含砂雾封层性能评价与工程应用研究

admin 2021-11-29 新闻资讯 113

含砂雾封层性能评价与工程应用研究

文章来源:微信公众号“沥青路面”

含砂雾封层是目前高速公路早期预防性养护较为有效的方法。当沥青混凝土路面正常使用几年后,路面开始出现轻微疲劳龟裂、损失细骨料的现象,并且其渗水性大大提高,路面水会经过裂缝或细骨料伤处(露骨处)进入到沥青混合料中,这进一步加速了路面的损坏。在这时期,路面处于基本完好时期,如果在这一时期不进行及时处理,会导致网裂、龟裂、坑洞等更深层次路面破坏。

经采用含砂雾封层后,由于所用材料流动性比较大,可渗入到骨料缝及裂缝中去,从而恢复路表沥青黏附力,填补微小裂缝和空隙,防止路表水下渗,将路面性能维持2~3年时间,推迟造价更高的养护工程,提高了道路的经济效益。因此,本文开展了含砂雾封层在高等级公路养护中的应用研究,对含砂雾封层材料进行性能评价和比选,并在此基础上结合养护工程不同需求铺筑试验路,同时进行长期性能观测及技术经济效益分析。

含砂雾封层材料

选择了两种含砂雾封材料A、B及一种还原再生雾封材料C。含砂雾封层材料A,是由掺加矿粉、纤维及人造橡胶等成分的改性乳化沥青加入聚合物、还原剂、表面活化剂等添加剂和细砂形成的一种养护材料。含砂雾封层材料B是由特种乳化沥青、细集料、聚合物改性剂、催化剂和细砂组成。还原再生雾封层材料C,是一种特殊的石油精炼材料,其能够渗透、吸附并与原路面沥青重新融合,以修复沥青各组分间的平衡,从而表现出最佳的物理特性。

含砂雾封层材料原液性能评价与比较

含砂雾封层原液指不加细砂时的雾封层流动状液体,一般组成包括乳化沥青、再生剂、表面活性剂、聚合物乳液及其他添加剂等。本研究根据雾封层的功能特点设计了不同的针对性试验对含砂雾封层及还原再生雾封层材料的原液开展相应比较研究。

水稀释性能

雾封层所用原液的蒸发残留物含量一般在50%以上,使用时需要用水稀释,以减小黏度,便于喷洒施工和控制洒布量,因此需要检验原液被水稀释的性能。为了使试验结果具有可比性,本研究确定,将原液用水稀释到25%的蒸发残留物含量进行水稀释试验。

试验结果表明,还原再生雾封材料C原液与水的亲和能力明显优于含砂雾封层材料A和B,不同雾封层材料原液的水稀释性能排序依次为:C>A>B。水的标准黏度为8s,稀释后各样品的标准黏度与水较为接近,说明均具有较好的流动性,故建议将雾封层原液稀释后再使用,便于洒布控制,同时减少喷嘴堵塞的风险。使用含砂雾封层材料B进行施工作业时,建议适当增加稀释水的用量。

黏附性能

本节研究雾封层材料与粗集料黏附时的特点,借鉴水煮法试验来验证其与粗集料的黏附性。

可以看出,含砂雾封层材料A和B的原液均具有较好的黏附性,也就意味着,这两种材料在施工加砂后均有利于提高其与原路面的表面固结性能。由于还原再生雾封层材料C是一种特殊的石油精炼材料,不含沥青质,其主要依靠再生剂渗透、吸附并与原路面沥青重新融合来修复沥青的五组分平衡,从而表现出最佳的物理特性。然而融合修复沥青是个缓慢的过程,大约需60~90d左右,且试验体系中也没有可供黏附集料的沥青质,故材料C无法达到黏附性>2/3的要求。

再生性能

本研究主要采用传统的试验方法考察各种雾封层材料对老化改性沥青的再生性能,即:将不同雾封层材料原液与老化改性沥青混合后,测定其针入度、5℃延度、软化点和135℃黏度的变化,从而评价雾封层材料的再生性能。

从数据可以看出,3种雾封层材料对老化改性沥青都具有一定的再生效用。整体而言,含砂雾封层材料B对老化改性沥青的针入度提升更大,同时对其软化点的降低影响也最低;还原再生雾封材料C可以显著提高老化改性沥青的针入度和5℃延度,但是其对软化点的降低影响也最大。因此,相对而言,含砂雾封材料B的再生性能更为优越。

抗老化性能

雾封层材料对老化改性沥青再生后,必须具有抗老化性能,否则,再生功能维持的时间较短。因此,抗老化性能亦能够在一定程度上反映雾封层材料的耐久性。本研究将样品原液加入老化改性沥青后的针入度、软化点、5℃延度、135℃黏度指标与二次老化后相应指标进行对比,评价材料的抗老化(氧化)性能。

再次旋转薄膜老化后,掺有含砂雾封层A和还原再生雾封层C的原液样品,二次老化后的针入度、5℃延度、软化点及135℃黏度较二次老化前均出现不同程度下降。而掺有含砂雾封层B原液样品的软化点和135℃黏度较二次老化前则稍有提升;同时,与其他雾封层材料相比,掺有材料B原液样品二次老化后的针入度较原老化改性沥青(未掺加任何雾封层材料)仍保持较大程度的提升,而软化点较原老化改性沥青的降低幅度最小,虽然二次老化后,其样品的5℃延度较原老化改性沥青下降幅度较大,但其值仍满足规范要求,因此,相较而言,含砂雾封材料B的抗老化能力更优。另外,从以上图表数据还可看出,虽然二次老化后,掺有材料C的样品5℃延度较原老化改性沥青提升幅度最大,但其软化点的降低幅度也最大,其值甚至降低到了60℃以下,因此,综合来讲,3种雾封层材料的抗老化性能排序依次为B>A>C。

含砂雾封层材料性能试验

干性

(含砂)雾封层在施工后应具有良好的干性,以达到快速开放交通后,不被行车轮胎带起和磨耗掉。通过室内试验测得雾封层材料表干时间与终干时间来评价其干性。

以上数据表明:

(1)采用试验烘箱保持30℃鼓风来模拟江南地区初夏气候温度,3月份雾封层材料除含砂雾封层B表干时间超过4h外,其余都在2~4h;

(2)含砂雾封层A和还原再生雾封层C的终干时间为7h左右,而含砂雾封层B终干时间超过了8h,对快速开放交通可能产生一定的影响。

封水性能

老化路面的微裂缝会导致水下渗,进而削弱集料与沥青的黏结,加速剥离分散。这就要求雾封层材料必须具备抗渗性,即封水性能。本实验通过对比涂刷前后试件的渗水系数降低比例,评价封水性能。

数据表明:

(1)3种雾封层材料均具有一定的封水性能;

(2)由于减少了碾压次数,试件本身的抗渗能力较差,加上部分车辙板试验时有雾封层材料从底部渗出,都对试验结果有一定影响,但是,从表中涂刷前后的渗水系数降低比例都较大可以看出,3种雾封层材料的抗渗效果均较好;

(3)涂刷量较少时,含砂雾封层的抗渗效果明显优于还原再生雾封层,这是由于含砂雾封表层中的细砂在添加剂的固结作用下,能有效控制下渗,从而对材料的封水性能有一定提高。

抗滑性能

一般来说,传统的雾封层技术对路面抗滑性能有明显降低。但是含砂雾封层可以较好地解决这一问题,本试验用车辙板上的试验结果模拟路面上施工不同雾封层材料后抗滑性能的变化。

数据表明:

(1)含砂雾封层试件的摩擦系数总体上要高于还原再生雾封层试件摩擦系数,说明砂粒涂刷烘干后在试件表面固结,增加了试件的摩擦系数,可显著提高路表的抗滑性能;

(2)还原再生雾封层C涂刷后,摩擦系数几乎没有变化;

(3)涂刷含砂雾封层B的试件,抗滑性能可提高20%左右,优于含砂雾封材料A。

耐磨性能

雾封层材料的一个主要功能是改善道路的颜色,其应用过程中的一个主要缺陷是颜色很快消退,形成的直观现象是其没有作用。实际上由于路面棱角处和轮胎直接接触,部分磨耗是正常现象,但是纹理侧面和轮胎接触较小,如果该部位的材料也在短时间内磨耗掉,则说明材料与集料的黏附性和耐磨耗性能差。由此可以看出,耐磨性能也能在一定程度上表征雾封层材料的耐久性。本研究借鉴微表处湿轮磨耗试验,首先对微表处湿轮磨耗试件进行磨耗试验,以模拟交通荷载对原路面造成的早期损伤,然后再涂刷不同雾封层材料,对其耐磨性能进行测试评价。

数据结果表明:

(1)3种雾封层材料,涂刷量为0.2kg/m2、0.8kg/m2时裸露率的降低比例均较涂刷量为0.4kg/m2、0.5kg/m2的样品降低比例小,意味着涂刷量过大或过小都会对雾封层的耐磨耗性能造成不利影响;

(2)当涂刷量为0.4~0.5kg/m2时,3种雾封层材料的耐磨耗性能排序依次为含砂雾封材料A>含砂雾封材料B~还原再生雾封材料C。

试验路铺筑及性能观测

试验路概况

为直观反映含砂雾封层技术在工程养护中的应用效果,特选择G328扬州段为试验路段,该路段为双向四车道,起止桩号:K93+230~K94+230。路面承载能力较好,破损较少,但通车年限较长,路面有一定程度老化,出现少量横向裂缝,部分段落原路面构造深度不大,超车道原路面摩擦系数较低,原路面抗渗水性能较好,满足含砂雾封层预防性养护的条件。现场调研发现超车道交通量大于行车道,为有效恢复原路面使用性能,根据养护经费实际安排,本研究优先选择上行超车道进行含砂雾封层预防性养护。

性能对比及观测

对含砂雾封层、还原再生雾封层试验路路面构造深度、抗滑性能和渗水性能检测结果进行比较。

不同路面性能指标分析。

在路面构造深度方面,含砂雾封层、还原再生雾封层试验路均有一定程度减小,含砂雾封层A试验路构造深度降低了72%,含砂雾封层B试验路构造深度降低了12.5%。还原再生雾封层C试验路构造深度降低了50%。

在抗滑性能方面,含砂雾封层A试验路抗滑系数提高了30%;含砂雾封层B试验路抗滑系数提高了17.6%。还原再生雾封层C试验路抗滑系数几乎没变。

在抗渗性能方面,含砂雾封层、还原再生雾封层试验路均不渗水。

不同路段分析。

对于路面病害较多,构造深度较大,摩擦系数较大,原路面不渗水的情况,采用含砂雾封层能够一定程度降低构造深度与摩擦系数并起到封水、抗老化、防松散、美化路面的作用。

对于仅有少量横向裂缝,构造深度较小,摩擦系数较低,原路面不渗水的情况,采用含砂雾封层会进一步降低构造深度,但会提高抗滑系数30%左右,一定程度上提高了原路面的抗滑性能。而采用还原再生雾封层构造深度降低了50%,抗滑系数几乎不变。

结语

(1)相对于传统的还原再生型雾封层,含砂雾封层的抗滑性能和抗老化性能更好,同时亦具有较好的再生性能和封水性能。

(2)对于含砂雾封层材料,可以通过测试原液的抗老化性能和含砂材料的耐磨性能及表面固结性能对其耐久性进行评价。

(3)对于路面病害较多,构造深度较大,摩擦系数较大,原路面不渗水的路段,采用含砂雾封层能够有效抗老化、防松散、美化路面。

(4)对于仅有少量横向裂缝,构造深度较小,摩擦系数较低,原路面不渗水的情况,采用含砂雾封层会提高抗滑系数30%左右,一定程度上提高了原路面的抗滑性能。而采用还原再生雾封层构造对抗滑系数没有影响,主要起到抗老化的作用。

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