沥青路面新技术、新材料研究及应用进展(99页)

1、路面技术面临的挑战与新技术、材料创新孙雪伟 主任 路桥技术中心江苏中路工程技术研究院 4 新技术、新材料创新及应用3 路面建设与养护主要对策2 道路建设新要求 1 我国道路应用现状汇报内容5 结语 基层水泥混凝土面层多元化路面结构单一刚性路面结构s铺装上层铺装中下层功能层(防水粘结层)柔性基层/水泥砼/半刚性基层高等级公路路面结构演变历程我国道路应用现状路面使用现状交通量增大，重载超载多，面临严重考验早期损坏较多沥青路面主要病害车辙桥面白斑坑槽唧浆坑槽修补不良网裂表面脱落推移、拥包钢桥面铺装主要病害推移、拥包网裂坑槽、裂缝轮迹带纵裂7钢桥面铺装病害成因破坏类型原因分析开裂铺装表面承受反复的、较

2、大的拉应力/拉应变推移、拥包钢板与铺装之间的粘结不足，抗剪切能力不足车辙混合料高温性能不足坑槽混合料抗水损坏、抗剥落性能不足钢板损坏铺装组合防排水设计不足桥隧路面铺装现状受力复杂急弯多坡度大使用环境苛刻病害严重交叉口车辙状况尤为严重城市/干线公路路沥青路面主要病害热拌沥青混合料优点：路用性能好 缺点：环境污染大，能耗大，沥青存在老化冷拌沥青混合料 优点：节能，可储存 缺点：路用性能暂无法达到与HMA相当的性能VS目前沥青混合料生产中存在的问题压实不足4 新技术、新材料创新及研究进展3 沥青路面建设与养护主要对策2 道路建设新要求 1 我国道路应用现状汇报内容5 结语总体目标到2015年，交通运

3、输行业能源利用效率明显提高，CO2排放强度明显降低，绿色、低碳交通运输体系建设取得明显进展。主要指标能源强度下降：8%-15%碳排放下降：10%-16%重点工程（节能推广）温拌沥青铺路技术应用交通建设材料循环利用技术应用 公路隧道节能减排技术改造与应用高速公路服务区和公路收费站节能减排技术改造交通部节能减排“十二五” 规划节约成本提高性能节能环保节约成本提高性能节能环保水泥混凝土桥梁公路桥梁的主要结构形式裂缝几乎不可避免铺装层压实不严、雨水下渗、钢筋锈蚀使用功能结构安全性结构耐久性保证桥面使用功能和结构安全性、耐久性桥面板结构主体防水粘结层桥面铺装层桥面铺装使用要求沥青铺装层抗剪强度要求高桥面

4、铺装厚度薄，铺装层承受荷载大沥青铺装层抗裂要求高桥面水泥砼铺装局部存在微裂缝，裂缝易反射沥青铺装层施工压实性要求高铺装层厚度薄水泥砼铺装表面修复难砼表面微裂缝“三高、一难”公众期望的使用性能安全性与舒适性抗滑性与降噪性 隧道路面的使用要求沥青铺装上层沥青铺装下层功能层水泥混凝土板对策隧道路面施工、运营环境要求 条件封闭、狭小空间空气流动性小，容易污染湿度大，地下水丰富、蒸发慢刚柔组合结构要求减少有害、有毒气体排放少维修，结构组合合理良好的防排水措施水泥板块微裂缝处理良好界面抗剪切能力 桥隧复合式路面结构设计要求良好的抗剪切性能刚柔相济，保证协同受力防止路面推移、拥包、起皮等破坏良好的粘结、防水

5、性能防止隧道路面内各种水分浸入沥青面层防止沥青面层的水损病害 规范规定设计防水层公路隧道设计规范（JTG D70-2004）第15章第15.3.7节明确规定设计防水粘结层。防水层是否需要？ 满足路面功能性需求 提高路面质量 延长路面使用寿命满足环境友好型、资源集约型路面要求节能减排自然和谐科技、生态沥青路面施工、使用要求4 新技术、新材料创新及应用3 路面建设与养护主要对策2 道路建设新要求 1 我国道路应用现状汇报内容5 结语主要病害小结早期损害 病害发生时间：02年 原材料质量粉尘含量高、指标不合理、质量不稳定 混合料设计级配、空隙率等不合理 粒径与层厚粒径大、层厚小 施工离析、压实度不足

6、往往是多因素不合理造成的！早期损害的预防与处治 预防合理的路面结构合理的混合料设计级配稳定 摊铺均匀 压实充分 处治“开膛剖肚”铣刨重铺 4.0cm 改性沥青 13型 68.0cm 改性沥青 20型8cm 普通沥青 25型1820cm 水泥稳定碎石上基层1820cm 水泥稳定碎石下基层20cm 级配碎石/低剂量水稳土基车辙 病害发生时间：25年 外因重轴载、多轴次、高胎压内因原材料指标针对性不够设计方法针对性也不足施工工艺也存在一些问题车辙的预防与处治 预防高性能沥青材料PG76改性沥青新型抗车辙沥青混合料低标号沥青抗车辙添加剂合理的桥面铺装材料合理的施工工艺 处治薄层罩面：超薄罩面结构补强：

7、耐久性高模量沥青混合料再生技术：就地热再生、厂拌热再生反射裂缝 低温、反射裂缝耦合：12年 反射裂缝病害：58年 原因水稳干缩和温缩裂缝低温开裂沥青混合料抗裂性能不足反射裂缝的预防与处治 预防抗裂水稳防反射裂缝夹层应力吸收层抗疲劳沥青混合料 处治高性能裂缝修补材料耐久性沥青混合料罩面4 新技术、新材料创新及应用3 沥青路面建设与养护主要对策2 道路建设新要求 1 我国道路应用现状汇报内容5 结语研究方向及思路耐久、舒适、安全沥青路面研究材料技术施工技术结构研究建设管理新型养护、再生技术新型改性沥青、添加剂及评价功能性沥青路面耐久性沥青混合料特种铺装材料.技术的深入研究、国产化阶段温拌类冷拌冷铺

8、类高性能材料类“十五”时期“十一五”时期“十二五”时期技术引进阶段天然沥青、复合改性沥青类抗车辙、水损害、抗裂类摸索阶段SBS改性沥青类 纤维添加剂类新技术、新材料创新发展历程高性能材料路面的可持续发展环保型材料功能型材料新技术、新材料研究进展长期性能评估？全产业链的节能如何评估？全产业链减排如何评估？探索点需要探索的方面成本如何降低？路面新技术、新材料研发与应用汇总 1）高性能材料混合料类型橡胶沥青、高性能改性沥青（PG76）、高性能乳化沥青抗车辙剂、高模量剂低标号沥青、天然沥青与耐久性高模量沥青混合料 2）养护新材料超薄磨耗层、降噪微表处路面再生技术、高性能裂缝维修材料 3）功能性材料温拌

9、、阻燃、彩色路面、抗凝冰材料、排水性沥青混合料 4）特种铺装材料类型水泥桥面：水性环氧沥青防水粘结层、改性环氧树脂、环氧沥青钢桥面：浇注式沥青混合料、环氧沥青混合料、树脂沥青混合料、高掺量SBS改性沥青5）路面信息化系统1）高性能材料橡胶沥青 干法直接添加、维他连接剂 湿法现场拌合工厂化 颗粒橡胶塑料复合改性主流技术 橡胶沥青（Asphalt rubber）胶粉含量大于15%胶粉为2030目现场拌合 工程应用橡胶沥青断级配沥青混合料AR-AC13S橡胶沥青开级配AR-OGFC橡胶沥青应力吸收层AR-SAMI 橡胶沥青断级配沥青混合料AR-AC13S纳入RPA技术规范级配更加间断，抗车辙性能良好

10、沥青含量高，耐疲劳性能优异，低温性能优良宁常高速 AZ TexasAR-AC13S橡胶沥青开级配AR-OGFC空隙率大于22%，吸声性能优异橡胶沥青含量大于7%，耐久性良好相对于高粘沥青，价格优势明显南京绕城高速橡胶沥青应力吸收层AR-SAMI橡胶沥青洒布温度190210洒布量2.4kg/m2碎石撒布温度150170碎石撒布量：粒径：9.513.2mm，约12kg/m2成品橡胶沥青废旧轮胎资源化生产高性能橡胶沥青和工程化应用成套技术研发及产业化 成品橡胶沥青（CRM）胶粉为3040目工厂化，均匀不离析高温低温性能优于SBS 工程应用应力吸收层半断级配沥青混合料钢桥面铺装成品湿法橡胶沥青特点橡胶

11、沥青共性特点废旧轮胎“黑色污染”再生利用节约沥青等不可再生资源改善沥青路面各项路用性能，延长路面使用寿命成品湿法橡胶沥青个性特点良好的高温存储稳定性，稳定存储可达20天优良的高黏性质，成品湿法橡胶沥青60黏度13000Pas与典型混合料级配（AC、SMA、Superpave）良好的适应性工厂化生产，产量大，质量波动小节能减排，生产能耗约为传统湿法橡胶沥青3040%成品湿法橡胶沥青路面建设成本较低成品湿法橡胶沥青性能混合料性能测试项目单位SMA13SUP20高性能混合料*水稳定性MSo%87.887.496.8TSR%82.882.291.4高温动稳定度次/mm729263507106低温小梁破

12、坏应变275728323704.3成品湿法橡胶沥青混合料性能 成品湿法橡胶沥青SMA13（左）、SUP20（右）和高性能混合料剖面注：*混合料中采用的成品湿法橡胶沥青为改进后的高性能工厂化橡胶沥青，级配为基于SMA13优化后的级配。高温性能突出成品湿法橡胶沥青工程应用成品湿法橡胶沥青工程应用序号工程项目应用类型实施时间1S246交叉口改造工程成品湿法橡胶沥青SMA13+应力吸收层2011年2S239交叉口改造工程成品湿法橡胶沥青SMA13+应力吸收层2011年3润扬大桥钢桥面铺装工程高性能成品湿法橡胶沥青混合料2011年4沿江高速水泥砼桥面铺装工程成品湿法橡胶沥青SMA13+防水粘结层2012

13、年5润扬大桥钢桥面铺装工程成品湿法橡胶沥青SMA132012年6S122宁杭公路改造工程成品湿法橡胶沥青SMA13+SUP202012年S246省道交叉口路段沿江高速水泥砼桥面铺装润扬大桥钢桥面铺装S122宁杭公路改造取代SBS改性沥青或普通沥青，用于典型混合料，铺筑低成本、高性能沥青路面高性能沥青胶结料，用于铺筑特殊要求或功能型路面，如钢桥面铺装、降噪、排水型路面等1）高性能材料高性能改性沥青（PG76）技术途经增加SBS掺量储存稳定性SBS与聚烯烃复配添加其他聚合物高弹沥青高粘度沥青工程应用重交通抗车辙路段沪宁扩建工程超薄磨耗层PG76 改性沥青SMA13 4.0cm PG70 改性沥青S

14、up20 8.0cm 普通沥青Sup25 8.0cm水泥稳定碎石 40.0cm二灰碎石再生层 20 cm土 基高掺量SBS改性沥青SBS掺量：大于10%沥青形态发生改变极佳的弹性、变形能力，混合料高温性能、变形性能好南京四桥钢桥面铺装上面层 高性能改性沥青性能评价缺乏合理高温性能评价指标粘度、G*等指标都不合理建议：多应力蠕变恢复试验1）高性能材料高性能改性沥青1）高性能材料高性能乳化沥青 主要技术要求固含量破乳速度和易性 工程应用超薄层罩面的粘层高层位冷厂再生降噪微表处冷拌混合料1）高性能材料低标号沥青（直溜工艺） 50#沥青：用于高速公路中、下面层 30#沥青用于沥青稳定基层、下面层高模量

15、耐疲劳混合料（法国）浇注式桥面铺装 面临的问题新的性能评价指标体系针对性的混合料设计茂湛二期法国沥青混合料设计方法低标号沥青应用的新方法 旋转压实, 水损害 永久变形能力模量疲劳第一步第二步第三步第四步耐久性高模量沥青混合料 连续级配 硬质沥青15/25#沥青50#沥青+添加剂 低空隙率04% 高沥青用量 高模量、抗疲劳阿尔及利亚东西高速公路高模量、抗车辙添加剂 组成：以废旧塑料为主要成分抗车辙、模量性能提高低温、疲劳有一定的影响部分产品质量不稳定 缺乏评价指标，现有设计方法也有局限性天然沥青 湖沥青、岩沥青高温性能增强不单独使用与基质沥青复合使用与基质沥青相容性好用量高，影响低温性能作为生产

16、低标号沥青的原料50#沥青+添加剂耐久性高模量混合料50#沥青EMEAC20+SBS+添加剂50#沥青AC20沥青含量，%5.64.54.6空隙率，%（毛体积法）0.74%4%AASHTO T283，%89.884.583.1浸水马歇尔试验，%98.492.687.7中国车辙试验，次/mm1137554093945动态模量（MPa，10Hz）1808714338ITSM（MPa，124us）136171028512261静态回弹模量（MPa，/s）5822.01710.41948.8两点弯曲疲劳，10万次141/四点弯曲疲劳次，125307000/低温小梁弯曲，2206.627901172交叉

17、口抗车辙沥青混合料 50号沥青/30号沥青+添加剂+玄武岩抗车辙、抗剪切提升抗滑性能明显改善一层摊铺、易压实通过一年多的使用，性能良好。复合增效剂应用特点三效合一的技术提高混合料路用性能,多功效外加剂提高路面抗车辙能力改善混合料的抗剥落性，提高抗水损害性能提高路面的疲劳寿命，延长路面的修复周期低温施工沥青混合料在较低温度下拌和、摊铺改善压实效果提高PG等级提高改性沥青PG等级 保持基质沥青原有的低粘特性经济性SO282%环保性*NOx43%VOCs19%CO218%压实次数33%能耗*13%复合增效剂适用范围沥青改性-与各种型号的沥青相容。沥青混合料改性适用于不同类型的沥青混合料。抗车辙剂温拌

18、剂2）养护新材料超薄磨耗层 技术特点表面抗滑性能好抗车辙抗磨耗减少雨天水雾及水膜噪音低施工速度及开放交通快 适用场合预防性养护表面性能恢复南京机场高速公路 组成高性能、快速破乳的乳化沥青粘层高粘度沥青开级配混合料沥青60 动力粘度大于30000Pas混合料空隙率大于12% 关键施工工艺乳化沥青撒布集成到摊铺机上乳化沥青加热到70，加速破乳NovaChip复合增效型密级配超薄磨耗层传统薄层的难题降温速度快，可施工时间短材料组成复杂： 温拌剂、抗车辙剂、纤维集料需要定制复合增效型密级配超薄磨耗层设计理念SBS改性沥青+复合增效剂=温拌剂+抗车辙剂（高粘沥青）+纤维特殊级配设计直接采用现有的集料分档

19、复合增效型密级配超薄磨耗层复合增效型密级配超薄磨耗层混合料性能混合料特性MAC10油石比（%）5.4空隙率VV（%）4.4矿料间隙率VMA（%）15.0饱和度VFA（%）70.9动稳定度DS（次/mm）9404低温破坏应变（）2652.6残留稳定度比TSR0（%）89.4冻融劈裂强度比TSR（%）83.8高温性能优异低温性能良好复合增效型密级配超薄磨耗层施工优势添加剂直投、拌和楼无需改造，普通摊铺机、压路机成本与SMA10相当，比Novachip便宜1520%复合增效型密级配超薄磨耗层复合增效型密级配超薄磨耗层复合增效型密级配超薄磨耗层应用方案应用实例：宁杭一期车辙养护和预防性养护方案一：铣刨

20、加铺2.02.5cm方案二：直接罩面2.03.0cmSMA理论橡胶纤维施工级配降噪措施既有问题性能提升使用年限短（2年左右）延长3到5年噪声大（较普通路面噪声高34dB）与普通路面相当耐久低噪技术方案级配优化和调整工艺优化：二次刮板和胶轮碾压增加纤维增加粗胶粉：空隙吸声降噪 阻尼减振降噪筛孔尺寸（mm）9.54.752.361.180.60.30.150.075通过率（%）10070-9045-7028-5019-3412-257-185-15集料级配（MS- 型）2）养护新材料耐久性低噪音微表处碾压后的纤维微表表面层碾压后的类Scratch coat找平层摊铺厚度减至最薄类Scratch c

21、oat找平层64与传统的普通微表处相比，试验路段的车内噪音可降低58dB。技术方案旧路面评价、沥青回收技术各再生方式混合料设计、性能评估技术编制各种再生方式的施工技术指南新型沥青再生剂工程应用冷厂拌再生二次拌合、性能提升宁高改造下面层热厂拌再生高掺量3050%高模量耐久性平衡冷现场再生技术干线公路结构利用提升应用层位热现场再生SMA现场热再生、性能提升2）养护新材料系列再生技术3）功能性材料彩色路面 技术特点功能材料在市政道路中应用前景较好价格高 彩色路面类型彩色沥青色彩的耐久性？宜用于超薄磨耗层彩色改性环氧树脂涂层价格高可与彩色骨料配合使用SR-CP4/CP5型彩色路面A组分B组分少量水搅

22、拌刮涂或喷涂物理化学黏附原路面SR彩路彩色路面养护保艳增强养护技术优势（1）保持原有路面粗构造，为路面提供优良防滑性能。（2）施工简单，实施快速方便。（3）保护下部路面。（4）耐久性好，利于长期保持良好色泽与美观。（5）后续养护维修便利。SR-CP5型彩色ETC诱导路面3）功能性材料温拌技术技术路线沥青发泡降粘技术沸石降粘技术使用沥青降粘剂技术合成蜡类降粘剂或低分子的酯乳化沥青温拌技术制备乳化沥青时使用了特殊乳化剂，成本较高，不能节省混合料的生产成本。未来：成品温拌沥青台金高速苍岭隧道道路“三高”方案专家降温30左右保证压实高能耗高污染高排放典型温拌沥青技术产品产品简介热拌 150180温拌

23、100140技术特点 与各类沥青材料有更好的相容性和溶解分散性。具有抗剥落剂功能，提高混合料的水稳定性。有效改善混合料施工和易性，铺面更均匀密实。均衡改善沥青混合料各性能指标。不改变施工工艺，操作便捷。 技术对比施工温度与热拌沥青混合料相比，施工温度平均降低30左右。 水稳定性提高1.5倍提高1.3倍提高1.2倍抗车辙性耐疲劳性技术对比混合料性能与热拌沥青混合料相比，混合料性能显著提高。初压复压终压前静后振全幅碾压1遍Dynapac CC622 1台各全幅碾压4遍XP301 2台静压2遍Dynapac CC622 1台98（马氏）93%97（理论）压实度技术对比压实方案：温拌=热拌适用范围各等

24、级公路、城市道路、重载路面、机场跑道的新建和维修养护中沥青路面的各结构层。尤其适用于沥青路面建设和维修养护中的薄层罩面和超薄罩面。旧料比例较高的再生混合料。高寒地区沥青路面施工。长大隧道沥青路面铺装。典型工程温拌技术在隧道路面养护中的应用研究温拌OGFC技术在隧道中的应用研究宁高高速温拌路面。瑞赣高速隧道隧道概况峡山隧道，全长2288m于都隧道，全长1895m钟公隧道，全长4285m 4cm 温拌OGFC-13（SBS改性沥青）6cm温拌AC-20（SBS改性沥青）改性沥青下封层+聚酯玻纤布水泥路面 温拌技术存在的问题合理降温幅度的确定方法；缺乏长期的现场性能的评价和验证；能耗和气体释放的评价

25、缺乏定量化的标准，目前许多国家想通过全寿命评价LCA来表征（NCHRP Project 09-47）。3）功能性材料抗凝冰材料缓释盐作为混合料的组成成分，耐久性有待验证冰雪前撒布：适用于冰雪频率较低粗颗粒橡胶粉自应力被动除冰混合料的耐久性需要验证适用范围温度高于-6 3）功能性材料排水性沥青混合料高粘改性沥青PA排水路面（Porous asphalt）属于结构层设计60动力粘度大于50000 Pas；沥青含量4.54.8%，沥青膜较薄，相比于橡胶沥青OGFC更容易导致掉粒。 4）特殊材料浇注式沥青混合料 组成与技术特点湖沥青+直馏沥青改性沥青沥青含量：7.5% 8.5%施工温度：220260缺

26、点：高温性能不足 工程应用：江阴长江大桥南京四桥、泰州大桥4）特殊材料环氧沥青混合料 技术特点孔隙率小于3%；强度与力学性能均较高，对温度的敏感程度较低；受成型温度、时间等因素影响大，对施工质量、控制体系的要求高。 典型工程南京二桥崇启大桥产品美国、日本、国产4）特殊材料冷拌树脂-沥青混合料 技术特点冷拌环氧树脂、沥青、集料组成用于钢桥面铺装下层施工控制简单 典型工程杭州湾匝道桥江东大桥嘉绍大桥润扬大桥维修冷拌类钢桥面铺装类型85ERG环氧树脂碎石薄层罩面直接环氧灌缝CRS冷拌树脂混凝土坑槽修补ERS铺装V型环氧砂浆灌缝4）特殊材料水性环氧沥青防水粘结层 薄膜类防水粘结层（二阶段反应）崇启大桥S221跨线桥施工设备：智能沥青洒布车准备工作：采用抛丸法去除混凝土桥面的浮浆及杂物，去除深度1-3mm，露骨率20%，然后用高压水冲洗干净，晒干。常温洒布（冷用）洒布用量为0.9kg/m2-1.0 kg/m2抗剪抗拉拔强度优良水性环氧沥青防水粘结技术材料