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现代道路养护技术沥青专题系列2

发布时间:2022-01-20


现代道路养护技术沥青专题系列

 

第三章 特殊地区道路养护技术

第八节 高寒地区沥青路面养护技术

 

高寒地区主要气象灾害有干旱、冰雹、低温冻害、雪灾和大风等。

 

高寒地区气候特征呈现三大特点:其一是平均气温低且冬季漫长严寒。其二是太阳辐射强,光照充足。其三是降水量少,地域差异大。

 

高寒地区公路病害包括路基常见病害和路面病害。防治路基病害的措施主要是防止冻胀和翻浆以及保温技术措施。

 

一、高寒地区沥青路面坑槽低温冷补养护技术

(一)冷补沥青混合料材料要求与技术指标

冷补沥青混合料性能评价指标

路用性能

推荐技术指标要求

常温型

低温型

黏附性

不小于4

不小于4

初始稳定度

不小于2.0kN

不小于1.0kN

成型稳定度

不小于4.0kN

不小于4.0kN

残留稳定度

不小于75%

不小于75%

冻融劈裂

不小于70%

不小于70%

车辙试验

不小于400/mm

不小于200/mm

低温工作度

混合料没有或有少量结块,铁铲能容易拌和

 

1、 原材料的组成及技术指标

冷补沥青混合料由基质沥青、改性剂、添加剂、稀释剂、矿料组成。

 

(1)基质沥青:试验采用克拉玛依AH90号石油沥青作为基质沥青,结果见下表

 

克拉玛依AH90号基质沥青技术指标

技术指标项目

指标值


技术指标项目

指标值

25针入度(100g5s1/10mm

88

软化点(

45.6

延度(15cm

126.4

密度(15g/cm3

0.996

旋转薄膜加热试验

16385min

质量损失(%

0.288

闪点(

270

针入度比(%

56.2

溶解度(%

99.7

延度(cm

15

100

含蜡量(%

5

46










 

(2)改性剂:试验采用燕山石化出品的SBS4303,属星型结构,其技术指标见下表

 

 

 

燕山石化SBS改性剂技术指标

技术指标

单位

SBS4303


技术指标

单位

SBS4303

结构

星型

永久变形

%

12

嵌段比S/B

30/70

硬度(邵氏A

80

充油率

%

0

防老剂

非污染

拉伸强度

MPa

12.0

熔体流动速率

g/10min

0

300%定伸应力

MPa

2.5

技术指标

SBS4303

断裂伸长率

%

650

 

改性剂制备工艺流程:

 

基质沥青充分溶胀高速剪切半成品改性沥青二次剪切改性沥青

 

(3)添加剂:为了提高冷补沥青混合料抗水损害能力,在初期制备冷补沥青液时,可在沥青中添加胺类表面活性剂为防水剂,主要作用是增加沥青与矿料之间的黏附性,提高冷补混合料强度、疲劳性能和高温稳定性,从而增加混合料作业条件,使其能够在冬季和雨水较多的春季的潮湿状态下,也能紧急修补使用。

 

(4)稀释剂:经过对比分析选定某种溶剂作为稀释剂,此溶液无毒,有刺激性气体,易挥发,易和沥青均匀混合。该溶剂又分为不同型号,型号不同,性能也不同。选用的溶剂型号用A1A2代替,拌制常温冷补沥青混合料用A1号,拌制低温冷补沥青混合料用A2号。

 

(5)矿料:为了提高集料与沥青的黏附性,可采用属于碱性石料的石灰岩,集料、矿粉为石灰岩磨制而成,集料各项指标均应符合规范要求。

 

2、 冷补沥青混合料配合比设计

(1)主集料级配:高寒地区冷补沥青混合料的结构类型为骨架密实型结构,矿料级配见表,级配曲线如图所示,该级配的矿料最大公称粒径为13.2mm

 

骨架密实型结构矿料级配

矿料级配LB-13

通过下列筛孔(方孔,mm)的质量百分率(%

16

13.2

9.5

4.75

2.36

1.18

0.6

0.3

0.15

0.075

取值

100

96

79

42

27

18

13

9

6

5

 

(2)其他材料用量

冷补沥青混合料其他材料用量

其他材料

用量

常温型

低温型

矿粉

5%

5%

沥青

5.2%

5.2%

SBS外掺剂

5%

5%

防水剂

0.3%

0.3%

稀释剂

20%A1

20%A2

 

 

3、 冷补沥青混合料性能评价

 

冷补沥青混合料性能评价指标

 

路用性能试验

常温型

低温型

试验结果平均值

技术指标要求

试验结果平均值

技术指标要求

黏附性

等级4

不小于4

等级4

不小于4

初始稳定度

3.70

不小于2.0kN

3.12

不小于1.0kN

成型稳定度

5.49

不小于4.0kN

5.23

不小于4.0kN

残留稳定度

92.7%

不小于75%

95.8%

不小于75%

冻融劈裂

96.9%

不小于70%

89.8%

不小于70%

车辙试验

425.917

不小于400/mm

346.286

不小于200/mm

低温工作度

混合料没有明显结块现象,有黏聚力,用铁铲较容易拌和

混合料没有或有少量结块,铁铲能容易拌和

 

(二)冷补沥青混合料路面修补工艺

1、 冷补沥青混合料生产与储存

冷补沥青混合料的生产、储存与施工工艺,如图所示

配制冷补剂量或添加剂(改性剂、稀释剂)

在沥青混合罐内配制冷补沥青液(冷补添加剂、基质沥青)

在搅拌机内将级配矿料和沥青混合后搅拌成沥青混合料

沥青混合料装袋并密封储存成品料

冷补沥青液储存方式是在常温下可以用塑料桶密封储存,桶的规格有(每桶净重)5kg10kg25kg50kg200kg五种。同时应将桶存放在阴凉处或通风的仓库内,不能放置在阳光下,以免受热变质,并远离易燃物品。一般而言,如果储存条件好,冷补沥青液可存放2年以上。

2、 冷补沥青混合料路面修补工艺

冷补沥青混合料路面修补工艺流程如下图所示:

开挖基槽基槽清理喷洒黏油材料摊铺坑槽压实清扫杂物开放交通

 

 

二、高寒地区沥青路面裂缝灌缝养护技术

(一)高寒地区沥青路面裂缝高性能灌缝材料要求与技术性能

1、 高寒地区高性能灌缝材料评定技术指标

(1)针入度指数PI

PI=20-500A/1+50A

(2)当量软化点:T800=2.9031-k/A(针入度为800时对应的温度)

(3)当量脆点:T1.2=0.0792-k/A(针入度为1.2时对应的温度)

(4)弹性恢复率(%):D=10-X/10100%)(试验温度20

其中,A为回归常数,为针入度温度关系直线的斜率,表示沥青的温度敏感性;k为回归参数;X为试样的残留长度(cm

2、 基质沥青和改性沥青的技术性能

(1)高性能灌缝胶正交设计优化试验

性能较好的组合为芳香基橡胶油Y=8%、橡胶粉F=22%、增塑剂S=7%、增黏剂J=5%

SBS改性沥青为基础料,以KA160高芳烃油作为母体溶剂油,再加入几种其他外掺料配制的高性能灌缝胶进行试验,试验结果如下表

高性能灌缝胶正交设计优化试验

试验项目

针入度(0.1mm

针入度指数PI

当量软化点(

当量脆点(

弹性恢复(%

15

25

30

美国carfco

70.0

111.0

128.0

5.3

70.9

-76.6

99

1号配制灌缝胶

83.0

135.5

175.5

4.4

60.5

-70.0

99

2号配制灌缝胶

79.3

107.7

139.0

6.6

77.4

-97.6

99

3号改性沥青灌缝胶

75.8

117.7

130.0

6.6

78.0

-97.2

99

 

(2)冻融循环试验

高性能路面灌缝材料经受冻融循环的影响,是通过冻融循环试验,其结果显示,冻融循环对灌缝材料的针入度和弹性恢复的影响不大,扣除试验误差,可以认为基本无影响,仍可保持原沥青材料性能。究其原因,是由于沥青的老化作用的主要外因是高温热老化和光老化,冻融循环试验的温度变化范围不足以引起沥青的老化,因此室内冻融试验对灌缝材料的各项指标影响不太。

(3)室外长期使用性能试验

通过对进口灌缝胶和自制高性能灌缝胶材料进行室外长期使用性能相关试验表明,使用3个冬季的国产和进口灌缝材料各种性能几乎没有降低,高低温性能更好,温度敏感性更低,可见此种材料的抗老化性能很好;随着使用期的增长,针入度值降低(40%~50%),说明灌缝材料的柔软度降低,这与实际情况相符,说明自制和进口灌缝材料使用后期性能指标相差无几。

 

(二)高性能灌缝材料(灌缝胶)灌缝工艺(工法)

灌缝胶灌缝工艺适用于原路面基层和横断面良好,仅表面出现纵横向裂缝之情形。该工艺的使用年限一般为2~3年。

灌缝胶灌缝所采用的工具设备有开槽机、灌缝机、牵引运料车以及热喷枪、吸(吹)尘设备、钢丝刷等。灌缝程序按照刻槽或切缝清缝灌缝前准备灌缝通车的程序进行,具体步骤如下:

1、 刻槽切缝

找缝划线并切割沟槽,可用进口或国产性能良好的刻槽机刻槽,顺着裂缝拓宽成15~20 mm的沟槽,槽深根据裂缝深度确定。切缝后用鼓风机等工具将缝中杂物和灰尘清理干净。

2、 灌缝准备

将灌缝材料放入热熔炉釜加热、搅拌,并可根据需要在沥青中加入一定数量的细砂。当普通沥青加热到150~170时,采取保温措施后适时灌注。

3、 清缝干燥

先用铁钩钩出缝内松动的颗粒,再用钢丝刷清除缝槽边缘松动的沥青混合料,使缝槽边缘保持坚固状态:用吸(吹)尘设备(高压鼓风机)将缝内的杂物、尘土清净,用热喷枪吹烤干燥。

4、 灌灌缝料

灌缝的枪头应与缝宽相适应,灌缝时灌缝枪应匀速移动。对宽度为6mm以下的裂缝,可直接用热沥青灌缝,灌注时应从裂缝的一端缓慢、连续地灌至另一端,使热沥青注入时能将缝内的空气排挤出。热沥青灌满后,可在缝表面撒一层细砂。对宽度为6~15mm以下的裂缝,灌缝可分两次进行,中间间隔3~5min。第一次可先将热沥青灌注至距路面表面10mm左右,然后在缝内撒入干净的粗砂,并用竹片把粗砂撒入嵌入灌缝料中;第二次灌注至与路面平齐,灌缝时应避免灌缝料溢出路面,最后在缝表面撒一层细砂。

5、 熨平缝口

将溢出缝外的沥青、细砂等清除后,用热烙铁熨平缝口。等待冷却后将路面废料清理干净。

6、 冷却放行

灌缝料冷却至自然温度后可开放交通。

应当指出,虽然灌缝材料与新沥青槽黏结效果较好,对旧沥青路面的裂缝,由于里面有大量尘土,倘若在施工中未彻底清理干净时,会造成黏结效果不好,从而导致整条脱落,所以该方法对新建路段效果非常好,对旧路段效果较差。

特殊指出,在灌缝作业中应使用专用机械进行。

 

 

三、高寒地区沥青路面贴缝养护技术

贴缝适用条件是原路面基层和横断面良好,仅表面出现纵横向裂缝,伴随裂缝处有较多细微的扩展裂缝,使用年限一般为2~3年。其施工步骤如下:

(1)将路面、基层裂缝清理干净,并将裂缝两侧20cm范围内的路面同时清理干净。

(2)用宽刷蘸取专用胶黏剂沿裂缝均匀涂刷,以裂缝为中心线,在两侧各涂刷8cm以上。一般涂胶面积比贴缝带宽度多出1cm

(3)剪取长度略长于裂缝长度的一段贴缝带,揭云隔离纸,有聚丙烯织物的一面朝上,以裂(接)缝为中心线,将贴缝带平整地贴在路面上。

(4)然后用滚筒用力碾压将贴缝带烫贴至路面,以确保贴缝带同路面结合为一体,不能有气泡、皱褶。

(5)如遇不规则的裂(接)缝,可用剪刀将贴缝带切断,按裂(接)缝的走向跟踪粘贴。但在贴缝的接合处,要形成80~100mm的重叠。


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