抗車轍新型瀝青路面

7/7得分：__＿_(dá)_＿_(dá)研究生課程論文20１4～2015學(xué)年第2學(xué)期課程號(hào)ＰＤ06００２課程名稱《道路工程專論》論文題目抗車轍新型瀝青路面學(xué)科專業(yè)建筑與土木工程學(xué)號(hào)姓名任課教師二〇一五年五月抗車轍新型瀝青路面摘要：我國高速公路瀝青路面早期破壞現(xiàn)象嚴(yán)重，其中高溫車轍破壞是一個(gè)重要的原因。我國從混合料的級(jí)配設(shè)計(jì)方法、改性瀝青方法和外摻劑方法三個(gè)方面入手研發(fā)抗車轍瀝青路面，其施工需要注意拌合、運(yùn)輸、攤鋪、碾壓等關(guān)鍵技術(shù).關(guān)鍵詞:抗車轍;瀝青；混合料的級(jí)配設(shè)計(jì)；改性瀝青;外摻劑。0引言高速公路瀝青路面早期破損問題，己成為影響我國公路健康發(fā)展的突出問題，主要表現(xiàn)在三個(gè)方面：(1）損壞時(shí)間早。有的建成使用后1—2年，就出現(xiàn)嚴(yán)重的損壞現(xiàn)象,個(gè)別路段通車當(dāng)年就出現(xiàn)大面積損壞，遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到設(shè)計(jì)壽命。（2)損壞范圍寬。全國各地都不同程度地存在著路面過早損壞問題。（3）損壞程度重。有的損壞不是局限在瀝青表面層,而是基層也發(fā)生損壞，不得不進(jìn)行路面重建.在瀝青路面的早期損壞中尤其以高溫車轍破壞最為突日。1車轍的形成車轍是行車道輪跡帶上產(chǎn)生的永久變形，由輪跡的凹陷及兩側(cè)的隆起組成。根據(jù)車轍的不同形成過程，可將車轍分成三大類型：失穩(wěn)型車轍，是指當(dāng)瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性不足時(shí)，瀝青路面結(jié)構(gòu)層在車輪荷載作用下，其內(nèi)部材料因流動(dòng)而產(chǎn)生橫向位移,通常發(fā)生在輪跡處，這也是車轍的主要類型；結(jié)構(gòu)型車轍，指瀝青路面結(jié)構(gòu)在交通荷載作用下產(chǎn)生的整體永久變形.這種變形主要是由于路基變形傳遞到路面層而產(chǎn)生的；磨耗型車轍，為瀝青路面結(jié)構(gòu)層的材料在車輪磨耗和自然環(huán)境因素作用下不斷地?fù)p失而形成的車轍。汽車使用了防滑鏈和突釘輪胎后，這種車轍更易發(fā)生。以上三種車轍中以失穩(wěn)型車轍最為嚴(yán)重，其次為磨耗型車轍。由于我國大多數(shù)瀝青路面都采用水泥或石灰粉煤灰穩(wěn)定粒料做基層,也常采用其他半剛性材料做底基層，這些材料的強(qiáng)度和模量都相當(dāng)高，因此，瀝青路面的車轍主要來源于瀝青面層所產(chǎn)生的變形。結(jié)構(gòu)型車轍較小，故一般情況下所指的車轍是失穩(wěn)型車轍.2車轍的危害車轍的出現(xiàn)，嚴(yán)重影響了路面的使用壽命和服務(wù)質(zhì)量,給路面及路面使用者帶來了許多危害：影響路面的平整度，降低了行車舒適性；輪跡處瀝青層厚度減薄,削弱了瀝青及路面結(jié)構(gòu)的整體強(qiáng)度，從而易于誘發(fā)各種病害,如網(wǎng)裂和水損壞等;雨天路表排水不暢，降低了路面的抗滑能力,甚至于會(huì)由于車轍積水而導(dǎo)致車輛漂滑,冬天車轍內(nèi)存水凝結(jié)成冰,路面抗滑能力下降，影響高速行車的安全；車輛在超車或更換方向時(shí)失控，影響車輛操縱的穩(wěn)定性。3抗車轍瀝青路面研究方向?yàn)榱四苡行У胤乐胃咚俟窞r青路面的車轍病害，提出了三種常用防治車轍的技術(shù)：(1）混合料的級(jí)配設(shè)計(jì)方法；（2）改性瀝青方法；（3）外摻劑方法。3。1混合料的級(jí)配設(shè)計(jì)方法由于在高溫條件下混合料的抗剪強(qiáng)度不足或塑性變形過大，路面就會(huì)形成車轍,而混合料的抗剪強(qiáng)度與礦料在瀝青混合料中的排列情況關(guān)系非常密切，影響混合料的抗剪強(qiáng)度的因素主要是礦料的粒徑大小、形狀和表面粗糙程度等，這是由于經(jīng)過碾壓后的混合料顆粒間相互位置的性能及顆粒間有效接觸面積的大小主要是取決于礦料的形狀和粗糙度。另外改變粒徑的大小就會(huì)影響混合料級(jí)配，而影響混合料高溫性能的至關(guān)重要因素就是級(jí)配類型,因此選擇合理的級(jí)配類型將有利于防止路面形成車轍。一般情況下，選擇礦料必須具有以下幾個(gè)特點(diǎn)：①棱角多;②各方向尺寸相差不大；③形狀近似正方體;④帶細(xì)微凸出的粗糙表面。這樣的集料經(jīng)過碾壓后才能互相嵌擠鎖結(jié)形成很大的內(nèi)摩擦角，從而使混合料的嵌擠力增強(qiáng),抗車轍性能越高。但是改善混合料級(jí)配的方法有利有弊，雖然提高了瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性，卻對(duì)施工工藝提出了更高的要求，而且混合料在拌和過程中容易離析，從而使混合料的低溫穩(wěn)定性以及水穩(wěn)定性都降低了.因此,在路面施工過程中要優(yōu)先采用S型緊密嵌擠型級(jí)配或SMＡ間斷級(jí)配，如表３.1。表3.1級(jí)配類型表S型緊密嵌擠型級(jí)配減少了最粗部分和最細(xì)部分粗、細(xì)集料的用量，增加了中粗集料的用量，使集料的嵌擠能力增加，從而有效地提高抗車轍能力.SMA間斷級(jí)配粗集料的比例達(dá)到8０%混合料的嵌擠作用是其他混合料無法比擬的，在國內(nèi)得到廣泛的應(yīng)用。在顆粒結(jié)構(gòu)組成上，S型緊密嵌擠型級(jí)配介于骨架密實(shí)結(jié)構(gòu)與懸浮密實(shí)結(jié)構(gòu)之間,當(dāng)中粗集料接近間斷時(shí)，級(jí)配與SMA間斷級(jí)配相似，改善了混合料級(jí)配的連續(xù)性，在施工過程中對(duì)抑制混合料的離析現(xiàn)象起到一定程度上的有利作用，還降低了混合料對(duì)纖維的依賴性。3．2改性瀝青方法瀝青作為混合料的粘結(jié)劑,影響著瀝青混合料抗車轍性能，主要反映在其性質(zhì)和粘度上.為了使瀝青路面的高溫穩(wěn)定性增強(qiáng)并且延長其使用壽命,就要使瀝青材料的技術(shù)性質(zhì)方面產(chǎn)生變化,比如改善瀝青的流變性能、提高瀝青與集料的粘附性、延長瀝青的耐久性，這需要對(duì)瀝青進(jìn)行改性。改性瀝青是指按照一定的工藝在基質(zhì)瀝青中添加改性劑,使瀝青的技術(shù)性能產(chǎn)生變化,以達(dá)到改變混合料技術(shù)性能的目的.常用的瀝青改性劑通常分為三類,如表３.２所示.由表３．２可以看出，瀝青改性劑的種類較多，從大量試驗(yàn)來看SＢS改性瀝青適用范圍廣,抗裂效果好等優(yōu)點(diǎn)如圖3．１所示。表3.2瀝青改性劑分類橡膠類丁苯橡膠(SBR）氯丁橡膠（CR)天然橡膠(ＮR)再生橡膠廢舊橡膠主要對(duì)瀝青的低溫性能起到改善作用，使其低溫抗裂性提高,在寒冷地區(qū)適用。熱塑性橡膠類苯乙烯丁二烯乙烯段共聚物（SＢS）苯乙烯異戊二烯苯乙烯共聚物（SＩS）苯乙烯乙烯丁二烯苯乙烯共聚物(ＣSEBS）SBＳ廣泛應(yīng)用,除了提高瀝青的高、低性能，增強(qiáng)與集料之間的粘附性,還具有良好的彈性.熱塑性樹脂類乙烯醋酸乙烯共聚物（EＶA）聚乙烯（PE）無規(guī)聚丙烯(APP)聚氯乙鍛（PVＣ）主要使瀝青的高溫穩(wěn)定性提高,但與集料的粘附性不好。EVＡ,ＰE研究相對(duì)較多.SSBS瀝青的優(yōu)點(diǎn)降低瀝青感溫性提高永久變形能力提高低溫抗裂性提高界面粘結(jié)力提高抗老化能力提高抗沖擊能力提高抗疲勞能力提高水穩(wěn)定性能圖3.１SＢＳ改良瀝青優(yōu)點(diǎn)雖然SＢS改性瀝青對(duì)混合料的路用性能起到了一定的改善作用，但是若采用SBS改性瀝青，還需要克服幾個(gè)問題：（1)SＢS改性瀝青制作設(shè)備需要特殊處理、獨(dú)一無二的，且改性劑和基質(zhì)瀝青的相溶性仍然是比較棘手的一大問題；(2）在很高的溫度條件下才能制備改性瀝青，若是操作不當(dāng)就很容易使瀝青老化，對(duì)其使用性能產(chǎn)生影響；（3）改性瀝青的儲(chǔ)存需要專用設(shè)備，不宜長時(shí)間儲(chǔ)存,而且需要不斷進(jìn)行攪拌;（4）在運(yùn)輸過程中,因行車顛簸等原因可能會(huì)出現(xiàn)離析現(xiàn)象；(５)采用ＳBＳ改性瀝青將會(huì)使工程造價(jià)大幅度增加。由此可以看出,采用改性瀝青雖然提高抗車轍能力，但是仍然需要把存在的問題解決掉,才能很好的利用SBS改性瀝青的優(yōu)勢。３．3外摻加劑法目前常常采用一種在瀝青混合料中添加外摻加劑的方式來達(dá)到改善其性能的目的,其中抗車轍劑就是一種外摻加劑。美國在20世紀(jì)9０年代末就著手研發(fā)適用于瀝青混合料改性的專用外摻劑，歐洲許多公司在借鑒美國的成功經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,成功地開發(fā)研制了瀝青混合料專用外摻改性劑的產(chǎn)品，主要有殼牌ＳＥAM、德國的DUROFLEX、法國的PR等等。我國交通部公路科學(xué)研究院的RA車轍劑的誕生,即以天然瀝青和多種高分子化合物聚合而成，開啟了外摻劑的國內(nèi)研發(fā)與應(yīng)用的先河，隨后廣東銀禧科技股份有限公司的筑路王RK3０0，深圳海川公司與歐洲道路試驗(yàn)室合作共同開發(fā)的車轍王抗車轍劑等應(yīng)運(yùn)而生.外摻的抗車轍劑與混合料級(jí)配設(shè)計(jì)方法和改性瀝青方法相比解決車轍的問題，在改善瀝青路面車轍方面，抗車轍劑存在以下優(yōu)勢，如表３。3所示.表3．3抗車轍劑優(yōu)勢優(yōu)勢備注功能強(qiáng)大摻入抗車轍劑，能顯著增強(qiáng)混合料高、低溫性能、水穩(wěn)定性等，其中，對(duì)高溫抗車轍能力的改善作用尤為明顯。耐久性強(qiáng)添加抗車轍劑后，與集料和瀝青粘結(jié)在一起，使集料表面的油膜厚度增大，增加混合料的整體強(qiáng)度，從而使混合料耐久性能整體提高。環(huán)保性好加工和生產(chǎn)抗車轍劑的過程中不生成任何有害氣體,不要求存儲(chǔ)條件，可以長時(shí)間儲(chǔ)存。拌和方便，施工簡單不需添加任何設(shè)備;不存在相容性離析、等問題;直接添加即可，方便快捷;需延長拌和時(shí)間和提高施工溫度。經(jīng)濟(jì)性好初期投資稍大,但可以減少道路養(yǎng)護(hù)維修，延長道路使用壽命，從總投資費(fèi)用來看,比普通瀝青路面或常規(guī)改性瀝青路面還要節(jié)省.4車轍防止措施對(duì)比通過對(duì)車轍防治方法的分析,結(jié)合國內(nèi)外研究成果，得到最常用的車轍防治對(duì)策是改善混合料級(jí)配技術(shù)、采用改性瀝青技術(shù)和外摻抗車轍劑三種技術(shù)，如表4。1所示。表4．1車轍防治措施對(duì)比方法對(duì)比條件混合料級(jí)配設(shè)計(jì)采用改性瀝青外摻抗車轍劑經(jīng)濟(jì)性初期投資小,維護(hù)費(fèi)用高增加工程造價(jià),維護(hù)費(fèi)用減少前期投資大，維護(hù)費(fèi)用大大減少施工便利度拌合過程中混合料容易離析需要專用設(shè)備、施工溫度高、儲(chǔ)存時(shí)間短拌合時(shí)間長、施工溫度較高改善效果提高了高溫穩(wěn)定性，降低了低溫穩(wěn)定性及水穩(wěn)性提高了高溫穩(wěn)定性及低溫穩(wěn)定性提高了高溫穩(wěn)定性、低溫穩(wěn)定性及水穩(wěn)性表4.1從經(jīng)濟(jì)性、施工便利度和改善效果三個(gè)方面對(duì)比了三種車轍防治方法的優(yōu)劣。改善瀝青混合料級(jí)配設(shè)計(jì)技術(shù)的經(jīng)濟(jì)性很好，投資比較小,但是在拌和的過程中,混合料容易離析,雖然提高了混合料高溫穩(wěn)定性,同時(shí)也降低了其低溫穩(wěn)定性及水穩(wěn)定性,而且在后期道路維護(hù)中需要投入更多資金；采用改性瀝青技術(shù)對(duì)混合料的高溫穩(wěn)定性和低溫穩(wěn)定性有所改善、,減緩了路面車轍形成的速度，延長了路面的使用壽命，但是改性瀝青的制備需要特殊處理、溫度很高，而且不易長時(shí)間儲(chǔ)存，增加了工程造價(jià)；與前兩種方法相比,外摻抗車轍劑技術(shù)的適用性比較廣,雖然前期投資較大，但摻加抗車轍劑后瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性能顯著提高,而且低溫穩(wěn)定性以及水穩(wěn)定性也相應(yīng)提高了,大大延長了道路的使用壽命，減少了道路的維護(hù)、維修費(fèi)用，從長遠(yuǎn)來看，其總投資比較小，只是在拌和時(shí)需要適當(dāng)延長拌和時(shí)間及提高施工溫度.５抗車轍路面施工關(guān)鍵技術(shù)抗車轍路面施工有以下幾個(gè)關(guān)鍵技術(shù)：（１）拌合關(guān)鍵技術(shù)；（2）運(yùn)輸關(guān)鍵技術(shù);（3)攤鋪關(guān)鍵技術(shù)；（4）碾壓關(guān)鍵技術(shù).5．1拌合關(guān)鍵技術(shù)瀝青混合料需要采用拌和機(jī)械在瀝青拌和站進(jìn)行拌制，拌和機(jī)械有兩種：一個(gè)是間歇式拌和機(jī)，另一個(gè)是連續(xù)式拌和機(jī)。高速公路和一級(jí)公路均采用間歇式拌和機(jī)拌制的瀝青混凝土鋪筑路面，因?yàn)殚g歇式拌和機(jī)可以保證瀝青混合料的質(zhì)量更加穩(wěn)定以及瀝青用量更加準(zhǔn)確。在拌和站內(nèi)需要分開儲(chǔ)存各種集料,存放細(xì)集料的地方必須設(shè)防雨棚，料場內(nèi)應(yīng)該具有完備的排水設(shè)施,道路應(yīng)作硬化處理，且嚴(yán)禁泥土污染集料；為了保證混合料降低的溫度不超過要求,而且不致因車輛顛簸使混合料產(chǎn)生離析，混合料的運(yùn)輸距離必須充分考慮到交通堵塞的可能。瀝青混合料應(yīng)根據(jù)實(shí)際的情況通過試拌再確定拌和時(shí)間，且要以瀝青均勻裹覆集料表面為度,鋪筑試驗(yàn)路需要加入車轍王抗車轍劑，其關(guān)鍵技術(shù)如表5。１所示.表5。1拌和關(guān)鍵技術(shù)拌合技術(shù)要求集料加熱溫度１80℃－１90℃瀝青加熱溫度160℃-1７0℃混合料出廠溫度18０℃—１85℃干拌時(shí)間干拌時(shí)間需要在原來的基礎(chǔ)上增加８-10s生產(chǎn)周期≥55ｓ車轍劑添加時(shí)間在集料進(jìn)入拌和鍋的同時(shí)添加車轍劑5。2運(yùn)輸關(guān)鍵技術(shù)熱拌瀝青混合料的運(yùn)輸應(yīng)該采用大噸位的運(yùn)料車，但是不能超載運(yùn)輸或急剎車、急彎掉頭，以避免對(duì)道路透層、封層造成損傷。運(yùn)輸車的數(shù)量應(yīng)少有富余，在施工過程中攤鋪機(jī)前需有運(yùn)輸車等候，根據(jù)運(yùn)輸距離和道路交通狀況,確定混合料運(yùn)輸所需車輛數(shù).使用運(yùn)料車的前后必須對(duì)車廂清掃干凈,并在車廂板及底板上涂一層防止瀝青混合料粘結(jié)的隔離劑,但在車廂底部不能有余液積聚;運(yùn)料車在裝料時(shí)，應(yīng)分前、中、后三次挪動(dòng)，來平衡裝料,從而減少混合料的離析現(xiàn)象。在裝料后，應(yīng)用苫布覆蓋運(yùn)料車，用來保溫、防雨、防污染。如果在夏季高溫施工時(shí)，且運(yùn)料時(shí)間不多于3０分鐘,就可以不用覆蓋苫布;由于改性瀝青混合料對(duì)溫度要求較高，在任何情況下都需要覆蓋苫布，所以要選用大噸位車、苫布覆蓋保溫、平衡裝料等基礎(chǔ)上，合理控制運(yùn)輸?shù)木嚯x以保證攤鋪溫度和施工質(zhì)量。5．3攤鋪關(guān)鍵技術(shù)路面攤鋪前，先要計(jì)算攤鋪斷面的寬度和厚度，然后將攤鋪機(jī)的行走標(biāo)線放出并控制好攤鋪機(jī)熨平板的高度;還應(yīng)在攤鋪前1天對(duì)下面層進(jìn)行清掃及修補(bǔ)并驗(yàn)收確認(rèn)。攤鋪機(jī)在進(jìn)行攤鋪前應(yīng)提前1h預(yù)熱熨平板，使其高于100℃;在鋪筑過程中,為了提高路面的壓實(shí)度，熨平板的振搗應(yīng)選擇合適的振動(dòng)頻率和振幅；攤鋪機(jī)要按照緩慢、均勻、連續(xù)不斷的原則進(jìn)行攤鋪，不可以隨意改變速度，以提高道路平整度，并減少混合料離析。運(yùn)料車到達(dá)施工現(xiàn)場后，不能隨意掀開苫布,需等待前一輛車料斗內(nèi)混合料剩余30％時(shí),工人開始揭開苫布，司機(jī)準(zhǔn)備倒車.在工人的指揮下,汽車對(duì)準(zhǔn)攤鋪料斗后退，直至距離攤鋪機(jī)２0ｃm處停下，然后攤鋪機(jī)推動(dòng)自卸車一起前進(jìn)。５.４碾壓關(guān)鍵技術(shù)在瀝青路面施工工序中,最重要的是壓實(shí)度、厚度和平整度這三個(gè)指標(biāo)，需要處理好平整度和壓實(shí)度的關(guān)系，必須要在保證壓實(shí)度的前提下努力提高平整度。若是只片面的追求平整度,而造成壓實(shí)度不足，就會(huì)導(dǎo)致路面產(chǎn)生早期破壞。因此碾壓工序需按照“緊跟、慢壓、高頻、低幅”的原則進(jìn)行。在碾壓過程中，壓路機(jī)必須均衡、連續(xù)的進(jìn)行,防止溫度降低而導(dǎo)致壓實(shí)度不夠,影