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关于改性乳化沥青稀浆封层养护技术的研究

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  摘 要 我国的高等级公路沥青路面,早期修建的已经使用了十多年,相当一部分也已使用了五六年以上。按照国外的一般经验,公路在交付使用后长则十来年,短则五六年,表面层即需维修罩面一次。再加上我国部分高等级公路路面结构不尽合理,材料质量不好,施工管理及监理不严,尤其是开放交通后交通量增长迅速、超载严重等种种原因,一些高等级公路出现较严重的早期损坏,使得维修养护工作更为提前。高等级公路的维修养护工作已经成为我国公路部门的重点工作。
  关键词 改性乳化沥青;稀浆封层;养护技术
  中图分类号 TU 文献标识码 A 文章编号 1673-9671-(2010)122-0094-01
  
  我国在高等级公路沥青路面的维修养护专门技术方面还很落后,基本上采用普通公路的维修养护习惯,维修养护方法也几乎都是补坑、铣刨加铺沥青混凝土罩面等,方法单一,无法适应高等级公路沥青路面养护的要求。微表处是一种由聚合物改性乳化沥青、集料、填料、水和外加剂按合理配比拌和并通过专门施工设备摊铺到原路面上,达到迅速开放交通要求的薄层结构。微表处技术七十年代发明于欧洲,八十年代进入美国。该技术目前已在欧洲、北美等地高等级公路的维修养护中得到了广泛应用。
  1 我国微表处用改性乳化沥青的技术要求
  乳化剂对改性乳化沥青的蒸发残留物的性能及微表处混合料的性能有很大的影响,有好作用,也可能有坏作用,因此,乳化剂选择应十分慎重,选择不当会显著降低改性乳化沥青及混合料的性能。
  1)各种SBR胶乳对乳化沥青和微表处混合料的改性效果有很大差异,目前国内生产的阴离子SBR胶乳的改性效果不够理想,一些专用的SBR胶乳有明显的改性作用。同时发现,阳离子SBR胶乳和SBS胶乳复配对微表处混合料的改性效果更优。
  2)改性乳化沥青恩格拉粘度与标准粘度之间存在一定的关系,但用一个确定公式进行换算不够精确,为了使粘度指标与国际接轨,可以直接采用恩格拉粘度;改性乳化沥青粘度与蒸发残留物含量之间存在良好的线性关系;胶乳改性剂的加入,基本不影响乳化沥青的粘度。
  3)对改性乳化沥青蒸发残留物的4种获取方法进行了对比,发现目前我国使用的直接加热法基本可行。
  4)目前我国乳化沥青的筛上剩余量指标已经无法起到控制乳化沥青质量的作用,建议调整为1.18mm筛≤0.1%。
  5)影响改性乳化沥青破乳速度的因素很多,最根本的决定因素是乳化剂的化学结构和化学成分,同时石料表面电荷强弱、改性乳化沥青pH值、改性乳化沥青微粒粒径大小、改性乳化沥青蒸发残留物含量、环境因素等也对改性乳化沥青的破乳速度产生显著影响。因此,针对工程实际使用的微表处混合料进行破乳速度的检测十分重要,但对改性乳化沥青本身的破乳速度指标进行检测意义不大。
  2 微表处用矿料级配范围和集料的技术要求
  1)通过对微表处用集料砂当量的深入研究,证明砂当量指标可有效反映细集料的洁净程度;发现集料砂当量的降低会显著缩短微表处混合料的可拌和时间,显著影响微表处混合料的耐磨耗性能、抗裂性能和抗车辙能力,并影响改性剂在混合料中改性作用的有效发挥;验证了微表处用集料砂当量指标不得低于65%的合理性。
  2)砂当量试验时保证矿料取样均匀十分重要。因取样不均造成试样级配的变化会显著影响试验结果,集料越不洁净,影响的程度也就越大,因此,必须严格按集料取样法取样。
  3)ISSA微表处级配范围基本适合我国使用。微表处用于大交通量道路时宜采用III型级配,油石比宜小不宜大,0.075mm通过率必须保证。间断级配的矿料在施工中容易出现离析现象,摊铺出的微表处表观效果不理想,应谨慎使用,并应避免因集料中4.75mm~9.5mm部分的颗粒粒径靠近9.5mm而造成实际意义上的断级配;
  4)集料中的超粒径颗粒对微表处的表观效果有很大影响,施工前必须筛除。
  3 微表处混合料施工性能的影响因素
  通过对微表处混合料施工性能(可拌和时间、成型速度等)影响因素的系统研究发现:
  1)乳化剂的化学结构和化学成分是最根本的因素。
  2)气候条件(气温、湿度、风速等)、材料温度等对施工性能也有显著影响。温度越高,混合料的可拌和时间越短,成型速度越快;湿度越大,成型速度越慢;风速越大,成型速度越快。
  3)水泥、消石灰、硫酸铝等常用添加剂对不同混合料体系的可拌和时间、成型速度、裹附情况等有着不同的作用。水泥、消石灰等无机类添加剂既可能延长混合料的可拌和时间,也可能缩短可拌和时间,其作用随混合料体系的不同和添加量的不同而不同;Al2(SO4)3等无机盐类添加剂一般会延长混合料的可拌和时间,延迟混合料的成型。这些发现打破了人们传统的认识,可更好地指导微表处混合料的设计和施工。
  4)增大水量一般会延长混合料的可拌和时间。
  5)不同的混合料体系,其施工性能对上述各影响因素的敏感程度各不相同。
  4 微表处施工工艺与质量控制方法的研究
  针对施工现场微表处稀浆混合料稠度检验困难的情况,验证了国际稀浆封层协会提出的经验法检测微表处混合料稠度的方法可行,并对该检测方法进行了必要的补充。提出了采用“三控检验法”对微表处混合料进行油石比检验方法,即
  1)每天摊铺前检查摊铺车料门开度和各个泵的设定是否与设计配比相符,认真记录每车的集料、填料用量和改性乳化沥青用量,计算油石比,每日一次总量检验。
  2)每50000平米左右,统计一次施工用集料、填料和改性乳化沥青的实际总用量,计算摊铺混合料的平均油石比。
  3)摊铺过程中数天取一次样进行混合料抽提试验,辅助检验油石比大小是否与设计油石比相符。该方法简便、实用,可有效控制微表处混合料的油石比。
  由于微表处摊铺车采用体积计量,而矿料又有湿胀性质,使得矿料含水量的变化显著影响微表处混合料的油石比,因此强调微表处施工前对矿料含水量进行检测,并根据检测结果及时调整摊铺车设定。
  5 结语
  通过对国内数条高速公路上沥青路面微表处养护工程使用情况的观测,验证了微表处具有以下技术优点:施工速度快,对交通的影响小;有良好的抗滑性能,且宏观构造深度和摩擦系数随微表处使用期的延长衰减缓慢;微表处不透水可以有效防止路表水下渗,与原沥青路面粘结牢固,也可以修复轻度车辙及其它轻微病害,所以满足了高速公路沥青路面预防性养护的需要。

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