魏 宏 ,邊秀奇

(天津城建設(shè)計院有限公司,天津市 300121)

稀漿封層的耐久性研究

魏 宏 ,邊秀奇

(天津城建設(shè)計院有限公司,天津市 300121)

稀漿封層在路面的養(yǎng)護(hù)中起到防水、抗滑等作用,它的耐久性直接影響著路面的使用性能和使用壽命。為了研究稀漿封層的耐久性,進(jìn)行了水穩(wěn)定性和抗滑性能兩方面的試驗,分析水泥含量、油石比對水穩(wěn)定性的影響以及瀝青含量、溫度變化條件對抗滑穩(wěn)定性的影響。研究發(fā)現(xiàn),水泥含量和油石比對稀漿封層耐久性有很大的影響,油石比的選擇要根據(jù)混合料的級配進(jìn)行選擇,同時凍融循環(huán)的濕輪磨耗試驗表明了稀漿封層能在劇烈的溫度條件變化下保持良好的耐久性。

稀漿封層;耐久性;試驗研究;水穩(wěn)定性;抗滑性能

0 引言

隨著交通事業(yè)的迅猛發(fā)展,重載交通逐漸增多,公路使用中早期破壞的現(xiàn)象也日益顯著,這使得人們對預(yù)防性養(yǎng)護(hù)技術(shù)越來越重視。在我國,稀漿封層技術(shù)被廣泛應(yīng)用于公路養(yǎng)護(hù)中,形成了成熟的技術(shù)體系,但是與國外應(yīng)用情況相比,國內(nèi)在使用過程中呈現(xiàn)出易損、使用壽命短等現(xiàn)象。大量研究表明,耐久性不足是導(dǎo)致稀漿封層性能降低的重要因素之一［1］。本文從稀漿封層的水穩(wěn)定性和抗滑穩(wěn)定性兩方面對其穩(wěn)定性進(jìn)行研究,這對提高稀漿封層的穩(wěn)定性,增長使用壽命和改善使用性能有著重要的現(xiàn)實意義。

1 稀漿封層耐久性評價指標(biāo)

路面性能主要分為功能性能和結(jié)構(gòu)性能兩方面。從結(jié)構(gòu)性能方面講,耐久性主要是指路面結(jié)構(gòu)能夠具有足夠的強(qiáng)度和抗變形能力;從功能性能方面講,主要指路面具有良好的溫度穩(wěn)定性、水穩(wěn)定性、抗滑性能和耐疲勞性能［2］。稀漿封層在路面結(jié)構(gòu)中的作用本身不是受力層,所以結(jié)構(gòu)性能方面主要研究其作為養(yǎng)護(hù)方式的穩(wěn)定性和耐久性,功能性能只需研究抗滑性能。本文對稀漿封層的耐久性研究主要從水穩(wěn)定性和抗滑性能兩方面進(jìn)行。

(1)水穩(wěn)定性

目前還沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)試驗方法來評價稀漿封層的水穩(wěn)定性?！段⒈硖幒拖{封層的技術(shù)指南》中指出,稀漿封層混合料的水穩(wěn)定性可以通過浸水6 h的濕輪磨耗值進(jìn)行評價,但是這種方法主要用來定性評價不同級配稀漿封層的水穩(wěn)定性,并未提出可以定量評價其水穩(wěn)定性的指標(biāo)［3］。本文在濕輪磨耗試驗的基礎(chǔ)上提出了濕輪磨耗值隨時間的變化率作為指標(biāo)來評價稀漿封層的水穩(wěn)定性,若變化率小,說明其水穩(wěn)定性較好。

(2)抗滑性能

路面的抗滑性是指輪胎在制動時在路表面滑移產(chǎn)生的摩阻力,抗滑性能的大小主要取決于路面的粗糙程度。瀝青混合料的抗滑性一般會采用摩擦系數(shù)和構(gòu)造深度進(jìn)行評價［4］。稀漿混合料是一種細(xì)級配的混合料,在荷載的作用下構(gòu)造深度變化比較明顯,因此本文采用構(gòu)造深度作為抗滑性能的評價指標(biāo)。

2 稀漿封層的耐久性試驗

2.1 水穩(wěn)定性試驗

本次試驗所采用的試驗儀器為濕輪磨耗試驗儀。試驗用乳化瀝青為天津某工程用瀝青,該乳化瀝青滿足稀漿封層用乳化瀝青的技術(shù)規(guī)范要求。為了研究乳化瀝青的用量對稀漿封層耐久性的影響,本文選用4種乳化瀝青的用量的稀漿封層混合料,即6.5%、7.5%、8.5%、9.5%。級配類型根據(jù)拌合試驗和破乳試驗最終定為ES-3型級配上限。本試驗選用水泥作為填料,稀漿封層技術(shù)指南中規(guī)定水泥用量必須控制在0～3%,所以本文為了研究不同水泥含量對稀漿封層耐久性的影響,將水泥的添加量定為0、1%、1.5%、2%、2.5%,試驗所用水泥為硅酸鹽水泥。

試驗試件根據(jù)《微表處和稀漿封層技術(shù)指南》中制作試件的方法進(jìn)行制作。本試驗是將試件分別浸水4 d、8 d、12 d、16 d,測定試件在不同水泥含量和不同油石比的情況下磨耗值的變化情況。

2.2 抗滑性能試驗

本文的抗滑性能試驗主要是在上述的水穩(wěn)定性試驗基礎(chǔ)上進(jìn)行的。測定試件不同浸水時間前后的構(gòu)造深度,同時又添加一組凍融循環(huán)試驗,測定凍融循環(huán)前后的構(gòu)造深度變化。本文的構(gòu)造深度試驗是通過傳統(tǒng)的試驗方法——鋪砂法進(jìn)行試驗,原理是在所要測試的路表上下攤鋪一定體積的砂,量取攤平覆蓋的面積的直徑［5］。公式如下:

式中:TD為構(gòu)造深度,mm;D為攤開砂的平均直徑,mm。

3 稀漿封層的水穩(wěn)定性分析

(1)水泥含量對稀漿封層水穩(wěn)定性的影響

本試驗的水泥用量分別為0、1%、1.5%、2%、2.5%五個等級,相對應(yīng)的采用了4個油石比,分別是6.5%、7.5%、8.5%、9.5%。不同油石比的濕輪磨耗值隨浸水時間的變化結(jié)果如圖1～圖4所示。

圖1 6.5%油石比的濕輪磨耗值變化圖

圖2 7.5%油石比的濕輪磨耗值變化圖

圖3 8.5%油石比的濕輪磨耗值變化圖

圖4 9.5%油石比的濕輪磨耗值變化圖

從上面4個圖可以看出,在相同油石比的情況下不同水泥含量對濕輪磨耗值增長率產(chǎn)生的影響是不同的,不同的油石比都有相對應(yīng)的不同的最佳水泥含量。相比較而言,水泥含量在1%～2%范圍內(nèi)時磨耗值處于相對比較穩(wěn)定的狀態(tài)。

同時,還可以發(fā)現(xiàn)不加水泥時磨耗值的變化率大致都呈現(xiàn)相同的規(guī)律。不加水泥時,濕輪磨耗值在前期的變化非常大,而隨著浸水時間的增長逐漸趨于穩(wěn)定狀態(tài),加入水泥的試件濕輪磨耗值在前期并沒有這么大的變化,這說明不加水泥致使稀漿混合料的強(qiáng)度形成的速度比較緩慢。實際施工過程中,稀漿封層開放交通的早期會因為強(qiáng)度并未完全形成而產(chǎn)生較大的磨損,不利于稀漿封層保持較好的穩(wěn)定性。水泥含量在2.5%時,濕輪磨耗值的變化也比較穩(wěn)定,這說明稀漿封層在此種水泥摻量的情況下能夠保持較好的水穩(wěn)定性。但是,從破乳時間方面來考慮并不利于施工,破乳時間的縮短容易導(dǎo)致稀漿拌合不均勻,從而產(chǎn)生局部損害。水泥含量在1%～2%時,濕輪磨耗值的變化、強(qiáng)度的形成以及破乳時間與其它情況下綜合比較更為適中。

在實際的施工過程中,稀漿封層所用混合料不僅要考慮濕輪磨耗值單方面的因素,還要綜合考慮拌合時間、破乳時間等多方面的因素［6］。不同的油石比的稀漿封層混合料要選擇與之相對應(yīng)的最佳水泥含量。本試驗的結(jié)果說明,水泥含量的不同會對稀漿封層的水穩(wěn)定性產(chǎn)生較大的影響,適量的水泥含量有利于集料之間的粘結(jié),增強(qiáng)混合料的強(qiáng)度,同時還能提升稀漿封層的水穩(wěn)定性,因此,水泥含量是影響稀漿封層水穩(wěn)定性的重要因素之一。

(2)油石比對稀漿封層水穩(wěn)定性的影響

從上述試驗知道,水泥含量對水穩(wěn)定性產(chǎn)生較大的影響,1%～2%時的水泥含量使稀漿封層具有較好的水穩(wěn)定性。下面研究不同油石比對稀漿封層水穩(wěn)定性的影響,將上一部分的數(shù)據(jù)進(jìn)行整理,相同水泥含量時不同油石比對濕輪磨耗值增長率的變化如圖5～圖8所示。

圖5 無水泥添加的濕輪磨耗值變化

圖6 1%水泥含量的濕輪磨耗值變化圖

圖7 1.5%水泥含量的濕輪磨耗值變化圖

圖8 2%水泥含量的濕輪磨耗值變化圖

由圖5可以看出,在不添加水泥的時候,濕輪磨耗值的變化率隨著油石比的增大反而減小。這是因為油石比增大瀝青膜的厚度就隨之增加,能夠增大集料與瀝青之間的接觸面積,也就直接提高了集料與瀝青之間的粘結(jié)力,使細(xì)集料更好地裹覆在瀝青中,使?jié)褫喣ズ闹翟鲩L率不斷減小,降低稀漿封層的損耗［7］。由圖6～圖8所示,加入水泥后,油石比對水穩(wěn)定性產(chǎn)生了較大的變化,9.5%油石比的混合料在不同水泥含量情況下都有較好的水穩(wěn)定性,這和本試驗所選級配有關(guān),較多的細(xì)集料需要較多的瀝青裹覆。所以,根據(jù)級配選擇合適的油石比是提高稀漿封層水穩(wěn)定性的重要途徑之一。

4 稀漿封層的抗滑性能分析

(1)瀝青含量對抗滑耐久性的影響

為了研究瀝青含量對稀漿封層抗滑性能的影響,對進(jìn)行完的濕輪磨耗試驗的試件進(jìn)行構(gòu)造深度試驗,試驗結(jié)果如圖9所示。從圖9可以看出,在前三次試驗中不同油石比的試件構(gòu)造深度降低較快,隨著試驗次數(shù)的增加降低速度逐漸減慢,構(gòu)造深度也逐漸趨于穩(wěn)定。油石比為6.5%時,構(gòu)造深度偏大,這是因為乳化瀝青用量較少不能將集料完全裹覆,從而使得紋理深度較大而造成構(gòu)造深度偏大［8］。當(dāng)采用較大油石比時,如本試驗的8.5%～9.5%時,混合料既包括粘結(jié)集料的結(jié)構(gòu)瀝青,還有一定含量的自由瀝青。自由瀝青既能夠填充在集料的空隙內(nèi),也能夠填充在集料表面的凹槽中,有效地降低了路面的構(gòu)造深度。經(jīng)過5次試驗后,構(gòu)造深度都基本穩(wěn)定在0.8 mm左右,說明這種情況下稀漿封層具有較好的抗滑耐久性。

圖9 不同油石比的構(gòu)造深度隨試驗次數(shù)的變化

(2)溫度條件對抗滑耐久性的影響

為了研究溫度變化對稀漿封層抗滑耐久性的影響,通過改變溫度條件進(jìn)行了兩組試驗。首先在-10℃溫度條件下將試件統(tǒng)一冷凍16 h,隨后將試件分成兩組:一組是將冷凍過的試件在常溫條件下(大約25℃)的水中融解8 h后測定構(gòu)造深度;另外一組是在50℃水中融解8 h后測定構(gòu)造深度。構(gòu)造深度的測定結(jié)果如圖10、圖11所示。

圖10 常溫下融解的試件構(gòu)造深度隨凍融周期的變化

圖11 50℃下融解的試件構(gòu)造深度隨凍融周期的變化

圖9是在非凍融條件下進(jìn)行試驗的構(gòu)造深度變化結(jié)果,將圖10和圖11與圖9進(jìn)行比較可以看出,這三組試驗的構(gòu)造深度變化趨勢基本一致。這三組試驗的試件的構(gòu)造深度都在第三次試驗后趨于穩(wěn)定,而且穩(wěn)定后的構(gòu)造深度都基本在0.8 mm左右。稀漿封層在成型時不進(jìn)行碾壓,所以實驗前的構(gòu)造深度都比較大,經(jīng)過兩到三次的凍融循環(huán)之后,試件表面石料在磨耗輪的作用下逐漸磨光,使試件的抗滑能力逐漸趨于穩(wěn)定［9］。由此可以得出結(jié)論,溫度條件的循環(huán)變化對稀漿封層抗滑性能和抗滑耐久性的影響不大。

5 結(jié)論

本文通過濕輪磨耗試驗和構(gòu)造深度試驗,研究了不同水泥含量和油石比對稀漿封層水穩(wěn)定性的影響,并通過對比不同油石比和不同溫度變化條件下試件構(gòu)造深度的變化,分析了瀝青含量以及溫度變化對稀漿封層抗滑穩(wěn)定性的影響。

(1)水泥含量對稀漿封層的水穩(wěn)定性具有較大的影響,最佳水泥摻量要根據(jù)不同的油石比來確定,才能使稀漿封層具有較好的穩(wěn)定性。

(2)不同油石比對稀漿封層水穩(wěn)定性產(chǎn)生不同的影響,最佳油石比應(yīng)根據(jù)混合料的級配進(jìn)行確定。

(3)較大的油石比能夠在一定程度上提高稀漿封層的抗滑性能,而環(huán)境溫度的變化對抗滑性能和抗滑穩(wěn)定性產(chǎn)生的影響不是很大。

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U416.2

A

1009-7716(2015)03-0163-04

2014-12-10

魏宏(1972-),女,河北武安人,高級工程師,從事道路設(shè)計工作。