沥青路面冷补技术研究大纲.doc

此文档收集于网络，如有侵权，请联系网站删除交通建设科技项目研究大纲 项目名称：沥青路面冷补技术研究承担单位：安徽省公路管理局长安大学起止时间：2008年9月至2009年12月2009年7月目 录1、项目的背景11.1项目立项背景11.2国内外研究现状22、项目实施方案42.1研究主要内容42.2 技术路线52.3工作方案52.4 进度安排132.5 研究期限142.6承担单位概况142.7项目组人员及构成143、项目经费筹措情况154、项目的预期目标及提交资料164.1项目预达到目标164.2技术经济指标164.3提交的技术报告164.4经济、社会、环境效益分析175承担单位签章17此文档仅供学习与交流1、项目的背景1.1项目立项背景沥青路面由于其表面坚实平整、行车舒适、抗滑、耐久、易于施工及养护方便等优点，成为公路路面的主要结构类型。但受自然气候条件和车辆荷载作用下，特别是异常气候和重载超限车辆增多，使沥青路面出现不同程度的裂缝、坑槽、车辙、拥包、泛油等病害。这些病害若不及时修补，在车辆冲击荷载的作用下和雨雪水不断渗入路基，从而会导致路基翻浆等更为严重的病害，将严重影响道路使用寿命及车辆的安全行驶。传统修补沥青路面坑槽多采用热拌沥青碎石混合料，需要加热，工序复杂，不能适应移动性大单点工程量小的病害处理，热拌沥青碎石混合料不仅污染环境，且受温度影响较大，较低温度修补时效果较差，特别在寒冷季节和雨季不能正常施工，这就导致坑槽病害得不到及时处理。为保证沥青路面具备良好的使用性能和安全舒适的服务能力。适应和服务于不同的道路水平，对沥青路面出现的坑槽等严重影响行车安全的病害需要及时得到有效的修复，沥青路面冷补材料能很好的解决这个问题。由于冷补沥青混合料适用于任何天气和环境，可在常温和雨雪天气下施工，且材料不需加热，使用方便；施工简单，所需施工机械的人员较少，材料可以预先生产好作为成品保存备用，随时修补路面的病害有效地改善路面的使用性能，延长其使用寿命。由此可见，采用冷补沥青混合料进行修补，可减少环境污染、改善工人的劳动条件，同时具有良好的社会效益和经济效益。目前市场上出售的沥青路面冷补材料的厂家和单位很多，但是质量差异很大，其高低温、水稳及力学性能均存在较大缺陷，特别是存放时间长了可操作性能差，表面没有粘结性，用在路面上不能形成强度，会很快松散，使用寿命很短，这不但造成了极大的浪费，也给规范养护造成一定的影响，从而影响了公路服务水平。因此，本课题针对安徽省南北公路现状和自然地理气候特征，在总结分析国内外目前使用的冷补材料存在的问题，对典型冷补沥青混合料路用性能评价体系进行分析研究的基础上，开发研究一种性能良好，可操作性好的适应于沥青混凝土路面和水泥混凝土路面坑槽修补的冷补沥青混合料。1.2国内外研究现状国外，早在20世纪3040年代，前苏联、美国、加拿大、英国、日本、法国、德国等发达国家为解决冬季沥青路面简易快速修补问题，研究推广了溶剂型可储存式低温沥青混合料修补技术，同时竭力提高冷补沥青混合料的技术性能，扩展其应用条件，相应形成稳定的系列产品和成熟的工艺技术，完成了一定规模的实体工程，取得了一定经验。在英国，冷铺沥青混合料采用的结合料主要是乳化沥青，也就是侧重于乳剂型冷铺沥青混合料的研究。美国的SHARP计划对路面养护方面做了有史以来最广泛的实验研究，数百篇的论文得到发表。这些论文涉及到冷拌临时修补、坑洞修补、冬季修补相关的课题，多数论文都提到较冷的气候中出现的问题。他们都通常对养护混合料的强度做了测定，但是对混合料在库存中的老化以及混合料老化前后的工作性却很少研究，只有很少一些研究探讨了混合料的库存老化和老化后的混合料与摊铺压实等相关的特性。日本大有株式会社也提出了常温沥青混合料的试验方法和技术标准。然而，大多数冷补沥青混合料都存在修补成本高于热拌热铺沥青混合料的特点，因此在日常养护中难以推广应用。国内对沥青路面冷补材料及其工艺的认识是在国外材料供应商进入中国市场，大力推销冷补沥青混合料之后才开始的。九十年代初国内许多单位和学者才开始逐渐着手研制冷补沥青混合料，同济大学等高等院校对溶剂型常温沥青混合料进行了多方研究，取得了一些研究成果。山西省公路管理局从1994年开始研究和推广应用冷补沥青混合料冬季修补坑槽的技术。在1996年冬季分别在太长线、108国道、307线寿阳路段以及交通量较大的太旧高速公路上进行了推广试用。观测表明其使用效果较好，但是，也出现了如高温时发软形成油包，粘附性较差等问题，还需要进一步的系统研究。1996年12月(气温-25)吉林省公路管理局开始研制低温混合料，并应用该技术对国道102线路面破损进行了修复。经过一年多的应用，冷补沥青混合料未见脱落和松散现象，证明低温沥青混合料用于冬季沥青路面的养护是可行的，但在夏季高温时却出现波浪、推移、拥包和泛油和粘轮等破损现象。北京交科新材料技术公司，依托于交通部科学研究院的资源优势，与美国、日本等发达国家的多家研究机构和材料生产商合作，推出了交科冷补沥青材料。2004年四川公路科技实业有限责任公司研制了LB冷补沥青混合料，属于溶剂型冷补沥青混合料，其最大的特点是既可冷铺又可冷拌。此外，济南、青岛、徐州等地方一些公司也相继开发了自己的冷补沥青混合料，对沥青混凝土路面坑槽的修补取得了一定的效果。但是，纵观国内外关于冷补沥青混合料的研究，目前仍存在以下不足：1）冷补材料路用性能研究并不系统，评价冷补沥青混合料路用性能的试验方法及指标并没有相应的规范。2）冷补材料抗水损害能力和防渗水能力有待提高。水的侵蚀作用会造成冷补沥青混合料掉粒和松散以及二次坑槽等破损现象。3）冷补沥青混合料的高低温性能尚需做进一步研究。 4）国内产品地域性强，存在注重和易性而忽略强度，或者注重早期强度而忽略了施工和易性等问题。2、项目实施方案2.1研究主要内容1. 对目前国内使用的主要冷补材料的性能和使用方法进行试验研究，找出目前冷补材料的性能和使用方法中存在的问题。2. 分析并研究冷补沥青混合料组成结构及强度形成机理。3. 总结分析国内外典型冷补沥青混合料路用性能评价体系。4. 开发一种新型的性能良好，可操作性好的冷补沥青混合料。 具体研究内容：（1）冷补改性剂的研究；（2）冷补沥青的技术性能研究；（3）冷补沥青混合料的配合比设计；（4）冷补沥青混合料性能评价，主要包括：冷补沥青液与集料粘附性，选择水煮法进行评价；冷补沥青混合料初始强度，采用马歇尔稳定度进行评价；冷补沥青混合料成型强度，采用马歇尔稳定度进行评价；冷补沥青混合料水稳定性，选择浸水马歇尔试验、冻融劈裂试验评价；冷补沥青混合料高温稳定性评价；低温型冷补沥青混合料的低温操作和易性，选择用塑料袋将混合料密封好，经-的冰箱保持24h，取出后观察有无明显的凝聚结快现象，且能否用铁铲方便地拌和操作的试验方法进行评价。（5）应用修补效果评价；（6）造价分析。5. 冷补沥青混合料生产、储存与施工工艺。6. 冷补沥青混合料应用和推广，并进行社会效益、经济效益分析。2.2 技术路线本项目的技术工作流程如下图所示：制定详细工作研究大纲国内外沥青路面冷补技术研究成果检索安徽省境内进行大量调研提出冷补沥青混合料路用性能评价体系开发一种新型的、适应安徽省公路特点的冷补沥青混合料坑槽修补不满足满足研究报告选择典型的冷补沥青混合料进行室内对比试验研究与理论分析2.3工作方案研究工作方案分为五个阶段：第一阶段：制定详细工作研究大纲，成立项目组。由项目负责人牵头，组织项目组成员编制、讨论和确定研究大纲，通过大纲评审。第二阶段：现有研究成果分析、总结。项目组将对国内外相关研究成果进行广泛调研（重点安徽省境内进行大量调研）、检索，找出各冷补沥青混合料差异、优缺点及关键影响因素。第三阶段：选择几种典型的冷补沥青混合料进行室内对比试验研究与理论分析，提出冷补沥青混合料路用性能评价体系。第四阶段：开发一种新型的性能良好，可操作性好，适应安徽省不同等级公路的沥青混凝土路面和水泥混凝土路面坑槽修补的冷补沥青混合料。主要通过室内对比试验确定添加剂，进行配合比设计以及沥青混合料路用性能试验，包括粘附性试验、初始稳定度试验、成型稳定度试验、水稳定性试验、高温稳定性试验、低温操作和易性试验等。第五阶段：指定坑槽路段进行修补工作，反馈技术参数，调整材料配合比、施工工艺等，跟踪观察、检测开发的新型冷补沥青混合料的修补效果。第六阶段：对各项室内外试验成果分析整理和研究报告编写。核心成果的分析和整理由项目负责人组织负责完成，并申请鉴定验收。目前工作进展情况一、调究收集有关的资料、材料和它们的技术性能从08年第四季度开始收集国内外有关沥青路面常温修补的资料，和目前国内使用的一些冷补材料，通过筛选确定了几种使用比较多的冷补材料，并进行了技术性能研究。通过对这些产品的技术性能和主要组成材料的性能分析，找出产品中的不足和存在的问题，明确我们研究冷补材料要达到的技术标准。课题组主要选了目前在国内使用比较多的：“LB成品冷补沥青”，“ HU-L” 和“科宁”的冷补沥青改性剂，进行了冷补改性剂、冷补沥青，冷补沥青混合料室内对比试验。在此研究基础上，开发一种新型的性能良好，可操作性好，适应安徽省不同等级公路的沥青混凝土路面和水泥混凝土路面坑槽修补的冷补沥青混合料。1冷补改性剂与沥青确定以下七种比例配制冷补改性沥青：1）LB成品冷补沥青；2）HU-L(25：75)）；3）HU-L(20：80)）；4）HU-L(15：85)）；5）科宁(1：20：79)）；6）科宁(1：15：84)）；.7）科宁(1：25：74)）。2冷补沥青的密度、粘度和闪点和蒸馏试验：冷补沥青试验结果见表1，表2： 冷补沥青试验结果汇总 表1编号冷补沥青密度（g/cm3）60标准粘度（s）闪点（）1）LB1.00741862）HU-L(25：75)0.978331463）HU-L(20：80)761864）HU-L(15：85)1392005）科宁(1：20：79)1.008361786）科宁(1：15：84)911957）科宁(1：25：74)18152 冷补沥青蒸馏试验结果汇总 表2冷补沥青蒸馏体积225316360LB5.48.410.0HU-L(25：75)4.212.4科宁(1：20：79)4.39.0通过上述的有关指标试验，冷补改性剂和沥青按一定比例掺配的冷补改性沥青属于慢凝液体沥青。3冷补改性沥青流动度试验：为了了解冷补料在低温时的可操作性，我们测定了不同比例改性剂的改性沥青在5（）时的流动度，结果见表3。 冷补沥青低温流动度试验结果汇总 表3冷补沥青试验温度（）试验条件现象LB5在相同角度下1min后观察现象稍微有点流动性，幅度很小HU-L(25：75)5有流动性HU-L(20：80)5稍微有点流动性HU-L(15：85)5基本不流动科宁(1：20：79)5有一定流动性科宁(1：15：84)5基本不流动科宁(1：25：74)5有流动性由实验结果可以看出，科宁和HU-L都随着冷补改性剂含量的增多而使改性沥青流动度有较大提高。二、 几种典型冷补沥青混合料的技术性能试验1基质沥青的选择本课题主要针对冬季和初春季节公路养护进行研究，所以对基质沥青的选择标号不能太低，同时又考虑冷补沥青混合料要满足高等级路面修补材料的要求，因此，本课题选择壳牌90#沥青作为基质沥青。其技术指标见表4： 壳牌90#沥青作为基质沥青三大指标 表4软化点47针入度（25）80.4延度28.7mm2矿料的选择为了避免集料与沥青的粘附性不好，同时考虑石灰岩全国分布广的特点，本课题采用了属于碱性石料的石灰岩，矿粉也为石灰岩磨制而成，集料的各项性能指标均符合规范要求。集料密度按照公路工程集料试验规程(JTJ058-2000)的要求进行，其中粗集料的密度采用广口瓶法测定;细集料采用容量瓶法测定。其各级粒径集料的密度测量结果见表5： 石料密度试验结果 表5规格表观相对密度毛体积相对密度1013mm2.8262.797510mm2.8392.80435mm2.7562.698石屑（03mm）2.796矿粉的视密度采用李氏比重瓶法测定，介质为水。其值为2.683 g/cm3。3矿料级配及沥青最佳用量冷补沥青混合料采用LB-13级配进行试验，见表6所示。混合料的集料级配和最佳沥青用量(室内试验) 表6级配类型通过下列筛孔的质量百分率(%)1613.29.54.752.361.180.60.30.150.075级配上限10010095604020151285级配下限1009060301050000LB-1310095.579.546.521.514.311.28.16.54.6根据公式和各筛孔通过量，计算出冷补沥青最佳用量为：5.5%。 4粘附性试验 冷补沥青混合料粘附性试验 表7冷补沥青品种试验结果LB基本不剥落HU-L(25：75)基本不剥落HU-L(20：80)基本不剥落HU-L(15：85)基本不剥落科宁(1：20：79)基本不剥落科宁(1：15：84)基本不剥落科宁(1：25：74)基本不剥落由表7可以看出，以上冷补沥青混合料沥青品种的粘附性都比较好。5初始马歇尔试验 冷补沥青混合料初始马歇尔试验 表8冷补沥青品种稳定度（KN）流值（0.1mm）LB2.0262.9HU-L(25：75)0.7813.1HU-L(20：80)1.2830.6HU-L(15：85)1.4566.0 科宁(1：20：79)1.3727.5科宁(1：15：84)1.1717.3科宁(1：25：74)1.4215.2由表8可知，以上七种冷补沥青混合料的初始稳定度都比较小，除了HU-L(25：75)，其余均都大于1KN。6残留稳定度试验 冷补沥青混合料残留稳定度比试验 表9冷补沥青品种空隙率（%）0.5h马歇尔48h马歇尔残留稳定度比（%）成型稳定度（KN）流值 （0.1mm）饱水稳定度 （KN）流值（0.1mm）LB11.73.5914.12.8421.479.1HU-L(25：75)9.71.8612.82.0716.7111.3HU-L(20：80)7.02.0827.01.9924.095.7HU-L(15：85)7.22.5418.01.9629.577.2科宁(1：20：79)10.71.8813.41.5820.184.0科宁(1：15：84)11.81.9421.31.1514.259.3科宁(1：25：74)6.71.4418.91.4114.697.9由表9可知，除了科宁(1：15：84)，其他冷补沥青混合料都满足残留稳定度大于75%的要求。7冻融劈裂强度试验冷补沥青混合料冻融劈裂强度比试验 表10冷补沥青品种冻融前劈裂强度（M Pa）冻融后劈裂强度（M Pa）冻融劈裂强度比（%）LB0.490.4183.7HU-L(25：75)0.090.0444.4HU-L(20：80)0.140.1071.4HU-L(15：85)0.180.1266.7科宁(1：20：79)0.070.0457.1科宁(1：15：84)0.140.1178.6科宁(1：25：74)0.060.0466.7由表10可知：LB的抗冻融能力比较强，而在HU-L的三组中（20：80）的抗冻融能力要比其他两组强的多，在科宁的三组中(1：15：84)的抗冻融能力要比其他两组强的多，且此三种满足冻融劈裂强度大于70%的要求。8粘聚性试验 冷补沥青混合料粘聚性试验 表11冷补沥青品种粘聚性试验损失百分率（%）LB3.5HU-L(25：75)3.4HU-L(20：80)0.5HU-L(15：85)0.3科宁(1：20：79)0.4科宁(1：15：84)0.6科宁(1：25：74)0.8通过以上对三种冷补沥青混合料的组成材料和冷补沥青混合料的主要性能试验结果看：1）三种产品的冷补沥青都属于慢凝液体沥青，LB的闪点低，不够安全，其它两种的粘度高一些，闪点在150以上；2）低温流动度LB的差一些，其它两种基本相近；3）马歇尔稳定度LB的高一些，其它基本相近；4）粘聚性试验可以看出，七种冷补沥青混合料做成的试件粘聚性都比较好，损失量远小于标准的40。三、开发冷补改性剂和混合料试验冷补沥青混合料主要用于沥青路面的修补，而且在任何时候都可以使用，因此它应该具备一定工作和易性与较大的初始强度。但二者在混合料配合比设计中是一对矛盾参数，初始强度高和易性就差；反之，和易性好就不能保证理想的初始强度。为了寻求一种初始强度高，同时工作和易性又好，储存稳定的冷补沥青混合料，本课题组在研究了常用的三种冷补材料后，自主开发了一种新型冷补沥青混合料，为了找到冷补沥青混合料的工作和易性与初始强度最佳的切合点，根据以上试验成果，初步确定了三种类型的冷补改性剂A#、B#、C#，并进行了相关的技术性能试验，其试验结果如下： 1冷补改性剂低温流动性试验A#、B#、C#低温流动性试验 表12冷补改性剂0-5-10A#稍有流动不流动不流动B#稍有流动稍有流动不流动C#流动性非常好流动性非常好流动性非常好2冷补沥青标准粘度与闪点试验A#、B#、C# 标准粘度和闪点试验 表13冷补沥青A#B#C#标准粘度（S）687376闪点（）1681161463冷补沥青混合料成型马歇尔稳稳定度试验 A#、B#、C#标准马歇尔稳试验 表15冷补沥青混合料稳定度（KN）流值（0.1mm）A#3.2918.8B#3.3714.2C#2.7214.9从初步试验结果看：1） 所研制的冷补改性剂的低温性能有所改善，特别是C型的，在10下仍有很好的流动性；2） 冷补沥青的粘度和闪点三种类型基本一样；3） 三种改性剂制作的冷补沥青混合料的马歇尔稳定度与前面所做的相比都有所提高；四、下一阶段的工作内容为了进一步完善、改进和提高A#、B#、C#三种新研发的冷补混合料的路用性能指标，下一阶段要进行的工作：1.通过制成试验样品对坑槽路段进行修补，观察不同使用时期，不同情况的路段，不同的修补方法下使用的情况；反馈意见，研究正确使用冷补材料的工艺和方法；2.根据使用情况进一步调整研究改性剂的配方和改性剂与沥青最佳比例；3.研究冷补沥青混合料的配比设计方法以及影响冷补沥青混合料性能的主要因素；4.研究评价冷补沥青混合料的技术指标和方法；5.通过总结研究适合安徽地区使用的冷补系列产品。2.4 进度安排1. 2008.92008.11 调查对比国内外沥青路面冷补材料，并进行资料、原材料的收集整理；2. 2008.122009.5 收集国内外典型冷补材料进行室内试验研究与理论分析；3. 2009.62009.8 坑槽路段修补并进行跟踪检测；4. 2009.102009.12编写研究报告，申请鉴定。2.5 研究期限本项目的研究起止时间为2008年9月至2009年12月，研究期为16月。2.6承担单位概况安徽省公路管理局养护处有多年丰富的养护经验，共同承担课题的研究工作，优势互补，确保了本研究项目的顺利实施。长安大学是教育部与交通部共建的综合性大学，公路学院道路研究设备齐全配套、研究队伍结构合理。同时学校曾有过类似项目的研究，可借鉴并有专家教授提供咨询服务和参与。2.7项目组人员及构成项目组主要研究人员如下表：项目组主要研究人员构成表序号姓名年龄专业职 务 所在单位1章后忠45道路工程正高安徽省公路局 2颜祖兴43道路工程正高安徽省公路局 3王亚玲42道路工程教授长安大学 4蒋周平37道路工程高级工程师安徽省公路局 5姚爱玲43道路工程高级工程师长安大学 6陈四平38道路工程工程师安徽省公路局 7张秀华66道路工程教授长安大学（专家） 8漆亮28道路工程工程师安徽省公路局 9刘强32道路工程工程师安徽省公路局10周玉利43道路工程高级工程师长安大学设计院11张幸杰23道路工程研究生长安大学3、项目经费筹措情况项目经费支出明细表科 目金额（万元）备 注1调研资料费2.5资料收集、检索等费用2研究材料费4.0购买国内外同类材料进行对比试验；购买沥青、石料、添加剂等材料3研究试验直接费11.0室内、外试验费用4劳务费5.0聘请专家咨询、研究人员等劳务费用5报告出版费2.0研究报告打印、复印、出版等6培训费2.0配合比设计及施工工艺操作等培训7评审费5.0大纲评审及成果鉴定费8学校管理费3.5管理费率10%合 计35.04、项目的预期目标及提交资料4.1项目预达到目标（1）研究一种适合安徽省各等级公路沥青路面养护的冷补沥青混合料产品，使省里沥青路面的坑槽能达到即时有效修补。（2）提出评价冷补沥青混合料的合适技术项目和指标。（3）研究冷补沥青混合料的一整套生产工艺和设备。（包括改性剂、改性沥青、混合料及包装）。4.2技术经济指标（1）所研究的冷补沥青混合料产品的技术性能指标都可以达到目前“沥青路面施工技术规范”中常温施工沥青路面技术要求的指标；（2）所研究的冷补沥青混合料产品在密封状态储存6个月仍然具有良好的可操作性能；（3）所研究的冷补沥青混合料的价格比市场的低2030%；（4）所研究的冷补沥青混合料修补的坑槽使用寿命在3年以上。4.3提交的技术报告（1）项目研究报告；（2）工作报告；（3）应用推广报告；（4）用户报告；（5）社会效益、经济效益分析报告；（6）查新报告。4.4经济、社会、环境效益分析目前，受自然条件及载重汽车的影响，公路病害有增长趋势，冷补材料应用前景广泛。根据市场调查，冷补材料具有生产简单、容易保存、施工简单、立即通车、绿色环保等优点，且使用寿命长。一般乳化沥青混合料和热拌沥青混合料的使用寿命在13年，而冷补材料至少可达到3年。由于延长了养护周期，沥青路面的修补坑槽所消耗的材料、机械、人工费用大大降低，创造可观的经济效益。由于冷补材料适用于任何天气和环境，具有即时通车的特点，可大大缓解因道路修补工程而造成的交通压力，保持路面常新，保证公路畅通，减少路面重复修补次数，延长使用寿命，特别有利于环境保护。总之，沥青路面冷补技术