沥青路面及绿色施工新技术

沥青路面新技术及绿色施工技术山东建筑大学任瑞波教授2012年06月24日●我国公路与城市道路沥青路面主要存在的问题●对沥青路面的使用要求●公路与城市道路沥青路面结构及材料●沥青路面施工技术--沥青混合料设计方法和施工质量控制●沥青路面预防性养护技术●新的稳定型橡胶改性沥青及混合料技术●高模量沥青混合料设计及施工控制技术●温拌沥青混合料设计及施工控制技术一、我国公路与城市道路沥青路面主要存在的问题1、高温性能不足(悬浮密实结构)骨架-密实型SMA悬浮-密实型AC骨架-空隙型PFC(OGFC)2、沥青路面裂缝（路基不均匀沉降、疲劳裂缝、低温裂缝、反射裂缝等）3、水稳定性差4、沥青抗老化性能差5、表面特性差(抗滑性能差)车辙低温和反射开裂疲劳松散滑溜水损害二、对沥青路面的使用要求1、路面有足够的承载能力2、路面结构的抗永久变形能力（抗车辙能力）强。3、面层表面无明显泛油现象4、表面平整、密实、微观要粗糙。5、无明显水损坏现象6、无明显台背沉陷和路基沉陷7、基层质量好，路面结构形成完整的整体8、避免或减少裂缝的出现三、公路与城市道路沥青路面结构及材料我国公路与城市道路上的沥青路面结构具有以下几类：半刚性沥青路面结构、刚性基层沥青路面结构、全柔性沥青路面结构、具有柔性基层的半刚性沥青路面结构，大部分公路采用半刚性沥青路面结构：1、半刚性沥青路面结构面层半刚性基层垫层沥青上面层沥青中面层沥青底面层上基层底基层垫层面层材料：沥青混凝土、沥青玛蹄脂碎石混合料（SMA）、沥青碎石、OGFC、沥青贯入碎石、沥青表面处治等。半刚性基层（底基层）材料：水泥稳定材料、石灰稳定材料、二灰稳定材料、综合稳定材料等。垫层材料：粒料材料、半刚性材料等。010203040506070809010000.511.522.53级配上限级配下限级配中值合成级配1合成级配2合成级配3中值线•2、刚性基层沥青路面采用普通混凝土、碾压式混凝土、贫混凝土、钢筋混凝土、连续配筋混凝土等材料做的基层。面层刚性基层垫层沥青上面层沥青中面层沥青底面层上基层底基层垫层交通部2005年文件《关于防治高速公路沥青路面早期损坏的指导意见》中明确指出“要树立全寿命成本理念，降低沥青路面产生早期损坏的返修成本”，结合国外沥青路面的发展动态，针对半刚性沥青路面的种种弊端，我国未来沥青路面结构可能朝着以下主流发展：3、全柔性沥青路面结构面层柔性基层垫层柔性基层材料：大碎石沥青混合料（LSM、ATB、ATPB等）沥青贯入碎石、级配碎（砾）石等粒料材料。沥青上面层沥青中面层沥青底面层上基层底基层垫层4、具有柔性基层的半刚性沥青路面结构面层柔性基层半刚性基层垫层15cmLSPM5、永久性沥青路面结构（PERPETUALPAVEMENT）永久性沥青路面的理念：设计的沥青路面能够使用50年以上、采用较厚的沥青层柔性路面，降低了传统的沥青层底疲劳开裂和避免结构性车辙，由于此路面的损坏仅限于路面顶部（2.5—10cm），因此只需要定期的表面洗刨、罩面修复，使得沥青路面在使用年限内不需要大的结构性重建。高性能PG胶结料3.75~7.5cm高质量HMA或OGFC胶结料高温性能同面层低温性能较面层降一级10~17.5cm高模量抗车辙HMA胶结料高温性能同面层低温性能较面层降一级7.5~10cm柔性，抗疲劳HMA路基永久式路面•轮载下100~150mm区域为高受力区域，也是各种损坏（主要是轮辙）的发生区域。•表面层(40~75mm)，为高性能沥青混凝土，为车辆提供良好的行驶界面，应具有足够的抗滑性、高温稳定性、水稳定性。•中间层(100~175mm)，为高模量青混凝土，起扩散荷载的作用，应具有高模量（刚度）、抗车辙。•基层(75～100mm)，为高柔性沥青混凝土，起抵抗疲劳的作用，应具备高柔性、抗疲劳、密水性能好。试验路段结构层厚度(mm)沥青PG分级孔隙率(%)长寿命路段(Illinois大学)磨耗层5058-286中间层9064-226HMA基层9064-224沥青层总厚230－－长寿命路段(WisDOT)磨耗层5064-286中间层9058-286HMA基层9058-284沥青层总厚230－－长寿命路段(WAPA)磨耗层5058-286中间层9070-226HMA基层9070-224沥青层总厚230－－传统路段磨耗层5058-28－中间层9058-28HMA基层9058-28沥青层总厚230－传统路段磨耗层4058-28－中间层7058-28HMA基层7058-28沥青层总厚180－1磨耗层5076-28研究决定中间层13070-22HMA基层10058-28沥青层总厚230－2磨耗层5070-28中间层13070-22HMA基层10064-22沥青层总厚230－美国威斯康辛州的长寿命试验路段的结构组合疲劳寿命lgN应变lgε高沥青含量混合料低沥青含量混合料永久疲劳寿命用油量与抗疲劳性能的关系永久性沥青路面结构设计一般不考虑交通量,设计标准为控制沥青层层底弯拉应变小于极限应变值,设计时所采用的荷载为在道路上行驶所能预测的最大荷载的实际车辆荷载,并考虑一定量的超载下的荷载;极限应变值现在还没统一,一般非改性沥青为60-70uε,改性沥青可提高到100uε。路基土垂直压应变小于200uε。对目前沥青路面结构容易出现早期损坏的思考•高度重视半刚性基层沥青路面的层间处理问题•关注重载条件下的反射裂缝问题•高度重视沥青路面内部的排水问题•重载交通条件下，沥青路面结构形式多样化四、沥青路面施工技术--沥青混合料配合比设计方法及施工质量控制（一）、沥青混合料对原材料具体要求1、道路石油沥青技术要求沥青标号指标单位等级160号[4]130号[4]110号90号70号[3]50号30号[4]试验方法[1]针入度(25℃,5s,100g)dmm140～200120～140100～12080～10060～8040～6020～40T0604适用的气候分区[6]注[4]注[4]2-12-23-21-11-21-32-22-31-31-42-22-32-41-4注[4]附录A[5]A-1.5～＋1.0针入度指数PIB-1.8～＋1.0T0604A384043454446454955B363942434244434653软化点(R&B)不小于℃C35374142434550T060660℃动力粘度[2]不小于Pa.sA-60120160140180160200260T0620A50504045302030202015252015151010℃延度不小于cmB30303030201520151510201510108A、B100805015℃延度不小于cmC80806050403020T0605A2.2B3.0蜡含量(蒸馏法)不大于％C4.5T0615闪点不小于℃230245260T0611溶解度不小于％99.5T0607密度(15℃)g/cm3实测记录T0603TFOT(或RTFOT)后[5]质量变化不大于％0.8T0610或T0609A48545557616365B45505254586062残留针入度比不小于%C40454850545860T0604A121210864－残留延度(10℃)不小于cmB10108642－T0605残留延度(15℃)不小于cmC403530201510－T0605关于针入度指数PI的确定我国的规范规定，PI值按照3个以上温度的针入度计算得到，仲裁时以5个温度的针入度计算得到，要求回归系数不小于0.997。PI＝（20-500A）/（1+50A）A—25℃、15℃、30℃或5℃（必要时增加10℃、20℃）等3个温度的针入度，由式lgP＝AT+K求出温度敏感系数A计算PI值的试验温度表4-3针入度等级试验温度(℃)30号4540353025－－－－50号－4035302520－－－70号－－3530252015－－90号－－－3025201510－110号3025201510130号、160号－－－－252015105针入度,0.1mm15℃25℃35℃温度敏感性低温度敏感性高沥青的温度敏感性聚合物改性沥青技术要求表4.6.2SBS类(I类)SBR类(II类)EVA、PE类(III类)指标I-AI-BI-CI-DII-AII-BII-CIII-AIII-BIII-CIII-D试验方法针入度25℃,100g，5s(0.1mm)10080-10060-8040-6010080-10060-808060-8040-6030-40T0604针入度指数PIMin-1.2-0.8-0.40-1.0-0.8-0.6-1.0-0.8-0.6-0.4T0604延度5℃,5cm/min，cmMin50403020605040－T0605软化点TR&B℃Min4550556045485048525660T0606运动粘度[2]135℃Pas,Max3T0625T0619闪点℃Min230230230T0611溶解度％Min9999－T0607弹性恢复25℃％Min55606570－－T0662粘韧性N·mMin－5－T0624韧性N·mMin－2.5－T0624贮存稳定性[3]离析，48h软化点差℃Max2.5－无改性剂明显析出、凝聚T0661TFOT(或RTFOT)后残留物T0610或T0609质量变化％Max±1.0T0610或T0609针入度比25℃％Min5055606550556050555860T0604延度5℃，cmMin30252015302010－T06052、改性沥青技术要求当使用表列以外的改性剂或者进行复合改性时，应该经过试验研究制订相应的技术要求。用于加工改性沥青的基质沥青的质量应该符合道路石油沥青中A级或者B级的技术要求。供应商在提供改性沥青的质量报告时，应该同时提供基质沥青的质检报告或者沥青样品。粗集料•在集料规格中列入与沥青的粘附性指标在国外很少见，因为重要的是沥青混合料的水稳定性检验。我国有许多地区盛产花岗岩、石英岩等酸性岩石，这些石料除与沥青粘结性较差外，其他性质一般较好，使用时只要采取抗剥离措施，如掺加消石灰等，并不妨碍使用。3、对集料技术要求粗集料•SHRP研究成果对长期以来使用了胺类抗剥落剂的沥青混合料的耐久性再次提出了异议后，各国更加重视采用消石灰和水泥作为主要的抗剥落剂。掺加胺类表面活性剂确实会使粘附性的室内试验结果十分满意，但这种材料的耐热性差和水溶性的缺点将随使用时间的延长，致使长期效果受到影响，甚至成了沥青的乳化剂而使沥青随水流走。细集料•要求生产时采用抽吸的措施，使0.075mm的通过率不得超过10%。•高速公路的表面层一般不用石灰岩等碱性石料，如果也使用相同集料的石屑，石屑中含有较多的0.075mm以下成分，等于使用了非石灰岩成分的矿粉，那是不能允许的。细集料•细集料的质量要求规定甚少，其中最主要的是洁净：对天然砂采用小于0.075mm含量的百分数表示对石屑和机制砂采用砂当量(适用于0~4.75mm)或亚甲兰试验(适用于0~0.15mm或0~2.36mm)表示。细集料•细集料的棱角性。是细集料的另一个重要指标，表征了在集料中的嵌挤能力，细集料的表面粗糙程度对沥青混合料的施工性能和使用性能起着至关重要的作用。美国SUPERPAVE特别强调细集料的棱角性指标，用细集料的毛体积相对密度计算的间隙率表示。欧洲一些国家的棱角性一直采用流值试验(指标为流动指数:flowcoefficient)。其实两种方法的意义是一样的，由于欧洲的方法比较简单，而美国的方法需要测定细集料毛体积密度，有不少争议，所以采用欧洲方法。细集料•新集料试验规程：T0344棱角性(间隙率法)，T0345棱角性(流动时间法)；3、纤维木质素纤维质量技术要求表4.11.1项目单位指标试验方法纤维长度，不大于mm6放大镜或显微镜观测灰分含量％185高温590℃～600℃燃烧后测定残留物PH值7.51.0水溶液用PH试纸或PH计测定吸油率，不小于纤维质量的5倍用煤油浸泡后放在筛上经振敲后称量含水率(以