高速公路預防性養(yǎng)護技術方法

高速公路預防性養(yǎng)護技術方法第一章緒論1?1引言隨著我國高速公路建設的迅猛發(fā)展，高速公路養(yǎng)護特別是瀝青路面預防性養(yǎng)護工作正逐漸受到各級高速公路管理部門的高度重視。瀝青路面的損壞總體可分為兩大類：一類為結(jié)構(gòu)性損壞，包括路面結(jié)構(gòu)整體或其中一部分的損壞，使路面不能支承預定的荷載；另一類為功能性損壞，它可能不伴隨結(jié)構(gòu)性損壞而發(fā)生，但由于平整度和抗滑性能的下降，使其不再具有預定的功能，從而影響了行車質(zhì)量。各種養(yǎng)護新工藝、新材料和新設備的不斷涌現(xiàn)和更新有力地推動了預防性養(yǎng)護技術的發(fā)展。如何科學、合理地進行高速公路養(yǎng)護，特別是瀝青路面預防性養(yǎng)護，對保持路面的良好使用性能、相對延長路面的使用壽命并降低路面的壽命周期養(yǎng)護費用具有十分重要的現(xiàn)實意義。1.2預防性養(yǎng)護基本概念20年AASHTO在描述預防性養(yǎng)護時對其的定義是：“公路預防性養(yǎng)護是一種有成本效益的處置計劃策略，它針對已建的公路系統(tǒng)及其附屬設施，延緩其發(fā)生破壞的時間，并保持或提高系統(tǒng)功能性能狀況，但并不增加結(jié)構(gòu)承載力?！蓖ㄋ椎闹v，預防性養(yǎng)護實質(zhì)上就是早期防御性養(yǎng)護，它的作用在于通過一些前置的措施方法，使道路及其構(gòu)造物內(nèi)部和外部的病害隱患與不利的條件得到遏制、改善，保證其在正常的運營情況下，實現(xiàn)或延長設計使用壽命。必須明確的是，預防性養(yǎng)護僅僅適用路面表面層的修復，而不能解決結(jié)構(gòu)上已存在的問題?！稙r青路面養(yǎng)護技術規(guī)范》明確規(guī)定，對瀝青路面必須進行預防性、經(jīng)常性和周期性養(yǎng)護，這是針對瀝青路面的工程特點而提出的。瀝青路面一般在開放交通后不久，就會出現(xiàn)不同程度的損壞，主要是路面使用性能上。如果這些輕微的初始損壞得不到及時有效的預防性養(yǎng)護和維修，就可能加劇荷載、水、溫度等對路面的不利影響，導致路面損壞迅速擴展，路面狀況惡化加劇，嚴重時將導致路面結(jié)構(gòu)的破壞，極大縮短路面壽命，更增加了后期維修費用。因此，必須進行預防性養(yǎng)護，以控制損壞的進一步發(fā)展，維持路面服務性能，延長路面壽命。1.3預防性養(yǎng)護的主要類型在預防性養(yǎng)護中使用的材料，其性能的好壞，直接關系到養(yǎng)護壽命的長短及資金投入的多少。因此，預防性養(yǎng)護材料是研究預防性養(yǎng)護技術的切入點，然而材料必須借助于一定的施工技術手段去實施。目前，國內(nèi)外運用的預防性養(yǎng)護技術概括起來主要有裂縫填縫、表面封層、薄層照面三種類型。裂縫填縫針對于原路面的局部裂縫，如果沒有伴隨出現(xiàn)的較大范圍的輕微網(wǎng)裂，只有少數(shù)幾條可以明顯區(qū)分的裂縫，裂縫填縫可以保持瀝青路面的良好狀況，防止因水的滲透使路面裂縫擴大，從而造成更加嚴重的坑槽等病害，裂縫填縫時常用的養(yǎng)護措施。根據(jù)工程養(yǎng)護實踐，對瀝青路面產(chǎn)生的裂縫及時選用性能優(yōu)越的灌封密封材料進行有效的填縫處理相當重要，及時對瀝青路面裂縫實施有效地填縫可大大減少坑槽的形成和裂縫的進一步發(fā)展，有效的延緩道路使用功能的退化，防治路面狀況指數(shù)（PCI指數(shù)）迅速下降，從而使道路的使用壽命延長。表面封層技術根據(jù)實施的材料不同可以分為：霧封層、石屑封層、還原劑封層、稀漿封層、微表處等。霧封層是將霧化的乳化瀝青噴灑到原瀝青路面上，其目的是更新表面氧化的瀝青、封填微小裂縫和空隙、路面防水以及抑制松散，一般期望使用壽命為3-4年。石屑封層是在瀝青路面表面上噴灑一層瀝青材料（通常使用乳化瀝青），緊接著撒布砂、單粒徑或適當級配的集料來覆蓋，緊跟著進行碾壓的表面處置技術。它一般應用在低交通量的道路上，通常作為無荷載裂縫路面的封層或者改善抗滑阻力，主要起到防止水分的滲入，改善路面抗滑性能和耐磨性，提高路面使用性能的作用。還原劑封層是將具有使老化瀝青的性能部分恢復或者全部恢復的還原劑噴灑到老化的瀝青路面上，通過還原劑的滲透作用，滲入到瀝青一定深度處，與已經(jīng)老化的瀝青膏體發(fā)生聚合作用，使老化瀝青的組分發(fā)生你想變化，回復柔韌性減少脆性，同時保護尚未老化的瀝青，使之延緩老化，適用于原路面在老化過程中由于光照、溫度、行車荷載等作用造成的瀝青路面老化明顯，路面出現(xiàn)大范圍的輕微網(wǎng)裂、局部松散的路面稀漿封層技術作為微表處技術的基礎，主要應用于低等級的公路，而微表處技術則廣泛應用于高等級公路的養(yǎng)護中，在歐美發(fā)達國家的高等級公路維修中得到廣泛應用。該技術可以有效地防治路表水的下滲，提高路面抗磨耗性能和抗滑性能，并同時完成對原路面的車轍的修復，可在施工后1-2h內(nèi)開放交通，較少施工對交通的影響。同步碎石封層技術近幾年也有很大的發(fā)展，它是對石屑封層技術的改良，采用專門設備即同步碎石封層車將碎石機粘結(jié)材料同步鋪撒在路面上，通過自然的行車碾壓作用，行程單層瀝青磨耗層，這種技術能有效的治愈路面松散、輕微網(wǎng)裂、車轍、沉陷等病害，使路面具有良好的抗滑性能和防水性能。薄層罩面按照實施方法的不同可以分為冷薄面罩層和熱薄面罩層兩類。冷薄面罩層在常溫下就可以實施施工，不需要對材料進行加熱，具有施工方便、快捷、中斷交通時間短等優(yōu)點，目前應用較多的冷薄面罩層工藝的技術主要是乳化瀝青或乳化改性瀝青混合料。熱薄面罩層相對于冷薄面罩層而言需要對材料進行加熱，然后施工。熱薄面罩層按照級配類型不同可以分為開級配、密集配、間斷級配。以上三種預防性養(yǎng)護方法如果從材料和工藝角度分析，進一步分為以下四種類型：裂縫填縫類、表層涂刷型封層類、封層類、罩面類，以下分四種介紹。第二章預防性養(yǎng)護方法2.2裂縫填縫類預防性養(yǎng)護方法裂縫填縫時常用的養(yǎng)護措施，能有效裂縫填縫，防止水的滲透導致路面裂縫擴大，避免造成更加嚴重的坑槽等病害，從而減緩道路使用功能的退化，防止路面狀況指數(shù)（PCI）迅速下降，延長道路使用壽命。裂縫是瀝青路面常見的一種病害，從用戶工藝的角度來看，裂縫按其縫寬分為微裂縫或發(fā)裂（2mm以下）、微小裂縫（2-6mm）、小裂縫（6-12.7mm）、中裂縫（12?7-25mm）、大裂縫（25mm以上），其中6mm以內(nèi)的裂縫屬于預防性養(yǎng)護的范圍。裂縫填縫時道路養(yǎng)護最經(jīng)濟的方法之一，為避免由于水的滲透對道路造成的破壞，填縫裂縫是絕對必要的，使用恰當?shù)募夹g能確保裂縫填縫的有效性，從而大大延長道路的使用壽命。對于發(fā)裂來說一般不須做處理，如在單位面積內(nèi)的發(fā)裂十分多，則可以在其上進行表面封層的處理；2-6mm的微小裂縫由于尚未發(fā)生結(jié)構(gòu)性破壞，通常不對裂縫進行更多的處理，只在表面上走貼縫式的處理，其目的是防止由于雨水、冰雪通過裂縫向下滲入致使裂縫繼續(xù)擴大。6mm以下的微小裂縫，尤其是2mm以下的微小裂縫用普通的熱瀝青或乳化瀝青進行密封處理，由于很難深入裂縫深處，封層的厚度又很薄，不易取得良好的效果，因而通常不做任何處理。目前普遍采用的裂縫填縫材料可分成三種類型：第一類是熱灌式橡膠的瀝青。因其價格低廉，對施工要求不苛刻而廣泛采用，主要工藝包括普通熱瀝青灌縫，改性熱瀝青灌縫。第二類是有機硅樹脂。由于其粘度太大，不宜充分滲入裂縫，且對施工條件要求苛刻，既費時又昂貴，故大多用密封新建混凝土路面的接縫。第三類是冷灌式填縫料。以乳化的瀝青為基本物質(zhì)的填縫料其受限制條件較少，不需要加熱使用，可用在潮濕的路面、有灰塵的壁面，冷灌式填縫料的典型材料是乳化瀝青材料和改性乳化瀝青。普通熱瀝青或改性熱瀝青灌縫瀝青具有黏彈性，可以保證封堵裂縫，防止水分的進入，灌縫的瀝青通常采用重交通AH-90號基質(zhì)瀝青，有時為保證較好的封堵效果，也可采用軟化點較高、粘附性較好、問感性較好的改性瀝青。具體做法是：將瀝青加熱到150-160C后直接灌入裂縫中，待瀝青溫度降低到常溫后即可開放交通。此方法簡單，投入的設備和人員較少，修補費用較低，速度較快。但存在以下缺點：（1）由于裂縫不清掃，裂縫兩側(cè)粘結(jié)不牢固，通常第二年需要小紅心灌注，造成費用累計增加；（2）夏季高溫時，瀝青體積膨脹溢出路面被行車帶走,既污染路面影響路面美觀又使的封縫材料流失；（3）冬季低溫時，瀝青容易發(fā)生脆段而失去封縫作用；（4）未經(jīng)開槽處理，使得裂縫灌入深度低。溶劑型常溫改性瀝青材料灌縫溶劑型改性瀝青，就是在普通瀝青中加入SBR等改性劑改性而成的，常溫下具有流動性，施工時不需要加熱，具有良好的低溫穩(wěn)定性和滲透性，這種方法的優(yōu)點是設備比較簡單每套設備一天可完成8-10m灌縫，灌縫效果較好，壽命在3-5年。缺點是材料較貴，約為80-1元It具體方法是將溶劑型改性瀝青盛入改裝過的煤氣罐，加壓至4MPa,向裂縫中灌入，一般灌縫2-3遍，撒細砂抹平，即可開放交通。灌封膠處理裂縫灌封膠根據(jù)材料組成和性質(zhì)劃分分為兩類：一類為瀝青改性類，另一類為化工膠類。在選擇材料時，應根據(jù)產(chǎn)品特點和所在地區(qū)的氣候條件、養(yǎng)護道路的情況等綜合考慮選定，已獲得最佳的使用效果。比較常見的是選用多種高分子聚合物等成分加工而成的瀝青橡膠類灌縫膠，具有粘結(jié)能力強、彈性好、拉伸量大、不溶于水、不滲水、高溫時不流淌、低溫時不斷裂和耐久性好等性能。施工工藝為：半幅封閉交通施工放樣裂縫開槽清槽加熱灌封膠一一灌縫一一貼縫一一失黏一一養(yǎng)護修繕一一清理現(xiàn)場一一開放交通。2.3表面涂刷型預防性養(yǎng)護方法霧封層和還原劑封層從施工角度來看，主要采用噴灑的施工方法，在瀝青路面表面增加一個薄薄的養(yǎng)護層來達到防水、封層、抗老化等預防性養(yǎng)護的目的，只不過是噴涂的材料不同，因此，將采用這種技術的材料統(tǒng)稱為表面涂刷型預防性養(yǎng)護，相應的技術方法稱為表面涂刷封層技術。表面涂刷型預防性養(yǎng)護材料具有一些共同的特點：（1）抗老化性能能使經(jīng)過受紫外線長時間照射已經(jīng)部分老化的瀝青路面恢復柔韌性，并能夠保護未老化部分的瀝青，起到延緩或防止其老化的作用。（2）防止?jié)B水功能由于瀝青路面在設計、施工方面的不合理以及使用過程中又是露天，受雨水、雪等自然災害的影響及行車荷載的碾壓，路面表層的空隙率加大，會形成許多微小裂縫，路面上的積水如果不能及時排走必然會通過這些微小的裂縫或混合料空隙進入到路面結(jié)構(gòu)層內(nèi)部，侵蝕結(jié)構(gòu)層，造成結(jié)構(gòu)層強度降低，形成所謂的水損害。因此，預防性養(yǎng)護材料必須能夠起到保護內(nèi)部結(jié)構(gòu)，防止?jié)B水的作用。（3）耐油污性能檢修中或行駛中的車輛因漏油而污染路面，腐蝕瀝青混合料，使路面耐久性受到嚴重影響，因此需要提高路面的耐油污性能。（4）抗滑耐磨耗性能10已建成的路面，由于車輪的磨耗、沖擊等作用，會使路面的構(gòu)造深度降低，車輪和路面結(jié)構(gòu)層的摩擦力降低，從而影響行車的安全性。表面涂刷型預防性養(yǎng)護材料由于在涂層硬化前鋪了一層砂，因而大大的提高了原有路面的抗滑性能。表面涂刷型預防性養(yǎng)護處理使用方便，所有施工機械也可以適當降低要求，施工機械條件不受限制時最好采用機械噴灑的方法，這樣可以保證所噴灑材料的均勻性，在施工條件受到限制時也可以采用人工刷涂的方法，但這種方式?jīng)]有機械噴灑好。霧封層霧封層就是利用專用霧封層撒布車在瀝青表面上噴灑一層薄薄的、高滲透性乳化瀝青或改性瀝青，以形成一層嚴密的防水層將路面封閉，起到隔水、防滲、保護路面功能的作用，能夠最大限度的減少路面造成的水損壞，加大瀝青路面集料間的粘結(jié)力，由此達到延長路面使用壽命和節(jié)約養(yǎng)護資金的目的。霧封層采用瀝青撒布車一次性施工，要求噴灑層與下面層接觸緊密、均勻，并具有良好的抗磨耗能力。霧封層一般用于輕度到中度細料損失或松散的道路，對于開級配混合料出現(xiàn)松散時，霧封層可有效解決，無論低交通量11道路還是高交通量道路均可使用霧封層。經(jīng)過霧封層處理后，由于所用材料流動性比較大，可通過空隙或裂縫滲入到混合料中，對路面進行“輸血”，從而恢復路表瀝青粘附力，填補微小裂縫和空隙，防止路表水下滲，更新和保護舊瀝青氧化路面，是低溫下的路面免受損害；加深瀝青路面的顏色；防止開級配路面的松散；將路面性能維持2-3年，提高道路的經(jīng)濟效益。還原劑封層還原劑封層就是將專門研制的還原劑或再生劑通過一定的技術手段噴灑在已經(jīng)老化的瀝青路面上，其目的是更新和還原已經(jīng)老化的瀝青膏體，同時保護尚未老化的那部分瀝青，使其維持原有性能，延緩老化時間。還原劑封層主要有TL-20聚合路面強化劑、瀝再生、魁道瀝青復原劑CAP、ERA-C型瀝青再生劑、STAR-SEALSupreme封涂層等。2.4封層類預防性養(yǎng)護方法石屑封層、同步碎石封層、稀漿封層、微表處等作為表面封層類，從施工方法上講有別于表面涂刷型預防性養(yǎng)護材料，是將預先設計好的配合比通過專門的拌合攤鋪等機械將砂石粘結(jié)材料組成的12混合料鋪設在原瀝青路面上，形成一層瀝青磨耗層，，一般攤鋪厚度不大，主要起到增加瀝青路面的抗磨耐磨耗性能、提高平整度、提高路面防滲水性能等的作用。1石屑封層單層的石屑封層是最早出現(xiàn)的預防性養(yǎng)護技術，其施工方法是在瀝青路面上噴灑一層瀝青材料，并緊接著進行碾壓。石屑封層是一種鋪設簡單易行、價格低廉的養(yǎng)護方法。它的缺點是要有較長的初期養(yǎng)護時間，高速行駛時噪聲過大，路面上的松散集料還會被高速行駛的車輪帶出而撞擊、粘附在車身、擋風玻璃上，集料的損壞還會導致抗滑性能的衰減，所有一般很少用在大交通流量和高速行駛的公路上。同步石屑封層同步石屑封層技術是一種路面養(yǎng)護新技術，最大的有點是同步噴灑粘結(jié)材料和石料，實現(xiàn)噴灑到路面的高溫粘結(jié)材料在不降低溫度的條件下及時與碎石結(jié)合的效果，它將粘結(jié)劑的噴灑和集料散步兩道程序集中在一臺車上同時進行。這樣做的好處是促使碎石顆粒立即與剛噴灑的粘結(jié)劑相接處，由于熱瀝青或乳化瀝青的流動性較13好而是石屑能更深的埋入粘結(jié)劑內(nèi)，并更好的深入到瀝青路面的裂縫中。同步石屑封層技術最主要的特點是：同步石屑封層實質(zhì)上是靠一定厚度的瀝青膜粘結(jié)的超薄瀝青表面處治層，能增加路面的抗滑性能、治愈路面龜網(wǎng)裂、減少路面反射裂縫、提高路面防滲水性能，用于道路路面養(yǎng)護科延長路面使用壽命；同步石屑封層可以大大的提高原路面的摩擦系數(shù)，即增加路面抗滑性能，并使路面的平整度得到一定程度的恢復；通過采用局部多層攤鋪不同粒徑石料的的施工方法，同步石屑封層能有效治愈深達10mm以上的車轍、沉陷等病害，這是其他用戶紛紛無法比擬的。同步石屑封層技術縮短了粘結(jié)劑與集料撒布之間的間隔，增加了集料顆粒與粘結(jié)劑的裹覆面積，更易保證它們之間穩(wěn)定的比例關系，提高了作業(yè)效率，減少了設備配置，降低了施工成本，可以廣泛應用在各等級瀝青路面上。瀝青路面經(jīng)過同步碎石封層處理后，是瀝青路面有良好的抗滑性能和防滲水性能，能有效治愈路面松散、輕微網(wǎng)裂、車轍、沉陷等病害，主要用于道路的預防性養(yǎng)護和修復性養(yǎng)護中。2.5罩面類預防性養(yǎng)護方法14薄層罩面作為一項預防性養(yǎng)護技術，給原瀝青路面提供了一種嶄新的表層，是遠瀝青路面的平整度大大增加，減少了行車震動，減少了行車對瀝青路面的激振破壞并增加了行車舒適性；恢復了表面的粗糙度，使抗滑性能提高，增加了行車的安全性；使原路面的表面破壞都得到了一定程度的治理，并延長路面使用壽命。薄層瀝青混凝土面層被定義為，用攤鋪機攤鋪和用壓路機碾壓的單層瀝青混合料。薄層罩面的代表厚度是15-30mm，一般為20mm左右，在局部面積上可以攤鋪的較厚，混合料宜選用間斷級配、改性瀝青或其它添加劑，以提高罩面層的水穩(wěn)性。罩面層的厚度宜根據(jù)路面的等級、交通量的大小、道路等級、道路的功能要求等綜合確定。薄層罩面用于瀝青路面的預防性養(yǎng)護，主要優(yōu)點是：(1)服務壽命長；能承受重載交通和稿件應力；表面平整度性能好；可被鋪成需要的厚度、縱坡度和橫坡度；中斷交通時間短。15薄層罩面按照所采取的施工方法不同，可以分為冷薄層罩面、熱薄層罩面、溫薄層罩面三種。1冷薄層罩面冷薄層罩面就是將乳化瀝青或者改性乳化瀝青和砂石材料在常溫下拌合均勻、攤鋪、壓實的一種工藝。具有以下優(yōu)點：（1）節(jié)約能源由于混合料拌合是砂石不需要加熱，因而可以大大的節(jié)省燃料，雖然生成乳化瀝青也需要將瀝青加熱，但所需消耗的熱量與加熱混合料所需的熱量明顯不同。（2）延長施工季節(jié)在潮濕的雨季和陰冷的秋冬季節(jié)，瀝青路面常易出現(xiàn)病害，可以在發(fā)現(xiàn)病害后及時的處理，不必等到夏季在進行處理，從而爭取了施工時間。（3）節(jié)省瀝青用量陽離子乳化瀝青與石料油良好的粘附性，瀝青用量可以減少10-20%。（4）減少污染，保護環(huán)境16乳化瀝青混合料拌合、生產(chǎn)在常溫下，因而沒有煙氣和粉塵排放，對環(huán)境不會造成污染。熱薄層罩面熱薄層罩面是一種很早采用的傳統(tǒng)預防性養(yǎng)護方法，它是在原有路面的加鋪一層厚度不超過2.5cm的熱拌瀝青混合料。熱薄層罩面可以有效的防止品質(zhì)正在下降的路面繼續(xù)惡化，改善路面平整度、恢復路表面得抗滑阻力，校正立面的輪廓對路面有一定的補強作用。熱薄層罩面具有服務壽命長；使用性能好，能承受重載交通;鋪筑厚度、縱坡度和橫坡度可以根據(jù)需要隨時調(diào)整并壓實成平整、耐久的表層。溫拌瀝青混合料罩面熱拌瀝青混合料技術成熟，但在拌合、運輸和攤鋪的過程中瀝青揮發(fā)出來的瀝青煙直接排放到空氣中對環(huán)境和作業(yè)人員造成傷害，再加上加熱的過程中溫度高所造成的路面使用性能下降，這些問題都要考慮。冷拌瀝青混合料雖然在環(huán)保、能耗上具有一定優(yōu)勢，但是其路面使用性能較熱拌瀝青混合料有一定的差距，因此不能滿17足高等級路面，只是用于低交通量的道路上。為了尋求具有兩者優(yōu)點的瀝青混合料，近年來出現(xiàn)了溫拌瀝青混合料。所謂溫拌瀝青混合料就是一種介于熱拌瀝青混合料(150-180C)和冷拌瀝青混合料(10-40C)之間，性能到達或接近熱拌瀝青混合料的新型混合料。溫拌瀝青混合料與熱拌瀝青混合料相比，減少能量消耗、節(jié)約能源30%左右，減少瀝青煙的排放，降低施工中的環(huán)境污染和對人員造成的所害，減輕熱拌過程中的瀝青老化，延長瀝青路面使用壽命。2.6各類預防性養(yǎng)護小結(jié)現(xiàn)將上述各類預防性養(yǎng)護方法特點及使用對象歸納，如下表：預防性養(yǎng)護方法特點或使用性能適用對象裂縫填縫類普通(改性)瀝青灌縫操作簡單，費用低，灌縫效果不能得到很好的保證瀝青路面的橫縫、縱縫溶劑型改性瀝青灌縫無須加熱，具有艮好的低溫穩(wěn)定性和滲透性較冷地區(qū)的灌縫18灌縫膠（密封膠）灌縫粘結(jié)能力強、彈性好、不滲水、高溫不流淌、低溫不脆斷和耐久性好裂縫不規(guī)則且較大，交通量較大的路段霧封層填補微小裂縫空隙，防止路處理瀝青路面的滲水問表水下滲題TL-20具有一定彈性和塑性的共將要生產(chǎn)或已經(jīng)出現(xiàn)水聚合路聚瀝青混合物，對老化的瀝損害征兆的瀝青路面以面強化青路面油還原再生的作用，及有一定使用年限、瀝劑防止紫外線對瀝青路面輻青層已經(jīng)老化的瀝青路表射面表面的防水等面在瀝青路表面形成密封層，老化嚴重，缺乏粘結(jié)力涂瀝再生抵御水、陽光、化學物品等且使用過一定時間的瀝刷對瀝青路面的侵蝕青面層或有水損害征兆噴的面層灑激活老化的瀝青膠質(zhì)和恢瀝青路面老化、水損害、類魁道瀝復其原有活性、粘結(jié)性和彈微裂縫等病害有比較明青復原性，使老化瀝青路面形成新顯的實施效果19劑的保護層ERA-C型瀝青再生劑具有高強的粘結(jié)性、艮好的流動性、高度的滲透性、致密的防水性微裂縫較多，有輕微網(wǎng)裂，水損害較嚴重STAR-SEALSupreme封涂層防水