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沥青路面的养护和维修(二)


第四章 沥青路面养护维修关键技术

4.1沥青路面裂缝类病害维修

对于表现形式比较简单的裂缝(横裂、纵裂),传统上采取封堵的方法:缝宽在5mm以内时,清除缝内的杂物后,将稠度较低的热沥青灌入缝内,填入干净的石屑或粗砂并捣实刮平;缝宽在5mm以上时,首先要除去已松动的裂缝边缘,清楚缝内的杂物后用热拌沥青混合料填入缝中。具体可采用开槽灌缝的方法进行处治[7]

(1)开槽:用开槽机沿裂缝开槽,槽宽2槽深2。开槽长度视裂缝长度而定,一般要沿裂缝可能继续发展的方向略长于裂缝。用吹风机将槽内杂物清理干净,再用热风机烘干槽内可能残留的水份;

(2)灌缝:用专用的灌缝材料-采用专用密封胶进行灌缝处理,一般需浇灌2—3遍,直至灌缝材料与路面平齐为止。必要时将干燥洁净的石屑撒到灌缝表面,即可开放交通。所用灌缝材料为专用灌缝材料,具有良好的高低温稳定性,设备操作简单灌缝效果较好。

对于形式复杂的裂缝,一般出现的面积比较大。可以采用稀浆封层、沥青薄层罩面、单层沥青表处等处于等形式进行处治;当基层、土基强度不足时,要首先对基层、土基进行处治,然后再加铺面层。近几年来,沥青路面灌缝材料、灌缝机械的研究有了进一步的发展,一些新材料、新机械(如美国CRAFCO 公司生产的灌缝料与灌缝机)在实践中被广泛采用,对于裂缝的处治具有很好的效果。

4.2沥青路面松散类病害维修

坑槽是沥青路面的常见病害,路面坑槽不仅影响道路的整体景观,更大的危害是影响道路正常交通,使车辆行驶颠簸,影响行车速度和乘客的舒适性,还会使车辆容易出现机械故障和损坏,甚至引发交通事故。因此,对于路面上出现的坑槽应及时加以修补。

沥青路面的坑槽修补是公路养护中最常见的作业项目,如何使该项作业尽可能达到高效、密实、美观的目的,主要取决于坑槽修补的工艺、材料、设备这三大因素[8]

(1)材料的选择。沥青混凝土:选用AC-1AK-13改性沥青混凝土;乳化沥青:采用快裂型乳化沥青,也可采用慢裂快凝型乳化沥青,保证修补后能迅速开放交通。如壳牌美国公司的KOCH型快裂阳离子乳化沥青和CRS-2型快裂聚合物改性乳化沥青。由于进口乳化沥青稠度较大,沥青含量约70%,使用时应进行稀释,常用的稀释方法有两种加热稀释(温度一般大于40摄氏度)和加水稀释(比例为2%)两种;

(2)作业前的准备。将选择好的沥青混凝土装进贮料仓,并用液化气进行加热;将选择好的乳化沥青注入贮罐。注意不要加满,乳化沥青受热后会膨胀;检查整台机器的完好情况,坚持例行保养和及时维修;检查液压系统是否工作正常,检查乳化沥青管道是否畅通;预热乳化沥青;将清洗液贮罐加满柴油,便于及时清洗乳化沥青管道;

(3)操作注意事项:在进行坑槽修补作业时,除了要求操作手具有一定的路面养护经验以外,还需要反复训练,这样才能熟练掌握乳化沥青喷洒的均匀程度、沥青混凝土的用量、压实这三大操作关键,从而达到均匀、密实、快速修补坑槽的最佳效果。

4.3沥青路面变形类病害维修

根据车辙类型的不同,可以采取局部铣刨、局部填补或整体改造措施。常用的维修措施有:稀浆封层、微表处、石屑封层、罩面或改建等[9]

(1)因表面磨损过度出现的车辙,可先行铣刨喷洒粘层沥青后,铺筑沥青混合料。

(2)属于路面横向推挤形成的横向波形车辙,且已稳定者,可按上述方法修补;如因不稳定夹层引起,则应清除该夹层,重铺面层。属于局部下沉造成的车辙,可按路面沉陷的处理方法进行修补。

(3)道路表面里因车辆行驶推移而产生的车辙,应将出现车辙的面层切削或刨铣清除,然后重铺沥青面层。在高速公路及一级公路上可采用SMA混合料或改性沥青混合料修补车辙。

(4)路面受横向推挤形成的横向波形车辙,如果已经稳定,可将凸出的部分铣刨,在波谷部分喷洒或涂刷粘结沥青并填补沥青混合料并找平,压实。

(5)因面层与基层间有不稳定的夹层而形成的车辙,应将面层挖除,清除夹层后,重做面层。

(6)由于基层强度不足、水稳性不好,使基层局部下沉而造成的车辙,应先处置基层。

4.4沥青路面其他病害维修

4.4.1麻面与集料外露

对于轻微的麻面和集料外露,且数量较小的路段,可薄刷一层沥青,撒石屑或粗砂扫平压实。当沥青面层不贫油时,可在高温季节撒适当的细料,并用扫帚扫匀,使集料填充到路面的空隙中。大面积麻面应喷洒稠度较高的沥青,并撒适当粒径的石屑或粗砂,应使麻面部分中部的集料稍厚,周围与原路面接口要稍薄,定型要整齐,并碾压成型[10]

麻面或集料外露严重,或有松散且数量较大路段,可在气温10℃以上时,清扫干净,重做沥青封层。其沥青洒布量为,然后撒布3-8mm石屑或粗砂,扫匀后碾压成型。也可铺筑10-15mm的沥青砂罩面层。如在低温季节,也可用稀浆封层。

4.4.2泛油

在轻微泛油路段,可撒上3-5mm粒径的石屑或粗砂,并用压路机或控制行车碾压;较重路段,可先撒上5-10mm粒径的碎石,用压路机碾压。待稳定后,再洒上3-5mm粒径的石屑或粗砂,并用压路机或控制行车碾压。

面层混合料中理清含量过高,且已形成软层的严重泛油路段,可视情况采用下述方法之一。

(1)先撒一层10-15mm粒径(或更大的)碎石,用压路机将其强行压入路面,待基本稳定后,再分次撒上5-10mm粒径的碎石,并碾压成型。

(2)将沥青含量过高的软层铣刨清除后,重做面层。

4.4.3拥包

属于施工时操作不慎将沥青漏撒在路面上形成的拥包,将拥包除去即可。

因面层沥青用量过多或细集料集中而产生较严重的拥包,或路面连续多次出现拥包且面积较大,但路面基层仍属稳定,将拥抱全部除去,并低于路表面约10mm。扫尽碎屑、杂物及粉尘后用热沥青混合料重做面层。

因基层局部强度不足或水稳定性不好所致,使基层松软而导致的拥包,应将基层和面层全部挖出,如土基中含有淤泥还应将淤泥彻底挖除,换填新料并夯实。在地下水位较高的潮湿路段,应采取措施引出地下水并在基层下面加铺一层水稳定性较好材料,最后重做面层。

4.5预防性养护

利用在已有路面上敷设一层防护层来保护原有路面的方法在很早以前就有了,但是预防性养护作为一个完整的概念出现在20世纪的80年代,它是许多国家在公路网的重建过程中总结了以往经验教训的基础上提出来的。预防性养护的重要意义体现在四个方面:保持路面良好的使用性能;延长路面的使用寿命;减少路面寿命周期的成本;节约养护维修资金,是一种费用--效益十分良好的养护措施。

SHRP H-101LTPP SPS-3课题的一个重要研究成果就是明确了预防性养护在延长路面寿命周期、节约寿命周期费用方面的良好费用--效益。这一成果的一个总结,可以看到经过三次预防性养护,路面服务能力的评分仍可达到70分以上;路面经四次预防性养护而终结其寿命周期,共延长使用寿命15年;养护维修工程总费用可节省约45%

正是由于预防性养护的巨大经济和社会效益,使这一技术得到了迅速发展。目前广泛应用的预防性养护技术主要有表面封层、裂缝填封和薄层罩面三种类型。

4.5.1 表面封层

表面封层是一层用连续方式敷设在整个路表面上的养护层,封层材料可以是单独的沥青或其他封层剂,也可以是沥青与集料组成的混合料。表面封层用于解决的养护问题主要有:复原或延缓表层沥青材料的氧化(老化);重新建立路面的抗滑阻力;密封表面的微小裂缝;防止水从表面渗入路面结构层;防止集料从表面失落、崩解。目前常用的表面封层技术有:雾层封层、还原剂封层、石屑封层、稀浆封层(微表封层)等。

雾层封层和还原剂封层:此类封层是将雾状的乳化沥青或专门的再生剂喷洒在老化的沥青路面上(专用的再生剂要求渗入路面6 cm左右),其目的是更新和还原表面已氧化的沥青膏体。雾层封层和还原剂封层都有一些共同的特点:施工后需要较长的时间才能开放交通;必须严格掌握单位面积的喷洒量,过多的喷洒量会在路表面形成一层薄膜而使路面丧失摩擦阻力,必要时需用铺砂的方法来改善其抗滑阻力。撒砂虽然可以提高抗滑阻力但它与路面的粘结力较差,即便经过碾压,在高速行驶的车轮的作用下仍会被带出,而导致抗滑能力的很快衰减,由于上述原因,雾层和还原剂封层通常主要用于低交通流量、低速的道路和停车场上。

为改进雾层封层缺点所作的努力一直沿着两个方向在取得进展,一方面是从材料上采用粘附性更高的粘结料,另一方面是从工艺上来改善粘结剂与砂粒之间的裹覆性能,例如将砂粒与粘结剂事先拌和后再喷洒至路面上。

美国STAR-SEAL公司开发的“SUPREME”牌沥青路面封涂层就是上述努力的一个例子。“STAR-SEAL SUPREME”是一种以精制煤焦油沥青乳液为主,添加有橡胶类高分子聚合物和表面活性剂的混合物。一般来说,煤焦油具有抵抗汽柴油等轻质油分的侵入和改善集料湿润性的能力,因而也改善了它们之间的粘附性能,高分子聚物则增强了粘结剂的粘韧性,而表面活性剂则改善了附着表面的抗水性。将此种乳液与细的石英砂(粒径0.425-0.212mm)搅拌混合后将其喷洒、涂刷在沥青路面上2-3遍可形成一层极薄的保护层。它对沥青路面具有一种屏蔽保护作用,可以抵抗阳光、空气对沥青粘结剂的老化,阻止水分侵入沥青路面而导致的水损害,保护路面沥青不受泄漏的汽油、柴油、机油等轻质油分的软化作用,防止冬天防冻盐或其他化学品对沥青路面的侵蚀。高粘附性的粘结材料和事先与高耐磨性集料(例如石英砂)的充分裹覆,保证了表面必要的抗滑性能以及它的耐久性。

石屑封层 :单层的石屑封层是最早出现的预防性养护技术,其施工方法是在路面上喷洒一层沥青材料(热沥青、轻制沥青、乳化沥青等),紧接着撒布砂、单粒径或适当级配的集料,并紧跟着进行碾压。石屑封层是一种敷设简单、易行,价格低廉的养护方法。它的缺点是要有较长的初期养护时间,高速行驶时噪音过大,路面上的松散集料还会被高速行驶的车轮带出而撞击、粘附在车身和档风玻璃上,集料的损失还会导致抗滑能力的衰减,所以一般很少用在大交通流量和高速行驶的道路上。

石屑封层的新发展是围绕着减缓抗滑性能的衰减速率所作的努力。这种努力同样表现在从材料和工艺两方面对粘结剂和集料之间粘附性能所取得的改善。

材料方面的改善,主要是更多地采用改性沥青和改性乳化沥青,以及改善它们与集料之间的相容性。在工艺方面的改善,同步石屑封层(Synchronous Surface Dressing)的出现就是一个典型的例子,它将粘结剂的喷洒和集料撒布两道工序集中在一台车辆上同步进行。这样做的好处是使碎石颗粒立即与刚喷洒的粘结剂相接触,此时由于热沥青或乳化沥青的流动性较好而使石屑能更深地埋入粘结剂内,并更好地渗入到路面的裂缝中。对于热沥青来说在温度尚未下降之前沥青的粘度较低,而对于乳化沥青来说则在尚未破乳前,喷洒的粘层油具有更厚的铺层,这些都有利于增加石屑埋入的深度和由于毛细管作用而增高石屑颗粒间粘结剂吸附的高度。同时,较好的流动性也有助于粘结剂更好地渗入到原路面的裂缝中而改善它的封水性能。

稀浆封层和微表封层 :稀浆封层是一种由乳化沥青、破碎的集料、矿粉、水和添加剂组成的稀浆状的混合物,它在拌和均匀后被摊铺到原有的沥青路面上形成一层与原路面接合牢固、具有抗磨表面结构的均匀养护层。微表封层是在乳化沥青稀浆封层基础上发展起来的,它由慢裂快凝的高分子聚合物改性乳化沥青、100%破碎的集料、矿粉、水和添加剂组成稀浆混合料。微表封层的厚度可达10~15mm,抗滑阻力和抗磨耐久性也比普通的稀浆封层更好,并可具有某些修复性的功能,例如用于修补车辙、轻度松散、泛油等病害的校正。稀浆封层尤其是微表封层由于其良好的抗滑性能、快速凝固成型、早期开放交通、省去了喷洒和碾压工序,一台机械即可连续作业以及简单的施工过程和很高的生产效率,因而更加适用于大交通流量和高速行驶的道路上。

微表封层技术的新发展主要表现在应用领域的不断扩大,现在微表封层不仅作为一种预防性养护的手段,而且还广泛地应用于:各种不同深度车辙的修补工作;作为防水和防止反射裂缝用的下封层;加铺在水泥路面和桥面上作为抗滑磨耗层;以及在水泥混凝土-沥青复合路面上作为两者之间的防水粘结层等等。

4.5.2薄层罩面

薄层罩面也是一种很早采用的传统预防性养护方法,它是在原有路面上加铺一层厚度不超过2.5cm的热沥青混合料,薄层罩面可以有效地防止品质正在下降的路面继续恶化,改善其平整度、恢复它的抗滑阻力,校正路面的轮廓,对路面也有一定的补强作用,但在多数情况下费用--效益较其他预防性养护方法为差。薄层罩面在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,因而不易达到较高的密实度,因此正确的混合料设计、温度控制、碾压工艺和压路机选型显得尤为重要。

采用改性沥青作为粘结剂铺筑的薄层罩面在耐久性和抗滑性能方面都优于普通沥青的薄层罩面,但碾压温度要求更高,由于散热快而引起的压实困难就更大,为了适应薄层路面快速压实的需要,近些年来出现了某些专为压实薄层路面而设计的高频振动压路机,此类振动压路机的振幅极低只有0.2 mm左右,但频率则高达70 Hz左右。这样匹配的振动参数,由于大大降低了振动冲击力可以避免压碎集料,但又能保持较高的单位时间内输入被压材料的振动能量。

第五章 总 结

5.1预防性养护技术的发展趋势与展望

沥青路面预防性养护技术总的趋势仍将沿着材料、工艺、设备三个方面向前发展。

5.1.1 新材料

如果说材料性能的改善在最初采用改性沥青和改性乳化沥青时只是看重于一般性地对沥青性能的改善,而在随后的发展中新的养护材料就更针对预防性养护的特点来开发了。由于预防性养护是敷设在沥青路面上的一薄层养护层,它不像沥青混凝土那样对抵抗疲劳载荷的破坏和在抗车辙的能力方面有着很高的要求。对养护层来说更为重要的首先是抵抗车轮磨耗的能力,包括车轮刮落集料的颗粒、对集料颗粒的磨光作用,以及集料与粘结剂之间的相容性(亦即沥青与集料的粘附能力),这些都直接影响着养护层的抗滑性能、它的衰减速率以及与原路面之间结合的牢固程度。第二是养护材料抵抗外部塑性变形的能力,亦即要求养护材料有足够的粘弹性和延展性,以便吸收由于温度变化或原路面传上来的变形和应力。第三是它的密水性能,亦即防止水分透过养护层渗入路面的能力,这直接影响到养护层抗水损害的性能。第四是在环境因素的作用下耐老化的能力。

沥青-橡胶是一种高粘度和高粘弹性的粘结材料,其粘度随着橡胶屑含量的增加而增大。由于沥青橡胶具有很高的粘弹性,所以它作为一种预防性的养护材料和集料的粘结剂有着一系列的优越性:

(1)具有更强的粘附能力,可以使集料颗粒之间以及养护层和原路面之间粘结得更加牢固,因而表现出更强的抗车轮磨耗的能力;

(2)良好的密水性能,可防止水分透过养护层渗入至沥青路面;

(3)具有高度的弹性恢复能力,可以更好地承受弹塑性变形和外部传递的应力;

(4)可以更多地提高粘结剂在混合料中的含量以增加裹覆集料颗粒的沥青膜厚度而不会导致泛油;

(5)改善混合料的低温抗裂和高温敏感性;

(6)废旧轮胎橡胶中所含有的抗氧化剂还有利于提高粘结剂耐老化的能力。

目前沥青橡胶巳广泛地应用于石屑封层、薄层罩面、应力吸收层、开级配的磨耗层等各种需要粘结剂具有高粘结力的场合,也是制作各种裂缝填封、接缝填封材料和密封胶的主要原料。

5.1.2 新工艺

预防性养护工艺未来的发展趋势将沿着以下方向继续取得进展。

(1)随着乳化沥青性能的不断提高,预防性养护工艺将进一步向冷态施工的方向发展;

(2)引入某些新技术来解决养护作业中突出的矛盾和问题;

(3)采用多种工艺的复合,使不同工艺的优势能得到互补而弥补各自的缺点。

5.1.3  设备

如何更好地满足养护材料和工艺发展的要求一直是推动养护设备技术进步的原动力。养护设备当今和未来的趋势仍将沿着:(1)满足新材料、新工艺发展的需要;(2)现代高新技术向传统机械工业渗透、改造的趋势来发展。

养护设备的发展与材料和工艺的发展有着密切的关系,新的养护材料和养护工艺的出现随伴着新设备的产生。从历史上看,出现了乳化沥青材料随伴着就有了乳化沥青的制备设备;有了改性沥青材料,就出现了改性沥青设备。最近的例子是橡胶沥青制备设备的开发,而同步石屑封层工艺的提出,就出现了同步石屑封层机。

在预防性养护作业中最主要的施工机械有两类:喷洒粘结剂和撒布集料的机械;摊铺稀浆类混合料的机械。对于预防性养护来说,对这两类机械的一个共同的要求是保持集料、粘结剂以及混合料其他成分(如稀浆混合料中的水、粉料等)之间的恒定的比例关系。

5.2 修复性养护技术的发展趋势与展望

在坑洞修补中,修补材料的压实质量、表面的平整度、修补的快速性,仍然是目前坑洞修补技术中没有完善解决的问题。沥青路面修复性技术总的发展趋势将围绕着上述问题从材料、工艺和设备三方面来取得进展。

5.2.1新材料

在坑洞修补材料的发展中,高性能的专用冷补材料的开发是一个明显发展趋势。如果说在开始发展可以长期贮存的冷补材料时,主要的对象是应急性修补,则目前专用的冷补材料的性能己经可以使修补寿命提高至1~2年左右。应急性冷补材料主要是由慢凝的轻制沥青制作的,而专用的冷补材料则是按专门的配方和拌和工艺生产的,这些材料大多是一些专利产品,例如美国的UPMPerma-PatchQPR2000等品牌的冷补料。随着新的高性能的冷补材料的进展,结合冷补工艺的改善,使坑洞冷补的寿命接近永久性修补寿命是完全可能的。采用专用冷补材料的优越性是十分明显的。

5.2.2新工艺

在坑洞修补工艺的发展方面,总的趋势是冷补工艺的发展较热补工艺更快。美国SHRP计划的研究在保持应急冷补工艺快速性的基础上提出了一种所谓半永久性修补的工艺,它是由以下五道工序组成的:

(1)清除坑中的水分和杂物;

(2)切除周围半损坏的材料;

(3)喷洒粘层油;

(4)填入冷补材料;

(5)用小型机具压实冷补料。

半永久修补工艺较常规的应急修补工艺增加了切边、喷洒粘层油和碾压等三道工序,虽然会增加数分钟的修补时间,但却大大提高了修补的牢固程度。

在坑洞的压力喷补工艺方面需要解决的问题是进一步改善坑洞表面的平整度。

在热补工艺方面提高坑洞修补深度将是加热修补工艺进一步发展需要解决的问题,在这方面微波加热将会是一个值得关注的方向。

在提高路面局部修补的快速性方面的一个值得注意的趋势是随着快速冷补工艺的发展,在干线公路上将更多地采用将快速冷补坑洞与全车道局部翻修相结合的工艺,亦即当出现个别坑洞时采用半永久性的冷补工艺,当在局部面积内出现较多的坑洞或坑洞损坏的先兆时(如出现局部龟裂)采用全车道局部翻修的工艺。

5.2.3新设备

坑洞修补设备未来总的发展趋势是各类修补设备将沿着不断满足新材料和新工艺的发展而取得进展。

对于实施传统热补工艺的综合养护车来说,采用预制的热补混合料,将贮存热混合料的容器改为具有加热、升温和搅拌功能的现场搅拌器将是一个重要的发展趋势。

对于坑洞加热修补设备来说,出现了向小型化方向发展的趋势。在加热技术方面,随着红外线发射管热效率的提高,加热技术在坑洞热补设备上除了火焰辐射加热方式外,红外线加热技术也将是一个有竞争力的选择。

新的加热技术在坑洞热补设备上的应用,最值得关注的是微波加热技术,常用的有广东威特真空电子公司与长沙交通学院共同研制开发的微波加热补坑设备。

在小坑洞修补和大裂缝填封方面的设备,压力喷射修补机将是一个有竞争力的修复性养护设备,它将进一步围绕改善乳化沥青与集料的混合与裹覆和加强压力喷射的强度以改善填补材料的粘结性能方面取得进展。

5.3 存在问题

现在沥青路面维修、养护方面存在的一些主要问题有:

1.对于沥青路面的一些病害,目前尚难于做到“防范于未然”。其实,对于沥青路面可能出现的病害,应预先采取措施进行防护。可以根据道路的使用状况和自然条件,预先选用一些适合的材料对路面进行防治,通过及早、有效地防治,能避免或者延缓发生路面的某些病害。

2.沥青路面出现病害时难以做到立即修补处理。常常是“小洞不补,大洞吃苦”。如果路面出现一些病害能及时有效地处理,不但对路面不会造成大的损害,同时也会节约养护管理的费用,确保交通安全。

3.养护费用不足也是制约沥青路面维修效果的原因之一。往往因为经费不足,影响了养护材料的选用,降低了养护质量。

4.沥青路面养护工作中科技含量少,技术水平低,难以根据沥青路面的不同病害,选用不同的养护材料和养护技术。

 

 

 



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