刚性路面罩面新工艺在柳州市路面维修中的探索

摘要:刚性路面(文章主要指水泥砼路面)在南方城市道路中使用广泛,但它的病害也不断出现在维修管养部门的面前。文章着重对罩面新工艺进行探讨,以期为今后的养护维修提供简单可行、实用的方法。

关键词:刚性路面;罩面新工艺;维修技术

中图分类号:R783文献标识码:A

文章编号:1674-1145(2009)33-0129-03

由于刚性路面具有刚度大,耐磨性好,扩散荷载能力强,稳定性好,在养护条件好的情况下使用年限较长的特点,所以越来越多地应用于城市道路的建设上,但它也具有一旦开始破坏,破损会迅速发展的缺点。为探索简单易行的维修对策,柳州市市政设施维护管理处于2009年4月与长沙金和工程技术咨询有限公司(长沙理工大学)共同开发研究刚性路面罩面的新工艺和方法,并在柳州市潭中西路上铺筑试验段,希望通过试验成功,找到适合柳州市刚性路面的养护维修方法。

一、试验段路面的现状

本试验段位于柳州市柳南区潭中西路,起于育才路口,终于西环路口,全长400m,行车道宽15m,为双向四车道,路面具有典型的刚性路面病害:如严重开裂、错台、局部网裂及沉陷变形等。经弯沉试验,大部分板块承载能力达不到原设计和现状交通流量要求。

二、试验段罩面结构方案简要说明

本试验段采用的罩面结构方案与一般结构方案有所不同,自上而下采用“3 cm AC-13C型沥青砼+6cm外掺改性AC-20型沥青砼+2cmSBS改性沥青sup-10C型沥青砼+原水泥砼路面”的结构形式,其不同之处在于:

1.针对本工程特点,采用2cm SBS改性沥青sup-10C作为应力吸收层而置于底层,而不同于常规将改性沥青层置于最上层。其特点是将AC类级配调整为superprave级配,使混合料抵抗变形能力显著提高。

2.根据结构层的最大粒径与层厚的比值关系,本罩面结构厚度组合采用下面层为6cm外掺改性AC-20型沥青砼,表面层采用3 cm AC-13C型沥青砼。

3.为进一步提高罩面结构在高温下整体抵抗变形及抗车辙能力,本方案采用施工工艺简单,高性价比的外掺改性工艺技术。改性剂采用深圳海川科技公司的车辙王抗车辙剂,用量为沥青混合料质量的0.3%。经试验,掺改性剂后的沥青混合料在60℃时的抗车辙动稳定度约是普通沥青混合料的2倍。

三、沥青混合料工程设计级配控制要求

根据《沥青路面施工技术规范》(JTG F40-2004)对沥青混合料矿料级配的有关规定,在保证级配处于规范规定的级配范围内的同时,结合柳州市所处的地理环境、气候条件及潭中西路的道路等级、工程性质、交通条件等情况进行调整确定,在级配料生产时,严格控制以下几个关键筛孔的通过率,即4.75mm和2.36mm两个筛孔,具体指标见下表:

四、试验路施工工艺与质量控制要求

(一)路面工程施工工艺

1.准备工作;

2.南侧机动车道施工:基础处理→裂缝处理→纵、横缝粘贴玻纤格栅→喷洒快裂型乳化沥青→SBS改性沥青sup-10C施工→外掺改性沥青AC-20C施工;

3.北侧机动车道施工:基础处理→裂缝处理→纵、横缝粘贴玻纤格栅→喷洒快裂型乳化沥青→SBS改性沥青sup-10C施工→外掺改性沥青AC-20C施工;

4. 全幅车道AC-13C沥青砼面层施工。

(二)主要施工工艺质量控制技术要求

1.板底脱空压将工艺质量控制要求

(1)板底脱空压浆质量评定采用贝克曼梁弯沉仪(5.4m),其判断指标为:接缝(裂缝)两侧的板边弯沉差(WL-WU)>0.08mm;接缝(裂缝)两侧的板边平均弯沉值(WL-WU)/2>0.35mm。

(2)弯沉值检测点的布置应注意:横缝测点应位于距相邻板块横缝0.3m的地方,纵缝测点应位于距相邻板块纵缝0.3m的地方。

(3)灌浆材料指标要求:普通硅酸盐水泥采用42.5级,粉煤灰不低于二级,混凝土膨胀剂的膨胀率为0.03%~0.05%,复合早强剂为国标一级。

(4)灰浆配合比合格性指标为:7天侧限抗压强度>3.5Mpa,水灰比不大于6%,流动度>140mm。

(5)每块板布孔5~7个,钻孔深度为混凝土板厚度,穿透基层于路床顶面。

(6)灌浆施工压力控制在1.0 Mpa ~1.5 MPa,灰浆搅拌时间宜控制在5~10min,而且应在30min内用完。

(7)压浆施工结束后,养生3天后进行合格性检测。

2.路面板病害处治工艺技术要求

(1)对病害严重的板块采用挖除,用C20混凝土回填。

(2)裂缝处理:宽度小于1cm的裂缝,清缝后用道路胶灌填;裂缝大于1cm的裂缝,进行凿槽清缝,采用道路胶加软木条回填。

(3)粘贴玻纤格栅和洒布快裂型乳化沥青。粘贴玻钢格栅前,对已处治过的水泥路面进行全面清洗,在沿道路横缝、纵缝铺宽度为1.0m的玻纤格栅并固定。然后按0.6~0.8L/m2洒布快裂型乳化沥青。严禁车辆在粘贴好的玻纤格栅的路面上调头,以免造成玻纤格栅起皱。

3.主要原材料质量控制要求

(1)路面粗集料加工每批按2000T抽检验收一次,碎石中含水锈石、杂质多、风化严重且表面粉尘过多的属于不合格。

(2)路面细集料加工每批按500T抽检验收一次,其砂当量不符合要求的石屑不得使用,与沥青应有良好的黏结能力,宜采用中砂。

(3)沥青混合料的填料必须采用石灰岩或岩浆岩中的强基性岩石等憎水性石料经磨细得到的矿粉。矿粉要求干燥、洁净,能自由地从石灰仓流出,质量应符合规范中的技术要求。

(4)SBS改性沥青的性能指标:SBS改性沥青I-D各项技术指标要求如下:针入度(25℃,5s,100g)=30～60dmm,延度(5℃时)不小于20cm,软化点不小于60℃,闪点为小于230℃,溶解度不小于99%,弹性恢复(25℃时)不小于75%。

4.沥青砼生产、摊铺碾压质量控制要求

(1)沥青砼混合料的拌制。1)沥青混合料用LB-1500C型间歇式沥青砼拌和站拌制。SBS改性沥青sup-10c型混合料的出厂温度为160℃~180℃,外掺改性AC-20C和AC-13C型普通沥青砼混合料的出厂温度为150℃~165℃,加入外掺改性剂时,混合料干拌与湿拌总时间为50秒。2)沥青混合料要拌和均匀,所矿料颗粒全部裹覆沥青结合料,做到无花白料、无结团或结块或严重的粗细料分离现象。一般拌和时间为45s左右,不符合要求时不得使用,并应及时调整拌和时间。

(2)热沥青混合料的运输。1)热拌沥青混合料采用自卸汽车运输至摊铺场地,车厢底板和侧板应涂一层隔离剂,防止沥青与车厢板黏结。2)拌和机向运料车装料时,为减少粗细集料离析现象,每卸一斗混合料就挪动一下汽车位置,尽量缩小贮藏仓下落距离。3)当运输时间在半小时以上或气温低于10℃时,运料车用篷布覆盖。沥青混合料运至摊铺地点后,现场施工人员检查拌和质量并测量温度,沥青砼混合料运到施工现场一盘不得低于145℃(改性沥青砼一盘不得低于160℃)。4)已经离析、结块以及低于规定铺筑温度或被雨淋湿的料应废弃,不得用于工程上。

(3)沥青混合料的摊铺。1)在铺筑混合料之前,再次对下层进行检查,特别注意下层的污染情况,不符合要求的要进行处理。2)采用宽度为7.5m的摊铺机摊铺,摊铺机在开始受料前料斗应涂刷隔离剂。3)沥青混合料摊铺厚度是根据设计厚度及桩号、标高与其松铺系数确定。松铺系数要根据实验实测数据确定,应力吸收层的松铺系数为1.2。4)摊铺机在摊铺时,带振熨平。应力吸收层摊铺速度控制在1.5m/min以内。罩面层摊铺速度控制在2.0m/min,不得随意变换速度或停顿。摊铺后,立即用3m或6m直尺进行平整度检测,不符合要求的立即处理。检测频数为沿摊铺方向每2~5m一个点。5)沥青工铲补、刮平沥青混合料面层时,不得反复撒料或刮平,不得站在未碾压的混合料面层上。

(4)沥青混合料的碾压。1)沥青混合料经检查平整后要立即碾压。在碾压应力吸收层时,采用1台12t和1台8t的双钢轮压路机进行。碾压工作从道路两侧向路中心进行,相邻碾压带应重叠20cm以上,分初压、复压和终压三个阶段。初压用8t压路机静压2遍,初压温度大于150℃;复压采用12t压路机进行,碾压8~10遍,使其达到压实度;终压在复压后进行,采用8t压路机进行,消除轮迹,终压温度不低于110℃。在罩面层碾压前,必须洒布0.4~0.6L/m2的快裂型乳化沥青黏结层,并配备三台压路机(1台双轮震动压路机、1台胶轮压路机,1台双钢轮压路机)。初压应震动碾压3~4遍,当温度降到140℃左右时,用胶轮压路机进行复压6~8遍,收迹碾压2~3遍。碾压结束后,当路面温度降至50℃时,方可开放交通。2)沥青路面的接缝处理。本工程单幅路面宽7.5m,采用一台摊铺机沿路纵向全幅摊铺,一次成型,消除分幅纵缝。横向接缝处,摊铺前必须切割整齐,并在毛边涂刷乳化沥青,确保前后施工搭接良好。摊铺时纵缝要保证处于直线状态,在摊铺另一宽度时,重叠在已铺层上5~10cm,人工刮平后将多余的料铲走。碾压时应先在已压实路面上行走,碾压新铺层10~15cm,然后压实新铺部分,再往刚碾压实路幅重叠10~15cm,保证接缝压实紧密。相邻两幅及上下层接缝必须错位。横向接缝采用平接热接缝,即在接缝处用红外线热沥青路面热补机对已压实路面进行加热软化后,再在其上摊铺沥青砼,使新铺的沥青混合料与已压实的路面衔接紧密。横向接缝碾压时,压路机进行横向碾压,先在已压实路面上行走,碾压新铺层10~20cm,然后每压一遍向新铺部分重叠10~15cm,直至全部在新铺层上为止,再改为纵向碾压。

5.抗车辙剂外掺改性工艺技术要求

(1)本工程采用的抗车辙剂,其性能指标符合以下要求:粒径≤6mm,密度=0.9~1.1g/cm3,吸水率<2%。

(2)潭中西路属于中等交通,抗车辙剂掺量为沥青混合料质量的0.3%。

(3)抗车辙剂沥青混合料主要的性能技术指标应满足:动稳定度≥3000次,浸水马歇尔试验残留稳定度≥85%,冻融劈裂试验的残留稳定度≥80%,低温弯曲试验破坏应变με≥3000(试验方法按《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》规定的方法进行)。

(4)投料方式与计量:采用海川公司OP-R物料专用自动加料机进行自动投料。

(5)拌和控制:为使抗车辙剂能够均匀地分散到沥青混合料中,抗车辙剂加入后应与集料进行干拌,然后再喷入热沥青进行湿拌。掺抗车辙剂沥青混合料的施工温度应高于普通沥青混合料5℃~10℃,并严格控制拌和温度与时间,每盘料拌和温度差应小于5℃,拌和时间差小于5s。

(6)施工过程的质量检测。施工阶段上、下面层的质量检查包括:油石比、矿料级配、稳定度、流值、空隙率、残留稳定度;混合料出厂温度、运到现场温度、摊铺温度、初压温度、碾压终了温度;混合料拌和均匀性;面层厚度、平整度、宽度、高程、横坡度、压实度、横向偏位;摊铺的均匀性。

五、试验段工程主要施工质量检测试验成果汇总

从以上各表数据可以看出,在沥青混合料生产和各施工阶段,通过严格按技术要求进行质量控制,沥青砼生产和铺筑后的路面各技术指标均能满足设计和规范要求。经过半年多开放交通,目前试验段路面沥青砼层平整、密实,未发现下沉、开裂、碎裂、脱皮或离析等路面病害。据现场检测,试验段沥青砼性能稳定、密水抗滑,形成了有效的骨架型嵌锁结构,有较高的抗变形能力,极利于行车。因此,可以说本试验段采用的结构层形式与厚度、骨料粒径、配比等各种指标及施工控制手段还是比较适宜的。

六、主要结论与建议

柳州市目前有水泥砼路面约400万平方米,相当一部分城市干道已接近使用年限,路面基层和底基层材料组成和施工质量参差不齐,所以路面结构整体强度与质量也存在较大的差异。通过试验路段的施工实践,已初步探索和建立了路面病害评价与板底脱空压浆质量验评标准和检测方法,包括罩面结构施工质量抽检标准与方法,但仍待进一步完善与补充。

1.建议柳州市市政管理部门开展市政道路使用质量评价系统应用研究,总结和开发出一套概念明确、简便有效的道路使用质量评价指标和标准以及先进快速的检测方法,建立一个道路使用质量数据和相关各类信息完整的道路维修管理系统,为市政道路的大修改建方案与维修管理提供科学决策的依据,进一步提高市政道路维护管理水平,为广西乃至全国的水泥砼路面维修提供借鉴。

2.根据柳州市自然气候特点以及路用材料资源分布特征,对罩面结构沥青混合料工程级配进行了系统的室内外试验,提出了柳州市市政道路沥青混合料工程设计级配,如下表:

3.在沥青混合料中掺加抗车辙剂能够提高沥青砼的抗变形能力,且相比采用改性沥青作为抗车辙材料更经济、方便和灵活。据测算,按本试验段掺0.3%抗车辙剂生产的混合料与改性沥青混合料相比,其成本可节省约35%。因此,建议柳州市的道路管理养护部门在市政道路维修养护中推广应用此项技术。

参考文献

[1]沥青路面施工技术规范(JTG F40-2004)[S].

[2]公路工程沥青及沥青混合料试验规程(JTJ052-2000)[S].

[3]柳州市市政设施维护管理处,长沙理工大学工程技术应用研究所,湖南长沙金和工程技术咨询有限公司,柳州市潭中西路大修罩面工程试验路段施工技术总结报告[C].2009,(7).

作者简介:王海凤(1976- ),女,广西博白人,柳州市市政设施维护管理处工程师,研究方向:市政设施(道路、桥梁、排水)维护管理工作及维修材料。