应力吸收层防治沥青路面反射裂缝方法对比分析

Proprietary•Copyright©2010TheShanghaiLongfuCompany应力吸收层防治沥青路面反射裂缝方法对比分析吴剑业务开发事业部技术经理上海龙孚实业发展有限公司2010.3.9主要内容聚酯玻纤布应力吸收层Strata应力吸收层橡胶沥青应力吸收层（SAMI）几种主流应力吸收层类型应力吸收层简介结论应力吸收层简介应力吸收层是指铺筑于半刚性基层与沥青面层之间或者老路面与沥青加铺层之间，为防止反射裂缝而设计的低模量中间过渡层。概念：应力吸收层的功能：延缓反射裂缝防止路面水损坏应力吸收层水（水损坏）止于此处几种主流应力吸收层类型1、橡胶沥青应力吸收层2、Strata应力吸收层3、聚酯玻纤布应力吸收层橡胶沥青应力吸收层（SAMI）橡胶沥青应力吸收层（SAMI）是一种洒布型应力吸收层。其采用橡胶沥青作为粘结材料，洒布单层碎石（预裹覆效果更佳），碎石粒径9.5~13.2mm。概念：沥青面层橡胶沥青SAMI水泥稳定碎石基层橡胶沥青应力吸收层胶粉选择——20目大片4目12目20目80目橡胶沥青的生产橡胶沥青生产设备添加橡胶粉基质沥青输送至高速剪切搅拌器，与橡胶粉在190℃温度下高速剪切。剪切完成后，输送至反应罐进行至少45分钟的反应，并升温到200℃，完成橡胶沥青生产过程。橡胶沥青应力吸收层施工•橡胶沥青应力吸收层（SAMI）外观Strata应力吸收层Strata应力吸收层是由科氏沥青材料公司研发的一套防治沥青路面反射裂缝的系统，由应力吸收层和罩面层组成，其核心是应力吸收层。概念：罩面层Strata应力吸收层基层Strata应力吸收层系统构成罩面最小厚度应力吸收层上最小罩面厚度:20年交通量为3-10,000,000当量单荷载,最小厚度=7.5cm20年交通量10,000,000当量单荷载,最小厚度=9cm加铺层系统①应力吸收层中间层2.5cm和中间层上的沥青加铺层组成②材料:●专用聚合物改性粘结料,沥青用量高：8%～10%●细骨料:公称最大粒径4.75mm③混合料设计--体积特性④保证--性能试验●疲劳检验●稳定度检测筛孔mm0.0750.150.30.61.182.364.759.5备注USA规范通过百分率%7~148~1818~3235~5540~6560~8580~100100砂当量＞45%；吸水率＜3%；棱角性＞40%KOCH推荐通过百分率%6~148~2015~3525~5540~7060~8580~100100生产配合比变动范围%±1±4USA、KOCH矿料级配范围和生产配合比允许变动范围Strata应力吸收层矿料级配控制范围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（%）＞7.0延度（5cm/min5℃cm）＞50空隙率（%）0.5~2.5软化点（℃）＞65矿料间隙率（%）＞16.0粘度（135℃）＜3.0维姆(HVEEN)稳定性试验（T246，60℃）＞18.0弹性恢复（RTFO，25℃）＞80%弯曲梁(BEAM)疲劳试验，2000微应变，10HZ，20℃（次）＞100000离析（48h）＜4℃Strata应力吸收层沥青及混合料性能指标Strata应力吸收层混合料设计比较混合料设计比较中间层混合料规范Superpave混合料规范SGC设计(Superpave旋转压实仪)SGC设计(Superpave旋转压实仪)50转*100转0.5–2.5%孔隙率4%孔隙率16%minVMA*15%minVMAStrata应力吸收层设计性能—弯曲梁疲劳●测量混合料承受重复弯曲的能力●数据=直至断裂的载荷循环次数(强度的丧失)●拉伸应变模拟PCC接缝的运动弯曲梁疲劳试验仪●保证抗疲劳性能①Strata典型参数：2000个微应变作为控制标准可循环次数≥200000cycles②弯曲梁疲劳试验样本：3.0±1.0%空隙率（代表施工现场的密度，而非SGC试验样本）③试验温度由工程所在地的气候决定：中国北方：10℃中国中西部：15℃中国南方：20℃Strata应力吸收层—弯曲梁疲劳试验Strata应力吸收层设计性能—维姆稳定度401801020304050常规HMA中间层规范维姆稳定度(lbs)●保证在施工和道路使用过程中抗车辙的抵抗能力。Strata应力吸收层施工与质量控制——Strata沥青混合料生产Strata混合料的矿料中小于2.36mm的细集料含量很大，大约占集料的70%～80%左右，属于难于拌和的混合料，加之石屑中矿粉含量很高，为了保证混合料质量不得不采用加大引风的方式去除部分粉尘，这些特点与一般的混合料生产存在很大的不同，为了使搅拌设备适应Strata混合料的生产和保证稳定的生产质量，需对搅拌设备的参数进行合理的设置。(1)振动筛筛孔的选择：由于振动筛受筛分时间的限制，其筛分效率比试验室低，一般为85%左右，所以在筛孔的选择上较试验室筛孔放大15%～20%，其推荐值如下表所示标准筛筛孔mm2.364.759.5振动筛筛孔mm3.55.511振动筛与标准筛对应值参考表(2)拌和时间:对于间歇式搅拌设备而言，在每拌锅充盈率一定的情况下拌和时间决定了混和合料的均匀性,如下图所示，当拌和时间由37秒延长到44秒时，均匀性由0.224％变化为0.109％。另一方面拌和时间也不可过长，因为混合料在拌锅搅拌过程中，沥青膜在高温状态下与空气中的氧气充分接触，老化现象十分明显。混合料拌和均匀性曲线拌和器中沥青老化曲线Strata应力吸收层施工与质量控制——Strata沥青混合料生产(3)拌和温度控制：由于Strata在施工时铺层很薄降温很快（见图），因此对混合料的加热温度以及温控精度提出了很高的要求，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±2.5℃以内。铺层温降受环境温度、风速和铺层厚度影响很大，由图可知当环境温度由34℃降至26℃时，允许碾压时间缩短了4分钟，减少了40％。Strata铺层温降曲线80100120140160180135791113时间（min）温度（℃）环境温度26℃环境温度34℃Strata应力吸收层施工与质量控制——Strata沥青混合料生产(4)引风除尘：由于原材料含有较多的小于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，并且保持稳定，以避免造成除尘不稳定，时多时少，影响混和料的级配组成，并避免除尘系统温度过低或过高。一般排气温度为115℃～160℃，因为当除尘系统温度过低时，水蒸汽会在袋式除尘器的袋子上结露，特别是当低于95℃（露点）时，粉尘与水滴会堵死袋子使引风阻力加大，最高排气温度应小于180℃。Strata应力吸收层施工与质量控制——Strata沥青混合料生产(5)混合料生产控制要求: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±1(2.36mm)±4±47砂当量%＞45＞858天然砂变动%＜5＜3strata混合料生产控制要求Strata应力吸收层施工与质量控制——Strata沥青混合料生产Strata应力吸收层的主要功能是延缓反射裂缝，其铺层厚度要求为2.5cm±0.5cm，铺层过厚难于碾压，不利于高温稳定性；铺层太薄难于施工，也不利于延缓反射裂缝，因此旧水泥混凝土板块上应铺筑厚度均匀的沥青混合料薄层，在进行摊铺作业时，应解决以下问题。(1)找平基准：在旧水泥路面上摊铺Strata时，由于原路面变形较大，在其上铺筑厚度均匀的薄层宜采用原路面作找平基准的方式进行。Strata应力吸收层施工与质量控制——Strata沥青混合料摊铺和碾压根据摊铺机熨平板工作特性，设原路面高程为H，则根据熨平板的运动学模型可推出铺层表面的变化为下式，由此可见铺层复现了旧水泥混凝土路面面层的变化，只是滞后角。当找平基准靠近熨平板时，角→0，此时旧水泥混凝土板上可铺出厚度均匀的沥青薄层。)(2)(1tSinvLTS△HT为旧水泥路面表面的变化量；△HS为铺层表面的变化量；△H为旧水泥路面表面的变化幅值；ω为旧水泥路面表面变化频率；t为摊铺时间t=x/v；x为摊铺距离；v为摊铺速度；L为摊铺机臂长；为摊铺机滞后角。Strata应力吸收层施工与质量控制——Strata沥青混合料摊铺和碾压（2）Strata混合料碾压Strata混合料薄层降温很快，降温实测结果见下表。表中数据表明：在环境温度为34℃时有效碾压时间为10分（终压120℃），在环境温度26℃时，有效碾压时间6分钟，因此压路机需紧跟摊铺机后30米内，短距离碾压。Strata混合料经过4～5次碾压能够达到常规的足够的密度，压实密度为最大理论密度的97±2%。压实完成后铺层孔隙率应控制在1%～5%以内。时间(min)0123456789101112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3cmStrata铺层温降检测结果Strata应力吸收层施工与质量控制——Strata沥青混合料摊铺和碾压聚酯玻纤布应力吸收层聚酯玻纤布应力吸收层是指在原路面或基层表面喷洒热沥青并随即铺设具有优良工程特性的聚酯玻纤布，使聚酯玻纤布充分浸润热沥青，形成具有防水和防治反射裂缝功能的中间层。概念：原路面热沥青聚酯玻纤布•聚酯玻纤布应力吸收层•拉伸强度高•延缓反射裂缝•阻止水下渗新加罩面层•专为防水和应力分散设计的玻璃纤维/聚酯纤维无纺织物•2001年7月开始进入中国市场•2005年在沪宁高速公路扩建工程成功大规模应用•已成为我国道路防治反射裂缝的主流方法之一聚酯玻纤布聚酯玻纤布应力吸收层的优势•真正解决路面反射裂缝问题•提供超级防水层•不影响沥青混凝土路面的铣刨和再生•施工方便快捷•可灵活处理局部裂缝，并不一定都需要满铺。聚酯玻纤布应力吸收层试验研究•抗裂性能•防水性能•热稳定性•可再生性反射裂缝模拟试验•试验系统：MTS材料试验系统•试验材料：AC-20普通沥青混合料AC-20改性沥青混合料•对比材料：玻纤格栅聚酯玻纤布•试验模型：反射裂缝模拟试验结果AC-20普通沥青混合料试件9万次13万次AC-20SBS改性沥青混合料试件反射裂缝模拟试验结果AC-20普通沥青混合料+玻纤格栅15万次40万次AC-20普通沥青混合料+聚酯玻纤布反射裂缝模拟试验结果•路面罩面11个月后•将钻芯的横截面用环氧树酯浸泡，将试件在置于紫外光下拍照。环氧材料在这种条件下会清晰的展示出钻芯中的空隙和裂缝。聚酯玻纤布延缓反射性裂缝新罩面原有路面原有裂缝反射裂缝对照试件未设置聚酯玻纤布应力吸收层反射裂缝很快上传新罩面原路面聚酯玻纤布应力吸收层原有裂缝ＴruPave设置聚酯玻纤布应力吸收层有效延缓反射性裂缝上传聚酯玻纤布应力吸收层防水性试验-FloridaFM5-565•用水位的落差指示试件的防水性能。•试件可由试验室制备或路面钻芯。佛罗里达大学FM5-565试验数据05010015020025030010-5cm/sControlGridTP0.9TP1.1PP1.1FlowFLDOTUpperLimit聚酯玻纤布的热稳定性试验NPPPTP聚酯玻纤布不影响路面再生•使用玻纤格栅和聚酯土工布的路面无法铣刨和再生•聚酯玻纤布不影响铣刨和再生过程聚酯玻纤布和橡胶沥青应力吸收层（SAMI）成本分析比较SAMI橡胶沥青：15.6元/m2(按橡胶沥青6000元/t，每平米洒布2.6kg橡胶沥青计算)；集料：1.6元/m2(按玄武岩集料100元/t,每平方洒布16kg计算)；橡胶沥青洒布成本：4元/m2（按施工里程10公里，双向四车道估算）；集料撒布成本：2.0元/m2（按