關(guān)鍵詞：隧道水泥路面 | SMA | 加速加載試驗(yàn) | 抗滑性能 | 抗滑耐久性

水泥混凝土路面由于具有強(qiáng)度高、穩(wěn)定性好、使用年限長(zhǎng)、防火性能優(yōu)越等優(yōu)點(diǎn)，在我國(guó)早期建設(shè)的部分隧道路面上得到廣泛的應(yīng)用[1-2]。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的運(yùn)營(yíng)后，由于車輪對(duì)路面的磨損以及水損害、燃油污染等方面的原因，隧道水泥路面抗滑性能明顯衰減。水泥路面的抗滑性能不足嚴(yán)重影響著行車的安全。測(cè)試表明，浙江省任胡嶺隧道雨天摩擦系數(shù)僅為29[3];某隧道進(jìn)出口道路雨天摩擦系數(shù)僅為正常道路的30%50%[4]。濕滑路面極易造成駕駛?cè)饲榫w和車輛狀態(tài)的不穩(wěn)定，是誘發(fā)交通事故的主要原因之一。據(jù)浙江省統(tǒng)計(jì)，2001年隧道內(nèi)發(fā)生交通事故433起且全部發(fā)生在水泥路面鋪裝的隧道內(nèi)[5]。

隧道水泥路面抗滑性能不足是誘發(fā)交通事故的主要因素之一[6]。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外開(kāi)展了大量的隧道路面抗滑性能提升技術(shù)的研究和實(shí)踐，其技術(shù)措施主要有水泥路面處治法和和罩面加鋪法。表面處治法主要有舊水泥路面精銑刨、拋丸、刻槽等技術(shù)；罩面加鋪法主要有加鋪稀漿封層、微表處、超薄磨耗層、薄層罩面等技術(shù)[7-9]。由于SMA瀝青混合料的良好的耐久性和抗滑性已經(jīng)得到大量試驗(yàn)研究和工程應(yīng)用所驗(yàn)證，成為隧道水泥路面加鋪層的主要鋪裝材料之一[10-12]。但不同粒徑的SMA加鋪層在輪胎反復(fù)作用下的長(zhǎng)期耐久性及其抗滑性能的衰變規(guī)律仍需要進(jìn)一步深入研究。

本研究選擇SMA-5、SMA-10和SMA-13作為水泥路面加鋪材料，采用加速加載設(shè)備(MMLS3)對(duì)三種SMA進(jìn)行百萬(wàn)次加載試驗(yàn)，測(cè)試了不同加載次數(shù)下SMA加鋪層擺值(BPN)變化，以期明確不同粒徑SMA抗滑耐久性及其抗滑性能的衰變規(guī)律。

試驗(yàn)原材料及配合比設(shè)計(jì)

SBS改性瀝青

SBS改性瀝青主要技術(shù)指標(biāo)依據(jù)JTGE20一2011《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)范》試驗(yàn)方法測(cè)定，結(jié)果見(jiàn)表1。

集料與填料

粗集料采用玄武巖碎石，細(xì)集料采用石灰?guī)r碎石，填料采用石灰石礦粉。集料規(guī)格分別為10-15mm玄武巖，510mm玄武巖，3-5mm玄武巖和03mm石灰?guī)r。集料和礦粉的密度測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表2,篩分試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3。

粘結(jié)層

修復(fù)型防水粘結(jié)劑(Caticoat)為水泥混凝土專用的溶劑型粘結(jié)劑，可滲透入水泥表面細(xì)孔中，有效地封住細(xì)孔。chao高黏度改性瀝青(Freshcoat)為一種加熱型涂膜防水材料，具有優(yōu)異的防水性、沖擊性、粘結(jié)性、耐老化能力和應(yīng)力吸收效果，其相關(guān)技術(shù)指標(biāo)見(jiàn)表4。

配合比設(shè)計(jì)

水泥混凝土標(biāo)號(hào)為C40,配合比設(shè)計(jì)見(jiàn)表5。SMA-5、SMA-10、SMA-13瀝青混合料配合比設(shè)計(jì)采用馬歇爾設(shè)計(jì)方法，三種瀝青混合料配合比設(shè)計(jì)及zui佳油石比結(jié)果見(jiàn)表6,其合成級(jí)配曲線見(jiàn)圖1-3。

SMA抗滑性能及抗滑耐久性能試驗(yàn)

試件制備

水泥混凝土標(biāo)號(hào)為C40,各組料經(jīng)稱量、拌和后，放人MMLS3模具中振搗成型，待振搗完畢后，置于(20±2)CC,相對(duì)濕度95%以上的養(yǎng)護(hù)室養(yǎng)護(hù)7d。待養(yǎng)護(hù)完畢后，分層涂布雙層粘結(jié)材料，即先分兩次涂抹Caticoat,每次0.2L/㎡，待Caticoat凝固后，再涂抹chao高黏度改性瀝青(Freshcoat),涂布量為1.2kg/㎡,并撒布0.7kg/㎡的硅砂，最后分別加鋪15mmSMA-5瀝青混合料、30mrnSMA-10瀝青混合料、40mmSMA-13瀝青混合料，并保證復(fù)合試件總厚度為100mm,成型后的復(fù)合試件見(jiàn)圖4。

SMA抗滑磨耗層抗滑性能及抗滑耐久性能試驗(yàn)

本試驗(yàn)基于MMLS3小型加載設(shè)備對(duì)SMA瀝青罩面進(jìn)行加載試驗(yàn)，MMLS3加載條件為：胎壓0.7MPa,加載速率為5000r/h,單輪荷載2.6kN,總加載次數(shù)100X10^4次。加載一定次數(shù)后，用擺式摩擦系數(shù)測(cè)定儀測(cè)定并記錄車轍輪跡部位的擺值。隨后繼續(xù)進(jìn)行MMLS3加載試驗(yàn)。重復(fù)此操作過(guò)程，依次獲得在不同加載次數(shù)時(shí)復(fù)合試件層表的BPN值。

試驗(yàn)結(jié)果與分析

(1)SMA瀝青混合料抗滑性能分析基于擺式摩擦系數(shù)測(cè)定儀對(duì)SMA-5、SMA-10、SMA-13瀝青罩面的初始BPN值進(jìn)行測(cè)定，如圖6所示?？梢钥闯觯琒MA-5、SMA-10、SMA-13瀝青混合料的初始BPN值分別為63、65、66,隨著SMA混合料粒徑的增大，其初始BPN值呈現(xiàn)緩慢增大的趨勢(shì)。因此，選擇公稱粒徑較大的瀝青混合料作為抗滑罩面有助于提高面層抗滑性能。

(2)加載次數(shù)對(duì)SMA瀝青混合料抗滑耐久性能分析基于MMLS3小型加載設(shè)備對(duì)SMA-5、SMA-10、SMA-13瀝青罩面在25℃下經(jīng)過(guò)百萬(wàn)次加載試驗(yàn)，以擺式儀對(duì)加載過(guò)程中瀝青罩面抗滑性能衰減情況進(jìn)行測(cè)定，如圖7所示。

由圖7可以看出，隨著加載次數(shù)的增加，SMA-5超薄瀝青磨耗層、SMA-10薄層瀝青罩面、SMA-13薄層瀝青罩面的? BPN值均逐漸減小。在3種SMA材料中，SMA-5抗滑耐久性能相對(duì)較差，其BPN值衰減速率較快，經(jīng)過(guò)80X10^4左右加載后，其BPN值已不滿足規(guī)范要求(BPN>42);經(jīng)過(guò)100X10^4次加載后，其BPN值約衰減39.7%。SMA-10、SMA-13抗滑耐久性能相對(duì)較好，經(jīng)過(guò)百萬(wàn)次加速加載試驗(yàn)后，SMA-10和SMA-13薄層磨耗層的BPN值衰減分別為20.0%和15.2%,但其抗滑BPN值仍能滿足規(guī)范要求。分析原因，主要是由千SMA-10和SMA-13中粗集料含量相對(duì)較多，BPN值衰減速率較慢，因此具有較好的抗滑性能保持能力。

結(jié)論

采用加速加載設(shè)備(MMLS3)對(duì)SMA-5、SMA-10、SMA-13進(jìn)行百萬(wàn)次加速加載試驗(yàn)，分析了三種粒徑的SMA材料抗滑耐久性，基于本文采用的試驗(yàn)材料，得出以下結(jié)論：

(1)SMA-13瀝青混合料初始擺值(BPN)略高于SMA-10、SMA-5瀝青混合料，表現(xiàn)出良好的抗滑性能；

(2)隨著加載次數(shù)增加，SMA抗滑罩面BPN值緩慢衰減，但SMA-5瀝青磨耗層BPN值衰減速率明顯快于SMA-10、SMA-13瀝青罩面；

(3)經(jīng)過(guò)百萬(wàn)次加載試驗(yàn)后，SMA-10、SMA-13薄層瀝青罩面BPN值仍可維持在較高水平上，具有較好的抗滑耐久性能。

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作者簡(jiǎn)介：何偉南(1977-），男，浙江武義人，高級(jí)工程師，主要從事公路工程管理與養(yǎng)護(hù)工作，[email protected]

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通常的車轍測(cè)試設(shè)備，僅對(duì)路面材料進(jìn)行非常慢速的加載測(cè)量，不能模擬真實(shí)交通情況，不能模擬真實(shí)車輪碾壓，也不能進(jìn)行反復(fù)加載。相比之下，PaveMLS11這一套路面加速加載測(cè)試設(shè)備，可在路面上進(jìn)行實(shí)際加載。通過(guò)PAVETEST?操作軟件，PaveMLS11的荷載可進(jìn)行成比例計(jì)算加載，以確保輪壓和真實(shí)路面狀態(tài)上的全部尺寸車輛車輪加載保持同一水平。因此，PaveMLS11的試驗(yàn)結(jié)果可用于模擬常規(guī)的真實(shí)荷載狀態(tài)，設(shè)備可直接用于研究路面上層125mm厚的瀝青層路面性能（無(wú)論是實(shí)驗(yàn)室路面還是現(xiàn)場(chǎng)路面）。因此，此小型加速加載設(shè)備對(duì)于研究現(xiàn)場(chǎng)真實(shí)路面狀態(tài)上的全部尺寸車輛車輪加載下路面性能研究，具有非常寶貴的價(jià)值。

縮小比例的加速加載設(shè)備PaveMLS11，也可以用于研究瀝青材料面層的疲勞特性。如果具備某些條件，如：荷載頻率、溫度、橫向擺動(dòng)在內(nèi)的荷載應(yīng)用及老化PaveMLS11對(duì)路面材料/瀝青混合料的突出研究效果，可用于預(yù)測(cè)和評(píng)價(jià)路面車轍等性能。如果相對(duì)于常規(guī)的加速加載試驗(yàn)狀態(tài)，需要和普通車轍測(cè)試設(shè)備一樣評(píng)估慢速加載時(shí)路面性能的狀況，PaveMLS11也可以簡(jiǎn)單實(shí)現(xiàn)，只需調(diào)整它的加載速度即可，然而加載方向卻始終模擬真實(shí)行車狀態(tài)而進(jìn)行單向的加載模式。

PaveMLS11小型加速加載設(shè)備，采用標(biāo)準(zhǔn)卡車輪胎的1/3比例尺寸輪胎進(jìn)行加載，安裝有4個(gè)加載輪，測(cè)試長(zhǎng)度接近1.1m，可施加7200次/每小時(shí)加載。作用于300mm直徑試樣上的荷載可至2.7kN（短時(shí)間可達(dá)2.9kN），輪壓700kPa（短時(shí)間可達(dá)800kPa）。

產(chǎn)品特點(diǎn)

▍設(shè)備配置有橫向移動(dòng)系統(tǒng)，可以模擬實(shí)際路面輪跡帶上輪跡的正態(tài)分布，橫移寬度左右可達(dá)各75mm

▍加載輪寬度80mm，在橫向移動(dòng)系統(tǒng)啟動(dòng)后加載寬度可達(dá)230mm

▍特殊巧妙的荷載單元設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，使得路面不平的情況下加載輪對(duì)地荷載依然是穩(wěn)定的

▍設(shè)備有本地手動(dòng)和遠(yuǎn)程自動(dòng)兩種控制方式 ，在遠(yuǎn)程模式下軟件可以記錄設(shè)備高度，環(huán)境溫度，路面溫度和道路內(nèi)部溫度及加載速度、次數(shù)等信息

▍設(shè)備配置有胎壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，在發(fā)生爆胎或者胎壓不足的情況設(shè)備自動(dòng)警報(bào)并停機(jī)

▍設(shè)備有多種試驗(yàn)方式，可以在實(shí)際道路上進(jìn)行試驗(yàn)，也可以使用配置的大尺寸震動(dòng)輪碾成型機(jī)，在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)成型試驗(yàn)道路進(jìn)行試驗(yàn)，或者在實(shí)際道路上取芯，將芯樣放置在實(shí)驗(yàn)室底座內(nèi)進(jìn)行試驗(yàn)，或者直接將實(shí)際道路取樣到實(shí)驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行試驗(yàn)

▍設(shè)備可以使用配置的溫控系統(tǒng)進(jìn)行多種溫度模式試驗(yàn)，可以進(jìn)行路面干式加熱試驗(yàn)，濕式水循環(huán)加熱試驗(yàn)，路面制冷低溫試驗(yàn)

▍小型加速加載設(shè)備配置斷面儀，可以在加載后測(cè)量路面車轍，同時(shí)可以利用車轍與加載次數(shù)的關(guān)系預(yù)測(cè)實(shí)際道路車轍發(fā)展規(guī)律

▍設(shè)備通體由不銹鋼構(gòu)成，以防止潮濕環(huán)境下的腐蝕

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