研究论文~高速公路沥青路面建设与养护技术的若干问题.doc

高速公路沥青路面建设与养护技术的若干问题余叔藩1、 沥青路面技术的发展趋势（1）改性沥青的应用应用适合的改性沥青可以达到以下目的：增强路面高温抗车辙能力增强路面低温抗裂性能增强路面耐久性特别适用于铺筑高性能磨耗层如SMA、OGFC等按添加的高分子聚合物的不同，我国改性沥青路面施工规范将改性沥青分为3类：a、 橡胶类 以SBR为代表b、 热塑性橡胶类 以SBS、SIS为代表c、 热塑性树脂类 以LDPE、EVA为代表SBR改性沥青的制备方法有溶剂法与胶乳法，对提高低温抗裂性能非常显著，其5低温延度很大。但对高温性能提高有限。热塑性橡胶类与热塑性树脂类改性沥青常用研磨法制备。塑料型改性沥青对提高高温性能效果明显，但不能改善低温性能。只有SBS改性沥青能同时提高高低温性能，也是应用最广的改性沥青。在什么气候条件与交通荷载条件下，普通沥青已不能满足要求，必须使用改性沥青？现行按针入度（或粘度）指标进行沥青结合料分级的方法是不能回答的。当前改性沥青的应用基本上是按照工程经验确定的。美国开发的按性能分级的Superpave沥青结合料规范为解决以上问题提供了比较科学的方法。这个全新的具有理论基础的方法，根据沥青的高、中、低温粘弹特性，按照路面的最高与最低设计温度，结合交通来确定沥青结合料的性能等级。如PG70-22级沥青结合料适用于最高温度70与最低温度-22的路面条件。这样的要求，一般的重交通沥青已不能满足，往往需要进行适当的改性。Superpave结合料性能分级规范，已在美国获得广泛应用。我国不少省市的高速公路建设也已开始使用。福建省漳龙高速公路路面3期工程与福宁、罗长、漳韶三条高速公路所用沥青与改性沥青都是既工满足我国规范要求，也要满足Superpave性能的要求。获得了比较满意的效果。（2）新型沥青混合料的应用随着经济发展，汽车轴重与轮胎单位压力的增加，对沥青路面的性能提出了更高的要求。传统的沥青路面在高温抗车辙、抗滑与耐久性等性能难以满足现代交通的要求。近20年内世界上先后出现SMA、OPA(OGFC)与Superpave等新型混合料路面。SMA、OPA(OGFC)主要适用于表面层，而Superpave混合料则适用于上、中、下面层。我国开发的AK抗滑磨耗层在我国高速公路上应用也很多。沥青混合料类型（1） 连续级配沥青混凝土：AC-I型，按最大密度原理； 级配组成服从于下式： P（%）= 100， 设计空隙率Va=4%左右（2） Superpave混合料 AC-I型的改进，设计空隙率Va=4% 粗集料增加，细集料减小，增强混合料抗车辙能力与减小粗细集料离析；已在漳龙高速与罗长高速应用。（3） 骨架型密实混合料-SMA，设计空隙率4%左右SMA混合料中70-80%为粗集料，形成石-石接触的骨架结构。具有较大的VMA，一般16，美国，我国17。较大的沥青用量（6%）用木质素纤维（0。3%）进行稳定。各方面的性能全面提高。尤其是抗车辙与耐久性。但价格较高。已在漳龙高速应用。*无纤维SMA在试验路获初步成功。VMA15，基本保持SMA的优良性能，但可把价格降下来。并在长乐高速洪塘桥铺筑了单边3KM的SMA13，沥青用量达5.6%。（4） 骨架型大空隙混合料-OGFC,OPA路面厚度在3CM左右，集料主要成分为4.759.5mm的均匀集料，通过2.36mm15%，设计空隙率Va=1525%；功能：排水、抗滑、消除水雾，降低噪声，在发达国家比较流行。（5） 我国AK抗滑层设计空隙率Va=410%，为骨架型半空隙混合料。抗滑有一定改进，但路面性能不够稳定。在技术上不够成熟。因透水而容易发生水损害。在同三线福建高速公路的AK抗滑层的级配已进行了改进，级配接近SMA，设计空隙率Va=4%，可保证基本不渗水。沥青混合料的设计方法沥青混合料设计方法，世界上采用体积设计（分析）法。最普遍的方法为马歇尔混合料设计方法，我国也不例外。鉴于马歇尔法制备试件，采用夯 冲击压实。与压路机压实存在一定差距，法国、美国、南非等少数国家开发了旋转（搓揉）压实法制备试件，旋转压实法压实试件更接近于压路机压实的情况，避免了冲击压实法集料过多地被破碎。虽然试件压实方法不同，但都采用体积分析法进行混合料设计，包括美国Superpave混合料设计方法。混合料体积设计法：两个主要指标为空隙率与沥青用量。空隙率：Va3%时，路面形成车辙的概率加大；Va7%时，AC-I型混合料与Superpave混合料渗水性加大；Va6%时，SMA，AK混合料渗水性加大从保证热稳性，同时保证基本不渗水考虑，故压实混合料的空隙率应控制在47%（AC-I，Superpave）或46%（SMA，AK）的范围。混合料设计程序：（1）材料要求集料：粗、细集料：压碎值，洛杉矶磨耗率，洁净度，棱角性，针片状颗粒，砂当量等。沥青：符合我国规范要求，并符合Superpave性能级PG要求。（2）选择最佳极配：至少3种级配 初始沥青用量的确定0.982（VMA-Va）Pbi=1.18+- GsbVa设定为设计值4%，VMA可设定为最小VMA+0.5%。AC-25I型的VMA应为12.5，AC-16I为14%;AK-13A为14.5%混合料经短期老化后，制备马歇尔试件。选定的最佳级配混合物：马歇尔试件的VMA，VFA，粉油比，稳定度流值均符合要求，Va又最接近4%者为最佳级配。（3）选择最佳沥青用量在选定的最佳级配按Pbi，Pbi0.5与，Pbi1.0制备4组试件（，Pbi一组已作）。绘制Pbi分别与Va、VMA、VFA、稳定度、流值的关系曲线上。在Va=4%处对应的沥青用量即为设计沥青用量。在此沥青和量对应的VMA、VFA、稳定度、流值、粉油比均为设计混合料的相应值。（4）性能评论热稳性：轮辙试验的动稳定度。水损害性：浸水马歇尔稳定度：冻融劈裂或AASHTOT283的TSR值。2、 高速公路沥青路面的破坏型式、影响因素与修补方法（1）裂缝疲劳开裂-龟裂形式，属荷载型裂缝。因交通超载，重复次数太多路面排水不良，下 卧层或土基水分过多变弱所致。或因施工质量不良，厚度不足。修补方法：剥除与替换，改进排水。如破坏面积大，可铺一层HMA（热拌沥青混合料，下同）罩面。罩面需进行结构设计，要求能承受设计寿命期预期的荷载次数。低温开裂-常表一定间距的横向裂缝，属非荷载型裂缝。因表面温度骤降，在HMA 层中温度引的收缩应力超过沥青混合料抗拉强度所致。裂缝始于顶部通过混合料向下扩展。主因是沥青混合料的选择，应避免采用温度敏感性高，低温极为刚劲的混合料。沥青在低温 服务温度必须具有足够的柔韧性，还应有足够的沥青用量。 修补方法：一般用液体沥青或其它类型的封闭材料进行密封。防止水份进入基层与土基，当裂缝两侧高度不同，则要进行磨平。如开裂太严重，则可能必须去HMA层，代之以罩面。纵向开裂-常见现于相都车道之间的接缝处或车辙轮迹边缘。纵向裂缝可渗水，并促使毗邻材料松散，加速结构总体破坏。修补方法：开始用封灌液体沥青修补。松散发生后毗邻裂缝材料必须剥除与代换，或进一步采用HMA罩面。 反射裂缝-因下卧层不连续所致。修补方法：设置应力吸收层或中间层（橡胶沥青或土工布）。下卧层为开裂混凝土板。则选进行破碎，然后进行HMA罩面。在下卧层混凝土现在接缝位置上切缝并进行封填。在下卧层开裂的HMA表面上铺一层玻纤格栅，然后进行罩面。 滑移裂缝-HMA罩面与下卧层结合不良所致这种裂缝常在刹车、转向与加速段发生。形成特殊的U型裂缝，U型的顶部总是指向施力的方向。修补方法：将滑移裂缝面积混合料清除，形成粗糙表面构造，并达到低于滑移面深度。洒布粘层，并进行代换，严重进进行HMA罩面。（2）畸变路面表面形状发生的永久性变化 车辙-车辙是因交通荷载作用而发生于路面轮迹带上的下 。 车辙限制标准为：不能在轮迹带上形成积水。否则车辆行驶可能发水飘或在寒冷气候结冰，生成滑溜条件。一般将最大车辙深度限制在12-15mm以内。车辙原因： 因交通荷载的再压实在。如仅为10cm沥青路面，Va从7%变化到4%，发生的车辙仅3mm，是无关紧要的。如因路面结构强度不足，土基发生超应力，引起过量车辙，则加铺薄层罩面不能解决根本问题。必须对病害面积重新进行结构设计与铺筑。 沥青混合料设计施工不当，在高温季节在车轮作用下引起横向塑性流动。内因为沥青用量过高、粘度太低、园形集料过量，空隙率过低。 推移与波浪-因混合料的剪切流动或层间滑移所致。多发生在交通钶载行驶缓慢或停车的区域。如都市交叉口、都市供商用车辆行驶的慢车道、弯道等区域，由于慢速交通与由制动与加速产生的水平摩阻力，是首先发生过量车辙、推移与波浪的地方。修复方案：铣 清除隆起材料。进行HMA罩面或结构性再生。罩面可选择抗车辙性能好的SMA 、OGFC等。（3） 分解 路面结构的分解。失去个别片块或HMA各成分彼此分离。 松散-松散是集料颗粒脱离HMA，从表面向下逐渐的分解。原因： 集料上涂覆的灰尘太厚；施工中粗细集料离析； 沥青面层原位密度太低导致沥青混合料粘结力下降。面层松散集料减小抗滑性，并可被车轮轮胎拾起，被扔进车辆通过的轨道。 磨耗-磨耗是渐近的，有时可能很快发生。在沥青混合料已氧化或被浸蚀后，轮胎对表面的剪切力足以带走集料颗粒。表面松散颗粒起磨料作用，使磨耗加速。从抗滑的观点看，面层不同集料的磨耗所期望的。不同集料的不同磨耗率促成表面构造，有利于改进轮胎与表面附着力。 剥落-剥落是集料与胶结料之间发生剥离而失去结合为特征的一种破坏。一般始于HMA的底部，并向上发展。剥落是一种最难识别的破坏，表现为多种形式：车辙、推移、波浪、松散或开裂。观察剥落原因的唯一方法是挖开路面结构，并观察从横断面移去的材料。如果发生剥落，将可见到部分涂覆或未涂覆集料的形迹。剥落使沥青层失去整体性，以致芯样不能从路面中无挠动地取出。剥落基本上是集料与沥青的相容性问题，因而可以进行防治。在混合料设计阶段应解决材料相容性问题，如材料表现结合不良，则必须进行改进或改变材料组成，直到选定一种能提供满意性能的组合为止。在混合料中抗剥落添加剂使亲水集料改变为憎水。促进剥落的因素：集料类型、沥青等级与来源，混合料设计，施工情况及气候。美国研究表明最有效的添加剂是消石灰。减少剥落的影响：施工中集料干燥到可接受的含水量。施工中压实充分，减少水份的渗入。做到路面表面与表面下的排水，用有效抗剥落剂处理集料与沥青。修补方法：清除病害层，重新进行HMA罩面设计与施工。 坑洞-坑洞是完全穿透HMA面层下到下卧层或基层相对小的洞。还通常发生在较薄HMA面层的道路上。坑洞通常发生在瀑雨期间。在北方气候，一般发生在春融期间。柴油或机油长时期腐蚀路面，敢可导致坑洞。原因：路面松散或裂块丧失与周围HMA材料的结合，并被车轮轮胎的作用带走，毗邻片块变随之称去，则坑洞迅速形成。 修补方法：坑洞通常用冷混合料或HMA修补。正确的修补技术见参考文献P264图9-11，或用“修补王”进行修补。（4） 抗滑性损失抗滑性是路面重要的安全特性。这种特性必须通过正确选定集料、设计与施工来实现。依照路面管理，抗滑性是一种对耐用性的量度。在路面服务期间必须考虑恢复路面抗滑性的费用。 FN=100F/L式中：FN-摩阻系数F-在路面表面的滑动摩阻力L-路面表面压力确定摩阻力的方法：拖挂被锁车轮法偏移轮横向摩阻力法，如英SCRIM测滑车便携式测滑仪：适于测微观构造。如英式摆式仪 机动车法：用一双对角车轮制动装备汽车，量测现场路面抗滑性。量测摩阻系数多用法或法完成。路面的抗滑性是表面构造的函数。表面构造可划分为微观构造与宏观构造：微观构造：可提供穿入薄层水膜的砂粒质表面，很大程度依赖于集料的矿物组成与集料的皱纹。一般指粗集料断面的构造。微观构造在所有速度都贡献抗滑性，在V50KM/H时起决定性作用。宏观构造：为轮胎与道路表面挤出的水分提供通道。使轮胎与路面接触更好而改善抗滑性并防止水飘。宏观构造在高速潮湿情况下的抗滑作用是主要的。 宏观构造依赖于控制HMA中集料的级配获得。骨架型混合料如SMA、OGFC、AK都可获得优良的宏观构造。要保持路面的抗滑性，应采用坚硬、耐磨、富有棱角的集料。 路面大量被磨光都发生在路面干燥时，大多数情况下路面约95%的时期内路面是干燥的。轮胎通过数量制约磨光率。路面表面磨光至其最终状态时，一般要服务两年以上时间。然而抗滑性可能不断下降，因为磨耗不断降低宏观构造，减小清除轮胎下水分的可能通道。修补方法：恢复高速公路或重交通沥青路面表面抗滑性，常用2.5mm厚（最大粒径9.5mm）的薄层HMA罩面或OGFC罩面。3、 修补混合料简介用于修补坑洞、宽的碎裂裂缝及小面积松散。3种修补混合料“（1） 热拌热铺： 与原路面品质相同的HMA，采用HMA装量生产。原则上不适用于小面积修补。因为所需数量少，修补作业耗时长，完工之前混合料已冷却，常导致压实不足。故只能采用保温箱或小型移动式拌和装置。（2） 热拌冷铺可在HMA装置中生产。采用液体沥青或乳化沥青。集料被烘干加热，在低于HMA的温度拌和。产品储存堆放或罐装，以备随时使用，可在所有气候条件下施工。（3） 冷拌冷铺 拌和时不加热。产品储存堆放，备需要时使用。在修补混合料中品质最低。其中热拌冷铺混合料最为常见。修补混合料组成特点（1） 采用教较细的单一尺寸为主的级配典型级配组成如下：筛孔尺寸（mm）通过%9.54.752.361. 182. 0.07510085100104001002残留沥青含量%4.5*集料吸水率1%这种级配组成的优点：a、 混合料柔韧性与和易性均好。B、由于VMA较大，可加入更多的沥青混合料以改善耐久性。C、混合料长时期保持柔韧性，在交通作用下易于不断密实，对坑洞尺寸的变化具有的适应性。（2）采用洁净集料在混合料中粉料（0.075含量要求小于2%，将大大改进混合料的粘附与粘结特性。（3）采用棱角性好的集料棱角性好的轧碎集料对增加修补混合料的稳定性是所期望的。由于采用单一尺寸集料为主的级配，集料棱角性对混合料施工和易性影响已很小。（4） 采用吸水性小的集料集料吸水性小的集料集料吸水率应限制在1%以下。（5） 液体沥青的选择用于修补混合料的结合料必须满足两个条件： 在低温（0左右）应具有较低的粘度，使混合料施工具有和易性；不应快速失去可挥发物质，以免在预期的储存期内，混合料失去和易性。液体沥青：MC-250 MC-400