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微表处在叶信高速公路路面养护中的应用

来源:石油沥青厂家   发布时间:2018-10-22   点击量:941

石油沥青路面

沪陕高速公路叶信段,东接安徽省六安,终点止于信阳市北国道107线,全长185.4km,于2005年12月全段竣工通车,至今运营已有10多年。随着通车年限的不断增长,该段路面平整度指数下降较大,部分路面破损率较高,出现了不同程度的裂缝、坑槽、松散剥落、沉陷、车辙、拥包、修补不良等多处路面病害现象。为了延长路面使用年限,同时,为了提高行车安全与舒适度,采用微表处对其路面进行治理。微表处主要起防水、防滑、抗磨耗和改善路面平整度及路面外观的作用,已广泛应用于高速公路路面的预防性养护。微表处是一项涉及改性乳化沥青特殊性能要求、矿料选择及级配优化设计、精确计量的摊铺机械及现场稀浆混合料是否满足微表处要求等综合复杂技术,并受多环节控制和气候路况等自然因素影响的系统工程。该文结合沪陕高速叶信段微表处施工实践,对其施工关键技术进行探讨。


微表处配合比设计

改性乳化沥青制备

沪陕高速叶信段微表处工程改性乳化沥青主要材料为:中海泰州70#沥青,乳化剂采用天龙化工CmK-20,改性剂为SBR。为了使改性乳化沥青具有较好的路用性能,该文分析SBR掺量对沥青性能的影响,确定SBR的合理掺量。

可以看出:随着SBR掺量的增加,改性沥青的温度敏感性、软化点、针入度等指标性能得到提高;但当掺量大于4%后,改性沥青的性能提高较为有限。基于SBR掺量对改性沥青性能的影响,结合经济性,该文采用掺量4%的SBR改性沥青。

沥青的选择除满足最终使用性能外,还应满足乳化要求,沥青与改性剂要有良好的配伍性,乳化剂与改性剂匹配不当有可能达不到乳化改性的目的。另外改性剂掺配工艺也是影响改性乳化沥青性能的因素之一。

集料活性及级配选型技术

(1)集料活性与处置。在叶信高速公路微表处施工中,发现新开采石料的活性较强,而表面活性较强的矿料,在拌和及摊铺过程中容易过快破乳析出。针对这一情况,可利用水的电化学性,降低新破碎石料的表面活性,散失部分表面电荷,防止在微表处现场摊铺过程中出现早期破乳。该文通过加水降低石料活性。

可以看出,随着加水量的增加微表处的可拌和时间逐渐增加,表明通过加水的方式可以有效降低碎石的活性,提高微表处的破乳时间。规范要求微表处的可拌和时间不低于120s,加水量超过10%时微表处可拌和时间符合要求,过多的加水量会提高处治造价,因此加水量宜取10%。

(2)集料级配选型技术。一般情况下,交通量较大的路段采用偏粗的级配,在交通量较小的路段级配可适当偏细;对于有微型裂缝需填封路段应选择较细级配;由于粗集料散失造成路面麻面时应选择较粗的级配,由于粉性集料散失造成路面麻面时应选择细的级配。在炎热地区,选择较粗级配,在多雨地区选择偏细级配。基于工程特点,设计了3种级配。

可以看出:随着级配的变粗,微表处的摆值与构造深度逐渐提高,说明级配对微表处抗滑性能影响显著。随着微表处使用期延长,最初外观表现较好的细级配微表处出现抗滑能力降低的问题,而最初表观粗糙的微表处不仅外观效果变得美观而且保持了良好的抗滑性能。针对沪陕高速叶信段交通量大、重载多的特点,宜采用抗滑性能较好的3#级配。

路用性能评价

(1)湿轮磨耗试验及负荷车轮试验采用湿轮磨耗试验确定微表处混合料的最小沥青用量,制备不同乳化沥青用量的微表处试件,浸水1h后,测定其湿轮磨耗值。采用负荷车轮黏附砂量试验确定微表处混合料的最大沥青用量,制备不同乳化沥青用量的微表处试件,测定其砂黏附量值。

可以看出:①随着乳化沥青用量的增加其磨耗值逐渐减小。国际稀浆封层协会规定微表处浸水1h湿轮磨耗值不大于540g/m2,这就要求设计微表处的乳化沥青含量不小于8.8%;②随着乳化沥青用量的增加其磨耗值逐渐增加。国际稀浆封层协会规定微表处砂黏附量值不大于450g/m2,这就要求设计微表处的乳化沥青含量不大于10.9%。

(2)最佳沥青用量确定根据湿轮磨耗试验和负荷车轮试验结果。

可知:取两条曲线的交叉点处对应的乳化沥青用量作为最佳乳化沥青用量,由试验结果可以确定乳化沥青最佳用量为10.2%。

微表处施工过程质量控制技术

原沥青路面处理技术

对微表处施工原路面进行铣刨处理的主要目的是处理原路面表面病害,形成一个新的底平面,通过微表处填充,改善路面外观,提高路面平整度。其适用于原路面裂缝、网裂、松散、车辙等病害轻微且平整度不达标的需改善上表层使用功能路面。如果原路面贫油、光面,主要目的是预防性养护,提高抗滑性能,改善使用功能,可不予铣刨。不铣刨的路面如果太光滑,微表处施工时混合料无法较好挂料,造成不能很好地与原路面黏结,开放交通后易造成大面积脱落。

铣刨路面进行微表处填充,下面有一定的构造深度和纹理。与不铣刨微表处对比,铣刨后微表处因纹理处的摩阻作用,有利于微表处混合料与原路面的黏结,其耐久性较好。铣刨后路面必须干净、无杂物,洒布黏层油更有利于微表处与原路面的黏结。铣刨后的纹理深度不能过大,在微表处摊铺厚度不够或秋末季节施工,经历低温天气等不利条件下,因铣刨纹理的剪切作用,会导致微表处大面积松散、脱落。基于以上分析,沪陕高速叶信段微表处工程对原路面采用铣刨处理。

高温天气下施工控制措施

微表处摊铺气温越高,破乳成型时间越短;微表处在7月份施工,气温高达40℃,地表温度60~70℃。施工过程中出现微表处混合料因乳化沥青破乳速度快而造成施工困难。因高温产生的破乳快带来3种不利后果:①混合料在拌缸就破乳,导致铺不出;②即使强制拌出摊铺,因混合料会产生局部破乳,形成油膜反而影响层内水分蒸发,无法及早开放交通;③所谓“假破乳”,即拌和后也能进行摊铺,实际上改性乳化沥青与矿料中的细集料和矿粉破乳黏结,而粗集料未正常黏附乳化沥青。在此情况摊铺的路面成型慢,即使勉强成型开放交通,也存在着成片脱落的风险。

叶信项目为适应高温天气采取了如下措施:①改变复配乳化剂组成比例,提高复配乳化剂中破乳慢的材料使用比例;②添加缓破剂;③减少消石灰用量;④中午极端高温时段对路面预洒水,降低地表温度。

混合料拌和技术

微表处工程根本目的是将改性乳化沥青、矿料、填料、水等经设备拌和成“浆”摊铺到路面上。最优质的稀浆混合料应达到稠度适当、油石均匀、色泽一致,不跑浆、不破乳、不离析。稀浆混合料要具有良好的和易性。

混合料过于黏稠,易造成破乳过早,并影响平整度,还会在刮平器作用下留下刮痕。如果过稀则混合料会离析,造成乳化沥青无法将骨料裹附并黏牢在原路面,导致黏结力下降,开放交通后,表面泛油,造成大面积脱粒。混合料拌和时要保证具有良好的和易性,措施如下:①微表处配合比设计:矿料级配中的0.075mm通过率显著影响混合料的成浆状态,成浆状态不佳时可调整级配,增大细料和矿粉用料。水泥、消石灰的合理使用对成浆状态有调整作用。改性乳化沥青与石料有最佳的拌和时间,是保持正常浆状的前提;②稀浆封层设备:稀浆封层设备性能优良、自动化程度高,能精确、准时将改性乳化沥青、集料、水等按设计配合比进行拌和;③施工现场操作手的熟练程度:优秀的操作手不仅能熟练操作设备,且能根据现场情况,判断稀浆稠度是否最佳并即时微调拌和比例。

混合料摊铺技术

摊铺过程的稠度是保证摊铺质量的关键。稠度由混合料自身稠度和施工环境共同决定;在混合料组成一定的情况下,稠度受温度、路面干湿程度等影响;因此,根据施工环境情况,适当调节混合料的用水量,以保证混合料在摊铺过程中稠度合适。外加水量过少,拌和时的和易性及均匀性等都受影响,甚至拌和不出浆。外加水量过大,会引起破乳时间过长和摊铺过程中流淌等不利情况。因此,外界温度、路面温度、材料温度或外加水量变化时,微表处追求的稠度标准是不变的。

混合料碾压技术

通常情况下,微表处不需要碾压。而有人主张微表处应采用胶轮压路机碾压,其理由是可挤水、大颗粒石料嵌挤在路面封层中,可减少噪音,提前开放交通。为验证胶轮压路机碾压的可行性,沪陕高速叶信段设计了200m微表处压路机碾压试验段。微表处摊铺受路况、厚度、气温影响,碾压时机不易把握。如原路有车辙、凹陷造成厚度不均,厚的地方上面破乳、下面未破乳。在同一横断面因厚度不均,碾压时机掌握不好时会出现黏轮现象,严重损坏微表处表面。在试验段碾压过程中发现,微表处出现黏轮现象;即使未黏轮的路面,碾压后与不用压路机的微表处路面无明显变化。

微表处性能检测

为了评价铺筑的微表处性能,对通车1个月后的微表处进行了抗滑和渗水性能测试。

可知:通车1个月后,铺筑的微表处的摆值、构造深度均满足《微表处和稀浆封层技术指南》的要求;渗水系数为零,说明微表处具有较好的防水效果。

结语

微表处材料的选择及稀浆混合料配合比设计能否满足路面使用功能和摊铺作业需要,是微表处施工技术的关键,是微表处施工成功之本;稀浆摊铺设备的性能、操作人员的熟练程度、摊铺现场能否根据气温、环境等因素变化即时调整技术方案,是微表处施工成功的重要保障。

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