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天津市市政工程质量检测中心

天津市交通科学研究院——天津市市政工程质量检测中心

 
 
 

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天津市市政工程质量检测中心隶属于天津市交通科学研究院(原天津市市政工程研究院,2015年4月起更名),为独立事业法人单位,是从事市政、公路、桥梁、房建工程材料和实体的质量检测、鉴定验收、法律仲裁、技术咨询的综合性第三方专业检测服务机构。

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路面快速养护技术的发展趋势  

2014-05-15 09:21:54|  分类: 道路工程 |  标签: |举报 |字号 订阅

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路面快速养护技术的发展趋势

(徐剑 王随原 李峰 秦永春 交通运输部公路科学研究院) 

  1前言

  公路维修养护作业,目的是为了保持和提高公路服务功能,但是养护作业本身却会对正常行车产生较大影响,社会反响大,舆论压力大。尤其是对于交通 流量大、行驶车速高的高速公路而言更是如此。目前高等级公路的频繁维修所带来的交通延误和通行能力下降的问题非常突出,由此引发的交通安全问题和路网畅通 问题山一直困扰着交通管理部门。最大限度缩短公路维修养护作业时间,实现维修养护作业的及时、快速、安全、可靠,减轻路面维修养护施工对正常交通的干扰, 提高国家公路网服务能力,保障国家公路网“快速、高效和安全”的运行,是实现公路事业“又好又快发展”的迫切要求,是当前和今后一段时期我国公路养护技术 发展的重要研发方向。

  为推动路面快速维修技术的发展,交通运输部西部交通建设科技项目立项开展了《沥青路面快速维修技术及装备研发》,由交通运输部公路科学研究院、 云南云岭高速公路养护绿化工程有限公司、湖南三一路面机械有限公司、北京市首都公路发展集团有限公司、新疆心路科技有限公司、哈尔滨工业大学等单位承担, 旨在研究开发高效快速的路面养护和维修新技术,形成针对特殊要求的路面高效快速性养护维修新型材料、工艺和设备成套技术,缩短公路养护和维修的时间,保障 国家公路路网“快速、高效和安全”的运行。本文结合该研究项目,对路面快速维修技术的发展方向进行论述。

  2技术思路

  从路面维修技术和工艺的角度讲,要实现“快速”,主要有三种途径:一是采用预制工艺,从而简化路面现场施工工序;二是使用能够快速形成强度的材 料,缩短封闭交通养生的时间。从路面结构的角度分析,路面结构山面层和基层组成,面层的维修可以划分为局部病害修复和整幅罩面两类,而基层的维修则可以划 分为局部挖补和大段翻修两种类型,实现路面快速维修就是要实现这四种维修方式的快速化。

  为此,我们研究确定了早强水稳基层、水泥混凝土预制拼装、地毯式路面、树脂类路面、压缝带、高效冷补料、微表处、快硬水泥混凝土现浇工艺等八个 技术发展方向,并将前面五项技术作为项目研究内容。此外,快速维修技术也有适用条件和范围,并非包治百病的“万能药”,为此我们还将实施快速修复的路面病 害、状况和分级标准作为重要内容,统领各项快速维修技术的开发。

  3国内外相关技术研究十青况

  3.1局部病害修复

  (1)冷补料。冷补沥青混合料是坑槽快速修复最常用材料之一。冷补料分为以下几类:①以乳化沥青作为胶结料的混合料。用作冷补材料的乳化沥青与 普通乳化沥青不同,其油水比较大,贮存稳定性要求较高。一般不能长期贮存,混合料的强度形成需要一定时间且强度较低,温度较低时尤其如此,负温条件下不便 使用。再者,生产这种乳化沥青要求有较高的技术水平,技术环节多并且不易掌握。②以聚合物预聚体为主要添加剂的混合料,价格一般比较高。这类混合料的技术 性能主要依赖于预聚体的种类及其固化方式。由于混合料中的胶结料含有比例较高的轻质油分,所以其贮存稳定性较好,但是会对混合料的强度和耐久性带来不利影 响。③以轻质油分稀释沥青作为胶结料的混合料。加工生产较为方便,无需特殊技术,贮存性和施工和易性良好。由于轻质油分挥发缓慢,所以混合料成型之后的强 度低,在行车荷载作用下易飞散。

  (2)快硬水泥混凝土材料。采用普通水泥混凝土现浇方法对水泥路面进行换板,一般需要14天以上的养生后才能开放交通。为了克服普通水泥混凝土 强度增长慢的缺点,大量的快硬混凝修复材料应运而生。从国内外的应用情况来看,采用快硬材料虽能实现早强,但也存在一定的不足。有的凝结时间过短(甚至在 3~5min就发生凝结),没有足够的施工操作时间;有的存在后期强度倒缩问题,即强度变得越来越低;有的要求养生条件苛刻,在恶劣的气候条件下,材料的 适应性差,施工难度很大,或根本无法施工,甚至会影响强度的发展,特别是甲-期强度的形成,严重的会造成修复火败,这是制约其发展的不利因素。

  (3)水泥混凝土预制拼装。将混凝制的养生置于后场的预制阶段,在施工现场进行板块拼装,并对接缝进行适当的处理,以保证路面

  平整度和接缝的可靠传荷,这样就能从根本上解决水泥混凝土强度增长缓慢而同时要求施工结束后快速通车这一矛盾。美国运输研究中心、日本港湾空港 技术研究所等对预制拼装技术进行了大量研究,我国的广东、河北、湖南、云南等地也曾尝试使用过预制拼装工艺。实际应用表明:预制拼装修复技术是所有快速修 复技术中州时最短、占用道路面积最小、对交通影响最小的一项实用技术,是真正意义上的无阻碍交通快速修复,代表着路面快速养护的发展方向。但是预制拼装技 术的关键技术仍需要进一步研究,如板体的预制精度,预制拼装板吊装环的形式及设置位置、灌浆孔道的布置,基层快速找平技术、接缝的连接处理问题等。

  (4)压缝带技术。压缝带(也称贴缝带、填缝带)是—种中新型裂缝修补材料,压缝带可分为自粘式和热粘式两种类型,主要原料由橡胶沥青和纤维材 料构成。压缝带的工作原理是通过外力挤压带状材料封闭裂缝,类似于路面裂缝“创可贴”。采用压缝带技术,不需要对路面裂缝进行开槽,只需对裂缝表面进行简 单的清扫即可,具有很高的工作效率,而且不会产生开槽引起的次生病害。因此,压缝技术较好地弥补了灌缝技术的不足,成为近年来兴起的一种新型裂缝快速修补 方式。目前,国内已有—些压缝带的产品,但是,我国还没有制定路面裂缝压缝带的产品标准,没有相应的试验方法可用于评价压缝带的路用性能,压缝带产品的质 量参差不齐。

  3.2整幅罩面技术

  (1)预制式沥青路面技术。工厂预制现场安装工法是土木结构施工技术的重要发展趋势。沥青路面的预制现场安装技术难度大,国内外相关研究很少。 1996年荷兰公共设施和水利工程管理局启动了一项研究计划,其中一部分就是模块化路面铺装技术。参与该计划的Dura Vermeer—Intron公司开发了Rollpave产品利技术,该技术特点是预制柔性可卷放的沥青路面铺装层,施工时则在现场如铺开地毯一样铺设安 装,从而快速完成施工并迅速开放交通。

  2001年,荷兰DeBrink附近的A50公路修筑试验段,铺装层厚度为3cm,预制的沥青路面铺装层能快速与基层粘结,试验在跟踪观测中。 在荷兰Hengelo附近的A35公路也修筑了试验路。此技术为路面铺装施工和罩面修复提出了一种全新的思路,尤其是在高性能胶结料、路面材料耐久性和接 缝联结等方面值得进一步研究和探索。我国对此类技术的研究还属于空白。

  (2)树脂类混合料路面快速维修技术。以环氧树脂为代表的树脂类结合料因其强度高、韧性好,抗腐蚀、耐老化、耐疲劳、感温性能好、耐水损,施工 养护时间短、早期强度高等优点,广泛应用于桥面铺装以及公路和桥梁构件的快速修复。日本北海道大学在20世纪70年代已经对环氧沥青混合料的配制、模量、 应力松弛性能、破坏性能等进行了研究。后来荷兰、日本、美国等国企业有环氧沥青专利商品出售。国内对环氧树脂沥青的研究起步较晚。上海市政工程管理处和同 济大学1992年至1995年期间研究了环氧沥青混合料的配制原理、配制方法、物理力学性能等,但这项研究没有延续下去。1997年东南大学引用美国环氧 沥青技术,成功将该技术应用到南京长江第二大桥南汉桥钢桥面铺装。然而以环氧树脂为代表的树脂类结合料生产配制技术复杂(在国外多屈专利),且造价昂贵, 限制了其在路面工程中的应用。

  3.3水稳基层快速修复技术

  半刚性基层是我国路面结构中最具有特色的…种路面结构层,在我国得到了广泛的应用,而国外应用较少。半刚性基层材料需要较长时间进行养生,加快 材料的养生成型速度是实现半刚性基层材料修复快速化的重要措施。近十年来,国内开展了一些研究工作,研制开发了一系列快速修补材料,主要包括以下四种类 型:一是有机聚合物粘结剂,如环氧树脂、改性树脂、“S101”道路修补剂,这类材料适用于水泥混凝土路面裂缝的灌浆粘接。二是聚合物水泥砂浆,该类材料 适川于麻面、露骨、错台等病害的薄层结合式罩面修补。三是掺外加剂的混凝土,该类材料适用于水泥混凝土路面的碎裂、断角、沉陷等病害的局部换板修补,但价 格较贵、掺量较大,经济效益不理想。四是特殊水泥配制混凝土。随着水泥技术的发展,除常规的早强水泥,各种新型特种水泥相继出现,如高铝水泥、快硬硅酸盐 水泥、铁铝酸盐水泥、硫铝酸盐水泥等,在混凝十路面的快速修补中得到了应用,用这些新型特种水泥配制的混凝土可在12-24h满足开放交通的要求。但由于 特种水泥生产需要特殊的生料配方以及制造工艺,不具备大范围推广的特性,且有研究表明部分特殊水泥修补的路面后期强度会出现一定程度的倒缩,所以其使用受 到一定限制。

  4重点研发方向与关键技术问题

  经研究分析,我们将预制沥青路面材料与施工技术、早强半刚性基层修复材料开发及应用技术、基于树脂类混合料的路面快速维修技术、水泥混凝土预制 拼装板快速维修技术、路面裂缝粘贴式快速修补技术、快速修复适用范围等作为交通运输部西部交通建设科技项目《沥青路面快速维修技术及装备研发》的主要研发 方向。

  4.1预制沥青路面材料与施工技术

  该项快速修复技术需要研究突破以下关键问题:①地毯式预制沥青路面高性能胶结料研究。研制开发高弹性沥青,改善沥青的温度敏感性,与粗、细集料 混合后具有柔性和高弹性可卷起放置,可实现快速现场铺设。②地毯式预制沥青路面混合料组成设计与性能研究。研究适当的试验方法,评价预制成型的沥青铺装层 柔性与弹性,使之可以弯曲卷成地毯形放置,评价经过弯曲荷载后的预制铺装层的路用性能,并研究材料组成的设计方法。③地毯式预制沥青铺筑层制备技术研究。 设计相应的机械设备,试验地毯式预制沥青路面工厂化的制备技术。④预制沥青路面现场安装铺装设备与施工技术研究。选择合适的工程机械,进行适当改造,研究 铺装地毯式预制沥青路面的施工装备。⑤预制沥青路面与—卜承层层间、施丁接缝间的快速联结技术研究。以化学反应粘结加机械构造联结的方法,研究地毯式预制 沥青铺装层纵缝、横缝处的快速联结方法。⑥地毯式预制沥青路面结构承载特性研究与耐久性检验。

  4.2早强半刚性基层修复材料开发应用技术

  该项快速修复技术需要研究突破以下关键技术问题:①复合型早强阻裂剂的研发。研发出水泥稳定丛层专用的、早期增强的复合型早强阻裂剂,研究不同 配方对水泥物理力学性能、水泥稳定基层相关性能的影响以及早强阻裂剂的作川机理。②早强抗裂型水泥稳定碎石的材料组成设计。开展早强抗裂型水泥稳定碎石的 级配设计研究和复合型早强阻裂剂的掺量优选研究。③早强抗裂型水泥稳定碎石的路用性能研究。基于材料组成设计结构,对比研究普通水泥稳定碎石、掺通用早强 剂的水泥稳定碎石以及掺复合型早强阻裂剂的早强抗裂型水泥稳定碎石的各项路刚性能,并确定早强抗裂型水泥稳定碎石的相关设计参数与性能指标。④早强抗裂型 水泥稳定碎石快速施工工艺研究。主要包括早强抗裂型水泥稳定碎石的强度延迟与早强形成的匹配研究,早强抗裂型水泥稳定碎石常规修复施工工艺研究,早强抗裂 型水泥稳定碎石—沥青混合料一次碾压成型施工工艺研究。⑤早强抗裂型水泥稳定碎石快速施工技术在不同典型区域的示范性应用和检验。

  4.3基于树脂类混合料路面快速维修技术

  该项快速修复技术需要研究突破以下关键技术问题:①适合道路冷拌使用的树脂类有机结合材料开发。研发配制新型树脂类有机结合材料,进行针对材料 性能的配比试验研究,最终形成拥有自主产权的树脂类结合材料产品。②树脂类混合料材料性能研究。系统进行树脂结合混合料或树脂沥青结合混合料的设计试验研 究,包括混合料配合比设计、混合料各项力学性能和路用性能研究以及施工和易性的研 究。③树脂类混合料用于快速养护维修的路面结构设计研究。通过力学分析,研究验证其破坏标准和设计标准,并基于我国现行设计体系对树脂类混合料路面结构组 合和厚度设计进行研究。④树脂类混合料施工技术及质量检验评定标准研究。根据材料的强度形成机理、环境对强度增长的影响,系统研究并论证其施工关键控制技 术,保证施工和易性,形成关键施工技术和质量检验评定标准。⑤树脂类混合料的路面寿命周期经济分析。

  4.4水泥混凝土预制拼装板快速维修技术

  该项快速修复技术需要研究突破以下关键技术问题:①水泥混凝土预制拼装板在道路养护中的应用领域研究。②预制拼装养护方案设计研究。在预制拼装 养护方案设计中,研究最佳养护时机及养护路段的选择策略;研究正常路段、弯道与超高段等特殊路段的预制拼装板几何尺寸设计;开展预制拼装板平面尺寸设计与 配筋技术的研究,吊装件预制与养生技术以及预制水泥混凝土路面接缝设置技术和传荷能力的研究。③破坏路面清除工艺研究。针对破坏路面的病害情况,研究合适 的切割技术使得清除旧板块时对保留板块影响最少;研究合适的铣刨技术使得原有沥青路面满足预制拼装施工;同时研究相关施工组织管理方法使得旧板或废混合料 能够快速运出工作区。④预制拼装施工工艺研究。包括基层快速整平技术研究,预制拼装板吊装精度控制技术研究,交通组织、工作区分配和吊装技术研究。⑤预制 拼装施工后处理技术。研究合理的快硬水泥混凝土砂浆和水泥混凝土材料进行导向槽封堵和板底封堵,以保证及时通车。研究对局部区域表面精铣刨技术,以达到理 想的平整度。

  4.5路面裂缝粘贴式快速修补技术

  该项快速修复技术需要研究突破以下关键技术问题:①路用压缝带的性能评价方法及技术要求。针对橡胶沥青密封材料进行锥入度和软化点试验:研究确 定流动试验和低温拉伸试验方法,针对压缝带进行流动和低温拉仰试验。②高性能路川压缝带的研发。压缝带的主要原料由橡胶沥青密封材料和纤维材料构成,橡胶 沥青密封材料应具有良好的高温稳定性和低温延展性,纤维材料应具有较高的沥青吸附能力和良好的变形能力。此外,需要通过开发合适的添加剂以保证压缝带粘结 面的粘结能力。③压缝带产业化设备的开发。开发产业化压缝带生产设备,以保证压缝带的质量稳定性,形成批量生产能力。④裂缝修补技术现场性能研究。进行路 面裂缝修补试验路,对比灌缝技术和压缝技术的施丁效率、经济效益和路用性能。

  4.6快速修复适用范围的研究

  根据路面使用状况和病害调查数据,结合国内外已有的高等级公路路面病害、状况和分级标准,制定针对快速维修路面的病害、状况和分级标准,为快速 维修技术的选择提供参考。同时选择西北干旱地区、黄土湿陷地区、东北冰冻地区、南方高温多雨等特殊地区,对路面快速维修技术的应用实施效果进行跟踪评价, 确定具体快速维修技术的适应条件。

  5结束语

  开展路面快速维修技术研究,形成具有自主知识产权的路面快速维修技术、材料和装备,有助于保障公路基础设施巨额国有资产的安全和投资效益发挥, 有利于确保公路结构安全,提高养护效率,延长大中修周期,最大限度满足人民群众安全便捷出行需要,具有广阔的市场需求和推广应用领域。

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