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  沥青路面耐久性技术研讨会情况综述
 
发 布 者:dt1718  添 加 时 间:2012/10/19  点 击 数:4750 

 
沥青路面耐久性技术研讨会情况综述
皖通公司  王昌引
2008年12月5日至7日,交通运输部公路科学研究院在海南省海口市举办了“延长高等级公路沥青路面耐久性技术研讨会”,来自辽宁、广东、山东、江苏、重庆等近20个省市的200余名公路工程方面的代表参加了历时2天半的技术研讨;交通运输部公路科学研究院王旭东研究员、江苏省交通科学研究院贾渝研究员、长安大学申爱琴教授分别作了专题讲座。有关情况现综述如下,仅供公司同仁参考。
    (一)什么是长寿命沥青路面
1、长寿命沥青路面是指30—40年不产生结构性破坏或10—15年方需进行功能性养护(上面层处理)的沥青路面。该标准比现行设计规范的15年寿命周期翻了一番以上。
2、长寿命沥青路面与沥青路面早期损坏的关系。沥青路面的早期损坏通常表现为两种形态:
(1)路面使用1—2年就需要进行功能性维修、养护(如微表处、铣铇摊铺等);
(2)路面达不到设计年限而进行大规模的维修、养护。
这两种形态反映了路面设计体系与方法的完善问题和施工管理与质量控制问题。
早期损坏与长寿命的关系可概括为:解决早期损坏,并不一定是长寿命路面(至多是正常设计使用年限),但长寿命路面则不应产生早期损坏。
3、长寿命沥青路面设计的本质核心,是研究沥青路面在使用过程中所受到的交通荷载和环境荷载等因素对路面材料和结构作用的行为规律和影响规律,以及这些路面材料和结构对这些作用或影响的响应特征,就是作用与反作用的关系,应力与强度的关系。
(二)修建长寿命沥青路面的再认识
1、我国高速公路路面结构发展历程:
(1)上世纪八十年代末代表性结构为:12—15cmAC+15—25cm半刚性结构层+非整体性结构层。
(2)上世纪九十年代中代表性结构为:16—18cmAC+15—25cm半刚性结构层+20—30cm半刚性底基层。
(3)上世纪九十年代末代表性结构为:16—18cmAC+36—40cm半刚性基层+20—30cm半刚性底基层。
(4)当今路面结构形式主要有:
A、20—24cm沥青面层+36—40cm半刚性基层+20—30cm半刚性底基层(降低基层强度,加厚沥青面层);
B、18—20cm沥青面层+10—15cm柔性基层+18—20cm半刚性基层+20—30cm半刚性底基层(降低基层强度及厚度,增加柔性基层,加厚沥青面层);
C、8—18cm沥青面层+36—40cm半刚性基层+30—40cm半刚性底基层(提高基层强度及厚度,优化沥青面层设计);
D、8—12cm沥青面层+25—30cm刚性基层+18—20cm半刚性基层+30—40cm半刚性底基层(增设刚性基层,复合式结构,减薄沥青面层)。
2、对当前几个热点问题的看法。
(1)关于柔性基层与半刚性基层的应用。柔性与半刚性各有其技术特点,美国推广应用柔性结构,我国是世界上使用半刚性基层最多的国家,从能源消耗、节约造价等角度,半刚性基层沥青路面有其必然的应用前景。80年代欧洲针对复合路面结构、90年代美国针对柔性基层结构、21世纪我国针对半刚性基层结构,对长寿命路面结构进行了研究。
(2)关于弯沉指标与应变设计指标问题。对同一个力学模型,弯沉指标与应变指标是等效的。弯沉指标存在不完善之处,但“看得见、摸得着”,是目前唯一与理论模型建立联系且便于施工质量控制的指标,应变指标则不然。
(3)关于技术标准。当前半刚性材料设计存在一个误区,即低强度高模量问题。实际上,强度与模量成正相关关系,不存在低强度、高模量的材料,参见下表。
指标
强度要求(MPa)
抗压模量(MPa)
2006年版
3.5--4.5
1100--1700
1997年版
3--5
1100--1700
京津塘及“八五”
3--4
900--1200
1986年版
〉3
400--500
3、我国沥青路面存在的主要技术问题。
(1)车辙、剪切问题。重载交通路段、长大纵波路段、广场、路口等易发,荷载作用状态、材料在荷载作用下的力学响应状态、环境疲劳对材料衰减的影响尚不十分明确,结构组合状态对路面抗车辙能力的提高在理论上存在误区。
(2)水损坏问题。表现形式通常是桥面铺装损坏、中下面层松散、坑槽与唧浆等,涉及宏观的防、排水设计,桥面铺装中防水与粘结,沥青混合料密实程度及沥青与矿料间状态的评价,水荷载疲劳作用对界面状态影响的分析、环境老化作用对界面状态影响的分析等问题。
(3)承载能力不足问题。表现形式主要是弯沉偏大、不均匀沉降、纵向裂缝等。涉及结构强度的标准、不同结构形式下交通荷载的作用规律和结构响应规律、不同路面结构形式的强度演化规律、环境因素对结构强度演化的影响等问题。
(4)裂缝问题。
(三)当前长寿命沥青路面的主要技术对策
1、系统功能化设计。各结构层按下述功能要求进行设计:
(1)沥青面层,为功能层,主要作用是抗滑、抗剪、抗疲劳和抗水损坏。
(2)基层、底基层,为承重层,主要作用是抗疲劳。
(3)基层、垫层,为稳定层,主要起荷载稳定、水稳定作用。
2、完善半刚性基层及底基层设计。
(1)半刚性基层材料的级配设计:不存在严格工程意义上的骨架密实结构;碎石含量不宜多于65%,应控制在60%--65%之间;必须严格控制各档级配。
(2)半刚性基层抗压强度:当前基层强度的均值水平过高,代表值水平偏低,变异水平偏大,是造成高速公路基层耐久性不足、沥青面层多种病害普发的主要原因之一;与其说基层强度高容易引发沥青面层开裂,倒不如说是基层强度不均匀导致沥青面层大量产生反射裂缝。
(3)改进半刚性基层施工工艺:单一粒级筛分,或等同于中下面层沥青混合料用料;四档以上备料;二阶段拌和;拌和机称量计重;羊足碾施工底基层。
3、加强层间结合设计。
沥青面层与半刚性基层的层间结合,对改善沥青面层使用品质、减少病害、延长使用寿命意义重大。基层的清洁度是基层质量的标准之一;基层应保持干燥、干净、无松动的要求;基层清扫是路面施工的必要工序;用1mm沥青混凝土的造价,发挥2--3cmAC的作用。
4、优化沥青面层结构设计。
(1)骨架嵌挤型沥青混合料的设计、应用。
混合料级配的构成是混合料配合比设计的基础,也是工程应用的基本单元;无论何种配合比设计方法,都要解决两个问题:选择、优化、确定混合料矿料的级配关系,确定混合料的油石比(沥青用量);不同的矿料由于品种、加工方式、颗粒形状不同,不应有固定的级配关系(曲线);不同类型级配存在曲线交叉、范围重叠,说明混合料级配的复杂性;当采用某种矿料掺配级配时,可能表现为密实型,也可能为半开级配,可能为悬浮结构,也可能为骨架结构;因此,不能根据级配曲线选择矿料,而应根据矿料特点和性能要求来确定级配曲线;在实际工程中,应根据自身的矿料特点对级配进行优化,达到性能最佳状态;级配优化的方法国内外还在研究,尚未有一个成套的技术对策。
(2)级配优化的基本思路。
第一步:选择级配曲线。以提高混合料抗车辙能力、抗水损坏能力、抗裂能力以及提高抗疲劳能力为目标;粗集料、断级配、骨架密实型结构为目标级配;粗集料——碎石含量高,不少于65%;断级配——替代传统连续性级配,改善性能;骨架结构——形成骨架或近似骨架结构;密实结构——空隙率应不大于5%。
第二步:混合料性能验证。试验方法:马歇尔击实试验方法,维姆法试验方法,旋转压实试验方法(SUPERPAVE),GTM试验方法(美国工程兵),各种方法各有特点,以可靠、简便、便于使用为标准选择;验证步骤:确定混合料的油石比(沥青用量),进行相关的高温稳定性、水稳定性、低温性能等相关试验。
(3)改性沥青的合理使用。当前使用的“改性”沥青主要有:传统的聚合物改性沥青,橡胶沥青、湖沥青、岩沥青、添加剂(抗车辙剂)。明确使用目的:以抗车辙为主。
(4)面层厚度的优化。我国目前沥青混凝土面层的厚度,在国际上已不算薄。“强基薄面”转为“强基厚面”。沥青面层厚掩盖了许多问题。沥青面层到底应多厚,与设计理念直接相关。
(四)Superpave技术的最新进展
1、Superpave技术的起源
Superpave即高性能沥青路面,是美国联邦公路局SHRP沥青项目研究的主要成果,是沥青路面技术的里程碑。该研究起步于1987年,1993年基本完成,2005年形成完整的技术体系,已成为美国热拌沥青路面标准的常规实践,是一项成熟的技术。
2、Superpave技术的主要内容:
(1)沥青胶结料PG性能规范,包括Superpave材料规范、技术规范。
(2)沥青混合料设计方法,包括Superpave的集料、沥青、混合料的试验方法,Superpave标准实践。
(3)沥青混合料分析和性能预测,重点介绍了Superpave旋转压实机应用方法与标准。
3、Superpave技术在江苏省的应用情况
(1)为引进Superpave技术,江苏省交通厅成立了由副厅长钱国超为负责人的科研工作班子,于2005年与美国联邦公路局签署了加强合作备忘录,开展了合作研究。
(2)沪宁高速公路8车道扩建工程全线248km中下面层全部使用了Superpave技术。
(3)SMA13+Sup20+Sup25组合已成为江苏省高速公路沥青路面的最为典型的结构之一。
(4)江苏省已将Superpave技术列入地方规范。
(五)法国硬质沥青和高劲度模量混合料设计、开发和应用
1、硬质沥青的界定
硬质沥青是指10#--20#或者针入度是15—25或20—30或35—50+添加剂的沥青。30#以上的为普通道路沥青。
2、高模量混合料的特征
硬质沥青;高沥青含量(≈6%);连续级配;低空隙率。
3、高模量混合料设计步骤
选择并确定成分(级配及胶结料含量)----压实性试验(旋转压实机)-----水敏感性试验(多乐士试验)----Retting车辙试验----模量试验----疲劳试验----模式选择。
4、我国高模量沥青混合料研究现状
(1)辽宁省交科院主要从研发高模量沥青混凝土外加剂和低标号沥青两个方面开展了相关研究;
(2)华南理工大学与科氏公司开展了“沥青路面车辙病害”课题,主要从SBS沥青分子量、改性机理方面开展了相关研究;
(3)长安大学从沥青混合料外加剂的方面进行了试验研究;
(4)江苏省交科院结合阿尔及利亚东西高速公路的施工开展了高模量沥青混合料的研究;
(5)江苏省交科院在宁常高速公路上开展了基于半刚性基层的高模量沥青混合料的应用研究,在中下面层采用高模量沥青混合料抵抗车辙,铺筑了试验路,目前使用效果良好。
(六)我国高速公路沥青路面现状
据统计,在我国所建高速公路中,沥青路面比例达到了90%以上。在沥青路面快速发展的同时,出现的问题也越来越多,主要体现在三个方面:一是损坏时间早,有的建成后1~2年就出现了不同程度的开裂和车辙等破坏现象,个别路段通车当年就出现了大面积损坏,远远达不到设计寿命;二是损坏范围广,全国各地都出现了过早破坏;三是损坏程度重,有的损坏不是局限在沥青表面层,基层也发生损坏。
(七)沥青混凝土路面的主要病害
从目前调查统计的情况来看,沥青混凝土的病害包括裂缝、车辙、拥包、泛油、坑槽、剥落、松散、老化、水损害、疲劳等破坏,出现最多的是裂缝和车辙两大类。
(八)沥青路面裂缝形式及产生原因
我国高速公路沥青路面大部分采用的是半刚性基层,半刚性基层沥青路面裂缝表现形式可以分为横向裂缝、纵向裂缝和网状裂缝三种类型:
1、横向裂缝。
横向裂缝是基本上垂直于行车方向的裂缝,包括温缩裂缝及半刚性基层沥青路面的反射裂缝。横向裂缝产生的主要原因有:
(1)很大程度上与沥青面层本身温度收缩引起有关,其次是半刚性基层干缩引起,沿纵向基本等距且有规律的产生横向裂缝。
(2)路基填挖结合部压实不够,或纵坡较大处,呈现错动式路面开裂。
(3)各施工标段路基衔接处的压实不均匀。
2、纵向裂缝
纵向裂缝分为自上而下的表面裂缝和自下而上的疲劳裂缝,基本上平行于道路中心线,一般发生在距路边缘3~5m的车道内。裂缝形状有两种,一种是直线形,另一种是纵向弧形且两端向路堤边缘延伸。其产生的原因是:
(1)荷载作用过大,承载力不足引起的纵向开裂。
(2)由于沥青面层分幅摊铺时施工纵向接缝没有做好产生的裂缝。
(3)路基压实度不均匀或由于路基边缘受水侵蚀产生不均匀沉陷而引起的裂缝。
3、网状裂缝
网状裂缝是由单根裂缝发展而引起的。其产生原因有:
(1)路面的整体强度不足而产生裂缝。
(2)路面开始出现裂缝后未及时封填,致使水分渗入下层,尤其是在融雪期间冻融交加,会加剧路面的破坏,促使网状裂缝形成。
(3)沥青在施工期间以及在长期使用中的老化所致。
(九)沥青路面裂缝处置技术
1、基于材料方面的裂缝处置技术
主要是通过降低半刚性基层的刚度、同时提高沥青面层的抗裂能力而实现的。具体措施有:
(1)在半刚性基层材料组成设计中使用密实骨架结构。
(2)在半刚性基层材料中掺加纤维,增加其抗裂性能。
(3)采用(SBS、SBR)改性沥青增强沥青路面抗裂性能。
2、基于路面结构的裂缝处置技术
基于路面结构方面的裂缝防治措施主要通过沥青面层和半刚性基层之间加一层应力吸收层以吸收半刚性基层裂缝,用以延缓半刚性基层裂缝向沥青面层发展。具体措施有:
(1)半刚性基层预切缝处理
这种方法在法国等欧洲国家使用的比较多,预先留有切缝,释放其内部能量,可以减少半刚性基层在其后使用过程中出现的干缩现象,从而预防沥青层出现裂缝,其目的在于:减少面层反射裂缝的产生或者说延长裂缝间距;减少沥青面层龟裂、网裂、坑槽等病害。
(2)采用土工合成材料作为应力吸收层
国外自70年代以来广泛使用,多用于具有严重裂缝的旧沥青路面或水泥路面上加铺新沥青罩面层时,作中间防裂层。其防裂效果有好有坏,所用织物多为纺织尼龙、无纺聚丙烯玻璃纤维等几种,其中无纺聚丙烯(petromat)用得最多。土工织物成本高、施工工艺复杂,尤其是沥青混合料高温摊铺易使其变形等均影响其效果。但是,经过长安大学课题组的研究表明,在半刚性基层上铺设土工格栅或在基层预切缝后铺筑土工布会有效的预防半刚性基层的反射裂缝和疲劳裂缝,从而降低面层沥青结构出现裂缝的几率,延长路面的使用寿命。
(3)采用复合式基层(半刚性基层上为级配碎石或ATB基层)
该措施在国外使用的比较多,欧美大多数国家均采用这种基层组合方式。国内许多科研院所也对该类型路面结构进行了研究,并铺筑了试验段,效果较好。
(十)沥青路面车辙防治技术
车辙是沥青路面使用期内主要破坏形式之一,是指路面的结构层及土基在行车荷载作用下的补充压实,以及结构层材料的侧向位移产生的累积永久变形。路面上出现车辙,严重影响路面的使用和服务品质:路表过量的变形影响路面的平整度;轮迹处沥青层厚度减薄,削弱了面层及路面结构的整体强度;雨天车辙内积水导致车辆出现漂滑,影响高速行车的安全性;在冬季车辙槽内聚冰,降低路面的抗滑能力,行车产生冰滑现象;车辆在超车或变换车道时方向易失控,影响车辆的操纵稳定性。
1、车辙类型及形成原因分析
在正常情况下,沥青路面发生的车辙有三种类型,分别是磨损性车辙、结构性车辙和失稳性车辙。
(1)磨损性车辙是由于道路面层材料的不断磨损引起的。通常是由于劣质的HMA、施工时HMA压实不足或者使用带钉轮胎等原因造成的。磨损性车辙两侧的路面不会出现拥包,车辙处表面构造有些松散且车辙宽度相当窄。
(2)结构性车辙是由于荷载传播扩散后仍超过路面各层的强度,发生在沥青面层以下包括路基在内的各结构层的永久变形。很多结构性车辙发生在下卧层路基上,尤其当路面厚度不足以充分分散交通负荷时。结构性车辙的横断面宽度通常相当宽,车辙呈U形或V字形,最大变形发生在车辙正中心或接近中心处,且车辙两侧无明显拥包。
(3)失稳性车辙是指在高温条件下,车轮碾压的反复作用,荷载产生的剪应力超过路面的抗剪强度,使流动变形不断累积,逐渐形成的沥青混凝土的侧向流动变形。这种车辙主要取决于沥青混合料的流动特性,是行车轨迹区域下面的一层或多层HMA被剪切移动的结果。失稳性车辙通常伴随着两侧隆起现象,对主要行驶双轮车的路段,车辙断面呈W形,且从较窄到中等车辙宽度。它容易发生在上坡路段、交叉口、弯道附近,即车速慢、轮胎接地产生的横向应力大的地方。此类车辙又可分为:面层失稳型车辙,由中下面层抗剪能力不足所引起;基层失稳性车辙,产生的主要原因是基层承载力不够或水稳性差,主要特征是车辙内有唧浆现象;路基失稳性车辙,产生的主要原因是路基不均匀沉降,主要特征是车辙内有纵向裂缝,在山区沥青路面的车辙破坏中,这种车辙占多数;压密性车辙,此类车辙在国外很少见,但在我国却经常发生,是由于沥青面层通车后被压密造成的,尤其是有些高速公路施工时没有被充分地压实,也有些是片面追求平整度,在降低温度后碾压,造成压实度不足,致使通车后的第一个高温季节混合料继续压密(比正常情况严重)而形成车辙,这是由于施工不良所造成的。
2、影响车辙产生的因素及对策
(1)沥青混合料的影响
一般认为沥青对车辙的贡献率可达40%,非沥青因素占贡献率的60%,主要是沥青混合料的组成结构,它是原材料、级配和工艺的函数,关键在于骨架结构的稳定性,因此在沥青混合料中,影响车辙的因素主要有以下几个方面:沥青性能对车辙的影响;矿料及矿料级配;沥青用量;空隙率。
A、沥青的针入度和粘度。沥青的针入度愈小,混合料的粘结力愈大,沥青混合料的抗车辙能力就越强。沥青的粘度愈高,稠度愈大,混合料的强度和抗车辙能力就愈大。90号石油沥青的车辙深度平均为70号石油沥青混凝土的1.75倍。另外,在规定沥青标号范围内使用较稠的沥青可以提高沥青混凝土的抗车辙能力。
B、沥青的感温性。沥青的感温性是指沥青粘度随温度变化而变化的程度。沥青的感温性越小,高温时沥青混合料的粘结力越强,抗车辙能力也越大。因此,使用温度稳定性好的沥青是提高沥青混凝土温度稳定性和抗剪强度的重要措施。
C、矿料。矿料质量的好坏直接影响到沥青混合料的强度,增加矿料颗粒间的嵌锁作用和内摩擦角可以提高沥青混凝土的抗剪稳定性。矿料的级配组成、矿料颗粒的形状和表面性质都影响沥青混凝土的内摩擦角。在整个矿料混合料中,对沥青混凝土温度稳定性影响最大的是矿粉。用石灰岩和某些冶金矿渣制的矿粉的沥青混凝土有较高的温度稳定性。用石英质矿粉和粉煤灰做矿粉的沥青混凝土的温度稳定性差。当使用人工砂取代天然砂时,能大大提高沥青混合料的抗车辙能力。
D、矿料级配。矿料级配对混合料高温稳定性起重要作用。国内外的许多研究表明,中粒式混合料的抗车辙性能要比粗粒式的好,这是因为太粗的集料在混合料中处于不稳定的状态,在汽车轮胎的揉搓作用下反而容易变形和流动。因此,单纯增大矿料的粒径并不一定能提高混合料的高温稳定性,而良好的级配和最大的密实度却能增加矿料的嵌挤力而提高混合料的高温抗车辙能力,因此要严格控制矿料级配。
E、沥青用量。车辙试验和马歇尔试验相比,也存在一个最佳沥青用量。沥青用量过小或过大都会降低沥青混合料的动稳定度。对于AC一2OF沥青混合料,用沥青含量分别为4.1、4.4、4.7制作试件,进行车辙试验。其车辙试验结果的动稳定度分别是950次/mm、1080次/mm、870次/mm。讨论沥青用量的多少实际上是讨论沥青膜的厚度,而影响沥青膜厚度的因素除沥青用量自身外,最显著的是矿粉的用量及粉胶比,一般认为密级配沥青混凝土的粉胶比不宜小于1。
F、空隙率。如果混合料的空隙率过小,使得混合料内部留有足够的空隙来吸收材料的流动部分,这势必造成混合料外部的整体变形,由此便易于形成车辙。因此,对混合料的空隙率应提出低限。大量的室内及试验路研究表明,沥青混合料的空隙率不得小于3%。当然,空隙率也绝非越高越好,应根据道路条件及要求压实度等论证确定。新的规范规定在一般情况下的设计空隙率是3%~5%,而在预计有可能产生车辙变形的路段,空隙率宜适当提高到4%~6%范围内,以减少沥青用量,然后在施工时加强碾压,将增大的1%空隙压回去。
G、路面结构。我国沥青路面的主要结构形式为柔性基层沥青路面(沥青层较厚)和半刚性基层沥青路面(沥青层较薄)。据国外长寿命路面资料显示:沥青层厚小于180mm时,车辙率较大;沥青层厚度大于180mm时,车辙速率会迅速降低。而对厚沥青面层道路的调查表明,车辙的大部分主要发生在沥青层表面,其车辙的产生不会引起路面结构性破坏。有关室内环道试验表明:当路基为砂土材料时,面层厚度对车辙影响很大,面层较薄时车辙较深,而且主要是由路基的变形引起的,面层较厚时,路基变形很小或者基本不产生车辙;当路基为刚性、半刚性等强度、刚度较大的材料时,宜采用薄沥青面层,面层越厚车辙越深,面层越薄车辙越浅;而当路基和基层材料强度、刚度较弱时,应适当增加面层厚度,以减轻车辙深度。在路面组合设计中,应选用合理的结构形式以减轻车辙的出现。
H、交通荷载。沥青路面的流动型车辙,主要是沥青混合料的高温抗剪能力不足造成的。随着荷载的增加,尤其是超载的影响,沥青混合料内部的剪应力将逐渐增加,剪应力的作用深度也将逐渐增加。根据国外的资料,通常面层表面以下5~10㎝是产生车辙的主要区域。
一定温度条件下,车辙动稳定度与轮胎的接地压强呈对数关系变化。现行沥青路面设计标准轴载的标准轮压为0.7Mpa,如果实际汽车荷载的轮压比这还小的话,动稳定度急剧增大,对产生车辙的影响就小得多;反之,如果汽车荷载的轮压大于0.7MPa,动稳定度将急剧减小,对产生车辙的影响就大得多。
I、温度。我国大量发生车辙的高速公路,最一致的特点是发生在夏季高温季节,有时仅仅发生在最高气温的几天里,而低于某个温度,路面几乎不发生流动变形。因此美国Superpave的沥青混合料的PG分级采用一年中最高的“七天最高路面温度”作为高温特征的分级指标,它是指沥青路面表面下20mm深位置的混合料温度。
J、环境因素。道路的环境条件对沥青路面的高温稳定性有直接的影响。夏天的持续高温常使沥青路面过于软化,而导致路面的变形加剧。交通量的猛增,尤其是载货及超载车辆的增加也加剧了路面的车辙破坏;道路的大长陡坡,促使车辆的速度降低,也会造成路面的车辙。
K、施工质量。沥青混合料的温度对施工现场混合料的压实非常重要。沥青面层功能的优劣、是否产生早期破坏以及使用寿命的长短,都与现场混合料的压实度和空隙率有关。
L、面层集料的选择。采用坚硬、粗糙、形状接近立方体、洁净的粗细集料。石料针片状含量应严格控制在15%以下,一般不宜超过10%。上面层石料压碎值应控制在24%以下,中、下面层石料压碎值应控制在26%以下。应选用反击式或锤式破碎机加工的碎石,不得采用颚式破碎单机加工的碎石;石屑应严格控制粉尘含量和砂当量。
M、沥青胶结材料的选择。应根据工程所在地的气候条件、交通量情况,选用高温、低温性能良好的优质沥青或改性沥青,一般选择高质量、高粘度的重交通道路沥青,在高速公路沥青上面层应优先选用改性沥青或改性沥青混凝土。根据沥青路面各层的功能和作用,上面层宜选用高温、低温性能均好,并耐老化沥青;中面层选用热稳性好的沥青,下面层选用抗疲劳、热稳性好的沥青或选用稠度高一级的沥青。为了使得沥青路面具有更好的高温抗车辙性能,国内外许多专家提出采用高模量改性沥青,其与普通改性沥青比较有下述特点:动态模量提高,表明高模量沥青弹性变形能力较好;损失模量提高,表明产生相同变形时,需要外力功更大,即轮载压力更大或相同轮载时需要更长的荷载持续时间;车辙因子提高,表明高模量沥青对车辙抵抗能力增强。曾对国内山区高速公路使用较广的AC-20和AK-13混合料使用高模量改型沥青,对比发现使用高模量沥青的混合料动稳定度均明显高于普通沥青。
N、沥青面层结构设计。结构设计原则:上面层应综合考虑高温抗车辙、低温抗开裂、抗滑的需要;中面层应重点考虑抗车辙能力;下面层重点考虑抗疲劳开裂性能、密水性等。结构推荐:建议高速公路沥青路面上面层采用SMA-13或SMA-16型结构,中面层采用AC-20型结构,下面层采用AC-25ATB-25、ATB-30型结构。若条件许可,中、下面层可采用Superpave结构;各沥青层之间必须设置粘层,粘层油宜采用快裂或中裂乳化沥青、改性乳化沥青,粘层油品种和用量应根据下层沥青混合料的类型通过试撒确定。为了提高路面结构的抗车辙能力,国内近几年新建的高速公路倾向于采用Superpave路面。使用结果表明,Superpave路面较传统的以AC为主的路面具有良好的抗车辙能力。国内许多山区高速公路为了提高上面层的抗滑性以及抗车辙性能,普遍采用SMA作为上面层结构,取得了良好的效果。而国外一些研究表明,起主抗车辙作用的中面层采用SMA替代传统的AC会取得更好的效果。国内许多省份都试验采用了长寿命沥青路面来提高路面抵抗结构性变形破坏的能力。如早期的江苏沿江高速,河南地区,还有近几年的山东滨州地区、河北邯郸地区和吉林的长珲高速公路都在对长寿命沥青路面开展研究。研究结果表明,长寿命沥青路面可以提高路面抵抗结构性破坏的能力,能提高路面的抗变形能力。
二、几点体会
(一)沥青路面耐久性关乎沥青路面的使用寿命,应当予以足够重视。
交通部公路科学研究院此次举办的研讨会以“延长高等级公路沥青路面耐久性”为主题,来自全国近20个省市的近200名代表自始至终参加了研讨,说明沥青路面耐久性的严重不足已形成了全国范围内广泛关注的一个共性问题。以我公司最早建成的三条沥青路面高速公路为例,2001年7月建成的合徐南高速(112km)、2002年7月建成的连霍高速(54km)、2002年9月建成的合安高速(153km),主要因为超载车辆的影响,在通车后不久都出现了裂缝、车辙等病害,不仅持续进行了功能性养护修复(以微表处为主),而且结构性维修养护(以铣铇摊铺为主)工作量也越来越大。可以说,沥青路面的耐久性问题已经显现出来。这一问题的存在和发展,不仅使养护投入的需求增加进而直接加大了公司的经营成本,而且对道路通行能力以及道路的使用寿命造成了一定的负面影响,如不加以高度重视,很可能重蹈水泥混凝土路面养护管理曾经出现的问题并被社会各界普遍关注的覆辙。
(二)沥青路面耐久性问题解决的关键,是高速公路新建时设计和施工质量的有效控制。
此次的研讨会使我们进一步认识到,沥青路面的耐久性之所以出现问题,原因是多方面的,既受荷载、气侯等环境因素的影响,也受施工管理、施工质量变异性控制等工程要素的制约,更与路面结构设计理念、设计方法息息相关,而且后两者的影响力是原发性的、根本性的。2004年10月份之前,省内一些高速公路因大量超载车辆的行驶和夏季高温导致沥青路面出现了车辙现象,但这种现象的存在是局部的、不是整条路均衡出现的,反映了施工质量和施工变异性控制的差异性。换句话说,施工质量变异性控制的好的,即使面对同样的荷载和高温,也可以避免车辙的出现。2004年10月全省范围内实行了载货汽车计重收费政策,至2008年度,我省北网超重30%以上的车辆只占总量的5.97%,应该说,车辆严重超限超载现象得到了有效遏制,超载问题已不是路面病害的主要成因。但某些路段仍不断出现裂缝、车辙等病害,通过这两年的养护实践我们发现,这是由于半刚性基层--水泥稳定碎石裂缝反射至面层为主要原因所导致的,说明了路面结构设计的深层次原因。但据了解,公司去年建成通车的高速公路基本上是密实级配沥青混凝土加水泥稳定碎石半刚性基层的结构,与以前通车的合徐南、合安大体一致。目前,很多省份都在下大力气研究、调整新建高速公路沥青路面结构的设计思路和方法。例如,江苏宁沪高速扩建后的中下面层就采用了Superpave技术;山东省交科院对用大粒径沥青碎石代替半刚性基层进行了深入研究,并已应用于合徐南高速、合安高速部分路段的养护中。有见如此,我们应结合项目工程实际研究、吸收、应用一些新的设计理念和方法,同时进一步加强施工质量特别是施工变异性的控制,使建设、养护特别是养护中发现的问题能够在建设期得到妥当的解决,以从根本上解决沥青路面耐久性不足的问题。
(三)沥青路面耐久性问题的治本之策,在于结合实际开展的科研工作的力度及科研成果的有效应用。
沥青路面大规模应用于高速公路在我省乃至全国也只有十年左右的时间,沥青路面的设计、施工、材料等专项技术的研究和应用一直在探索中发展,交通部公科院,有关大学,江苏省、辽宁省、山东省等省的公路科学研究机构在这方面的投入与成果比较显著。应该说,公司的科研工作一直很得较紧,安排了很多科研课题,成果也不少,有的还在国家、省内获得了奖项,现在的关键是要在这些成果的应用上持续加大力度。公司上下现有正高级、高级工程师几十人、中级职称的更多,具有了较为雄厚的技术实力,如能有效整合资源,在广泛、充分借鉴、吸收交通部公科院、有关大学和其他兄弟省份的科研成果和实践经验的同时,建立健全公路工程建设与养护技术的综合性科研机构,加大科研经费的投入,从公司高速公路建设与养护的实际需要出发确定科研攻关课题,使中高级技术人才在建设、养护的日常管理上和科研方面均能发挥重要作用,那么,公司就能够为沥青路面养护高峰期的到来提前做好智力和技术准备,这也是学习实践科学发展观、构建和谐高速、实现公司可持续健康发展的现实需要。
   
 
   
   
 
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