高速公路沥青路面养护(课件).doc

高速公路沥青路面养护张登良 教 授第一部分1. 高速公路沥青路面养护工作的特点（5）预防为主，防治结合（6）实施综合治理与注重社会效益；（7）以测试数据为依据，优化养护方案；（8）以安全、舒适、畅通的服务理念为目标，确定（计划）养护经费；（9）以市场经济为导向，强化养护队伍的专业化，规模化；（10）提倡全过程养护。1高速公路沥青路面养护工作的特点2高速公路沥青路面病害3沥青路面预防性养护4沥青路面再生5沥青路面养护管理系统简介1高速公路沥青路面养护工作的特点（1）维修及时，避免扩展加剧（2）快速、尽量减少干扰交通机械化、一体化（3）维修质量要求高（4）重视与加强日常养护和预防性养护，避免结构性破损2.目前养护行业中存在的问题及需研究的课题2.1 存在的问题（1）资金比例失调；（2）养护设备技术落后；（3）运行机制不畅；（4）养护人员素质低。12.2 需研究的课题（1）现代路况检测技术（快速无破损检测）；（2）新技术、新工艺、新材料的开发与推广应用；（3）配套养护机械设备的研制；（4）沥青路面再生利用技术与设备；（5）预防养护技术的推广应用技术；（6）高速公路养护管理体制的改革。路面养护投入比例 = 小 修 ：中大修1987年美国启动战略性公路研究项目（ SHRP ）Stratagem highwayResearchingPlan养护费用效益研究Maintenance Cost-Effectiveness）98年完成了第一个5年的跟踪研究 , 取得如下重要研究成果：路面养护投入分配比例 = 小 修 ：中大修美国全国情况fences35(130+93) :( 103+109) = 223:212(11.3+4.2) :( 8.1+7.7%)= 15.5:15.8footpaths147routine381drainage58patching130大修重建Wintermaintenace98 millionFences35million 高 速 公 預 算 比O(2.1%)P(8.6%)A(3.9%)B(7.9%)surface93ReconstructionFootpaths147millionC(3.6%)resurface103reconstructi109109millionwin mainten98 面 翻 修B4.20%C2.50%D2.90%N(13.2%)B(4.2%)D(2.9%)E(0.9%)F(1.0%)Resurfacing103 millionE0.70%M(2.7%)F1.60%G6%H5.50%日常小修I10.50%J11.30%G(12.5%)表面修整Surface dressingDrainage58 millionL(11.3%)K8.60%L11.50%M6.50%N10.30%O3.70%P9.60%路面翻修 K(8.1%)H(5.5%)H(9.3%)大修重建 表面修整 I(4.2%)93 millionDrainage58 millionDrainage58 millionRoutine maintenace381million Grass cutting A Sweeping B Gully emptying C Traffic signal maintenance D Traffic signal energy E Surface dressing I J(7.7%) Reconstruction J Resurfacing K Patching L Drainage M日 常 小 修58 million Patching130 millionDrainage58 million Markings and studs F Street lighting maintenance G Street lighting energy H Footways N Fencing and bridges O Winter maintenance P图表反应内容：高速公路年度支出 ( 英國全國 )几十亿美国亚利桑那州的示范研究1.0020年不做养护然后重建1、路面经过周期性日常养护寿命从200.8610年加铺一层年长至35年2、路面经过日常养护可节约综合维修费用45%以上.20年不做养护10年加铺一层沥青料0.4720年做预养护热拌沥青料每年做有计划的预养护2投入的小修費用摘自美国沥青协会网站与小修费用的投入相对应的大修费用中大修费用投入在目前的状况下，小修投入预防性养护结论：养护费用发展的趋势：日常养护费用的投入会越来越大，日常养ba如果增加1元，可以节约8元大修费用预防性养护投入的最佳值a:b1:8目前中国一般高速公路对小修的投入护工作越来越被重视！中大修的次数逐渐减少，甚至在公路寿命期内，不会出现中大修3、热再生技术将全面铺开热再生技术的优势：1、修补质量好（不存在弱接缝，保质期长）2、节约能源（沥青和石料可再生利用，减少了投入）3.1.1、冷挖补、冷料修补3.1、热再生技术的发展历程冷挖补红外线热再生微波热再生太阳能热再生冷补料修补冷挖补的典型现场3冷补料修补-只适合应急性养护冷补必然要被新的工艺取代返修率无法解无法解13.1.2、红外线热再生3.1.3、微波热再生明火高决弱接面决弱接缝红外线- 加热深度不够美的集团 生产的微波养护车正常情况下的分子排列微波作用下的分子运动微波作用下的分子运动正常情况下的分子排列2-2-2-2-2-2-2-2-2-2-2-2-2- 2-2- 2-2-2-2-2-2-2-2-2-2-2-2-2-2-2-4微波加热的优势1、加热均匀2、温度可控，不烧焦沥青3、可及时提供热料，无需受制于拌和楼4、深度可控，可满足不同路病对深度的要求5、彻底解决弱接缝和弱接面的问题三、养护施工的发展趋势1、机械设备将逐渐取代人力人工成本越来越高，并逐渐成为市场经济活动中最高的成本；（如美国、欧洲国家等）2、机械一体化成为趋势设备本身的配套能力要充足，单台设备可自行作业，为其辅助工作的时间、工作量要相应减少第二部分沥青路面的病害类型、原因分析及其防治对策3.1.4、太阳能热再生3、对施工的速度要求越来越高不能长久封闭交通，须快速的处理路病4、必须要符合安全、节能、环保的要求一、沥青路面病害分类永久变形车辙、拥包、搓板裂缝纵裂、横裂、网裂、龟裂水损害松散、剥落、坑槽、唧浆表面功能衰减泛油、磨光5二、永久变形类1分类（1）车辙（Rutting）图1图1 沥青路面车辙图2 Rutting cont车辙2车辙形成过程压密沥青混合料的塑性流动矿质骨架的重新排列破坏结构性车辙包括土基在内各结构层的永久变形宽度较大，两侧无隆起，横断面呈凹形失稳性车辙沥青面层的压密及侧向流动变形车轮作用部位下凹，同时两侧向上隆起半刚性基层沥青路面多为此类磨损性车辙冬季镀钉轮胎造成的磨损性车辙（2）拥包（Shoving）推移导致隆起（横向、侧向）多发生在车辆变速和停站处（3）搓板（Corrugations）又称波浪、是一种紧挨而呈步长规律的纵向起伏（波长一般小于2米）多发生在基层松散而沥青面层较薄处3原因分析（1）沥青粘度太小，感温性差；（2）沥青用量过多；（3）粗集料较少；（4）集料的棱角性差，表面光滑；（5）矿粉用量较少；（6）混合料剩余空隙率过小；（7）集料离析或压实不足；（8）沥青面层厚度不适，层间结合较差；（9）交通荷载影响（减速、刹车、重载等）。64车辙影响因素影响因素表面纹理因素变化光滑粗糙车辙深度减小5防治对策提高沥青混合料的高温稳定性是防治路面永久变形最有效的途径，具体措施有：集料结合料混合料荷载环境形状尺寸劲度用量粘度VVVMA大小作用次数温度湿度圆棱角细粗增大增多增大增大增大增大增多增大增大减小减小减小增加减小减小增加减小增加增加增加增加增加（1）选用高粘度沥青（2）用塑料类改性剂或SBS改性沥青（3）适当增大粉胶比（增加矿粉或减少沥青含量）（4）合理调整级配（增加粗集料含量、间断级配）（5）加强压实，提高路面的整体强度（6）加强层间结合6评价方法与指标（1）马歇尔试验稳定度、流值（2）剪切试验粘聚力、内摩阻角（3）蠕变试验蠕变模量、劲度模量（4）轮辙试验动稳定度、轮辙深度（5）足尺试验直道、环道、加速加载（2）横向裂缝（Transverse Cracks） 沥青面层低温收缩裂缝 反射裂缝 路基低温收缩开裂引起 地下公共设施沟槽的反射引起三、裂缝类1分类（1）纵向裂缝（Longitudinal Cracks） 路基不均匀沉陷 道路拓宽时处理不当 沥青面层铺筑时接缝处理不当 车辙边缘纵向开裂 水泥混凝土板的反射裂缝（3）网状裂缝（Block Cracks）（图4） 疲劳裂缝发展的初期 水泥混凝土板的反射裂缝 呈一系列矩形块，其尺寸通常超过20cm图4 沥青路面的温度裂缝7（4）龟裂（Crocodile Cracks）（图5） 类似鳄鱼皮的互相交错的裂纹 其交叉网络单元的尺寸通常小于15cm 属荷载疲劳开裂或沥青老化脆裂 多发生在行车道的轮迹带上或裂缝的周边2原因分析3影响因素图5 沥青路面的疲劳开裂（1）沥青的劲度过大（2）沥青含量过低或沥青混合料的空隙过大（3）路面整体强度不足（4）路面材料抗裂性能较差（5）交通繁重（6）冬季温度低或日温差大4防治对策（1）使用低温延展性好的沥青或采用橡胶类改性剂改性沥青或掺加聚脂纤维（2）提高路面的整体强度（3）提高基层的抗裂性能（4）提高沥青混合料的密实度（5）采用适宜的应力消减层（6）及时封填裂缝（1）沥青性质稠度、延度、感温性、含蜡量、老化程度（2）沥青混合料沥青用量、级配组成、粉胶比、空隙率（3）基层类型刚度（4）温度最低温度、降温速率、低温持续时间、循环次数（5）交通荷载，交通量5评价方法与指标（1）间接拉伸试验破坏应力、破坏应变、破坏劲度、脆化点温度（2）直接拉伸试验抗拉强度、抗拉应变、劲度模量、脆化点温度（3）蠕变试验蠕变速率、蠕变模量（4）弯曲破坏试验极限拉应变、脆化点温度（5）应力松驰试验松驰时间，松驰模量（6）温度收缩试验收缩系数（7）应力应变能试验切口小梁试验（8）冻断试验冻断温度、冻断应力8四、水损害类1分类（1）松散（Raveling）（图6）水的浸蚀或冻融作用使沥青膜从集料表面脱落造成松散图6 沥青膜剥落（3）坑槽（Potholes）（图8）剥落进一步向深度发展而形成图8 沥青路面的坑槽2原因分析（1）使用与沥青粘附性较差的矿料，且未掺加抗剥落剂；（2）路面排水系统不良；（3）沥青面层空隙率过大；（4）路面裂缝未及时封填；（5）冬季路表积雪未及时清除；（6）沥青用量偏少；（7）施工时沥青加工温度过高；（8）雨天或低温期间施工。（2）剥落（Stripping）（图7）松散的颗粒被汽车轮胎带走所致图7 沥青路面的水损坏（4）唧浆（Sluirry Mud Pumping）水从沥青面层裂缝处渗入基层顶面，在汽车荷载作用下，动水压力冲刷基层致使细料溶解成泥浆，从裂缝处被唧出。3影响因素（1）沥青性质粘度、酸值、表面活性物质含量（2）矿料酸碱度（碱值），表面粗糙度（3）混合料类型空隙率，沥青用量（4）施工质量离析程度，压实度（5）路面排水中央分隔带排水，路表排水，路面结构层排水（6）基层类型及层间结合94防治对策（1）选用与沥青粘附性好的矿料，或添加抗剥落剂；（2）做好路面排水系统；（3）控制沥青路面的空隙率；（4）严格控制沥青加工温度；（5）避免雨天和低温季节施工；（6）及时填封裂缝；（7）提高施工质量，避免混合料离析和压实度不足。五、表面功能衰减类1泛油（Flushing）（1）描述夏季沥青膨胀且变稀，在车辆的反复作用下，多余的沥青被挤向路表面，形成光面。2磨光（Polishing）（图9）（1）描述在车辆反复作用下，路面表面石料被磨光，致使表面纹理深度减小，摩擦系数降低。图9 Polishing磨光5评价方法与指标（1）粘附性试验粘附性等级（2）马歇尔试验残留稳定度（3）冻融劈裂试验冻融劈裂强度比（4）浸水车辙试验质量损失（2）原因分析沥青用量过多；混合料的剩余空隙率过小；透层或粘层沥青喷洒过量；（3）防治对策控制沥青用量；控制混合料的剩余空隙率；透、粘层沥青喷洒量适度，且喷洒均匀。（2）原因分析表面层所用石料磨光值较低（3）防治对策表面层使用强度和磨光值较高的石料10六、沥青路面养护和改建对策破坏类型结构混合温湿面层薄层开级机构结构1破坏料组变化施工再生罩面配面性罩性再改建1.龟裂或疲劳开裂2.泛油3.块状开裂第 三部分4.波浪5.沉降6.PCC板接缝处反射裂缝37.车道/路肩高差或隆起8.车道/路肩分离9.纵向与横向开裂3沥青路面预防性养护10.补块破坏11.磨光集料12.坑洞13.抽吸与泛水14.松散与风化15.车辙16.滑移开裂17.膨胀2注：1、如果问题足够扩大；2、当车撤较小时；3、在铣磨的表面上罩面。3.1 基本概念是一种在路面状况良好的情况下采取的对现有路面进行有计划的基于费用效益的养护策略。预防性养护在没有提高路面结构能力的情况下，延迟路面的损坏，维持改善路面现有的通车条件。通过延长路面上使用寿命来推迟昂贵大修和重建活动。用于制止微小损坏，延迟进程性破坏，减少纠正性养护。预防性养护在路面出现明显破坏之前进行。采取预防性养护的路面的效益费用比是在采取任何养护措施路面的610倍。只适合于路面结构性能良好和路面损坏不太严重的情况，否则就需要铣刨、重新罩面或补强。预防性养护措施必须在路面加速破坏之前实施3.2 乳化沥青稀浆封层及微表处11一、一般稀浆封层稀浆封层是指将集料、填料、乳液、添加剂和水按一定比例，拌和均匀，摊铺在路表面的薄层封层。（2）60年代以后 阳离子乳化沥青 固化时间短 扩大了应用范围 稀浆封层摊铺机的面世 改性乳化沥青稀浆封层 成立了国际稀浆封层协会（ISSA）2作用防水作用防滑作用耐磨作用填充作用1发展（1）20世纪40年代开始应用水泥混凝土拌和机拌制层厚15mm阴离子乳化沥青成型时间45h（3）我国1981年开始应用 研制出自行式和拖挂式稀浆封层摊铺机 八 五期间列为我国重点新技术推广项目 研制了各种型号的乳化沥青 3应用范围 旧沥青路面的维修养护 新铺沥青路面的封层 在砂石路面上铺磨耗层 水泥混凝土路面和桥面的维修养护124分类（1）按粒料尺寸分为粗、中、细三种（2）按凝结时间分为：慢凝/慢开放交通型（SS/ST）快凝/慢开放交通型（QS/ST）快凝/快开放交通型（QS/QT）（3）按乳化沥青特性分为改性与非改性乳化沥青稀浆封层（2）ES-2中粒式粗粒式封层上作上封层开级配沥青碎石上作上封层重交通道路的上封层公园小径的表层混合料摊铺量：5.48.1kg/m26组成材料5用途（1）ES-1细粒式有裂缝路面的第一层封层填补裂缝粒料基层的上封层隔水层混合料摊铺量：3.25.4kg/m2（3）ES-3粗粒式整平低坑凹提高抗滑能力混合料摊铺量：8.113.6kg/m2级配参照表1不同类型通过各筛孔的百分率（%）施工允许（1）集料筛孔尺寸（mm）普通稀浆封层和改性稀浆封层微表处波动范围ES-1型ES-2型ES-3型MS-1型MS-2型MS-3型骨架作用最大粒径决定稀浆封层的厚度9.54.752.30.150.0751009010060904065254215301020100951006590457030501830102151510070904570285019341225785151009010060904065254215301020100951006590457030501830102151510070904570285019341225785155%5%5%5%4%3%2%一层的适宜厚度（mm）2.53468102.5346810干净 含土多会提早破乳粗糙、有棱角最大粒径13材质坚硬耐磨稀浆封层用集料要求表2类 型破碎面比例原石的表现相对密度普通稀浆封层改性稀浆封层微表处100%2.6干净 含土多会提早破乳粗糙、有棱角最大粒径原石的集料压碎值原石的洛杉矶磨耗损失集料的坚固性损失粗集料的吸水率粗集料的针片状颗粒含量4.75mm细集料砂当量3030%3%502828%552%20%2565（2）乳化沥青稀浆封层用乳化沥青的技术要求检测内容表3单 位技术要求试验规程所用沥青符合有关技术标准满足工艺要求均匀、不破乳、不离析、流动性好常用乳化沥青标号阳离子BC-3阴离子BA-3筛上剩余量（1.18mm筛）颗粒电荷破乳速度试验标准粘度C25,3蒸发残留物含量贮存稳定度1d5d粘附性试验%S%6012/3T0652T0653T0658T0621T0651T0655T0654非离子BN-1针入度25,100g,5s1/10mm40200T0651 T0604改性阳离子 BCR-M蒸发残留物性质延度，25溶解度（三氯乙烯）mm%4097.5T0651 T0605T0651 T0607(3)水重要组成部分其用量的大小决定稀浆的稠度和密实度稀浆混合料中水的来源：矿料中的水（3%5%）乳液中的水（35%45%）拌和时外加的水（6%11%）总含水量应控制在矿料质量的12%20%（4）填料作用：改善级配提高稀浆混合料的稳定性加快或减缓破乳速度提高封层的强度常用填料活性：水泥、石灰非活性：矿粉14（5）添加剂促凝或缓凝添加剂抗剥落剂改性剂（2）设计内容加水量及稠度试验关系到施工和易性7配合比设计（1）设计程序制备合格的乳液调整乳液用量NN初凝时间合格的集料按预定的配比制备稀浆混合料稠度试验Y湿轮磨耗试验荷 载 车 轮试验粘结力试验最佳配合比图1 稀浆混合料配合比设计程序图N水调整用水量外加水用稠度试验确定固化时间摊铺后开放交通的时间初凝后的混合料在粘结力试验中达到最大粘结力的时间拌和后至乳液完全破乳保证工艺过程的进行尽量缩短开放交通的时间湿轮磨耗试验确定最小沥青用量测定耐磨耗性能15碾压试验稀浆封层混合料技术要求项 目表4单位普通稀浆封层改性稀浆封层微表处试验方法确定最大沥青用量可拌和时间（25）稠度1粘结力试验初凝（30min）的粘结力开放交通时间的粘结力2scmN.mN.m120231.22.0手工拌和T 0751T 0754负荷轮碾压试验的砂粘附量（LWT）g/m2g/m2800806505508590T 07528稀浆封层施工（1）施工程序注：1稠度试验仅对慢裂快凝型可不要求；2开放交通的时间根据工程需要确定，急需开放交通时，最短可以缩短到30min，如果交通允许阻断，可延长至13h，甚至更长。（2）材料用量最大厚度和材料用量表5原路面修补项 目ES-1细封层ES-2中封层ES-3粗封层喷洒沥青乳液或洒水预湿固化成型后封层最大厚度（mm）3.26.489.511摊铺干矿料用量（kg/m2）修补沥青用量（干矿料质量百分比）（%）10167.51356.512初期养护成型开放交通(3)稀浆封层机填料用量（干矿料质量百分比）（%）总含水量（干矿料质量百分比）（%）加水量（干矿料质量百分比）（%）分类按行驶方式分为拖式和自行式031220611工艺流程 （见图2）4）按作业方式分为间断式和连续式（见图3、图层按拌和方式分为单轴拌和和双轴拌和单轴用于普通稀浆封层，双轴用于改性稀浆封图2 稀浆封层摊铺机施工流程示意图1-矿料箱；2-填料箱；3-矿料门；4-皮带输送装置；5-乳液供给装置；6-水供给装置；7-拌和箱；8-双轴桨叶搅拌轴；9-摊铺箱；10-稀浆混合料图3 间断式作业稀浆封层机图4 连续式作业稀浆封层机166（4）施工质量控制稀浆混合料性能检测要求检验频率序 号项 目要求或允许误差范围点数表检验方法（5）外观质量要求表面平整，密实，无松散，无轮迹；纵、横衔接平顺，外观色泽均匀一致；1矿料裹覆性2/3每车料或1000m21目 测与其它构造物衔接平顺，无污染；2稠度值机械施工23cm3油石比0.5%4矿料级配规定范围人工施工1.35cm1天施工段2稠度试验1天施工段1抽提法1天施工段1抽提法摊铺范围以外无滚出的稀浆混合料；表面粗糙，无光滑现象。二、改性乳化沥青稀浆封层与微表处1概述20世纪60年代末，法国首先开展研究，用来修复路面车辙。由于固化时间短、与原路面粘结力增强，迅速得到推广应用。至今，改性沥青稀浆封层已被认为是修复路面车辙及其他路面多种病害最有效、最经济的手段之一。Starry seal（稀浆封层）改为Slurry surfacing（稀浆表处 ） 而 Slurry Surfacing又 分 成 Slurry seal 和 MicroSurfacing Slurry Seal, Microsurfacing则译为微表处，其使用性能和技术要求均有较大区别。微表处可用于超薄抗滑表层和车辙修补；是功能最完善的道路养护方法之一。3微表处对组成材料的要求（1）集料 应坚硬，耐磨、不含泥土杂质，其砂当量大于65