀝青過(guò)1.18 mm孔篩，按配比稱(chēng)量并倒入拌和試驗(yàn)鍋內(nèi)；其次，在改性乳化瀝青中依次注入預(yù)先稱(chēng)量的水和添加劑，按同一方向不斷攪拌直至均勻；最后，將預(yù)先稱(chēng)量的功能性改性劑邊攪拌邊加入到混合料中；當(dāng)混合料基本均勻時(shí)，路用降溫含砂霧封層配制完成[12-13]。

2 基于路用性能的降溫含砂霧封層最佳噴灑量

2.1 基于滲透性能的噴灑量確定

降溫含砂霧封層材料作為瀝青路面封層材料，其自身的滲透性能直接影響到材料能否將瀝青路面面層的內(nèi)部空隙堵住而發(fā)揮出持久的防滲作用[14]。

根據(jù)《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》(JTG E20—2011)制備瀝青混合料車(chē)轍試件，然后將降溫含砂霧封層充分、均勻地噴灑在車(chē)轍試件表面，確保降溫含砂霧封層無(wú)明顯積留。將車(chē)轍試件靜置于室溫自然狀態(tài)下72 h后，采用瀝青混凝土切割機(jī)沿車(chē)轍試件中間切割2次，得到4塊小試件。在每塊小試件的2個(gè)切割斷面中心進(jìn)行滲透深度的量測(cè)，取平均值作為檢測(cè)結(jié)果。試驗(yàn)中采用硅瀝青將脫色瀝青軟化，并以其顏色發(fā)青作為下滲標(biāo)準(zhǔn)。通過(guò)測(cè)定含砂霧封層材料在車(chē)轍試件中的滲透性能，確定降溫含砂霧封層的最佳噴灑量。降溫含砂霧封層滲透性能測(cè)試結(jié)果如表3所示。

表3 降溫含砂霧封層滲透性能測(cè)試結(jié)果

由表3可知，滲透性能隨著噴灑量的增加而逐漸增大。噴灑量低于0.75 kg·m-2時(shí)，滲透深度增大幅度顯著；噴灑量超過(guò)0.75 kg·m-2時(shí)，增大幅度趨于平緩。考慮滲透深度和經(jīng)濟(jì)性，將降溫含砂霧封層的噴灑量初步確定為0.75 kg·m-2。

2.2 基于封水性能的噴灑量確定

參照《公路路基路面現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試規(guī)程》(JTG E60—2008)，測(cè)定降溫含砂霧封層路面的滲水系數(shù)，對(duì)比噴灑前后路面滲水系數(shù)的降低比例評(píng)價(jià)其封水性能。封水性能試驗(yàn)結(jié)果如表4所示。

表4 降溫含砂霧封層滲水系數(shù)測(cè)試結(jié)果

由表4可知，隨著噴灑量的增加，降溫含砂霧封層的滲水系數(shù)顯著減小。噴灑量為0.55 kg·m-2時(shí)，滲水系數(shù)減小但不為零；噴灑量為0.75 kg·m-2、功能性改性劑摻量在30%和40%時(shí)，滲水系數(shù)均為零；噴灑量達(dá)到0.95 kg·m-2時(shí)，滲水系數(shù)均為零?？紤]封水性能和經(jīng)濟(jì)性，將降溫含砂霧封層的噴灑量初步確定為0.75 kg·m-2。

2.3 基于抗滑性能的噴灑量確定

參照《公路路基路面現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試規(guī)程》(JTG E60—2008)，采用摩擦系數(shù)試驗(yàn)和構(gòu)造深度試驗(yàn)分別測(cè)定其抗滑擺值和構(gòu)造深度。不同噴灑量條件下降溫含砂霧封層抗滑性能變化規(guī)律如圖1所示。

由圖1可知，隨著噴灑量的增加，降溫含砂霧封層的抗滑擺值和構(gòu)造深度逐漸減小。噴灑量低于0.75 kg·m-2時(shí)，減小幅度相對(duì)較小；噴灑量超過(guò)0.75 kg·m-2時(shí)，減小幅度較為顯著?？紤]抗滑性能和經(jīng)濟(jì)性，將降溫含砂霧封層的噴灑量初步確定為0.75 kg·m-2。

綜合考慮降溫含砂霧封層滲透性能、封水性能、抗滑性能隨噴灑量的變化規(guī)律和經(jīng)濟(jì)性，最終將降溫含砂霧封層的最佳噴灑量確定為0.75 kg·m-2。

3 基于降溫性能的降溫含砂霧封層最佳噴灑量

制備標(biāo)準(zhǔn)車(chē)轍板，將溫度傳感器埋設(shè)于車(chē)轍板中心處和底部；將降溫功能性改性劑摻量為50%的降溫含砂霧封層均勻涂抹于試件表面，并通風(fēng)平放晾置24 h。在通風(fēng)、整潔、光照充足的地面放置車(chē)轍板，并在其底部和四周攤鋪黏土層和泡沫塑料，阻止車(chē)轍板試件與外界發(fā)生熱傳遞，模擬真實(shí)路面布置。選擇10:00～15:30為測(cè)試時(shí)間段，以半小時(shí)為周期記錄車(chē)轍板表面、中部、下部的溫度。不同噴灑量條件下降溫含砂霧封層的降溫幅度如圖2所示。

圖2 不同噴灑量降溫含砂霧封層的降溫效果

由圖2可知，涂刷降溫含砂霧封層試件的表面、中部及下部降溫幅度隨噴灑量的提高均逐漸增大。含砂霧封層噴灑量由0.55 kg·m-2增加到0.75 kg·m-2，降溫幅度可達(dá)到1.5 ℃；噴灑量由0.75 kg·m-2增加到0.95 kg·m-2，降溫幅度僅提高0.6 ℃。這表明，當(dāng)噴灑量大于0.75 kg·m-2時(shí)，其降溫效果提高幅度不明顯，且隨著噴灑量的不斷增大，降溫幅度趨于平緩?？紤]含砂霧封層的降溫效果和經(jīng)濟(jì)性，將含砂霧封層的最佳噴灑量定為0.75 kg·m-2；此噴灑量下，最大降溫幅度可達(dá)5 ℃。

通過(guò)對(duì)降溫含砂霧封層滲透性能、封水性能、抗滑性能等基本路用性能以及降溫性能的研究，全面分析其基本路用性能和降溫性能隨噴灑量的變化規(guī)律，最終將降溫含砂霧封層的最佳噴灑量確定為0.75 kg·m-2。此噴灑量滿(mǎn)足路用性能要求，且降溫性能和經(jīng)濟(jì)性良好。

4 結(jié) 語(yǔ)

(1)降溫含砂霧封層的滲透性能隨著噴灑量的增加而逐漸提高。噴灑量低于0.75 kg·m-2時(shí)，滲透深度增大幅度顯著；噴灑量超過(guò)0.75 kg·m-2時(shí)，增大幅度趨于平緩。

(2)隨著噴灑量的增加，降溫含砂霧封層的滲水系數(shù)顯著減小。噴灑量為0.55 kg·m-2時(shí)，滲水系數(shù)減小但不為零；噴灑量為0.75 kg·m-2、功能性改性劑摻量在30%和40%時(shí)，滲水系數(shù)均為零；噴灑量達(dá)到0.95 kg·m-2時(shí)，滲水系數(shù)均為零。

(3)隨著噴灑量的增加，降溫含砂霧封層的抗滑擺值和構(gòu)造深度逐漸減小。噴灑量低于0.75 kg·m-2時(shí)，減小幅度相對(duì)較小；噴灑量超過(guò)0.75 kg·m-2時(shí)，減小幅度較為顯著。

(4)含砂霧封層的表面、中部及下部降溫幅度隨噴灑量的提高均逐漸增大。當(dāng)噴灑量大于0.75 kg·m-2時(shí)，隨著噴灑量的不斷增大，降溫幅度趨于平緩。噴灑量為0.75 kg·m-2時(shí)，最大降溫幅度可達(dá)5 ℃。

(5)通過(guò)對(duì)滲透性能、封水性能、抗滑性能以及降溫性能的研究，并結(jié)合含砂霧封層的經(jīng)濟(jì)性，將路用降溫含砂霧封層的最佳噴灑量確定為0.75 kg·m-2。

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[責(zé)任編輯: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

天津市城鄉(xiāng)建設(shè)委員會(huì)科學(xué)技術(shù)發(fā)展計(jì)劃項(xiàng)目(2014-15)；陜西省自然科學(xué)基礎(chǔ)研究計(jì)劃項(xiàng)目(2014JM2-5045)；交通運(yùn)輸部建設(shè)科技項(xiàng)目(201331849A270)

馮 煒(1977-)，男，河北秦皇島人，碩士，高級(jí)工程師，研究方向?yàn)榈缆饭こ淘O(shè)計(jì)。

U418.6

B