水泥混凝土路面抗滑技术措施研究

金小磊

水泥混凝土路面具有强度高、稳定性好、耐磨、使用寿命长、养护维修费用小及承载力大等优点,成为高级重载路面的重要形式之一,在公路、城市道路、厂矿道路、机场道路中得到广泛应用。但由于近年来我国经济的飞速发展,汽车保有量不断增加,导致交通安全问题进一步突显。而相关资料及实践证明,路面抗滑性能对交通安全至关重要,因此,提高水泥混凝土路面的抗滑性能对于交通安全及社会稳定有着深远的意义。

1 影响水泥混凝土路面抗滑性能的因素

行车轮胎与路面间的抗滑性能受很多因素的影响,例如驾驶员的素质、车速、轮胎以及路面等。而路面对于抗滑性能的影响最为关键。对于水泥混凝土路面,微观构造和宏观构造是路面获得良好抗滑性能的保证。所谓的微观构造是指路面集料表面水平方向0 mm～0.5 mm,垂直方向0 mm～0.2 mm的微小构造,它既影响低速行车时路面的抗滑能力,也影响高速行车时路面的抗滑性能。路面的宏观构造是指路面集料间的空隙或排水能力,水平方向为0.5 mm～50 mm,垂直方向为 0.2 mm～10 mm。

水泥混凝土路面的微观构造和宏观构造同铺筑路面的粗、细集料以及表面整饰工艺等有重要影响。本文重点介绍了现阶段我国采用的水泥混凝土路面抗滑技术。

2 水泥混凝土路面抗滑技术措施

2.1 制毛法

制毛法主要包括刷毛法、拉毛法、凿毛法三种。其中刷毛法和拉毛法主要是保证路面的微观构造,而凿毛法主要是保证路面的宏观构造。其中拉毛法在我国使用较为广泛。

拉毛法是指在水泥混凝土路面初凝前,拖拉潮湿的粗麻布、棉布、人造草皮等,形成一定的表面纹理构造,深度在1.5 mm～3.0 mm之间,横向、纵向均可。使用大型滑模摊铺机施工时,可直接在摊铺机后面拖拽人工草皮或粗麻布进行拉毛。注意采用人工草皮拉毛时,人工草皮与水泥路面的接触面上被砂浆填塞,因此在施工完一段后要将人工草皮抬起,清除填塞的砂浆。

国外有关研究表明,拉毛纹理完全满足车速低于72 km/h的路面抗滑性能要求,但车速较高时,其抗滑性能较差。美国明尼苏达州的路面研究表明,拉毛纹理能够达到与沥青路面相近的噪声水平和表面摩擦性能,其纹理深度规定为1.0 mm。

总之,拉毛法成本费用较低,形成的纹理构造具有一定的抗滑性能,噪声较低。同时,还要采取必要的措施来提高其摩擦性能的耐久性,如选择磨耗性较好的材料等。

2.2 制槽法

制槽法主要保证水泥路面的宏观构造,包括压槽法、拉槽法和刻槽法,其中压槽和拉槽都是在新浇筑水泥混凝土初凝前,通过一定的附加外力完成的。而刻槽法是在水泥混凝土达到一定的强度(约40%)时,采用刻槽机械刻制而成的。

我国现阶段使用较为广泛的是刻槽法。刻槽法采用一组人造金刚石锯片,相隔一定的间距安装在同一根轴上形成刀排,刀排在动力驱动下高速旋转,使刀片对已硬化(养生最少3 d)的水泥混凝土路面产生磨削,从而在水泥混凝土路面上形成边缘整齐的凹形槽。

对水泥混凝土路面进行刻槽具有以下作用:

1)预防作用。雨天情况下,可使路面上的雨水从沟槽中迅速排走,避免在路面上形成一层水膜,保持路面无水状态,预防滑移;

2)及时作用。可使轮胎下的路面积水从槽纹或轮胎花纹中及时排走。避免了由于车轮的快速旋转,造成车轮下面连续水膜压力增高而形成飘滑现象;

3)视觉作用。提高轮胎与路面的附着摩阻力后,减少雾飘水溅,增加雨天能见度,减少水泥路面反射眩光,改善夜间和晴天行车环境;

4)安全作用。刻槽路面能够提高路面抗滑力,增加摩擦系数,紧急情况下车辆的制动距离缩短,车辆的操作性能改善,降低交通事故率;

5)降噪作用。纵向刻槽能够降低水泥混凝土路面噪声。

按刻槽的方向,刻槽形式可分为横向刻槽、纵向刻槽和斜向刻槽三种。

横向刻槽方法施工的路面外观美观,雨天情况下排水效率高,摩擦系数略高于纵向刻槽,满足规范要求,可用于一般路段。但在制动或驱动过程中易造成车辆打滑,且行车一段时间后磨损较大;同时,车辆在横向刻槽的水泥混凝土路面上行车,会产生额外的滚动车轮噪声,采用不等间距进行刻槽可以稍加改善。纵向刻槽可以大大增加转向摩擦力,有效的防止横向侧滑与横向风力所造成的事故,同时还具有很好的降低路面噪声的效果。

刻槽路面的最终抗滑效果还和槽参数有重要关系。所谓的槽参数是指槽深、槽宽、槽间距及槽的类型。

交通部公路科学研究院刘清泉采用足尺试验和数值模拟分析的方法对刻槽参数进行了研究,主要结论如下:

1)从排水能力、施工方便性和噪声的角度综合考虑,刻槽的宽度以3 mm～5 mm为宜。

2)刻槽深度主要取决于施工能够达到的水平和磨耗这两个因素。对于塑性刻槽(软刻槽),最小槽深不宜小于2.5 mm,对于硬刻槽,刻槽深度宜在3 mm～5 mm之间。

3)等间距刻槽时,槽的净间距应在12 mm～25 mm之间;变间距刻槽时,槽的净间距应在15 mm～30 mm之间变化。软刻槽(压槽、拉槽)时间距可以小些,硬刻槽时间距可以取大一些。在需要控制噪声的路段,推荐采用随机的变间距刻槽。

4)槽的走向有横向和纵向两种。横向槽具有排水效率高、摩擦系数略大于纵向槽的优点;缺点为行车噪声较大。纵向槽的优点是噪声小、行车方向诱导性好、防侧滑的能力较强,有利于机械化施工。一般路段推荐采用横向槽,在弯道处或便于采用机械拉槽时推荐采用纵向槽。

5)从施工方便性的角度出发,一般推荐采用矩形槽,在冰冻严重的地区可以采用梯形槽,梯形槽的上口宽6 mm,底部宽3 mm。

2.3 露石混凝土

露石水泥混凝土路面(Exposed-Aggregate Cement Concrete Pavement,简称EACCP),是在面层水泥混凝土混合料铺筑完成后,喷洒露石剂并覆盖塑料膜养生,期间通过露石剂作用对水泥混凝土表面层进行化学处理,延缓表面一定厚度水泥砂浆的凝结,但不影响主体混凝土的正常凝结硬化,当主体混凝土达到一定强度后,刷洗其表面进行表面除浆,露出均匀分布的粗集料,这样所形成的水泥路面就是露石水泥混凝土路面(EACCP)。

EACCP除保持普通水泥路面强度高、使用寿命长、养护费用低等特点外,由于其优良的宏观构造与微观构造,具有一些优异的使用性能。首先,路面抗滑性能得到极大的提高,特别在雨天的抗滑能力显著增加,而且路面抗滑能力保持时间长,不易被磨损;其次,由于集料外露而减小了泵吸噪声,使交通噪声水平显著降低;另外,EACCP对强烈的阳光形成漫反射,可消除或减缓耀眼光线对驾驶员、行人的干扰,排除反光眩目现象,提高路面的安全性能。因此,EACCP具有优良的使用性能和广阔的应用前景。

2.4 旧水泥混凝土路面抗滑性能恢复措施

水泥混凝土路面在使用一段时间后,常常在车辆磨损下而导致路面抗滑性能下降,从而引起交通事故的增加,因此对现有的就水泥混凝土路面抗滑性能的恢复,具有重要意义。以下几种成功的技术措施,虽未在我国大规模应用,但值得推荐:1)酸蚀。用50%的盐酸以0.2 L/m2～0.5 L/m2的用量喷洒在路面上,当盐酸和水泥砂浆起化学作用15 min左右后,用水将溶解的氧化物冲洗掉,腐蚀路面形成麻点,增加路面的粗糙。2)火焰加热烧蚀路面。用乙炔加热器或丙烷加热器烧蚀路面,温度可高达3 000℃,形成的槽深为1.5 mm,宽 15 mm,间距30 cm。3)表面处治。用沥青把有棱角的骨料粘结在刚性的底基层上,形成一粗糙层,从而增加路面抗滑性。

3 结语

水泥混凝土路面的抗滑性能对于交通安全有重要的意义,从路面技术措施方面,应该将宏观构造和微观构造全面考虑,选择合理的技术措施,以达到改善或恢复路面抗滑性能,减少交通事故发生的效果。

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