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沥青表处技术在旧沥青路面养护中的应用

文章出处:未知 人气: 发表时间:2022-05-20 13:59:14
摘要:目前,沥青路面在我国被广泛使用。但是由于沥青胶结料的温度敏感性和易老化的特点,沥青路面在车辆荷载和环境荷载的重复作用下易产生疲劳、水损、开裂及剥落等病害,不仅影响路面的使用性能,而且严重缩短路面的使用寿命。对沥青路面进行及时养护可以维持道路使用性能、延长道路使用寿命。本文主要以沥青路面养护为立足点,详细探讨了微表处、超薄磨耗层及碎石封层技术在其中的应用。
 
 
 
关键词:路面养护;超薄磨耗层;碎石封层
 
 
 
微表处 
 
 
 
微表处是将有由石屑或砂、填料、改性沥青及其他材料形成的混合料均匀撒布于路表面的封层,能填充路面的车辙,改善路面的受力状态,延缓车辙的发展,具有一定的封水作用,可以减缓路面水损害、坑槽、松散等病害的发展,并提高路面的抗滑性能。
 
 
 
1.1 优缺点
 
 
 
1)施工周期短:进行微表处路面养护时,可以在养护施工完成后2h开放交通,有效避免了交通堵塞问题。
 
 
 
2)提高路面安全性能:对未发生结构性损坏,仅是出现轻度裂缝、渗水和贫油等病害的沥青路面,使用微表处技术进行养护可以改善路面的平整度,提高抗水损害能力,还具有较高的摩擦系数,提高了行车安全性。
 
 
 
3)节约能源:无需将沥青进行二次加热,沥青到达规定温度即可用于施工。
 
 
 
4)环境污染小:一般微表处路面养护可以在常温下施工,避免了改性沥青高温排放有毒气体导致的环境污染。
 
 
 
5)行车噪音大:在行车过程中,构造深度较大的微表处路面与轮胎之间的空气动力会产生较大的泵吸噪声。
 
 
 
针对行车过程中噪音过大的问题,为了改善行车过程中的导致的噪声污染,孔令云等利用有限元模型,模拟了轮胎在不同微表处的滚动振动加速度和振动噪声,结果表明:轮胎在微表处产生的噪声随级配由粗到细呈现出较小的趋势;在微表处试件中掺入纤维材料和橡胶颗粒相比于普通微表处均可降低振动噪声,且掺入橡胶颗粒的降噪效果优于掺入纤维材料;级配对噪声的影响大于在微表处中掺入纤维、橡胶材料。李玺进行高粘低噪微表处混合料配合比设计,在保持较好路用性能的同时,这种微表处比普通微表处噪声降低了2.3dB。
 
 
 
1.2 适用情况 
 
 
 
1)车辙情况不严重的路面,如车辙深度在>15mm(<25mm)时进行填充处治。
 
 
 
2)适用于表层存在有轻微裂缝的路面,如路面反射裂缝和存在严重的坑槽则不适宜。
 
 
 
3)通车时间长、路面磨耗较严重以及抗滑性能不足的路段。
 
 
 
1.3 材料选择 
 
 
 
1)乳化沥青的选择:对于公路表层养护工程,混合材料的应用通常选择乳化沥青,乳化沥青具有较大的黏性与稳定性,同时具有较好的坚韧性。一般采用阳离子型改性乳化沥青作为微表处的粘接剂,SBR胶乳改性乳化沥青为常用类型,也有很多地区应用SBS改性乳化沥青混合,提高混合材料的稳固性。
 
 
 
2)矿料的选择:应选择硬度、粗糙度、耐磨性等符合要求的集料作为粗集料,其针片状比例应≥15%;选择碱性基质砂作为细集料,同时保证材料的和易性符合要求。
 
 
 
3)其他材料的选择:水泥及石灰含水率不宜过大;水内不应含有盐类物质,必须具有足够的干净度与透明度,酸碱性为中性。使用自来水时应严格控制杂质含量。
 
 
 
1.4 相关应用与研究
 
 
 
高永爽采用微表处技术对仅存在轻微病害的二级公路进行养护维修。施工结束2个月后进行检测,结果显示防渗水性能大大提高,摩擦系数、构造深度各项指标均满足相关规定。罗阳采用微表处技术对出现轻微车辙现象的旧路进行养护。施工完成并使用3年后,道路仍然具有良好的使用性能。李秀君等对微表处路面温度稳定性和抗车辙性能不足的问题,提出了采用多级嵌挤型水性环氧树脂微表处的设计方法。试验表明,水性环氧树脂可作为添加剂在微表处中使用,发挥自身热固性和粘结性,提高了路面的抗水损害和抗变性能力,并增大了摩擦系数。
 
 
 
2 超薄磨耗层
 
 
 
超薄磨耗层是将热拌混合料摊铺和洒布在路面的乳化沥青上,然后通过乳化沥青的发泡、破乳来与集料进行粘结,同时会形成可以提高抗水损害的防水层。超薄磨耗层具有骨架结构,拥有良好的抗滑性和抗车辙性能等。
 
 
 
2.1 技术特点
 
 
 
1)施工速度快:在施工过程中,超薄磨耗层技术所应用的材料可以一次性进行铺设,在铺设完成后即可开放高速公路,不需要对相关路面进行重复铺设,极大提升了高速路段养护工作的施工效率,降低了工程建设的总体时间,也降低了因养护施工而导致的事故发生几率,为车辆提供了安全的通行环境。
 
 
 
2)保护路基:在超薄磨耗层技术所使用的材料中,沥青材料可以对高速公路路基中的矿粉进行吸附,通过对矿粉进行吸附与融合,沥青材料可以形成一种全新的分隔层,实现对水分的隔离与限制,从而避免由地表水下渗所导致的路基损坏。
 
 
 
3)提升路面性能:在经过超薄磨耗层技术施工后,路面的抗滑性、抗磨损性、防水能力以及抗车辙能力均可在短时间内实现较为明显的强化。
 
 
 
4)工程造价低:在保持良好的路用性能的同时,超薄磨耗层的养护工作整体周期较短,降低了公路养护的成本。
 
 
 
5)噪声污染小:超薄磨耗层的噪音较小,避免了由于高速行驶过程中产生巨大噪音影响周围居民的情况。
 
 
 
2.2 适用情况
 
 
 
1)横向排水差:超薄磨耗层有利于路面的横向排水,降低了由于行车水雾引发的安全事故。
 
 
 
2)粗糙度小:超薄磨耗层可以提高路面的防滑性能,解决由于轮胎长期摩擦、泛油病害及构造深度过小导致抗滑性能不足的问题。
 
 
 
3)轻微或中等病害:沥青道路初期的车辙、裂缝等病害如不及时采取措施,这些病害会向积水、坑洞及龟裂的方向发展,从而对道路造成更加严重损坏,影响道路的正常使用。
 
 
 
4)噪声污染严重:行车过程中严重的噪声污染会使人的身心健康受到较大的伤害,而超薄磨耗层可以降低这种伤害。
 
 
 
2.3 材料选择
 
 
 
1)胶结料的选择;超薄磨耗层由于厚度比较薄、孔隙率较大等特性,相对一般的沥青面层更容易出现沥青老化等病害,所以要求沥青胶结料黏度高、粘附性好,稳定性满足规范要求,一般可采用SBS改性沥青、高黏度改性沥青及橡胶改性沥青等。
 
 
 
2)矿料的选择:粗集料的形状应尽量接近正方体,且最好选择质地坚硬的玄武岩;细集料含水率不应过高且应无过多杂质,保证与胶结料有良好的粘结;填料一般选择干燥、洁净的矿粉。
 
 
 
2.4 相关应用与研究
 
 
 
梁进腾等采用 Novachip 超薄磨耗层技术对某高速公路进行预防养护,养护路段局部出现轻微的裂缝及麻面病害。施工后左中右轮迹带处构造深度平均提高了0.463mm,同时测定施工前后路面渗水系数,路面基本处于不渗水状态,施工后渗水系数较施工前降低7.4mL/min。郑文华对温拌橡胶沥青在超薄磨耗层中的应用进行研究,发现Evotherm表面活性剂温拌橡胶沥青超薄磨耗层的抗滑、排水性能良好,摩擦系数同比SBS改性沥青超薄磨耗层提高了10%~15%。杨树人等对冷拌技术的乳液型胶结料超薄磨耗层进行了研究,它是乳液型胶结料技术与超薄磨耗层技术相结合的复合型技术,采用乳液型胶结料与矿料、少量活性填料拌和实现冷拌,通过强制拌和与机械摊铺形成一层较薄的结构层,具有半柔性、平整性好、无噪声等特点,可以改善原路表的性能。金杰等采用自主研发的高粘改性沥青作为胶结料制作沥青混合料,发现其具有良好的稳定性且车辙稳定度满足要求。
 
 
 
3 碎石封层
 
 
 
碎石封层是将单一粒径的碎石改性沥青同时撒布于路面而形成的一层磨耗层。碎石封层具有良好的抗水损害及抗滑性能。其分为砂砾式、细粒式、中粒式,分别对应的碎石规格最大粒径应≤5、10、15mm。
 
 
 
3.1 技术特点 
 
 
 
1)抗裂性和防渗水性能良好:沥青薄膜层使碎石封层可以抵抗路面开裂及反射裂缝的发生,并具有良好的抗水损害能力。
 
 
 
2)提高防滑性能:碎石被沥青胶结料粘结在路面上,增强了轮胎与路面之间的摩擦力。
 
 
 
3)有效处理病害:采用不同粒径集料进行多层摊铺,碎石封层可以处理车辙及沉陷病害。
 
 
 
4)施工速度快:碎石封层施工周期短,施工完成后即可通车。
 
 
 
3.2 适用情况
 
 
 
由于高级公路沥青路面使用性能与外观质量要求高,各等级公路路况水平应满足表1,也可作为各等级公路加铺功能性罩面、结构性补强、桥隧沥青铺装等需要起到应力吸收作用的粘结防水层。
 
 
 
 
 
3.3 材料选择
 
 
 
1)胶结料的选择:沥青粘结料可选择普通沥青或改性沥青,乳化沥青蒸发残留物含量应≥55%。
 
 
 
2)碎石的选择:碎石最小粒径与最大粒径之比为0.6~0.7,为了保证有足够的承载能力,压碎值应<20%,针片状颗粒含量应<10%。
 
 
 
3.4 相关应用与研究 
 
 
刘豫采用有限元模拟软件得到,旧路裂缝宽度不大于2mm的建议采取碎石封层措施。伊美君采用斜剪试验探讨了橡胶改性沥青与碎石之间用量的关系,得出橡胶改性沥青碎石封层对路面的抗反射裂缝能力起到明显的提升。朱其涛得出在双层碎石封层中,橡胶颗粒的最佳掺量为上层碎石质量的1.5%。尹世豪用数据图像来计算碎石覆盖率,有效降低了平均覆盖率的误差,但是模型的准确率仍然有较大提升的空间。
 
 
 
4 结论
 
 
 
1)微表处封水是一种具有代表性的预防养护措施,可以有效处理沥青路面轻度病害,提高路面的平整性、抗滑性能及防渗水性能等。同时微表处技术具有高效率、低污染及节约能源的优点,但是存在行车过程中噪声过大的缺点,对此相关研究人员通过掺入纤维、橡胶材料及研究高粘低噪微表处来降低噪声的影响。
 
 
 
2)超薄磨耗层是在摊铺机一边撒洒布乳化沥青,一边摊铺间断级配热拌沥青混合料而形成的,可以改善道路横向排水问题,减少噪声污染,并具有良好的抗滑性能,同时施工速度快、工程造价较低。冷拌技术下的乳液型胶结料超薄磨耗层具有半柔性、平整性好、无噪声等特点。
 
 
 
3)碎石封层实际上是一种沥青碎石磨耗层,可以有效解决车辙、轻微裂缝、沉陷等病害。
 
 
 
 
5 结束语 
 
 
 
1)对于微表处行车过程中噪音过大的问题可以进一步研究。通过设计满足性能要求并减少噪声的配合比、掺加减噪材料等方法,减少噪声,提高行车舒适性,使得微表处技术能够更广泛地应用于沥青路面。
 
 
 
2)沥青混合料温拌技术对橡胶沥青的降粘、高低温性能的改善可以采用红外光谱仪、凝胶色谱仪及原子力显微镜等微观手段进行研究,与宏观表现进行综合对比分析,建立宏观与微观的联系模型。
 
 
 
3)对于碎石封层,深入研究一种具有更高效率、更高准确性的碎石覆盖率检测算法来提高施工质量具有重要意义。

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