水泥混凝土路面加铺沥青层施工技术研究2020/4/42水泥混凝土路面维修一般采用养护、修复和改建三种形式。及时选择恰当的养护与修复措施,可以延长水泥路面的使用寿命,降低路面寿命周期费用。2020/4/43问题的提出大量工程实践表明,水泥混凝土路面加铺所采用的预防反射裂缝技术措施的效果除了与所采用的材料性能有关外还在很大程度上决定于机械化施工工艺与质量控制技术。2020/4/44技术难点旧水泥混凝土路面多存在严重错台、沉降、变形等现象,加铺沥青混凝土路面的平整度控制成技术难点;由于旧水泥路面纵坡和横坡变形大,为了达到较高的平整度,铺层厚度会有较大的变化,在不同的铺层厚度下如何达到较高的均匀的密实度是施工控制技术关键STRATA应力吸收层由大量的细集料、矿物填料和高含量聚合物改性沥青胶结料组成,要求铺层厚度2.5cm±0.5cm,铺层空隙率4%±1%,施工难度大。2020/4/45研究与解决的主要问题STRATA应力吸收层的材料特性和施工技术研究路面平整度的传递规律研究,确定提高加铺层平整度的施工工艺;沥青混合料的压实特性研究,确定提高铺层压实度的控制工艺;沥青混合料搅拌设备、摊铺设备、碾压设备的性能研究,确定水泥路面加铺沥青层的机械化施工设备匹配技术。2020/4/46一、反射裂缝的预防措施施工技术2020/4/47反射裂缝产生机理方式一:水平移动混凝土路面的接、裂缝处承受剪应力和拉应力的能力很弱,在温度应力和车轮载荷周期性重复作用下,旧水泥混凝土面板会产生三种不同形式的运动。方式二:垂直移动方式三:平行移动2020/4/48沥青加铺层在与接、裂缝相应的位置上出现应力集中,随着时间的推移,在交通与环境载荷的反复作用下,产生反射裂缝。2020/4/49温度型反射裂缝在日变化温度和年变化温度共同反复作用下,沥青加铺层不断地承受压应力和弯拉应力,进而发生疲劳损伤,产生反射裂缝。2020/4/410载荷型反射裂缝车轮载荷引起的沥青加铺层剪切、弯拉应力2020/4/411国内外预防反射裂缝的常用措施增加加铺层厚度预锯缝设置分离层强化沥青混凝土破碎和稳定原有水泥混凝土路面设置防裂夹层2020/4/412设置防裂夹层的主要形式有土工布、土工格栅、改性沥青防水油毡、改性(橡胶)沥青砂、橡胶沥青混合料、沥青碎石、应力吸收层SAMI(StressAbsorbingMembraneInterlayer)和STRATA。工程实践表明:STRATA可以有效地延缓反射裂缝的发生和防止路面水渗入基层造成面层破坏。2020/4/413STRATA级配特征与施工控制Strata应力吸收层是美国科氏公司为延缓沥青路面出现反射裂缝时间而设计的高弹性聚合物改性沥青混合料,沥青含量高且不渗透。防反射裂缝效果优于玻纤格栅等土工织物,比格栅、土工布等土工织物夹层罩面和热拌沥青罩面晚3-5年出现反射裂缝,延长路面使用寿命5年。该混合料由大量的细集料、矿物填料和高含量聚合物改性沥青胶结料组成,要求铺层厚度2.5cm±0.5cm,铺层空隙率4%±1%。2020/4/414strata混合料集配要求与性能指标矿料级配范围和生产配合比允许变动范围筛孔mm0.0750.150.300.601.182.364.759.50通过率美国规范7~148~1818~3230~5540~6560~8580~100100科氏推荐6~148~2015~3225~5540~7060~8580~100100变动范围±1±4±4注:砂当量>45%,吸水率<3%,棱角性>35%2020/4/415沥青及沥青混合料技术指标沥青沥青混合料项目指标项目指标针入度(25℃100g5s0.1mm)>85~100沥青含量%>7延度(5cm/min5℃cm)>50空隙率%0.5~2.5软化点(℃)>65矿料间隙率%>16粘度(135℃)<2.2~3.0HVEEN稳定度(T246,60℃)>18闪点(℃)>230弯曲疲劳10HZ20℃(次)>100000弹性恢复(RTFO,25℃)>80%2020/4/416strata混合料的施工与质量控制strata混合料细集料含量高达70%左右合成级配变动范围要求严格细集料中常含较多的粉尘沥青粘度大,软化点高混合料的以上特点,使用传统搅拌设备施工难度相当大2020/4/4171)振动筛筛孔的选择strata混合料生产标准筛筛孔mm2.364.759.513.216振动筛筛孔mm3.56.5111519振动筛与标准筛对应值参考表2020/4/4182)拌和时间调整strata的拌和时间,应较中粒式沥青混合料的拌和时间延长20%~30%2020/4/4193)拌和温度控制strata施工时铺层很薄降温很快,要求出料温度控制在允许出料温度的上限附近,温度波动控制在±5℃以内。环境温度影响大,由34℃(系列2)降至26℃(系列1)时,允许碾压时间(碾压终了温度120℃)缩短了4分钟。2020/4/4204)粉尘处理原材料中含有较多小于0.075mm的粉尘,需要依靠搅拌设备的除尘系统进行净化;应将引风设备调整到合适的状态,并保持稳定,以避免除尘不稳定,影响混和料的级配组成,并避免除尘系统温度变化。2020/4/421筛孔(mm)各种规格料通过百分比(%)合成值矿粉天然砂0~3石屑3~5石屑5~10碎石9.5100100100(100)4.7598(97.3)10096.1(96.0)36.1(35.8)(92.6)2.3696.3(93.6)98.5(98.4)19.8(18.2)1.9(1.5)(74.6)1.1875.7(75.5)68.2(66.1)4.6(2.9)1.2(0.8)(52.0)0.610038.6(38.2)40.6(36.6)4.1(2.3)1.0(0.6)(31.0)0.399.422.2(21.7)30.9(26.3)4.0(2.2)0.9(0.5)(23.0)0.1597.76.6(5.9)19.7(14.3)3.8(2.0)0.9(0.5)(13.4)0.07585.71.4(0.7)12.6(6.3)3.6(1.8)0.8(0.4)(8.9)6145317105)级配控制2020/4/4226)混合料生产控制序号项目要求控制范围1石料加热温度℃180~190185~1902沥青加热温度℃170~180170~1753混和料拌和温度℃170~180175~1804拌和时间s40~60505沥青含量偏差%±0.3-0.3~06级配偏差%(筛孔)0.075mm±1±12.36mm±4±44.75mm±5±47砂当量%>45858天然砂变动%<532020/4/423混合料摊铺与碾压摊铺碾压作业时,应解决如下问题1)铺层薄strata应力吸收层的主要功能是预防水泥板间的反射裂缝,铺层厚度为2.5cm±0.5cm,要求旧水泥板块上铺筑的沥青混合料薄层厚度均匀2020/4/4242)温降快8010012014016018012345678910111213时间(min)温度(℃)系列1系列22020/4/425STRATA摊铺1)找平基准摊铺机具有自动调平功能(自调平、控制系统调平);等厚摊铺(自身、传感器)当找平基准靠近熨平板时,角→0,此时在旧水泥板上可铺出厚度均匀的沥青薄层。2020/4/4262)摊铺施工要点:摊铺前熨平板需预热至100℃以上,否则无法正常起步。摊铺速度应控制在4m/min以内;首台压路机应尽可能靠近摊铺机,如混合料出现开裂现象,压路机应该退回至开裂停止处;路幅宽超过7m时宜采用两台摊铺机同步零距离摊铺;2020/4/427纵向接缝应重叠、互搭,重叠宽度20cm以上,施工缝须与原水泥板接缝错开30cm以上;常规摊铺温度为120℃-177℃;混合料温度超过177℃时,摊铺机后混合料可能出现推挤现象;混合料温度低于120℃时,摊铺机后的混合料可能出现开裂现象;气温低于10℃不得摊铺;2020/4/4283)Strata混合料碾压Strata铺层温降检测结果时间min0123456789101112备注测点1温降℃1661611541371291231181151101041009794环境温度26℃,厚度3cm测点2温降℃165161154142138133130126123121118116113环境温度34℃,厚度3cm2020/4/429Strata混合料含油量较高,铺层薄,宜采用静压,不宜用胶轮压路机,以免出现泛油或振坏。碾压中或碾压完成后若遇连续高温天气,strata铺层可能出现气泡,可将将其刺破或覆盖,也可用压路机去除,不会对使用性能造成影响。碾压施工要点2020/4/430成功的strata混合料碾压后每隔几米会出现30cm×30cm左右的油斑或轻微的油带,不出现油斑表明油量偏低,大面积出现油斑则表明油量偏高。压实完成后铺层空隙率应控制在3%~5%以内。提高摊铺初压密实度,对压实质量有重要作用。2020/4/431STRATA应力吸收层碾压施工现场2020/4/432路面检测结果序号项目目标值变化范围1沥青含量9.0-0.3~+0.02矿料级配通过百分率%9.5mm10004.75mm92.6-2.5~+3.62.36mm74.6-2.2~+3.50.075mm8.9-0.6~+0.93铺层厚度(mm)25.0-1~+44空隙率(%)4.0-0.9~+0.4Strata铺层检测结果2020/4/433二、路用土工布的材料特性与施工技术2020/4/434土工布是一种采用特殊的挤压和定向拉伸技术加工而成用于防止反射裂缝的主要土工合成材料,有聚乙烯土工布、平布、有纺土工布和无纺土工布等。铺设土工布减缓反射裂缝的效果相当于铺设约30mm的沥青混凝土的效果,使用土工布还可有效减少加铺沥青层的厚度,是一种比较经济的减缓反射裂缝的措施。2020/4/435路面结构用土工布特性良好的耐温性,能耐170℃以上的高温抗拉强度≥8kN/m,单位面积质量≤200g/m2良好的沥青吸附性和柔性耐酸碱、抗老化良好的均匀性,双向强度比不大于1.2,厚度小于3mm无纺土工布2020/4/436准备下承层,保证路面无污染,接触面整齐喷洒粘层油,粘层油一般选用改性沥青或乳化沥青,采用沥青洒布车洒布采用人工或机械铺设土工布,烧毛土工布烧毛的一面朝上,专用铺设机械可由装载机改装。乳化沥青完全破乳时,将土工布拉展紧压在机械的橡胶板下,开始铺设,铺设速度6m/min左右。土工布铺设施工工艺2020/4/437洒布粘层油2020/4/438铺设土工布2020/4/439三、路面平整度传递规律2020/4/440路面平整度是高速公路主要使用性能之一,不仅体现公路施工质量的总体水平,还直接影响车辆的行驶质量和路面使用寿命和养护维修费用,美国Michaels·Janoff的研究表明:平整度好的路面10年内衰减较小;平整度好的路面10年内裂纹较少;平整度好的路面10年内养护费用少。2020/4/441初始平整度与长期裂缝改善率的关系2020/4/442初始平整度与平均年养护费用的关系2020/4/443影响沥青路面平整度的基本因素摊铺作业与基准方面的因素摊铺速度波动料堆推移阻力及其作用高度波动牵引点高度变化碾压作业方面的因素施加给铺层材料的压实作用不均匀松铺层混合料密度和力学特性不均匀松铺层厚度不均匀2020/4/444平整度传递机理V′——所考察柱体压实后的体积;V——所考察柱体压实前的体积;ε1——路面结构材料的竖向应变μ——路面结构材料的横向和竖向应变之比(泊桑比)。)21('11VVσ1σ3σ2△HH2020/4/445作为摊铺机行驶的支承表面,下层路面凹凸不平将使熨平板大臂牵引点的高程发生变化,导致熨平板仰角的变化影响摊铺层表面平整度;作为移动基准的支承表面,下层路面凹凸不平将引起基准本身误差,影响摊铺层表面的平整度;以上两方