薄层罩面（精选五篇）
薄层罩面 篇1
薄层罩面作为一项预防性养护技术, 给原沥青路面提供一个崭新表面, 使路面原有破坏得到有效治理, 延长了道路使用寿命。薄层罩面按照施工工艺不同可分为冷薄层罩面、热薄层罩面和温薄层罩面三种。温拌沥青混合料薄层罩面是介于冷拌与热拌沥青混合料温度之间、性能接近热拌沥青混合料的新型混合料, 在有些地方已有试验性应用。
1 薄层罩面技术的分类与介绍
1.1 冷薄层罩面技术
冷薄层罩面就是将乳化沥青或者改性乳化沥青和砂石材料在常温下均匀拌和、摊铺、压实的一种工艺。它具有节约能量、延长施工季节、节省沥青用量、施工无烟尘污染等优点。但冷拌沥青混合料相对于热拌沥青混合料品质较差, 因此不能用于高等级公路面层罩面。
1.2 热薄层罩面技术
热薄层罩面是一种传统的预防性养护方法, 热薄层沥青混凝土罩面技术是一种经济适用的沥青路面修补技术, 广泛应用在沥青路面的预防性养护中, 同时也可用于新建的沥青路面表面的抗滑磨耗层。热薄层罩面技术有一下几个特点:a.服务寿命长;b.使用性能好, 能承受重载交通;c.具有平整的、抗滑性能好的表面;d.铺筑厚度、纵坡度和横坡度可以根据需要随时调整并压实成平整、耐久的表面层。
1.3 温拌沥青混合料罩面
虽然热拌沥青混合料技术成熟, 但污染严重能源消耗也大, 且加热过程中温度高造成沥青路面使用性能下降。冷拌沥青混合料虽然在环保、能耗等方面具备了较强优势, 但其路用性能同热拌沥青混合料相比品质较差, 因此不能用于高等级公路。为了寻求既满足环境与能耗要求、又具备良好的使用性能的施工工艺, 近年来出现了新型的温拌沥青混合料。它是一种拌和温度介于热拌沥青混合料 (150~180℃) 和冷拌沥青混合料 (常温10~40℃) 之间, 性能达到或接近于热拌沥青混合料的新型混合料。据研究表明:温拌沥青混合料与热拌沥青混合料相比, 减少燃料消耗, 节省能源30%左右;减少沥青烟的排放, 降低施工对环境的污染和对人员的健康损害;减轻热拌过程中的沥青老化, 延长沥青路面的使用寿命。
2 薄层罩面施工工艺
2.1 罩面施工前的准备工作
a.做好原路面的调研评价工作。对原有旧路面的检测评定除了一般路况调查外, 其核心内容是承载能力的调查。b.做好罩面的结构设计和配合比设计。根据调研评定的结果和工程实际情况, 做好罩面层结构设计和配合比设计。c.做好原路面处理工作。罩面前必须把原路面所有的破损部分处理好。必要时铺设整平层, 并注意新旧面层的结合。在天气条件、交通组织、施工机械、材料等准备工作就绪的基础上, 将施工路段范围内的原沥青凝土面层用铣刨机铣刨20mm, 且使构造深度达到2mm以上, 然后清理路面, 不得有尘土、杂物或油污。
2.2 沥青混合料的温度控制
由于沥青混凝土罩面层厚度较薄, 碎石含量很大, 因此在施工时热量散发较快, 所以各环节温度控制都应比规范稍加提高。采用改性沥青时, 沥青加热温度控制在180℃, 矿料加热温度控制在190℃左右, 出厂温度控制在180℃左右, 摊铺温度在170℃左右, 碾压温度不宜低于160℃;采用改性沥青并掺加橡胶粉时, 矿料加热温度再提高5℃左右;采用重交沥青时, 沥青加热温度控制在165℃左右, 矿料加热温度控制在185℃左右, 出厂温度控制在165℃左右, 摊铺温度在155℃左右, 碾压温度不低于155℃为宜。
2.3 沥青混合料的拌和运输与摊铺
严格控制各种材料用量及其加热温度。拌和后沥青混合料应均匀一致, 无花白、无离析和结团现象。在装车运料和现场摊铺过程中, 要注意观察混合料的颜色和状态, 随时控制混合料的质量。施工中应保证将拌制的沥青混合料及时运送到摊铺现场, 保证连续铺筑。
在摊铺中通过对摊铺机熨平板调节, 适当提高摊铺沥青混合料的松铺密实度, 减小原路面凹凸不平对新铺路面竣工标高和平整度的影响。摊铺机应保持匀速作业, 控制好摊铺温度、虚铺厚度等, 保证摊铺效果。施工中必须处理好接缝, 接缝处理好坏直接影响路面平整度和压实度质量。
2.4 沥青混合料的压实施工注意事项
由于罩面摊铺厚度小, 薄层罩面施工中最大的困难是由于层面较薄容易冷却又不宜使用振动压路机, 因而很难达到较高的密实度。碾压时压路机在横坡方向上由较低一边向较高处碾压, 这样可使压路机以压实后的混合料作为支撑边。压路机在倒车时, 应先停止振动, 并在向另一方向运动后再进行振动, 以避免混合料因“过压”而形成“拥包”。压实时注意合理的碾压温度。薄层沥青混凝土罩面必须铺筑在路面结构强度和下层沥青面层的高温抗形变能力满足要求的路面上。薄层罩面结构可分为两个层次:表面磨耗层和粘结防水层。由薄层沥青混凝土罩面形成的表面抗滑磨耗层可提供一个安全、舒适、耐久的行驶表面, 通过粘结防水层则能保证薄层罩面与原路面结合紧密, 防止雨水下渗, 适度延缓旧沥青路面的反射裂缝。综上所述, 为保证质量, 合理设计混合料、控制温度以及碾压工艺和选择压路机尤为重要。
3 结论
薄层罩面具有行车舒适、噪声低、抗滑性能好和费用低的优势, 是一种很有应用前景的高等级公路的抗滑表层形式。这种技术在我国尚处于使用初步阶段, 必须结合国外研究和使用经验, 在实践中不断完善其设计方法和技术指标, 以进一步提高我国高等级公路路面使用品质。
摘要：高等级公路沥青路面在交通荷载、自然气候作用下, 沥青材料不断老化, 路面服务水平不断下降。而薄层罩面是有效预防性养护手段之一。对常用的几类薄层罩面养护技术进行分类介绍, 分析阐述了几类薄层罩面的应用。
关键词：预防性养护,薄层罩面,材料设计,施工方法
参考文献
[1]王金学.薄层罩面技术在高速公路养护中的应用[J].交通世界2008, (15) .[1]王金学.薄层罩面技术在高速公路养护中的应用[J].交通世界2008, (15) .
[2]杨东来, 孙祖望.薄层路面与桥面铺装压实新技术[J].建筑机械2007, (11) .[2]杨东来, 孙祖望.薄层路面与桥面铺装压实新技术[J].建筑机械2007, (11) .
薄层罩面 篇2
摘要：本文利用ABAQUS有限元软件对原路面加铺罩面层后的应力响应进行了分析，考察了不同罩面厚度以及超载作用下的剪应力响应，认为水平力的作用将对罩面层表面材料提出更高的抗剪要求，罩面层厚在1.5～2.5cm范围内的增加并不能本质上改善其剪应力响应，2cm的层厚是经济而且合适的。
关键词：热拌薄层罩面；水平力；剪应力；超载
1 概述
热拌薄层罩面是在原有路面上摊铺一层厚度约在1.5-3cm之间的热拌沥青混合料，来防止品质正在下滑的路面继续恶化，改善路面平整度，恢复路表面的抗滑阻力，校正路面轮廓，对原路面也有一定的补强作用。目前，这种预防性养护技术在广东省干线公路上应用较少，本文将从其在荷载下力学响应的角度对其高温稳定性进行分析。
热拌薄层罩面厚度薄，混合料粒径小，高温抗形变的能力自然相对要小一些，同时因为本身层厚的限制，其车辙深度不可能很大，故高温稳定性问题主要体现在层内或层间剪应力过大导致的罩面层推移、拥包上面。本文就将从薄层罩面在荷载作用下的剪应力响应入手，来分析其高温稳定性。
2 原路面结构选取及车辆荷载的简化
基于本文热拌薄层罩面主要应用于广东省的干线公路，与高速公路的路面结构和材料选用有所区别，故选取广东省典型的干线公路路面结构作为分析模型。
车辆荷载简化为矩形均布荷载，轮胎接地压强取0.7 Mpa。考虑到水平力对罩面层剪应力的影响很大，本次分析将对考虑水平力作用与不考虑水平力作用进行比较，水平力系数δ取0.5，即标准轴载作用下水平力为0.35MPa。
图2-1 100kN标准双轮矩形均布荷载图式
3 有限元计算模型
本文利用ABAQUS有限元软件进行力学分析，计算模型沿路宽度方向和行车方向均取2.5m，深度方向土基厚度取1米（此时的计算结果已具有很好的收敛性）；单元类型采用C3D8R（三维8节点线性减缩积分单元）；边界条件假设为底面上没有y 方向位移，左右两面没有x 方向位移，前后两侧没有z 方向位移（经过验算，其他方向约束不影响计算结果）；层间界面假设为各层完全连续。
4 热拌薄层罩面应力分析
本次热拌薄层罩面应力分析主要针对其高温稳定性，故主要分析其在荷载作用下的剪应力响应规律，而路面的剪切破坏主要有两种形式：一种是路面各层层间由于水平剪应力过大导致层间粘结失效而出现层间推移等病害，另一种是在车辆竖向力和水平力综合作用下，路面层产生的剪应力超过了其抗剪强度而出现搓板、拥包等病害。针对这两种破坏形式，本次有限元计算选取水平最大剪应力沿路面纵向的分量τyzmax以及路面各层沿深度方向的最大剪应力来分析。
4.1 不同罩面厚度下的应力分析
罩面厚度分别取1.5cm、2.0cm、2.5cm和3.0cm，各厚度下竖向最大压应力、水平纵向最大剪应力τyzmax及轮迹中心点处沿深度方向的最大剪应力峰值分别见图4-1～4-3。
图4-1 竖向最大压应力随罩面厚度的变化
图4-2 τyzmax随罩面厚度的变化
图4-3 轮迹中心点处最大剪应力峰值随罩面厚度的变化
由图中可以看出，在水平力作用下，竖向最大压应力σymax在罩面层厚度2～3cm范围内变化幅度很小，但在1.5cm时有明显的增加，呈现一个突变点，说明有水平力作用时，罩面层厚1.5cm很可能导致路面出现压密性车辙；τyzmax无水平力作用时随厚度增加而增大，有水平力作用时在层厚1.5～2.5cm范围内几乎没有变化，但到3.0cm时有明显的减幅，见图4-2，说明罩面层厚3.0cm很可能是一个转折点，大于该厚度的罩面剪应力响应会有明显的改善；无论有无水平力作用，轮迹中心点处的最大剪应力峰值均随着厚度增加而逐渐变大，不过变化幅度较小，同时其值均小于对应厚度的τyzmax，说明纵向最大剪应力τyzmax是罩面层材料抗剪强度的控制性指标。
综合以上分析结果，3.0cm时，罩面层的剪应力响应是有所改善的，但考虑到养护工程的经济性，同时，从2cm加厚到2.5cm，罩面层的最大剪应力响应没有得到改善，而从2cm减小到1.5cm，罩面层竖向压应力出现大的增幅，容易出现压密性车辙及层底开裂等病害，故就抗剪性能而言，热拌罩面层厚2cm是经济而且合适的。
4.2 超载作用下的应力分析
干线公路，超载现象十分严重，车辆超载将使得罩面层所承受的累计标准轴次大大增加，从而明显缩短罩面层使用寿命。本节将考虑100%超载和200%超载，来对超载下的路面剪应力响应进行分析。
根据重庆交科院环道试验的研究成果，当车辆超载时，可以认为轮胎充气压力不变，而接地压力随之增加，而且轮胎接地宽度B受荷载变化的影响很小，主要是接地长度的改变。同时，根据交通部公路科研所《重载交通沥青路面轴载换算研究总报告》中的研究结果，轮胎接地压力可以参照如下经验公式进行计算：
（4.1）
式中：p——轮胎接地压力，MPa；
pt——輪胎充气压力，MPa；
P——轴载，kN。
因此，将标准轴载下的数据代入公式（4.1）（p=0.7 MPa，P=100 kN），可得到轮胎充气压力pt=0.4662069 MPa。由上文可知，车辆超载时，pt保持不变，故当超载100%时，单轴轴载即为200kN，代入公式（4.1），可得此时的轮胎接地压力为1.12 MPa，则水平力为0.56 MPa，忽略接地宽度B的变化而仅考虑接地长度的改变，则接地长度L增加为24cm；同理，可得超载200%时，轮胎接地压力为1.54 MPa，水平力为0.77 MPa，接地长度为26.2cm。
计算模型的矩形面积及作用荷载据以上计算结果进行调整，考虑到纵向最大剪应力τyzmax为控制性指标，故选取各罩面厚度有水平力作用时在100%和200%超载下的纵向最大剪应力τyzmax，与标准轴载下进行比较，见图4-4。
图4-4 不同罩面厚度超载作用下的τyzmax增幅比较
由图中可以看出，超载作用时各罩面厚度下的τyzmax均有很大的增幅，但各厚度的τyzmax随超载作用的增加幅度基本相同，厚的罩面层并没有削弱其在超载作用下的剪应力响应，这再次说明，从路面养护的角度，2cm厚的薄层是经济而且合适的。
4.3 纵向最大剪应力τyzmax位置分析
我国道路设计采用作用在多层弹性层状体系上的双圆垂直均布荷载来进行，抗剪强度验算时，需要考虑车辆启动、制动所带来的水平力，并以路表面行车前进方向车轮中心后0.9r（r为单轮当量圆的半径）处为验算点，但对于矩形均布荷载，却没有明确的验算点可循。前文已经指出罩面材料抗剪强度的控制性指标是水平纵向最大剪应力τyzmax，但其具体位置还需进一步的分析。
通过提取各罩面厚度标准轴载并有水平力作用时τyzmax所在点的坐标，其深度方向的位置为：罩面厚度在1.5-2.5cm时，τyzmax均出现在罩面下0.5m处；罩面厚度在3cm时，τyzmax出现在罩面表面。
已有沥青路面应力分析在考虑水平力时也都得出τyzmax出现在路面表面的结论，其路面上面层厚度一般取为4cm，同时联系到3.0cm时τyzmax有明显的减幅，因而可以认为，面层厚度在3.0cm以上时，路面的剪应力响应会有质的变化，3.0cm以下时面层会显示出整体刚度的不足而在表面区域附近位置出现应力集中的现象，而这也反映了薄层罩面不宜作为路面结构层的特点。
τyzmax的平面位置，1.5～2.5cm层厚与3.0cm层厚也呈现出明显的差异，图4-5中的矩形即为矩形均布荷载作用范围，其中的C点即为τyzmax所在位置，箭头方向为水平力作用方向，图中可以看出，1.5～2.5cm层厚时，τyzmax均出现在矩形沿水平力方向后边角处，而3.0cm时，其位置向矩形中前方有较大的移动。
图4-5 不同罩面厚度下τyzmax的位置
由τyzmax所在位置的不同可以看出，3.0cm厚的罩面层与1.5～2.5cm厚的罩面层在剪应力响应方面有明显的区别，同时也说明路面剪应力验算点是随着面层厚度变化而变化的，道路设计中只验算某一个固定点的做法是不足取的。
5 结语
本文利用ABAQUS有限元软件，针对热拌薄层罩面在荷载作用下的应力响应做了力学分析，鉴于重点关注的是薄层罩面的高温稳定性能，文中主要考察其剪应力的响应规律，通过分析，主要得到以下结论：
1） τyzmax是罩面层材料抗剪强度的控制性指标，罩面厚度从1.5cm增加到2.5cm，τyzmax的变化很小，直到达到3.0cm时，罩面层最大剪应力响应才有所改善，但考虑到养护工程的经济性，同时，從2cm减小到1.5cm，罩面层竖向压应力出现大的增幅，容易出现压密性车辙及层底开裂等病害，故就抗剪性能而言，热拌罩面层厚2cm是经济而且合适的。
2）厚的罩面层并不能削弱其在超载作用下的剪应力响应，这再次说明，2cm厚的薄层是经济而且合适的。
3）1.5～2.5cm罩面厚度时的τyzmax所在位置与3.0cm时有明显的区别，说明厚度达到3.0cm时，罩面层的剪应力响应会有质的变化，也说明了路面剪应力验算点是随着面层厚度变化而变化的，道路设计中只验算某一个固定点的做法是不足取的。
参考文献：
[1]胡小弟，孙立军.非均布水平及竖向力下沥青路面力学响应分析[J].华中科技大学学报，2004（3）
[2]刘红坡，邱延峻.基于层间状态的沥青路面结构响应分析[J].路基工程，2008（1）
[3]许新权，郑南翔.沥青路面在不同荷载作用下的剪应力特性分析[J].苏州科技学院学报，2008（3）
[4]武建民，苏凯.沥青混凝土路面层间推移破坏的研究分析[J].公路，2004（8）
[5]单景松，黄晓明.移动荷载下路面结构应力响应分析[J].公路交通科技，2007（1）
[6]李辉.沥青路面车辙形成规律与温度场关系研究：[硕士学位论文].南京：东南大学交通学院，2007.1
[7]高雪池.滨州黄河公路大桥桥面铺装研究：[博士学位论文].南京：东南大学交通学院，2006.4
作者简介：
薄层罩面 篇3
关键词：沥青路面,薄层罩面技术,养护
0 引言
路面使用功能的下降主要是沥青路面表层使用功能衰减造成的，其他结构层并没有受到大的破坏，通过对路面表层采取合适的养护措施，就能有效地恢复路面的使用功能，延长路面的使用寿命。
薄层养护对于恢复路面的功能性缺失有较好的效果，本文对其应用情况进行了探讨。薄层罩面养护技术是通过对原路面结构进行薄层罩面，恢复原路面表面服务功能，并可适当提高原路面结构强度，其主要技术特点为罩面层比较薄，能以较低经济代价、快速施工，迅速提高路面服务功能，薄层罩面一般厚度在2.5 cm～3 cm。
薄层罩面厚度一般控制在25 mm～30 mm之间，沥青混合料的公称最大粒径也不宜过大，可供选择的混合料类型有SMA9.5,SMA13,OGFC9.5,OGFC13,Sup9.5和Sup13。
1 SMA薄层罩面技术
SMA是一种由沥青、纤维稳定剂、矿粉及少量的细集料组成的沥青玛脂填充间断级配的粗集料骨架间隙组成一体的沥青混合料，它的最基本组成是碎石骨架和沥青玛脂结合料两部分。
SMA沥青混合料，与我国传统普遍采用的AC和AK等级配相比，具有较为明显的优势，它充分考虑了这些传统混合料的级配特点，又力求利用它们的优点，企图达到完美的组合。SMA沥青混合料具有良好的高温、低温、抗水损害及表面抗滑性能，在经济条件允许的情况下，已经越来越多的应用于高速公路工程中。
SMA沥青混合料的主要性能特点可概括如下:
1)SMA混合料高温性能优越。SMA沥青混合料粗集料用量大、骨架嵌挤，是间断级配沥青混合料类型，具有良好的高温抗变形能力，即使在高温条件下，沥青玛脂的粘度下降，对这种抵抗能力的影响也不会减小，因而有较强的高温稳定性，抗车辙能力强。
2)SMA沥青混合料耐久性能良好。SMA混合料的沥青用量大、矿粉用量多，又使用纤维稳定剂，由此组成的沥青玛脂包裹在粗集料表面，充分填充集料间隙，在温度下降、混合料收缩变形时，玛脂有较好的粘结作用，它的韧性和柔性使混合料有较好的低温抗裂性能，有效地减少路表面裂缝的产生。
3)SMA沥青混合料抗水损害性能好。SMA沥青混合料是密级配沥青混合料，内部空隙率较小，SMA路面的密水性能好，再加上集料与玛脂的粘附性很好，沥青膜较厚，沥青与空气的接触少，混合料的水稳定性和耐老化性能也有较大的改善，从而提高混合料的抗水损害性能，延长路面的使用寿命。
4)SMA路面抗滑性能优越。SMA沥青混合料粗集料用量大，路面压实后表面的构造深度大，具有优越的抗滑性能，较好地解决了抗滑与耐久的矛盾。同时，雨天交通行车下不会产生大的水雾和溅水，提高行车安全性，且在高速行车作用条件下其路面噪声低。
考虑到SMA沥青混合料的造价较高，公路养护工程采用薄层SMA罩面技术，既可以兼顾路面的性能又可以适当降低工程造价，该技术无论在欧洲还是美国，应用越来越广泛。SMA薄层罩面的混合料类型，包括SMA9.5,SMA13，厚度一般在20 mm～30 mm之间。
2 Superpave薄层罩面技术
Superpave是美国公路战略研究计划SHRP沥青课题的最终研究成果，该成果包括一个胶结料规范、混合料设计体系和分析方法，该技术代表了美国热拌沥青混合料的国家水平，是解决路面早期损害，特别是车辙问题的有效工具。
因为Superpave采用了不同于以往的马歇尔设计方法和理念，在原材料选择、配合比设计、现场施工控制等方面都采用全新的思路和方法，并开发出更能模拟路面现场的特定压实设备，使得室内设计的Superpave混合料与路面现状具有更好的相关性，也就更具有预见性。Superpave沥青混合料的主要性能特点可概括如下:
1)由于采用了Superpave独特的沥青混合料设计方法，使Superpave沥青混合料能够兼顾混合料高温稳定性、低温抗裂性和疲劳开裂性能三者之间的关系，具有更好的路用性能。
2)Superpave沥青混合料设计过程增加了集料结构选择过程，使得结构组成更加合理，确保所设计的沥青混合料骨架嵌挤，并具有理想的混合料体积指标，同时采用最大压实次数下的残留空隙率模拟路面使用末期的路面空隙率，在沥青混合料设计过程中模拟了路面的使用性能，从而确保Superpave沥青混合料设计合理、有效，保证了路面的路用性能。
3)Superpave路面均匀密实。Sueperpave沥青混合料各种粒径的集料用量比较均衡，混合料的级配接近于石料加工的原始级配，便于施工单位的备料。此外，Superpave路面均匀密实，泌水性能好，具有较好的抗水损害性能。
Superpave薄层罩面的混合料类型有:Sup13,Sup9.5,Sup4.5沥青混合料，罩面的厚度一般在20 mm～40 mm之间。
3 OGFC薄层罩面技术
OGFC(Open Graded Friction Course)是一种高空隙率的开级配沥青混凝土层，也是一种断级配的沥青混合料，与SMA不同的是粗集料间隙中没有用沥青玛脂填充，而是留下很大的空隙，所以表面留下非常大的构造深度。在美国，OGFC是从厂拌封层(Seal Coats)处治发展起来的，即OGFC最初只是作为一种封层处治方法，其主要目的只是增加路表面的抗磨耗能力;在欧洲，OG-FC混合料是作为一种特殊用途的磨耗层而发展起来的，主要目的是排除路面表面雨水和吸收噪声，同时改善轮胎与路表面间的抗滑性能。OGFC混合料的主要功能可以概括如下:
1)抗滑与安全性能。OGFC是一种开级配的混合料，由优质石料相互之间的嵌挤形成混合料的骨架作用，其路面空隙率大，表面粗糙，具有很好的宏观构造与微观构造，这种良好的宏观构造与微观构造提供了路面优良的抗滑性能和行车安全性。有研究表明，OGFC路面在潮湿条件下，改善了高车速的抗滑阻力。在干燥路面条件下，在中、低车速时，它的抗滑阻力不比传统的密实沥青路面高，但在高速行驶下，却具有较高的抗滑阻力。
2)排水功能。OGFC路面设计及现场空隙率一般控制在17%～22%，研究表明，当空隙率为20%左右时，其渗透系数通常在(4～10)×10-2cm/s的范围内，OGFC9.5路面如此高的空隙率和路面渗透系数为路面提供了排水通道，使雨水能迅速下渗向路边缘排走;另外，其具有较高的宏观纹理，能够储存一部分不急排走的雨水，因此减少水膜产生对行车带来的危害。
由于OGFC路面不积水，雨天不产生行车水花和水雾，降低雨天行车反光量，而且抗滑能力好，因此大大提高了交通安全性。
3)吸音降噪性能。OGFC路面面层有很多孔隙，当轮胎把空气压缩时，空气会渗入面层孔隙，因为空气有空间消散，压缩比低，故行车噪声小。另外，车辆机械运转所发出的噪声扩散达一般路面时，其反射量大;若为OGFC路面，有一部分噪声会被路面吸收，其反射量自然减少。
OGFC薄层罩面可供选择的沥青混合料类型有:OGFC13,OG-FC9.5沥青混合料，罩面厚度一般在20 mm～30 mm。
4 结语
本文通过对三种薄层罩面技术进行了探讨性介绍，主要得到如下结论:
1)沥青路面薄层罩面的厚度应控制在25 mm～30 mm之间，可供选择的混合料类型有SMA9.5,SMA13,OGFC9.5,OGFC13,Sup9.5和Sup13。
2)总结了SMA薄层罩面技术、OGFC薄层罩面技术以及Superpave薄层罩面技术的优缺点及其适用范围。
3)OGFC薄层罩面技术不但能有效改善路面服务功能，还能排除路面表面雨水和吸收噪声，改善雨天行驶的安全性，具有良好的应用前景。
参考文献
[1]高等学校试用教材.公路养护与管理[M].北京:人民交通出版社,1998.
[2]金志强.水泥混凝土路面养护维修手册[M].北京:人民交通出版社,2003.
[3]徐培华.高等级公路路基路面养护技术[D].西安:长安大学公路学院,2002.
[4]沈金安.改性沥青与SMA路面[M].北京:人民交通出版社,1999.
[5]JTJ073.2-2001,公路沥青路面养护技术规范[S].
[6]江苏省交通科学研究院.高性能沥青路面Superpave技术实用手册[M].北京:人民交通出版社,2002.
薄层罩面 篇4
关键词：薄层罩面,配合比设计,最佳油石比,孔隙率
0 引言
薄层沥青面层是指适于铺筑介于传统的磨耗层(如40 mm～50 mm的沥青混凝土、SMA或多孔沥青等)和石屑封层(如6 mm～14 mm的表面处治或稀浆封层)之间的材料。采用超薄沥青混凝土面层是一种延长路面寿命、改善行驶质量、校正表面缺陷、提高安全特性(包括提高抗滑与排水)、减小噪声、增加路面强度等路面功能的有效措施[1]。
SMA-5是以公称最大粒径4.75 mm的机制砂为粗集料,由于以机制砂为主要原料,混合料可以铺设更薄的沥青层(2 cm左右),同时有试验研究发现,SMA-5是一种非常理想的热拌罩面混合料类型。国外对SMA-5的研究主要集中在集料类型、级配范围、车辙试验和析漏试验方面。国内也已有好几例成功的SMA-5罩面应用,但尚未形成统一的标准。因此本文通过试验探讨薄层罩面中的SMA-5混合料的最佳设计配合比。
1 原材料与混合料指标
1.1 沥青胶结料
试验沥青规格为4%SBS改性沥青。性能指标见表1。
1.2 石料和集料
本文3号料采用玄武岩,4号料采用石灰岩,矿粉为石灰石矿粉。
1.3 矿粉
沥青混合料采用由强基性石灰岩加工的矿粉作为填料,该矿粉干燥、洁净,各项指标均较好地满足技术要求。禁止拌和楼回收的粉尘二次利用。矿粉在沥青混凝土中的作用是填料,起着沥青和集料之间填充的作用。矿粉物理力学指标见表2。
1.4 木质纤维
SMA沥青混合料添加纤维主要起稳定作用,防止施工中沥青的析漏或夏季高温产生泛油现象。本项目添加的是木质素纤维,木质纤维属植物纤维,加工处理温度高达250 ℃,通常具有良好的温度和化学稳定性,不为一般的溶剂所溶解,耐酸碱腐蚀性好,对人体和环境无不良影响。
1.5 SMA设计要求
SMA是由沥青、矿粉纤维及少量细集料组成的沥青玛脂填充间断级配的粗集料碎石骨架的间隙形成的混合料,或说SMA是由互相嵌挤的粗集料骨架和沥青玛脂两部分组成的。综合SMA的特点,归纳为三多一少:粗集料多、矿粉多、沥青结合料多、细集料少,掺纤维,材料要求高,使用性能全面提高。
2 目标配合比
2.1 级配选择
合理的级配是良好混合料的必要条件。由于SMA-5是以公称最大粒径4.75 mm的机制砂为粗集料,其中关键控制筛孔孔径为1.18 mm和0.075 mm,在工程设计级配范围内[2],调整各种矿料比例,设计3组不同粗细的初试级配,即采用了3种尝试级配,即:一个中等的合成(合成级配1),一个粗的合成(合成级配2),以及一个细的合成(合成级配3)。矿粉比例均为8%左右,其中木质纤维为18 g。各级配配合比和筛分率见表3。
2.2 马歇尔试验
混合料采用0.3%的木质纤维素作为沥青稳定剂,马歇尔击实次数考虑到干线公路在高温下的重载交通问题和薄层罩面易出现的泛油问题,取为双面击实75次,一次成型4个试件,初试油石比按经验取为6.7%,试验结果见表4。
由表4可以看出,三种级配所拌制的混合料所测定的VMA均能满足大于16.5%的要求,而三种级配中只有级配2的VCAmin<VCAdrc,说明级配2,即中级配具有骨架嵌挤结构,嵌挤程度较理想。另外,热拌薄层罩面混合料的孔隙率应该适当放宽,故合成级配孔隙率在4%附近是比较理想的,因此中级配适用于SMA-5的配合比设计,故选择中级配作为设计级配。
对设计级配进行如下性能检验:
采用烧杯法进行谢伦堡析漏试验,析漏损失为0.07%,符合不大于0.1%的要求。肯塔堡飞散试验的飞散损失为2.03%,符合不大于15%的要求。浸水马歇尔试验的残留稳定度为92.1%,符合不小于80%的要求。试验表明中级配的沥青混合料各项指标优良,适宜用于热拌薄层罩面。
3 旋转压实确定最佳油石比
本论文采用旋转压实成型试件进行最佳油石比的确定。考虑到旋转压实试件的孔隙率一般要比马歇尔击实试件的孔隙率小1个百分点,成型试件的油石比适当降低,分别为5.8%,6.1%,6.4%,设计压实次数为100次。试验结果见表5。
SMA-5的最佳油石比及其对应的体积参数见表6。
研究表明,试验室压实条件下的SMA试件的孔隙率经常会在2%～3%的范围内[4],设定3%的最小孔隙率看来是合适的。为了最大限度地减少油斑和车辙,根据气候温度可放宽到4%。在我国,由于油石比略小一些,在炎热地区和中交通路段,孔隙率可放宽到4.5%。因此,试验表明此级配的孔隙率满足要求。
另外,按照美国的技术标准,合成级配最佳油石比下对应的体积参数均符合要求,同时也满足VCAmin<VCAdrc,接下来就要进行最大压实次数下的验证。
Superpave规定Nmax下混合料密实度最大为98%,在选择合成级配和最佳油石比(根据经验取6.2%)后,另做两个试样压实到Nmax(160次)[5]。试验结果的平均值等于97.50,小于98%,符合Superpave标准。
最后,进行谢伦堡飞散试验和肯塔堡析漏试验,以检验沥青用量是否合适,本文在6.2%的最佳油石比下进行该两项试验。
规范要求飞散损失不大于15%,析漏损失不大于0.1%,由试验结果可知本次试验合成级配在最佳油石比下形成的SMA-5混合料符合要求。
4 结语
对热拌薄层罩面中的SMA-5的探讨就是确定骨架和玛脂部分各材料的规格和比例,以便保证真正形成粗集料骨架,骨架的间隙又恰到好处地填充玛脂,玛脂才能真正发挥使混合料成为坚强整体的胶结作用。通过试验可以得到SMA-5的最佳配合比设计关键为孔隙率的控制,合成级配孔隙率在4%附近是比较理想的,更能满足路面的性能要求和工程需要。
参考文献
[1]中华人民共和国交通部.工程沥青及沥青混合料试验规程[M].北京:人民交通出版社,2001.
[2]沈金安.改性沥青与SMA路面[M].北京:人民交通出版社,1999.
[3]冯元生.SMA-16沥青混合料配合比研究[J].科技咨询导报,2007(11):57.
[4]赵风琴.SMA马歇尔试验配合比设计研究[J].北方交通,2006(4):70-71.
[5]张国辉,关长禄,陈波,等.Superpave沥青混合料配合比设计方法的实践应用[J].公路,2003(10):47-48.
薄层罩面 篇5
路面预防性养护是一种在路面没有发生结构性破坏,但存在着一定功能性缺陷的情况下,而采取的对现有道路进行有计划的、有针对性的养护作业措施。它不能提高路面结构能力,但可有效地延迟路面的损坏,维持或改善现有路面的通车条件,延长原有路面的使用寿命,从而推迟昂贵的大修和重建活动。
沥青路面常用的预防性养护措施主要有预修补、雾封层、微表处、碎石封层、超薄磨耗层、热拌薄层沥青混凝土罩面、铣刨罩面、就地热再生和厂拌热再生等。热拌薄层沥青混凝土罩面是将厂拌沥青混合料直接摊铺在路面上,成型后形成厚度约为3～4cm具有抗滑、抗车辙、抗磨耗的沥青面层。这层面层有效地防止下渗水的侵入,提高路面的防水损坏性能;同时能更有效地降低路面噪音,减少水雾;增加路面的抗滑性能,并能够在一定范围内校正表面缺陷,提高路面平整度。
某二级公路全长7.85km,路基宽15m,路面宽12m;由于本路段交通量较大,重型车约占40%,沥青路面在车辆不断碾压和长期的自然因素作用下,平整度、抗滑能力等路用性能都逐渐降低,并出现了不大于15mm的轻微车辙、轻微的纵横向裂缝、轻微龟裂及泛油等路面损坏,经调查本路段各种病害的比例占总路面的13.3%,代表弯沉值为0.391mm,基层强度较好;其公路状况技术评定为良,评定结果表明路面整体状况较好。为了防止路面病害的发生和轻微病害的进一步扩展,该路段业主经过综合比较后决定采用热拌薄层罩面养护技术措施,延长其路面使用寿命,改善路面服务水平,提高路面通行能力,并在工程实践过程中对热拌薄层罩面的原材料、配合比以及混合料的拌和、运输、摊铺和压实等施工技术进行了深入探索,对实现二级公路沥青路面预防性养护工作的科学化、规范化和制度化,具有一定的指导意义。
2 原材料质量控制
2.1 改性沥青
沥青结合料的性能直接影响着沥青路面的车辙以及疲劳破坏,对路面的使用性能产生很大的影响,同时沥青与集料的粘附性也直接影响着沥青混合料的水稳性、透水性及强度。所以说沥青的质量决定着养护的效果。因此,必须依据相关规范要求严格检测沥青的针入度、软化点、延度和运动粘度等指标,保证其符合规范要求,且尽可能采用改性沥青。本路段所采用的SBS改性沥青技术指标如表1所示。
2.2 集料
热拌薄层罩面应采用质地均匀、坚硬、无风化、表面粗燥、耐磨的碎石和坚硬、洁净、干燥、无风化、无杂质并有适当级配的人工轧制的米砾。如采用反击破式破碎机加工碎石,要求两个破碎面颗粒比例应不少于75%。各档集料必须满足《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40-2004)规定的物理力学性能要求,并满足粒径规格要求,其质量应符合表2中要求。
3 配合比设计
配合比设计的任务是要确定骨架和各种材料的比例,以保证真正形成粗集料骨架,骨架的间隙被细骨料有效填充,使之结合为一个整体发挥其最大作用。混合料的配合比设计是施工过程中一件十分重要的工作,配合比设计满足规范指标只是最低要求,并不一定是最优化设计。一个好的设计应该具有良好的使用性、稳定性及施工可行性,容易压实;能够经得起实践考验,有效保证沥青路面不产生损坏。本路段采用的AC-13C混和料级配范围见表3。
配合比设计主要采用马歇尔试验确定沥青混合料的沥青用量和体积参数,主要技术指标应满足表4中的要求。
改性沥青混合料需要较通常的沥青混合料提高10～15℃的温度进行拌和与摊铺碾压。在配合比设计阶段,应明确规定拌和温度与试件成型温度,使沥青混合料内部体积关系的确定具有科学性与合理性。本路段以175℃作为实验室拌和温度,160℃作为试件成型温度。
4 施工技术要求
4.1 混合料的拌和
沥青混合料必须在沥青拌和厂采用拌和机拌制。间歇式拌和机宜配备自动记录设备,在拌和过程中应逐盘打印沥青及各种矿料的用量、拌和温度。沥青混合料拌和时间应以混合料拌和均匀、所有矿料颗粒全部裹覆沥青结合料为度,并经试拌确定。拌和过程中严格控制沥青和集料的加热温度以及沥青混合料的出厂温度。集料温度应比沥青温度高10～15℃,热混合料成品在贮料仓储存后,其温度下降不应超过10℃。改性沥青使用前应升温至 170℃,拌和温度应控制在180℃左右,混合料送抵前场的到场温度不得低于160℃。为了防止改性沥青焦化,混合料出厂温度不得超过 195℃,一旦超过应予废弃。
间歇式拌和机每锅拌和时间宜为30～50s(其中干拌时间不得少5s,不宜超过10s)。由于混合料级配的特殊性,同时摊铺厚度只有3.0cm,同步薄层罩面混合料应避免长时间储存,必须储存时在有保温设备的储料仓储料时间不得超12h,贮存期间降温不应超过10℃,且不得发生结合料老化、滴漏以及粗集料颗粒离析,否则必须弃用。
4.2 混合料的运输
热拌沥青混合料宜采用较大吨位的自卸汽车运输,车厢应清扫干净。为防止沥青与车厢板粘结,车厢侧板和底板可涂一薄层洗涤剂水溶液或油水混合物(植物油与水的比例可为1∶3),并要排除可见游离余液。从拌和机向运料车上放料时,应每卸一斗混合料挪动一下汽车位置,以减少粗细集料的离析现象。沥青混合料运输车的运量应较拌和能力或摊铺速度有所富余,施工过程中摊铺机前方应有运料车在等候卸料。连续摊铺过程中,运料车应在摊铺机前10～30cm处停住,不得撞击摊铺机,卸料过程中运料车应挂空档,靠摊铺机推动前进。运料车应用篷布覆盖,用以保温、防雨、防污染,直至卸料时方可取下覆盖篷布。
4.3 混合料的摊铺
沥青混合料摊铺设备采用自动式,能按照规定的厚度在车道宽度内摊铺。摊铺机具有振动夯板或可调整振幅的振动熨平板组合装置,夯板与振动熨平板的频率,能够各自单独的调整。施工时将摊铺机调整到最佳工作状态,调好螺旋布料器两端的自动料位器,并使料门开度、链板送料器的速度和螺旋布料器的转速相匹配。螺旋布料器内混合料以略高于螺旋布料器2/3为宜,使熨平板的挡板前混合料的高度在全宽范围内保持一致,避免摊铺层出现离析现象。沥青混合料的松铺系数应根据实际的混合料类型、施工机械和施工工艺等,由试铺试压确定。摊铺过程中随时检查摊铺层厚及路拱、横坡,并按使用的混合料总量与摊铺面积校验平均厚度,不符要求时应根据铺筑情况及时进行调整。沥青混合料必须缓慢、均匀、连续不间断地摊铺。摊铺过程中不得随意变换速度或中途停顿。机械摊铺的混合料未压实前,施工人员不得进入践踏。摊铺遇雨时,应立即停止施工,并清除未压实成型的混合料,遭受雨淋的混合料应废弃,不得卸入摊铺机摊铺。
4.4 混合料的碾压
由于热拌薄层罩面混合料设计特殊,以及专用摊铺机械的特殊性,薄层罩面碾压严禁使用轮胎式压路机,只能使用光轮压路机静压,碾压需要1～2台10～13t双钢轮压路机,碾压过程中不需振动。混合料在摊铺后有一定作业面即可开始碾压,在尽可能高的温度状态下开始碾压,压路机紧跟摊铺机向前推进进行碾压,碾压段长度大体相同,每次压到摊铺机跟前后折返碾压,碾压速度不得超过5km/h;压路机静压时应从外侧向中心碾压,轮迹应重叠1/3～1/4碾压宽度,压完全幅为一遍。为防止压路机工作中粘轮应适当洒些水以保持轮子湿润,使压路机正常工作。碾压遍数应经试压确定,不宜少于4～6遍,直到达到要求的压实度并且无显著轮迹。对压路机无法压实的边缘部位,应采用手扶式小型压路机碾压。桥梁、挡墙等构造物接头、拐弯死角、加宽部分及某些路边缘等局部地区,应采用振动夯板压实。热拌薄层罩面系统碾压必须在路面温度降至90℃之前进行;施工完毕后,罩面温度下降到50℃以后方可开放交通。
4.5 接缝
(1)纵向施工缝。
采用两台摊铺机成梯队联合摊铺方式的纵向接缝,接缝采用斜接缝。在前面已摊铺混合料部分留下10～20cm宽暂不碾压作为高程基准面,并留有5～10cm左右的摊铺层重叠,以热接缝形式在最后做跨接缝碾压以消除缝迹。如果两台摊铺机相隔距离较短,也可做一次碾压,上下层纵缝应错开15cm以上。
(2)横向施工接缝主要为工作缝。
相邻两幅及上下层的横向施工接缝均应错开1m以上,上面层应采用垂直的平接缝,下面层的横向接缝应采用平接缝。平接缝应做到紧密粘结,充分压实,连接平顺。从接缝处起继续摊铺混合料前应用 3m直尺检查端部平整度,当不符合要求时,应予清除。摊铺时应调整好预留高度,接缝处摊铺层施工结束后再用3m直尺检查平整度,当有不符要求者,应趁混合料尚未冷却时立即处理。
5 结语
通过对某二级公路热拌薄层罩面技术的工程实践,详细阐述了热拌薄层罩面原材料的技术指标与质量控制以及配合比的技术标准,尤其重点分析了薄层罩面施工控制的主要环节并对其进行了探讨,为热拌薄层罩面技术的推广应用提供指导。热拌薄层罩面施工时应注意如下几点:
(1)热拌罩面层厚较薄,且碎石含量很多,因此在施工的时候热量散发较快,故各个环节的温度控制都应较规范的规定稍加提高10～15℃。
(2)注意热拌薄层罩面施工的碾压过程,碾压严禁使用轮胎式压路机,只能使用光轮压路机静压,碾压过程中不能震动,碾压遍数应经试压确定,但不宜少于4～6遍。
(3)热拌薄层罩面质量控制需要注意其工艺特点和相关的检测指标,不需要进行普通渗水试验与压实度试验。
参考文献
[1]JTJ052-2000,公路工程沥青及沥青混合料试验规程[S].
[2]JTG F40-2004,公路沥青路面施工技术规范[S].
[3]JTG D50-2006,公路沥青路面设计规范[S].
[4]冯升.同步薄层罩面在宣大高速公路上的应用[J].公路交通科技(应用技术版),2008(12):33-36.