高性能碎石封层的设计与应用.pdf

高性能碎石封层的设计与应用 2010.3 成都 内容内容内容内容 1 碎石封层简介1.碎石封层简介 2 高性能碎石封层的设计2.高性能碎石封层的设计 3.施工与应用 碎石封层技术碎石封层技术碎石封层技术碎石封层技术 碎石封层是？碎石封层是。？ 3 碎石封层是碎石封层是一一种预防性养护手段种预防性养护手段碎石封层是种预防性养护手段碎石封层是种预防性养护手段 碎石封层技术是种在喷洒沥青类结合料后立即撤布 碎石封层技术是一种在喷洒沥青类结合料后，立即撤布一 定粒径的粗集料, 经碾压而形成薄封层的技术 可以提高路面的防水性能, 减缓沥青老化速度, 还可以提高 路面的粗糙度和抗滑能力, 使行车更加安全 作为一种实用的沥青路面预防性养护手段,在国内外得到 了广泛应用了广应用 碎石封层的结构碎石封层的结构碎石封层的结构碎石封层的结构 撒布石料撒布石料 乳化沥青乳化沥青 旧路面旧路面 裂缝裂缝 碎石封层的结构碎石封层的结构碎石封层的结构碎石封层的结构 粘结层粘结层高粘度改性乳化沥青高粘度改性乳化沥青粘结层粘结层高粘度改性乳化沥青高粘度改性乳化沥青 在新集料和旧路面间提供粘结力在新集料和旧路面间提供粘结力在新集料和旧路面间提供粘结力在新集料和旧路面间提供粘结力 封闭旧路面的细小裂缝封闭旧路面的细小裂缝，防止水分下渗防止水分下渗封闭旧路面的细小裂缝封闭旧路面的细小裂缝，防止水分下渗防止水分下渗 磨耗层磨耗层碎石层碎石层磨耗层磨耗层碎石层碎石层 提高路面构造深度提高路面构造深度，延长道路使用寿命延长道路使用寿命提高路面构造深度提高路面构造深度，延长道路使用寿命延长道路使用寿命 对粘结层起保护作用对粘结层起保护作用，防止车辆轮胎对粘结层的破坏防止车辆轮胎对粘结层的破坏对粘结层起保护作用对粘结层起保护作用，防止车辆轮胎对粘结层的破坏防止车辆轮胎对粘结层的破坏 6 碎石封层的分类碎石封层的分类碎石封层的分类碎石封层的分类 不同的粘结料不同的粘结料：热沥青热沥青，稀释沥青稀释沥青，乳化沥青乳化沥青 不同的粘结料不同的粘结料：热沥青热沥青，稀释沥青稀释沥青，乳化沥青乳化沥青 不同的撒布设备：同步施工，异步施工不同的撒布设备：同步施工，异步施工 结构层的不同结构层的不同 单层撒布单层撒布 (single layer) 施工简单，成本低单层撒布单层撒布 (single layer) 施工简单，成本低 多层撒布多层撒布（double layer) 耐用性好 “三明治三明治”结构结构(single layer with pre-chipping)三明治三明治”结构结构(gyppp g) 开普封层等开普封层等 碎石封层的分类碎石封层的分类 单层(single) 碎石封层的分类碎石封层的分类 单层(single) 双层(do ble)双层(double) 镶入式(racked in)镶入式(racked-in) 衬垫式（ in erted seal） “三明治”式 (sd i hl) 衬垫式（ inverted seal） 开普封层(cape seal) “三明治”式 (sandwich seal) (p) 纤维/土工布增强 (fiber/geotextile reinforced)(fiber/geotextile reinforced) 碎石封层的应用碎石封层的应用碎石封层的应用碎石封层的应用 各等级公路旧沥青面层加铺防水磨耗层 各等级公路旧沥青面层加铺防水磨耗层 桥面防水施工 新建路面的下封层新建路面的下封层 与稀浆封层微表处合理结合施工（c封层） 与稀浆封层微表处合理结合施工（cape封层） 2. 高性能碎石封层的设计高性能碎石封层的设计 碎石封层设计方法碎石封层设计方法碎石封层设计方法碎石封层设计方法 美国/加拿大 kb 设计法m ld设计法 美国/加拿大: kearby设计法，mcleod设计法 英国: 道路建造守则39号(road note 39) 澳大利亚: 道路洒布封层临时设计方法 (austroads provisional sprayed seal design method) 新西兰: 采用改良后的澳大利亚设计方法 南非: 高速公路，城市及乡村道路表面封层技术指南南非: 高速公路，城市及乡村道路表面封层技术指南 （简称 trh3 ） 法国enduits superficiels dusure: guide technique 法国：enduits superficiels d usure: guide technique 中国：经验配比法为主 设计参数设计参数- 路况与环境路况与环境设计参数设计参数 路况与环境路况与环境 交通量渗水性能交通量 抗滑性能 渗水性能 路面同质性抗滑性能 道路类型 车流速度 路面同质性 道路等级与布局 背阴情况车流速度 路面强度 背阴情况 施工时间路面强度 路面状况 施工时间 噪音考量 设计变量设计变量 设计参数设计参数 封层类型集料类型集料尺寸粘结料封层类型集料类型集料尺寸粘结料 类型类型 粘结料粘结料 用量用量设计参数设计参数类型类型用量用量 交通量+ 抗滑性能抗滑性能-+- 道路类型+-+ 车流速度+车流速度+-+- 路面强度+-+-+ 路面状况+路面状况+-+-+ 渗水性能-+ 路面同质性+-+路面同质性+ 道路等级与布局+-+ 背阴情况-+背阴情况 施工时间+-+ 噪音考量+-+-噪音考量 -：很小或无影响，+：一些影响，+：重大影响 设计参数设计参数- 集料集料设计参数设计参数 集料集料 集料的作用集料的作用： 提高路面防水性能提高路面防水性能 抵抗行车的摩擦作用 将轮压荷载传递到基层将轮压荷载传递到基层 形成防滑层 集料的选择集料的选择集料的选择集料的选择 单一粒径单一粒径 没有或者很少粉料没有或者很少粉料 有棱角的立方体 质地坚硬、耐磨质地坚硬、耐磨 典型的集料粒径典型的集料粒径典型的集料粒径典型的集料粒径 率率%通过通过率率 筛孔尺寸筛孔尺寸(mm) 单单一一粒径的集料粒径的集料单粒径的集料单粒径的集料 集料级配的影响集料级配的影响集料级配的影响集料级配的影响 集料的形状集料的形状集料的形状集料的形状 好差差好差差 19 集料的形状集料的形状集料的形状集料的形状 100的轧制石料，近100的轧制石料，近 似立方体似立方体，彼此间形彼此间形似立方体似立方体，彼此间形彼此间形 成嵌锁成嵌锁 扁平状石料相互间产扁平状石料相互间产 生生生生 滑动，容易脱落引滑动，容易脱落引 起泛油起泛油起泛油起泛油 20 集料的技术要求集料的技术要求集料的技术要求集料的技术要求 指标单位高等级公路 其他等级 指标单位高等级公路 其他等级 公路公路 试验方法试验方法 公路公路 压碎值，压碎值， 磨耗值磨耗值，磨耗值磨耗值， 视密度，.视密度，. 针片状含量针片状含量针片状含量针片状含量， 软石含量，软石含量， 与沥青的粘附性与沥青的粘附性级级与沥青的粘附性与沥青的粘附性，级级 设计参数设计参数- 乳化沥青乳化沥青设计参数设计参数 乳化沥青乳化沥青 快裂型乳化沥青快裂型乳化沥青 阳离子(crs-2)或阴离子型(rs-2) 普通或聚合物改性(crs-2p) 普通或聚合物改性(crs 2p) 乳化沥青技术要求乳化沥青技术要求乳化沥青技术要求乳化沥青技术要求 指标单 位技术要求指标单 位技术要求 蒸发残留物含量，蒸发残留物含量， 赛波特粘度赛波特粘度 （） sfs100-400 （） 筛上剩余量筛上剩余量，%0 1筛上剩余量筛上剩余量，%0.1 破乳速度破乳速度，%40破乳速度破乳速度，%40 参照astm d2379-05 23 参照 赛波特粘度试验赛波特粘度试验 施工性能施工性能赛波特粘度试验赛波特粘度试验 施工性能施工性能 过过1.18mm1.18mm方孔筛方孔筛 过过1.18mm1.18mm方孔筛方孔筛 搅动时避免带入空气搅动时避免带入空气 搅动时避免带入空气搅动时避免带入空气 温度敏感 温度敏感 重现率应在10以内 重现率应在10以内 24 粘度与沥青含量粘度与沥青含量 400 sfs) 350 度度50c (s 250 300 波波特粘特粘度度 200 赛赛波波 100 150 50 沥青含量，沥青含量，% 5860626466 6870 破乳速度试验破乳速度试验 裹附效果裹附效果破乳速度试验破乳速度试验裹附效果裹附效果 琥珀酸二异辛酯 琥珀酸二异辛酯 磺酸钠水溶液磺酸钠水溶液磺酸钠水溶液磺酸钠水溶液 边滴定，边搅拌 边滴定，边搅拌 滴定完毕继续搅 滴定完毕继续搅 拌拌2 2分钟分钟拌拌2 2分钟分钟 冲洗至清水出现 冲洗至清水出现 为止为止为止为止 称量破乳后的沥 称量破乳后的沥 青相重量青相重量青相重量青相重量 astm d6936 26 sbr胶乳胶乳sbr胶乳胶乳 弹性体：st（苯乙烯） b t di弹性体：styrene（苯乙烯）-butadiene （丁二烯） rubber sbr 胶乳的分散形式 聚合物颗粒分散在水中 添加方式多样：皂液，胶体磨，管线添加方式多样：皂液，胶体磨，管线 较低的沥青加工温度较低的沥青加工温度 无需特别的设备和操作流程无需特别的设备和操作流程 破乳后形成连续的聚合物薄膜 sbr胶乳在碎石封层系统中的分散胶乳在碎石封层系统中的分散sbr胶乳在碎石封层系统中的分散胶乳在碎石封层系统中的分散 水的吸附水的吸附 crs-2lm with indulin aa-86 胶乳颗粒连同水一起转移石料周边包裹上sbr胶乳 sbr胶乳在系统中的分散胶乳在系统中的分散sbr胶乳在系统中的分散胶乳在系统中的分散 石料颗粒 乳化沥青残留物 石料颗粒 乳化沥青残留物 胶乳出现在最佳位置， 并将石料粘结在一起胶乳出现在最佳位置， 并将石料粘结在一起! sbr胶乳的作用胶乳的作用sbr胶乳的作用胶乳的作用 改善高温稳定性改善高稳定性 改善低温性能 提高胶结料对石料的粘附 30 胶乳的作用胶乳的作用胶乳的作用胶乳的作用 清扫试验清扫试验沥青与石料的粘附性沥青与石料的粘附性清扫试验清扫试验沥青与石料的粘附性沥青与石料的粘附性 85 乳化沥青乳化沥青 85g乳化沥青乳化沥青 石料计算（ 石料计算（6.3mm关关 键筛键筛）键筛键筛） 撒布，碾压，养生 撒布，碾压，养生 去除松散石料，称重 去除松散石料，称重 清扫试验清扫试验清扫试验清扫试验 计算石料残留量 计算石料残留量 定性非定量 定性非定量 重率在重率在以内以内 重重现现率在率在15以内以内 astm d7000 32 清扫试验清扫试验清扫试验清扫试验 清扫试验清扫试验 (两小时养护之后两小时养护之后)清扫试验清扫试验 (两小时养护之后两小时养护之后) 90%90% 85% 留留 率率 80% 石石 残残 留留 75% 碎碎 石石 75% 70% 未改性的普通碎石封层未改性的普通碎石封层 1.5%indulin sbr改性改性 碎石封层碎石封层(df 62e) 3%indulin sbr改性改性 碎石封层碎石封层(df62e)碎石封层碎石封层(df-62e)碎石封层碎石封层(df62e) 清扫实验 crs-2 vs crs-2lm清扫实验 crs 2 vs crs 2lm vialit板冲击试验方法板冲击试验方法vialit板冲击试验方法板冲击试验方法 en 12272-3：2003 理想的碎石封层理想的碎石封层理想的碎石封层理想的碎石封层 封层厚度只是层石料的厚度(td) 封层厚度只是一层石料的厚度(one stone deep) 石料被沥青裹覆部分约为70% 行车充分压实后, 松散碎石的空隙率约为20%行车充分压实后, 松散碎石的空隙率约为 无泛油现象 无泛油现象 无石料脱落 破乳成型前 破乳成型后破乳成型后 平均石料高度(h) 沥青和碎石用量的计算方法沥青和碎石用量的计算方法沥青和碎石用量的计算方法沥青和碎石用量的计算方法 最初由nm ld提出 最初由norman mcleod提出 后来被美国的战略性公路研究项目(shrp)所采纳，后来被美国的战略性公路研究项目()所采纳 并用于碎石封层设计 mcleod设计法认为 ： 1.碎石用量由碎石级配、形状和密度决定 2 沥青用量由碎石级配吸收度形状 交通量路2.沥青用量由碎石级配、吸收度、形状, 交通量、路 面状况和所用沥青材料中基质沥青的含量共同决 定定。 碎石用量碎石用量碎石用量碎石用量 c = (1- 0.4v)he() c 碎石用量碎石用量c: 碎石用量碎石用量 v: 松散碎石的空隙率 h: 碎石平均最小尺寸h: 碎石平均最小尺寸 e: 碎石损失系数 *minnesota seal coat handbook 2006 沥青用量沥青用量沥青用量沥青用量 b: 沥青用量沥青用量 h: 碎石平均最小尺寸 t: 交通量修正因子t: 交通量修正因子 v: 松散碎石的空隙率 s: 路面状况修正因子 a: 碎石吸收率 r: 乳化沥青或稀释沥青中沥青含量(采用热沥青时, 该值取1) *minnesota seal coat handbook 2006 集料用量集料用量 乳化沥青用乳化沥青用 备注备注* * kg/m2kg/m2 乳化沥青用乳化沥青用 量kg/m2量kg/m2 备注备注* * 19.09.5mm22-271.8-2.3 石料撒布量和乳化沥 青用量根据原路面状 况调整。 12.54.75mm14-161.4-2.0 9.52.36mm11-140.9-1.6 交通量对于乳化沥青 的用量有影响的用量有影响 4.751.18mm8-110.7-0.94.751.18mm *数据来自aema ”emulsion manual 6.3” 43 路面状况路面状况乳化沥青修正用乳化沥青修正用 备注备注* * 路面状况路面状况乳化沥青修正用乳化沥青修正用 量l/m2量l/m2 备注备注* * 黑色，泛油路面0 040 27黑色，泛油路面-0.040.27 根据现场实际情况调整 平整，无渗水0 00平整，无渗水0.00 轻微空隙，老化0.14轻微空隙，老化 轻度麻面，多孔， 老化 0.27 老化 严重麻面，多孔， 老化 0.40 老化 *数据来自aema ”emulsion manual 6.3” 44 碎石封层设计碎石封层设计碎石封层设计碎石封层设计 好的设计只是成功的一半 唯一不变的就是改变唯一不变的就是改变 不仅是一门“科学”，更是一种“艺术” 3. 碎石封层的施工与应用碎石封层的施工与应用 施工工艺流程图施工工艺流程图施工工艺流程图施工工艺流程图 备 原 路 路 面 乳 化 沥 碎 石 料 路 面 修 补 面 吹 扫 沥 青 洒 布 石 撒 布 补 布 补 料 胶 轮 浮 石 养 护 料 与 修 轮 碾 压 石 清 扫 护 和 修 边 压扫修 补 碎石封层的施工示意图碎石封层的施工示意图碎石封层的施工示意图碎石封层的施工示意图 沥青喷洒石料撒布碾压清扫 48 影响施工的因素影响施工的因素影响施工的因素影响施工的因素 施工路段的选择和预处理施工路段的选择和预处理施工路段的选择和预处理施工路段的选择和预处理 天气天气 设备设备 设备设备 原材料原材料原材料原材料 交通管制交通管制 49 影响施工的因素影响施工的因素影响施工的因素影响施工的因素 施工路段的选择和预处理施工路段的选择和预处理 施工路段的选择和预处理施工路段的选择和预处理 天气天气天气天气 设备设备 原材料原材料 原材料原材料 交通管制交通管制 50 病害的严重程度病害的严重程度原路面病害类型原路面病害类型 轻微严重轻微严重 病害的严重程度病害的严重程度原路面病害类型原路面病害类型 疲劳裂缝疲劳裂缝 很有效很有效 有作用有作用 “已经稳定的已经稳定的”车辙车辙 纵缝 & 网裂纵缝 & 网裂 有作用有作用 没有作用没有作用 “已经稳定的已经稳定的”车辙车辙 路面松散路面松散 路面泛油/贫油路面泛油/贫油 平整度差平整度差平整度差平整度差 路面摩擦系数不足路面摩擦系数不足 水损害水损害 拥包拥包 51 拥包拥包 病害修补：适用于碎石封层的路面应结构完好；病害修补：适用于碎石封层的路面应结构完好； 并且已经完成坑槽挖补、灌缝等工作。并且已经完成坑槽挖补、灌缝等工作。 坑洞挖补应在碎石封层施工坑洞挖补应在碎石封层施工 的一个月前完成。 大裂缝应灌缝处理。 标线清理，路面清扫。 防止路面积水。 52 在正确的时