沥青混凝土薄层罩面路用性能及施工技术研究
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引言

随着中国道路交通事业的快速发展,重载、超载现象日趋严重,沥青路面的寿命衰减速度加快,直接影响到行车的舒适性和安全性。同时,高速公路路面的使用性能,如路面破损承载能力、抗滑能力等,在短时间内急剧恶化,尽管有一部分路面具有较好的整体强度,但仍存在露骨、剥落、车辙和平整度差等表面功能性病害。因此,如何改善已建高等级公路的使用功能是公路养护行业普遍关注的问题之一。中国研究者们提出了AK抗滑表层、多碎石沥青混凝土SAC、沥青玛蹄脂碎石SmA、大空隙开级配沥青磨耗层OGFC等抗滑路面级配类型,但这些抗滑路面级配类型只是改善了路面使用功能的一个或某几个方面,并没有真正全面地提高路面使用功能,具有一定的局限性。沥青混凝土薄层罩面是采用专用机械将载有高粘改性乳化沥青和间断级配的改性热拌沥青混合料同步喷洒并摊铺到路面上的一种薄层沥青路面结构,具有延长路面寿命、改善行驶质量、校正表面缺陷、提高安全特性(包括抗滑与排水性能)、减小噪音、增加路面强度等优点,是一种针对交通负载大、对路面性能要求高的高等级路面的养护方案。

本文对影响沥青混凝土薄层罩面配合比设计的相关因素进行分析,并确定其级配组成;在此基础上,系统研究沥青混凝土薄层罩面的力学性能、水稳定性能、高温稳定性能以及抗冻性能;并讨论沥青混凝土薄层罩面的施工工艺,为其推广应用提供参考。

沥青混凝土薄层罩面配合比设计

沥青混凝土薄层罩面良好性能的发挥主要依赖其较高的空隙率、足够的水稳定性以及一定的力学强度。国外有关技术标准建议沥青混凝土薄层罩面的空隙率为13%18%;由于薄层罩面的空隙率较大,水分有可能会滞留在路面内部,造成路面剥落,出现松散,因此混合料必须具备足够的水稳定性。

根据对混凝土薄层罩面的水稳定性以及力学强度的要求,综合考虑空隙率对薄层罩面级配的影响。

综合沥青混凝土薄层罩面体积特性及油膜厚度的控制,确定I型级配最佳沥青用量为4.4%II型级配最佳沥青用量为4.7%。最佳沥青用量状态下。

沥青混凝土薄层罩面路用性能研究

水稳定性能

沥青路面水损害是高速公路主要的破坏形式之一,由于沥青混凝土薄层罩面较薄,同时具有较高的空隙率,水分进入路面后可能会长期滞留,对薄层罩面沥青混合料具有较大的潜在威胁。为了评价沥青混合料的水稳定性,测定混合料试件在受到水损害前后的马歇尔强度以及劈裂破坏的强度。

分析可得,I型、II型沥青混合料稳定度均大于10kN,劈裂强度均大于0.5mPa,满足相关规范要求,表明超薄罩面沥青混合料具有较好的力学性能;I型、II型沥青混合料残留稳定度均大于85%,劈裂强度比均大于80%,且I型混合料劈裂强度比为91.4%,远大于技术要求,表明超薄罩面沥青混合料具有较好的水稳定性能,能够抵御水分的侵蚀。

抗冻性能

沥青混凝土薄层罩面空隙率一般大于10%,而小于18%,其内部空隙结构与开级配沥青磨耗层具有较大差别,空隙连通状况受限;同时由于薄层罩面摊铺厚度较薄,水分进入后容易滞留在混合料内部,冬季低温时节,水分的存在可能会引起路面冻胀。因此,采用冻融循环劈裂试验对沥青混凝土薄层罩面的抗冻性能进行测定。

分析可得,I型、II型混合料在10次冻融循环后的残留劈裂强度比分别是5 2.6%54.9%,均大于规范对中、重冻区高等级公路10次冻融循环后劈裂强度比大于50%的技术要求,表明薄层罩面具有较好的抗冻性能。

高温稳定性能

沥青混合料是一种粘弹塑性综合体,在高温状态下粘度会降低,路面抗剪能力下降,在外力作用下矿料会发生滑移、压密,导致高温变形,产生车辙。沥青混凝土薄层罩面位于路面表面,对于车辙的形成具有重要的影响,薄层罩面应具有良好的高温稳定性,以抵抗荷载作用下的永久变形。因此,借助车辙试验对标准荷载作用下的试件抗变形能力进行评价。

分析可得,I型、II型沥青混合料动稳定度均大于4 500·mm-1,表明I型、II型沥青混合料都具有较好的高温抗车辙能力。但是,由于超薄磨耗层一般铺筑得较薄,车辙的形成往往是由于中面层的压密、滑移引起,因此超薄磨耗层路面应注意中面层沥青混合料的高温稳定性,以保证路面具有较高的抵御变形的能力。

沥青混凝土薄层罩面施工技术研究

原路面处理措施

为保证沥青混凝土薄层罩面的施工质量,应对原路面进行处理,具体处置措施如下。

(1)原沥青路面存在宽度大于3mm的裂缝时,应进行灌缝处理。(2)原沥青路面存在破损(如坑槽、松散等)情况时,应彻底修补。(3)原沥青路面存在拥包等隆起型病害时,应事先进行处理。(4)原沥青路面车辙深度小于5mm,且路面较为粗糙时,无需进行车辙处理;当车辙深度小于5mm,但路面较为光滑时,需进行拉毛处置;当车辙深度在1015mm时,应用铣刨机进行精铣刨处理;若车辙深度大于15mm时,应进行车辙填充或铣刨拉毛找平。(5)在进行超薄磨耗层施工前,必须对原路面进行清理(包括清除浮尘、泥土、碎屑及可见水分等)

沥青混凝土薄层罩面施工工艺

为保证施工质量,沥青混凝土薄层罩面摊铺应采用同步施工的方法,摊铺机一次完成乳化沥青喷洒、热沥青混合料摊铺及熨平。高粘改性乳化沥青喷洒后5s内需进行热沥青混合料摊铺。基于此,施工机具选用德国SUPER1800-2同步喷洒摊铺机。

沥青混凝土薄层罩面采用同步施工的方法摊铺,高粘改性乳化沥青粘结料在60℃80℃的温度下喷洒,喷洒量必须精确计量,洒布均匀。高粘改性乳化沥青洒布量宜控制在0.61.0L·m-2,铣刨路面应适当增大洒布量,并结合现场具体路面情况进行适当调整。

沥青混凝土薄层罩面混合料摊铺温度不得低于160℃,混合料摊铺膨松系数控制在1.1。摊铺机应缓慢、均匀、不间断地摊铺,并用电加热的熨平板熨平,摊铺速度在15m·min-1左右,输出量应与混合料的运送量、成型能力相匹配。

沥青混凝土薄层罩面压实工序主要为确保石料就位,使大颗粒石料形成嵌挤状态,因此超薄磨耗层的压实相对较为简单,只需采用912t的双钢轮压路机静压23遍即可。

沥青混凝土薄层罩面工程实施效果

连霍高速公路商丘段是河南省的重要交通通道,属于河南省高速公路主要骨架之一。由于通车时间较早,道路交通载荷重型化、交通密度增大、行车速度提高等因素,使得路面使用性能已经开始逐渐衰减。为提高高速公路的服务能力,采用I型沥青混凝土薄层罩面进行养护处理。

在试验路施工结束后,对其进行了路面的平整度、构造深度、摩擦系数和渗水系数检测,并按照《声环境质量标准》对试验路进行了噪声检测。

从表7数据分析可得:与原路面相比,沥青混凝土薄层罩面构造深度增大了37.5%,摩擦系数提高了29.4%。由于乳化沥青粘结层的封水作用使得下面层抗渗水能力得到大幅提高,渗水系数减小了69.0%;同时沥青混凝土薄层罩面具有较大的孔隙率,也使路面具有很好的排水能力,2种混合料的车辙填补率分别为84.0%88.2%;此外,路面噪声降低了8.4dB,表明采用沥青混凝土薄层罩面养护措施大幅提升了高速公路的服务水平。

结语

(1)本文所设计的2种沥青混合料稳定度均大于10kN,劈裂强度均大于0.5mPa,残留稳定度均大于85%,劈裂强度比均大于80%,表明超薄罩面沥青混合料具有较好的力学性能以及水稳定性能。

(2)2种沥青混合料在10次冻融循环后的残留劈裂强度比分别是52.6%54.9%,大于规范中劈裂强度比不小于50%的技术要求,表明薄层罩面具有较好的抗冻性能。

(3)2种沥青混合料动稳定度均大于4500·mm-1,表明I型、II型沥青混合料具有较好的高温抗车辙能力。

(4)提出了有针对性的沥青混凝土薄层罩面原路面处置措施,并对粘层油洒布以及薄层罩面摊铺施工要点进行了分析。

(5)沥青混凝土薄层罩面能够有效地提高路面使用性能,降低行车噪声,大幅提升高速公路服务能力。中国沥青网

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