沥青路面车辙病害及抗车辙剂解决方案.ppt

沥青路面车辙病害及抗车辙剂解决方案 黄绍龙2011年11月 沥青路面的车辙病害 1车辙定义 在高温和渠化交通的作用下 沥青路面结构层出现的永久变形 车辙的形成主要是沥青面层在行车荷载的作用下 进一步压密 挤压使轮迹带下沉 两侧面鼓起 形成波峰和波谷状 波峰和波谷的高差即为车辙深度 2车辙产生的背景和现象 上世纪70年代美国的调查表明 在州际和主要公路上车辙所致的路面损害约占30 80年代日本的调查表明 由于车辙所引起的路面损害高达80 国内随着高速公路的建设 近年来 1999年以后 不同省份通车的沥青路面都出现了车辙 1998年通车的沈阳 山海关高速公路2年后就出现了较严重车辙1999年10月通车的北京 秦皇岛高速公路 2000年7月份就出现了断断续续的车辙2000年通车的机荷高速公路 在2003年7月出现了严重车辙 车辙最大深度达8cm 远超过设计要求的1 5cm2003年通车的郑少高速公路 在通车不到半年就相继出现了车辙 在上坡路段最大车辙深度达10cm 桥面铺装车辙 行车道车辙 雨天雨水聚集 车辙深度 车辙处切面 行车道 中等和重车辙 车辙伴随坑槽 3车辙分类 磨耗型车辙压密型车辙失稳型车辙 磨耗型车辙 当路面结构稳定 车辆行驶时 轮胎磨耗路表而产生此类车辙 车辙深度一般在5mm以内 3 1磨耗型车辙 压密型车辙 由于沥青混合料的空隙率太大 碾压追密造成压密性车辙 一般侧向隆起较小 3 2压密型车辙 对于半刚性基层主要是由于沥青混合料结构失稳而致 含有柔性基层的沥青路面也与基层和土基的不稳定有关 3 3失稳型车辙 4原因分析 路面结构矿料级配交通荷载纵坡的影响温度的影响原材料沥青的影响 4原因分析 一般认为沥青路面的车辙产生在面层 这主要是与我国大多采用半刚性基层有关 对于半刚性基层沥青路面 来自面层的车辙占整个路面的90 以上 对于柔性基层来讲 沥青路面结构产生的车辙来自整个路面结构 尤其是土基 4 1路面结构的影响 沥青层厚度对车辙影响 剪应力沿面层厚度分布图 中面层容易产生失稳性车辙轴载从10T依次增加到13T 15T 18T 剪应力高值的分布范围从面层下3 6cm依次增加到3 7cm 3 8cm 3 9cm 剪应力的最大值位置从4cm依次增加到4cm 5cm 5cm 剪应力与失稳性车辙 4 2面层级配的影响 通常级配越细 沥青混合料产生车辙的可能越大 矿粉沥青比对沥青混合料车辙影响较大 骨架密实级配通常有好的抗车辙性能 悬浮密实和骨架空隙结构一般抗车辙性能较差 超重载现象严重在某高速公路上 大型货车中轴载超过我国标准轴载10T的比例平均 40 6 4 3交通荷载的影响 不同比例超载车辆作用下的车辙预估 从调查发现 车辙严重的路段均在陡坡路段 特别在高速公路行驶重载和超重载车辆的情况下 往往容易产生较严重的车辙 超重载货车在上坡路段的速度一般为20km h 车辆如果以100km h速度行使 对路面沥青层的作用时间约为0 02s 如果行使速度只有20km h 则对路面沥青层的作用时间约为0 1s 4 4纵坡的影响 当ESAL 1 3 107时提高一个等级当ESAL 3 107时 可考虑再提高一个等级对慢速移动设计荷载 提高一个等级对停驻的设计荷载 提高二个等级 没有高温 即使在超重载的交通状况下 车辙也难以产生 随着温度的升高 沥青的粘度呈对数级下降 沥青混合料的抗压强度和抗剪强度快速下降 夏季中午路表温度最高达60 70 有时路表温度大于60 的时间大于5个小时 远远大于重交沥青的软化点 4 5温度的影响 目前大部分高速公路对沥青的选择是比较注重的 大多选用优质沥青 上面层采用改性沥青 但是忽视了砂石料的影响 粗集料棱角性不足 细集料多用石屑或砂 材料来源于不同的料场 级配很难控制 4 5材料的影响 对许多密实型连续密级配沥青混凝土来说 粗集料是呈悬浮结构状态 相互嵌挤作用相当有限 这时沥青结合料的高温劲度就起到更为重要的作用 可以使用低标号的沥青 如50 70 4 5沥青的影响 沥青面层级配沥青混合料的高温抗车辙能力有60 依赖于矿料级配的嵌挤作用 沥青结合料则提供40 的抗车辙能力 5预防措施 天然砂掺量每增加1 沥青混合料的动稳定度降低4 对于超重载路段的面层建议限制甚至不用天然砂 机制砂通常有良好的抗车辙性 石屑应严格控制0 075mm筛孔通过率 细集料 采用较硬的沥青或改性沥青 在超载车辆多 气温高 上坡段等地段 建议沥青胶结料的选用应考虑高温再提高一个或两个性能等级 沥青 应严格控制沥青用量 在高温地区在最佳沥青用量基础较低0 3 左右用量 有助于提高沥青混合料的动稳定度 从而改善抗车辙能力 沥青用量 结构层 对于高温地区的超重载道路 应该提高中面层的车辙标准 在不提高车辙标准的情况下 车辙试验的试验压强和试验温度应模拟当地路面实际情况 如65度 0 9MPa等 施工方面 正确处理规范级配 目标级配和施工级配之间的关系合理提高压实度 适当减少空隙率采用实测密度与理论密度双控空隙率 保证理论密度不低于94 实测空隙率在4 左右 严格控制沥青用量建议缩小沥青用量允许误差的范围 将规范规定的允许误差士0 3 缩小为士0 2 严格控制石料的压碎值 法国 相对形变 H h 德国 车辙深度 汉堡钢轮试验 同时评价水敏感性 美国 车辙深度 APA 可评价沥青混合料疲劳性能 中国 日本 动稳定度 DS 42 15 d60 d45 6车辙的测定方法 动稳定度评价高温稳定性存在问题 45min 60min 抗车辙剂解决方案 抗车辙剂是以一种或多种纤维聚合物材料 经过一定工艺合成的高分子聚合物 可通过拌合或熔融分散在沥青混合料中 以改善或提高沥青混合料抗车辙性能的沥青混合料外掺加剂 1抗车辙剂 2抗车辙剂的特性 外观为黑色颗粒可在常温下保存密度 0 92 1 1g cm3熔融指数 7 10g 10min熔点 140 150 粒径 不大于6mm 胶结作用通过部分聚合物的溶解形成胶结作用 从而达到降低渗透性 提高环球法软化温度和降低热敏感性等效果加筋作用通过聚合物中塑料纤维在级配骨架内部搭桥而形成嵌挤作用施工时微粒临时得到软化 然后这些颗粒在碾压过程中热成型 从而填充沥青混合料中的空隙 2抗车辙剂的工作原理 干集料空白表面 干集料附着抗车辙剂表面 2抗车辙剂的工作原理 沥青改性作用 抗车辙剂在湿拌和运输过程中 部分溶胀于沥青中 形成凝胶层 从而达到对沥青的改性 提高软化点温度 增加粘度 降低热敏性等沥青改性的作用 变形恢复作用 抗车辙剂的弹性成分在较高温度时具有使路面的变形部分弹性恢复的功能 因而降低了成型沥青路面的永久变形 2抗车辙剂的工作原理 3抗车辙剂的性能及与改性沥青对比 3 1抗车辙剂掺量对最佳沥青用量的影响 3 2马歇尔水稳性能比较 残留稳定度试验采用AC 20级配 分别采用海川公司产车辙王 掺量3 5 茂名石化产SBS改性沥青和克拉玛依70 A重交沥青 根据JTJ052 2000试验规程实验操作方法进行研究 见表1 3抗车辙剂的性能及与改性沥青对比 表1马歇尔水稳性能比较 3 2马歇尔水稳性能比较 冻融劈裂试验采用AC 20级配 分别采用海川公司产车辙王 掺量3 5 茂名石化产SBS改性沥青和克拉玛依70 A重交沥青 根据JTJ052 2000试验规程实验操作方法进行研究 见表2 3抗车辙剂的性能及与改性沥青对比 表2冻融劈裂性能比较 3 3高温稳定性能 AC 20混合料车辙试验结果 通过上表可以看出 掺加车辙王抗车辙剂后 抗车辙性能都显著提高 掺量为3 时 60 动稳定度可以达到6000次 mm以上 掺量为5 时 60 动稳定度可以超过8000次 mm以上 3抗车辙剂的性能及与改性沥青对比 3抗车辙剂的性能及与改性沥青对比 3 4低温性能 掺加车辙王抗车辙剂后 弯拉强度和劲度模量指标有所提高 但提高幅度不大 弯拉应变等指标变化不大 说明车辙王抗车辙剂对沥青混合料的低温性能有所改善 抗低温弯曲性能 10 3抗车辙剂的性能及与改性沥青对比 4抗车辙剂应用推荐方案 4 1半刚性基层高等级公路及城市主干道 重点推荐 中面层 4抗车辙剂应用推荐方案 4 2中低交通量公路沥青路面及一般城市道路 重点推荐 上面层 4抗车辙剂应用推荐方案 4 3旧水泥路面加铺沥青面层 重点推荐 中面层 高等级公路 上面层 中低等级公路 4抗车辙剂应用推荐方案 4 4特殊路段 1 桥面铺装目前 国内的桥面铺装大部分都采用SMA面层结构 所以抗车辙剂的推荐部位还是在中面层 推广策略与6 1相似 掺量0 3 这里所指的桥面铺装指一般的混凝土桥面铺装 不包括钢箱梁桥面铺装 2 高等级公路长大纵坡路段此类路段是最容易产生车辙的路段 推荐在中面层掺加0 5 的抗车辙剂 而且上面层宜采用SMA 3 市政干道十字路口及大型公交枢纽站此类路段是城市道路中最容易产生各种高温破坏的部位 主要是由刹车 起步引起的剪切力造成的 因此对于此类路段应建议在中面层掺加抗车辙剂 掺量0 3 0 5 5车辙王抗车辙剂施工工艺 掺加方式与剂量 车辙王是按一定质量直接投入到拌合缸内与集料进行拌合的 无需特殊的设置 常规掺量为沥青混合料总重量的3 5 可以设计应用于上面层 中面层和下面层沥青混合料中 沥青混合料的拌和 首先将不同规格的冷集料按确定比例 由实验室确定 符合某一级配规格 进入烘干筒 集料的烘干温度一般为180 190 然后在正常的拌合工艺下 将一定比例的车辙王抗车辙剂加入到拌合缸内与集料进行干拌 在原干拌时间基础上增加10秒 再喷入已加热到160 170 的热沥青 进行湿拌 湿拌时间为40秒 直到拌合均匀无花白料为止 沥青混合料的运输 将拌合好的沥青混合料 用自卸车 最好不少于20T 运输到摊铺现场 沥青混合料的摊铺 将摊铺机熨平板预热到120 左右 然后将沥青混合料卸到受料斗内摊铺 摊铺速度一般为2 3m min 松铺系数一般为1 15 摊铺温度为160 170 沥青混合料的压实 对于骨架密实型沥青混合料 可以采用紧跟摊铺机 采用紧跟慢压工艺压实 初压温度为160 170 对于悬浮密实型沥青混合料 初压温度为150 160 初压采用13吨的钢轮压路机 静压1遍 然后用26T胶轮压路机碾压2遍 用13吨钢轮振动压路机振压2遍 最后用11T的钢轮压路机静压一遍 其终压温度不低于110 直到达到规定的压实度为止 5车辙王抗车辙剂施工工艺 施工简单 可以通过拌和缸窗口加入 也可以用机器自动添加 不需额外的沥青改性设备 拌和时间 加入热集料后 再加入抗车辙剂 延长