水性环氧磨耗层在山区隧道沥青路面预防性养护中的应用研究
时间：2023-04-22 20:20:05 来源：千叶帆 本文已影响人
卢天翔 谷小阳 何文华
(中南安全环境技术研究院股份有限公司 武汉 430071)
近年来，随着公路交通量和交通荷载的不断增加，沥青路面逐渐出现磨光、麻面等病害。由于山区雨水丰富，隧道内空气湿度大，水分不易蒸发，沥青路面常年潮湿[1]。对隧道内沥青路面磨光病害若不及时进行处治，在潮湿环境下，车轮与路面附着力会大大降低，极易发生安全隐患。因此，需要对隧道内沥青路面磨光等早期病害及时采取预防性养护，延长路面使用寿命[2]。目前，国内常用的预防性养护技术包括微表处、含砂雾封层、精表处等，这些薄层罩面在常规路段一定程度可延缓旧路面病害的发展，但在隧道内却不能有效防治[3]。由于这些传统的薄层罩面结合料为常规改性乳化沥青，混合料需要在高温、干燥的环境下形成强度，而山区公路隧道内常年潮湿，且通风较差，养护成型后耐久性能往往达不到预期值[4]。因此，需研究出一种水性环氧磨耗层薄层罩面，材料自身在相对潮湿环境中也可利用化学破乳反应固化，养护后能有效防治磨光病害，改善抗滑性能，同时又具备良好的耐久性，延长路面使用寿命。
水性环氧磨耗层一般厚度约为1cm(图1)，是由水性环氧乳化沥青、粗细集料、填料、水和添加剂等按设计配比组成，使用专门的施工设备边拌和、边摊铺的一层稀浆混合料。它是一种能够在摊铺后6～7h内迅速开放交通的具有高抗滑和耐久性能的薄层罩面结构[5]。
图1 水性环氧磨耗层养护结构
2.1 水性环氧乳化沥青
为了保证水性环氧磨耗层不仅具有较短的固化时间，而且具有较好的黏结性能和弹性，环氧胶结料和水性环氧乳化沥青的性能指标见表1、表2。
表1 环氧胶结料相关试验指标
表2 水性环氧乳化沥青相关试验指标
从表1可知，水性环氧磨耗层的实干时间控制在7h内。从表2可知，其与基面的黏结强度等关键指标性能达到1.5MPa以上(常规改性乳化沥青黏结强度约为0.3MPa)，故水性环氧磨耗层能较大幅度缩短养护和封闭交通时间，并且其与原路面具有良好的黏结性能，大大延长使用寿命。
2.2 集料
水性环氧磨耗层所用粗集料采用耐磨耗和黏附性能好的优质反击破加工成型集料，应采用玄武岩或辉绿岩集料(表3)。细集料采用机制砂或反击破加工生成的石屑[6]，必须是100%破碎加工而成，应洁净无杂质，满足0～3mm规格(表4)。岩性应与粗集料保持一致。
表3 水性环氧磨耗层粗集料技术指标要求
填料宜采用石灰岩碱性石料经磨细得到的矿粉。矿粉必须干燥、清洁。拌和机回收的粉料不得用于拌制沥青混合料，以确保沥青上面层的质量[7]。具体填料技术指标应符合规范要求，见表5。
表5 水性环氧磨耗层填料技术指标要求
3.1 级配要求
水性环氧磨耗层的级配范围和材料用量要求如表6、表7所示，具体应根据混合料性能指标要求进行目标级配的设计与定型，通过试铺路段综合确定最终的生产配合比，并在后期大规模铺筑过程中严格按生产配合比的级配要求进行铺筑。
表6 水性环氧磨耗层级配要求
表7 水性环氧磨耗层材料用量范围
3.2 水性环氧磨耗层混合料指标要求
水性环氧磨耗层混合料应具有良好的施工和易性及相关路用性能。磨耗层混合料技术指标要求应符合表8[8]。
表8 水性环氧磨耗层混合料技术指标要求
由表8可知，水性环氧磨耗层混合料1h和6d湿磨耗试验的磨耗值分别<260g/m2和<350g/m2，远远优于常规微表处的<450g/m2和<640g/m2，这说明其具有较好的耐磨性能，同时其负荷轮碾压试验中黏附砂量<300g/m2，说明其沥青用量较小，破乳时间更快，更适合于相对潮湿的环境中通过化学破乳形成强度[9]。
水性环氧磨耗层施工与常规微表处基本相同，现场施工照片如图2、图3所示，施工时应注意以下几点：
图2 水性环氧磨耗层现场摊铺及拌合箱
图3 水性环氧磨耗层开放交通后现场照片
(1)磨耗层施工前要满足施工的天气条件：地表温度大于10℃，气温高于7℃；
如下雨后，要等隧道内路面干燥，不能有积水；
若施工养护成型期有降雨的可能，也不能施工。
(2)应配有专门的试验人员，加强石料的筛分试验，保证级配在规定范围内。
(3)摊铺机启动前，摊铺箱中必须有一定量的混合料，而且稠度适当、分布均匀，摊铺机才能匀速前进；
摊铺时应控制好集料、填料、水、乳液配合比例。摊铺过程中有一种材料用完时，必须立即停止铺筑，重新装料后再继续。搅拌形成的稀浆混合料应符合质量要求，并有良好的施工和易性。
(4)已完工的磨耗层路面不得有超大粒径集料所引起的拖痕，如果出现拖痕，应立即采取措施。
(5)纵横向接缝上不允许出现接缝不平、局部漏铺或过厚现象，纵向接缝尽可能设置在车道标线上，并尽量减少纵向接缝。
(6)摊铺机工作时应匀速前进，达到厚度均匀、表面平整的要求。
(7)磨耗层铺筑后，必须待乳液破乳、水分蒸发、表干成形后方可开放交通。固化成型前禁止车辆驶入，行人不得踏入，严格管制交通。
水性环氧磨耗层摊铺完成后，其质量控制标准应符合表9规定[10]。
表9 水性环氧磨耗层交工验收质量检验要求
现场检测表明，水性环氧磨耗层摊铺后各项质量控制标准均满足规范及使用要求。
实践表明，水性环氧磨耗层本身具备优秀的黏附性和耐磨能力，相比常规微表处具备更优的耐久性能，大大延长路面使用寿命。同时，其结合料中沥青含量较少，在潮湿环境中可通过自身化学破乳形成强度，更适应山区公路隧道内潮湿的环境，解决了传统预防性养护在隧道中不容易形成强度、养护后效果不佳的问题。其施工与常规微表处完全相同，现场管理和质量控制相对简便。该技术的研究与应用对其他类似山区隧道沥青路面病害预防性养护有一定的参考价值。
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