大粒径透水性沥青混合料柔性基层技术应用与探讨

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大粒径透水性沥青混合料柔性基层技术应用与探讨

山东茂隆新材料 2021-02-25 1599


1. 概况

  1.1国道104济南至五峰段老路面结构为15cm水稳砂砾+15cm水稳碎石+24cm水泥砼路面,老路面宽度不同段落分别为22m和18m,新改建路面结构为:旧水泥砼路面经碎石化处理后上覆22cm的沥青路面,新改建路面为宽32.5m、双向八车道的城市快速主干道,老路双侧分别加宽5.25~7.25m,加宽段路面结构为15cm水稳砂砾(或碎石)+15cm多孔隙水稳碎石+15cm水稳碎石+12cm大粒径透水性沥青混合料+6cmAC-20改性沥青砼+4cmAC-13抗滑表层;砼路面碎石化后路面结构:12cm大粒径透水性沥青混合料+6cmAC-20改性沥青砼+4cmAC-13抗滑表层。其路面改建结构图见图1。图1路面改建拓宽结构图1.2整段路(20.3Km)最终改建为双向八车道的城市快速主干道,将长清区大学城与济南市区连成为一个整体。为确保此段路改建后的使用效果和路面寿命,业主在设计方案上进行了多次优化,最终确定了改建方案,即重点采用了碎石化处理旧水泥砼路面、大粒径透水性沥青混合料和多孔隙水泥稳定碎石中基层三大技术。旧水泥砼路面拓宽改建为沥青砼路面,所面临的主要问题:一是如何改造旧砼路面,方案中碎石化工艺解决了此问题,且“变废为用”,节约了资源,减少了环境污染和少占用过多的垃圾存放场地;二是如何解决半刚性基层的反射裂缝问题;三是如何把结构层间的水排出去,防止沥青路面在重复荷载作用下的水损害,做到 “疏导”路面结构层间水的目的,改建方案中的大粒径透水性沥青混合料不仅起到了应力吸收的作用,而且和多孔隙水泥稳定碎石起到了排除路面结构层间水到路面以外的作用,是路面整体排水系统的一部分,其自身较高的强度又达到了“抵抗”变形的作用。以上技术尤其是大粒径透水性沥青混合料在本路的应用实践,将对公路拓宽改建产生深远的影响。本文将重点介绍大粒径透水性沥青混合料在104国道的应用,以及对目前应用过程中存在的问题予以探讨。

  2. 大粒径透水性沥青混合料柔性基层作用和设计

  大粒径透水性沥青混合料(Large Stone Porous Asphalt Mixes,简称LSPM),是一种新型的沥青混合料,通常由较大粒径(25~62mm)的单粒径集料形成骨架,由一定量的细集料形成填充而形成的骨架型沥青混合料,用作路面结构的基层使用。本工程把LSPM作为柔性基层来考虑。 本工程为了确保改造后路面的使用寿命,采用12cm大粒径透水性沥青混合料+6cmAC-20改性沥青砼+4cmSMA-13抗滑表层,总厚度达22cm。路面结构层总厚度比较厚,前期建设投资较大,但路面使用寿命长,后期养护费用低,从全寿命周期成本考虑还是值得推广的。

  2.1LSPM柔性基层的作用

  2.1.1LSPM实际上是为了进一步吸收砼路面结构所产生的集中应力而设置的一层沥青路面柔性基层,其作用是由于空隙率较大(13~18%),沥青含量低,其弹性模量较低,混合料中存在较大连贯空隙,具有较强的抵抗反射裂缝的能力,从而延缓了柔性路面的使用寿命;同时由于大碎石的骨架结构和大孔隙率,使破碎后的旧砼板块之间的集中应力在大碎石的孔隙中被消解分散,达到了最终解决“反射裂缝”上延的目的。

  2.1.2由于沥青路面渗透性的存在,路面结构层间水常常导致高等级公路的过早水损坏,所以LSPM的大孔隙同时起到疏导、排除路面结构层间水的作用,所以改建后的LSPM作为路面排水层来使用。

  2.1.3由于粗集料形式是完整的骨架嵌挤结构,具有较强的抵抗车辙变形能力。

  2.2LSPM柔性基层与其他基层的技术经济比选。旧水泥砼路面经碎石化处理后,可以采用的基层类型是比较多的,一种是水泥稳定碎石基层,例如:本路个别路段因为调坡的原因致使加铺层过厚,从而采取碎石化后加铺20~40cm的水稳碎石基层,其上又做了12cm大粒径透水性沥青混合料(不经济),第二种是级配碎石基层,例如:104国道泰安段为降低造价在辅道处设置级配碎石基层;第三种大粒径透水性沥青混合料柔性基层;以及三种基层的组合。几种主要基层类型的经济效益及优缺点比较见

  大粒径透水性沥青混合料作为柔性基层,具有排水及减少反射裂缝的优点,虽造价高,但效果明显。

  2.3LSPM柔性基层的设计。本文以LSPM-30为例简要介绍设计方法及主要控制指标。

  2.3.1LSPM柔性基层的设计采用体积指标,沥青膜厚度以及混合料性能指标来控制,最大粒径30mm,大碎石应力吸收层要求采用MAC-70#改性沥青。其目的是根据MAC改性沥青的抗高温、抗水(油)损害和耐老化的性能特点而选择的。

  T0605由于大粒径透水性沥青混合料要求13%-18%的空隙率,所以沥青膜的厚度大小对大粒径透水性沥青混合料的耐久性是相当重要的,所以要求厚度大于12μm。

  2.3.2级配设计主要是根据开级配沥青混合料设计的大量实践经验,同时参考美国NCHRp.Report386和贝雷级配选择的理论与实践,通过级配的优选和混合料设计比较确定的。所设计的级配主要是保证混合料粗骨料相互嵌挤,同时提供一定的矿料间隙率使混合料的空隙率满足排水的要求。

  2.3.3最佳沥青用量的确定。用优选的级配进行2.5、3.0、3.5 3个沥青含量的大马歇尔击实试验,试件的毛体积密度用计算方法确定。最佳沥青含量综合孔隙率、沥青膜厚度、析漏、分散损失等指标进行确定,最大理论密度采用计算法(与现行规范的计算方法相同)。

  随空隙率的增大,渗水效果有明显上升和突变过程,本工程混合料设计和施工时空隙率要求在13~18%,否则空隙率过小,渗水效果达不到理想的目的,造成路面结构层内渗水很难排出;空隙率过大,则大粒径透水性沥青混合料的耐久性受到影响,所以检测渗水效果相当重要,渗水试验方法采用美国ASTMPS-01规范标准,所用的仪器为无侧向渗水仪。渗水系数的大小反映沥青混合料试件的相对渗水能力,本次设计的渗水试验结果为0.2cm/s,该指标满足基层排水要求。

  3. 大粒径透水性沥青混合料(LSPM)柔性基层有关问题探讨

  3.1施工时的离析问题。由于大粒径透水性沥青混合料(LSPM)柔性基层为开级配的沥青混合料,所以大碎石在卸料、运输、送料、蜗轮传送、收料仓收料的过程中无法避免沥青混合料产生离析,而且通过实际施工观察,离析的程度相当严重。离析所带来的危害是相当多的,例如:(1)粗集料过于集中造成大粒径透水性沥青混合料(LSPM)柔性基层的骨架嵌挤结构被破坏,改变了原设计的大碎石配合比,造成受力性能和排水效果降低;(2)容易造成集料碾压成型后,此层路面松散,破坏了此层路面的结构强度,以及使用寿命;(3)在同样的压实功作用下,离析处的碎石容易被震动压路机震碎,改变了级配和该层路面的联结强度,影响路面的使用寿命。离析是由大碎石的固有级配特性所决定的,要改善离析所产生的危害,一方面在卸料、运输方面注意严格按“三盘”卸料法和减少制动等措施;另一方面从摊铺机上着手,对现有摊铺机增设二次搅拌设备,同时对螺旋布料器加以改良,采用传输带分布卸料,整个摊铺机的机构应注意作相应调整。

  3.2选择合适的改性沥青问题。由于大粒径透水性沥青混合料(LSPM)柔性基层的空隙率大,尽管骨料级配是骨架-空隙结构,内摩擦角j大,但骨料之间的粘结力c就偏小,所以沥青膜的厚度和沥青质量的优劣将直接影响LSPM的耐久性,同时石料与沥青的粘结抗剥和抗水损害相当重要的。本工程采用MAC-70#化学改性沥青应该说是比较理想的,MAC-70#沥青的优点主要表现在以下表5中。表5MAC-70#与AH-70#沥青重要技术指标比较

  3.3空隙率大而无具体标准致使施工控制与管理较难。本工程大粒径透水性沥青混合料(LSPM)柔性基层设计时以13~18%的空隙率为控制指标,实际施工时由于离析等原因,致使大粒径沥青混合料的空隙率难控制,无形中难以把握和检测压实程度,由于振动压路机容易震碎粗细骨料,所以造成该层的级配、内摩擦角j和粘结力c都相应的改变了,该层的耐久性将很难保证。实际施工时,人为控制压实效果的因素占相当大的比重,碾压时往往是根据碎石是否震碎来调整压路机的震幅和频率,对整体层次的压实度均匀性和一致性不免产生不良影响,对路面的整体使用效果也可能产生较为不利的影响。

  3.4改造路大粒径透水性沥青混合料(LSPM)柔性基层石的层厚很难保

沥青麻绳是有麻绳和公司的技术人员研发的一款具有防腐性沥青为主要材料的添加剂通过浸泡的一款产品。麻绳是取各种麻类植物的纤维。麻绳是麻在大水池里泡一段时间,后扒掉皮,晒干,然后用搓绳机加工。麻绳具有抗拉力和抗阻力较强,而且耐腐蚀、耐摩擦、有弹性,当突然受到冲击时不易断裂,在起重作业中用得较多。然而沥青麻绳在研究开发中通过沥青等添加剂的浸泡后,用于伸缩缝、沉降缝等填缝材料。沥青麻绳的规格有2cm~8cm之间都有。

证一致带来的问题。由于改建路需要调整旧路的总体线形,从设计上就考虑了部分路段设置找平层,找平层厚度不均,整条路的大粒径透水性沥青混合料(LSPM)柔性基层总厚度在10~30cm不等,如此不均匀的厚度,且实际施工时最大压实层厚也很难固定(当有找平层时,为保证压实,单层厚度大于18cm便分两层施工),所以造成了该层的级配不良和压实度不均匀,以上两指标的不良,影响路面整体的使用寿命。

  4. 结语

  为了延长路面的使用寿命,尤其是拓宽改建工程的路面使用寿命,避免路面过早损坏,交通行业在贯彻科学发展观和建设资源节约型社会的现实情况下,采用新技术和新工艺进行路面设计和施工是社会需要和形势所趋,本工程应用的三大技术在路面结构层和厚度设计上以及综合排水系统设计上所采用的全寿命周期成本理念还是非常好的,尽管采用LSPM柔性基层还存在初期投资比较大,而且在施工和检测方面还存在很多问题需要探讨和进一步解决,但影响不了大粒径沥青混合料柔性基层的进一步发展和应用。

  参考文献:

  [1]JTJF40-2004 公路沥青路面施工技术规范 北京:人民交通出版社 2004

  [2]王松根 大粒径透水性沥青混合料柔性基层设计与施工指南, 人民交通出版社,2007年1月


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