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就地热再生工艺处治沥青混凝土路面车辙的适应性探讨
[ 编辑:admin | 时间:2012-07-18 11:49:51 | 浏览:3074次 | 来源: | 作者: ]

就地热再生工艺处治沥青混凝土路面车辙的适应性探讨
戴合理
(英达热再生有限公司  南京市  210038)



 

       摘要:车辙为我国沥青混凝土路面道路高发病害,具有难处理、易复发的特点。介绍分析了车辙的成因,列举了常见的处治办法,通过介绍济南市市政道路、北京通州区市政道路、河南省漯平高速公路采用英达就地热再生技术治理车辙的案例,说明了就地热再生技术在治理车辙上具有提高路面抗剪切强度、提高再生混合料动稳定度和高温稳定性的优势。
关键词:车辙;就地热再生;层间热黏结

      近20年来,我国公路及市政道路建设事业飞速发展,其中大多数为沥青混凝土路面,同时,我们面临着越来越严峻的沥青混凝土路面养护问题,这其中最为严重的就是路面车辙。车辙的产生原因有很多种,路面结果、气候条件、施工材料、交通荷载等都对路面车辙,可以说,沥青混凝土路面车辙,特别是渠化交通、红绿灯路口的车辙,不仅困扰着我国的公路行业,在世界范围内也是一个问题。目前我国公路和市政道路车辙治理以铣刨重铺为主,处治效果不尽如人意,铣刨重铺路面经过一个高温季节又出现严重车辙的案例屡见不鲜,并且养护过程中造成大量的资源浪费和环境污染,不仅消耗了大量的人力物力,也不符合建设节约型交通行业的要求。
沥青混凝土路面就地热再生技术作为一项绿色、环保的新技术,近年来成长较快,而且国内一些企业和研究机构致力于这项技术的研究发展,使得该技术日趋完善,目前已从小范围的试验试点开始大范围的推广应用。沥青混凝土路面就地热再生技术有诸多优势,其中最重要的一点就是再生混合料高温稳定性好,动稳定度一般可达到6000次/mm以上,较新拌制的沥青混合料提高一倍,反映到路面实际使用效果上就是车辙出现的严重程度大大降低。而且再生路面能与下承层有良好的热黏结,使得路面的受力状态契合了沥青混凝土路面层间连续的设计假设,提高了沥青混凝土路面层间的抗剪切变形能力,也间接地提高了道路的承载能力。
下面从沥青混凝土路面车辙的成因特点入手,分析两种工艺治理车辙的工艺特点和适应性,并针对一些工程的使用情况进行阐述,将工程经验与公路工作者分享和探讨。
1. 车辙的类型和成因
1.1车辙的类型及成因分析
根据形成机理,沥青混凝土路面的车辙一般可以分为以下4类。
(1) 磨损型车辙。
这类车辙是面层表面受到轮胎磨耗形成的,这类车辙常见于履带机械车辆行驶所致,在我国较少,一般这些车辙无需做专门维修。
(2) 压密型车辙。
这类车辙主要是由于沥青混凝土面层自身的压密形变造成的,车辙形成“V”字形,深度一般为5~10mm,对道路的行车没有太大的影响。
(3) 结构型车辙。
这类车辙主要是由于路面结构设计不合理,或由于结构层压实不好或整体性不好,尤其是路基承载能力不足引起的。这类车辙往往横向较宽,两侧没有明显隆起现象,横断面成U形(凹型),常伴有裂缝,并且短期内不会稳定,随着时间的延续,车辙深度及其他相关路面破坏会不断加剧。结构型车辙是柔性基层沥青混凝土路面主要的车辙类型,在半刚性基层沥青混凝土路面中较为少见。
(4) 失稳型车辙。
这类车辙主要是由于沥青混凝土高温稳定性不足,或货车超载严重,引起沥青混凝土发生剪切变形产生的。这类车辙有明显的隆起现象,整个车辙断面形成“W”形,深度达20~50mm,严重时局部地段会出现大段松散破坏,行车时跳动感明显。

                                                                                                   图1 车辙主要分类

在我国,由于高等级公路沥青混凝土路面普遍采用半刚性基层,绝大多数车辙属于失稳型车辙和压密型车辙。
1.2车辙成因分析
通过大量的现场调查并进行路面钻芯和切割取样分析,综合室内试验结果分析得出车辙产生的原因,总体来说车辙产生的因素可分为外因和内因两个方面,国内外对车辙产生的原因已有深入的研究,本文不做过多赘述,为配合后文工艺特点的分析,对车辙的成因仅做简单描述。
1.2.1外部因素分析
外部因数主要包括高温、重荷载、渠化交通、车流量、路面纵坡的影响,其中高温和重荷载是两个影响最大、最普遍的因素。
(1) 高温对车辙的影响。
路面车辙的发展过程实际上是沥青混合料在高温下的蠕变过程。温度越高,沥青混合料的劲度模量越低,抗车辙能力较小。通过调查发现高速公路车辙的产生一般发生在每年的7、8、9月份中,尤其是连续几天内出现高温天气时,车辙很容易出现。一般连续的高温使得路面积聚的热量不能很快地释放出去,沥青混合料在持续高温环境下,黏聚力降低,抗剪强度降低,导致了路面的流动变形。
(2) 超载和车流量对车辙的影响。
同轴载作用下沥青混凝土层内剪应力理论研究表明,车辙发生的主要原因之一是在车轮竖向和水平荷载作用下,沥青混凝土层内产生剪应力,致使沥青混合料产生剪切变形,不可恢复变形的不断累积形成车辙。
(3) 渠化交通及车速的影响。
高速公路渠化交通是产生车辙并促使其进一步加剧的一个重要因素。此外,城市道路交叉口渠化、车辆频繁刹车起步也极易产生车辙。
车辙形成因素的几个外因中,按照分析及实际调查,温度与荷载影响最大,车速与交通渠化对车辙的影响位于其次。
1.2.2内部因素影响
(1)结构方面。
通过计算可以得到不同厚度时沥青混凝土面层的剪应力最大值在2~8cm范围,而且沥青混凝土土面层厚度越小,层间剪应力越大。
(2)原材料性质及材料设计方面。
比如优质改性沥青黏度大于普通沥青黏度,则改性沥青混合料的抗车辙能力明显高于普通沥青混合料;另外工程实践已经证明“S型”级配能使矿料级配接近骨架密实结构,提高沥青混合料的高温性能。
(3)施工质量对车辙的影响。
较常见的情况有级配偏离目标曲线成为悬浮密实结构,重平整度轻压实度,层间黏结差造成路面的层间滑动。
当然,车辙形成的具体原因可能是以上因素的综合反映,只是在不同的道路上起主导作用的因素不同罢了。但长期以来,不管由于什么原因产生的车辙,都是铣刨掉重铺,其实这是一种不十分妥当的处理方式,理想的方式应该是对症下药。

2. 就地热再生技术处理车辙工艺特点分析
所谓就地热再生工艺,就是在现场对病害道路完成就地加热、翻松、添加所需外掺材料、拌合、摊铺、碾压等一系列工序的工艺过程,再生机组慢速驶过之后,病害路面就被修复如新。该工艺绿色、环保,质量好,效率高,对交通干扰少。针对车辙治理,与传统方式相比,就地热再生处理车辙具有以下优点。
2.1可以优化路面级配
根据道路实际级配情况,按比例添加少量的特定级配的新拌沥青混合料,充分拌合,形成理想的级配曲线,优化了原路面级配,提高再生混合料的抗车辙能力,延长道路使用寿命。即使针对有微表处的路面,也能进行相应地级配调整,有效地修复病害。如表1江苏省广靖锡澄高速公路微表处路面再生施工配合比设计合成计算,从表中可以看到添加新料都是2.36mm筛孔以上的粗骨料,合成后的级配基本符合“S型”的级配走向。
表1 优化级配计算示例
筛孔尺寸/mm 19 16 13.2 9.5 4.75 2.36 1.18 0.6 0.3 0.15 0.075
旧料通过率/% 100 99.0 92.2 76.8 39.2 29.5 21.5 15.9 11.4 8.8 6.7
新料通过率/% 100 100 88.4 49.9 44.5 4.1 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4
再生料掺配比例:15%新料+85%旧料
再生料通过率/% 100 99.2 91.6 72.8 40.0 25.7 18.7 13.6 9.8 7.5 5.8
规范要求值/% 100 100 92 80 62 48 36 26 18 14 8
100 90 76 60 34 20 13 9 7 5 4
备注 旧料油石比5.3%,新料油石比为2.0%,复拌再生料油石比为4.8%

2.2层间热黏结
采用就地热再生技术进行施工后,沥青混凝土路面层间接触为热黏结且施工中会对元路面充分加热后翻松,没有松散夹层,层间界面处有骨料嵌挤,做到层间无缝黏结。特别是层间界面有粗骨料嵌挤作用,使得层间的抗剪能力大大提高(对比试验显示,较粘层油工艺来说,抗剪强度提高3倍以上)。层间黏结状况见图2。

传统黏层油施工工艺           就地热再生工艺
层间界面为滑动状态          层间界面为连续状态
图2  不同工艺层间界面状态对比

2.3纵向接缝为热接缝

就地热再生工艺纵向接缝全部为热接缝,保证接缝不渗水,降低因水损害导致沥青剥落等因素造成混合料强度降低的可能性;也不会造成由于地表水下渗而引起的基层松散损坏。
2.4充分利用使用阶段的荷载对路面的压密作用
由于车辆荷载的作用对路面进行了二次压密,路面车辙波谷的实际空隙率要比波峰低1%~2%,这充分说明,发生车辙的路面波谷处更密实。热再生施工时可以减少对这部分的扰动,保证波谷处的密实度。
2.5充分利用沥青老化后的性能变化
沥青老化后会有一些性能的变化,比如黏度升高、软化点升高,这些性能的变化对提高混合料的抗车辙能力都是非常有益的。
对路表老化沥青的性能进行恢复,消除表面的裂缝,减少路表水的下渗。路面老化后会造成路表出现裂缝、松散等病害,对沥青性能进行必要的恢复,可以消除路表裂缝,提高路面的路用性能,减少路表水下渗造成混合料强度降低的危害。

3. 两种车辙处治工艺实际使用效果对比
为了检验就地热再生工艺对车辙的处治效果,我们对采用不同工艺治理车辙的一些道路进行定期跟踪观测,特别是对一些同时采用过两种工艺的道路进行了观测分析 具体分析结果如下。
3.1济南市市政道路车辙治理效果
济南市某市政道路自2004年道路拓宽后,至今未进行大修,由于修建时施工材料、工序控制严格,目前路面整体情况较好,但是几乎每个交叉口都出现严重车辙,最大处达8.5cm。见图3。

 

图3  济南市政交叉口严重车辙

市政道路交叉口车流量很大,公交车辆频繁刹车、慢速等是造成车辙的主要因素,且该市公交采用BRT公交,车辆长、载重大,在公交车道特别是交叉口前频繁刹车、制动,对沥青路面产生极大的剪切应力,从而加剧了沥青路面车辙的产生。
在进行整体热再生施工前,考虑到施工部分路段车辙较大,为了保证施工质量,热再生时进行两次施工,其中第一次为在波谷处填充粗粒径混合料,是通过对路面加热、耙松后使用RM6000将粗粒径混合料添加至波谷处,其后进行压实,碾压时不需要收光,之后,再次进行全线施工,根据路面情况添加一定用量的新沥青混合料。

 

图5  红绿灯前施工后路面情况
 

3.2 北京通州区某市政道路车辙治理工程

北京市通州区某市政道路于2006年建成通车,施工后随着交通量的增加,路面出现车辙,公交车站附近路面及红绿灯前路面车辙尤为严重,经多次采用传统工艺处理,但效果不够理想,车辙依然复发。


图7  交叉口车辙

2011年,经过现场调查和试验分析,此市政车辙适用于采用就地热再生技术进行治理,与传统工艺相比,就地热再生施工后可以延缓车辙复发的速率。
针对此车辙路病,施工采用整形再生工艺,热再生原路面上面层4cm,添加少量新料,施工后原路面标高保持不变。添加新料与原路面相同,为改性沥青SMA-13。再生原路面沥青性能的再生剂比例通过试验确定。
对于车辙深度大于4cm的路段,热再生需要做两次,第一次加热、耙松,轮迹带处填充粗粒径沥青混合料,碾压,第二次加热、耙松,添加少量新料,一次碾压成型。

图8  施工后路面状况

3.3河南省漯平高速公路车辙治理

河南省漯平高速公路是南京—洛阳高速公路的重要组成部分,由于平顶山的煤要外运,通车仅1年在平漯方向就出现了严重的车辙,其中匝道车辙最大深度达11cm,主线车辙深度达4cm。

图9  热再生施工前路面匝道处车辙达11cm

2006年8月,对河南省漯平高速公路采用就地热再生技术进行路面车辙治理。2009年8月对热再生技术施工路段进行的调查显示,路面车辙非常轻微,热再生施工路段使用状况良好,仅仅是路面颜色的差异(这是由于2006年施工时客观条件限制,新添加沥青混合料的石料为石灰岩所致)。但与热再生施工范围相接的同一段道路,据介绍,2008年进行了铣刨重铺,距此次工程回访仅仅一年,路面车辙就非常严重,见图10。


图10  铣刨重铺路段使用1年车辙已达4.9cm

就该高速公路同一车道相邻路段采用不同的养护工艺来说,路面使用环境、交通组成等是完全一样,而实际使用效果却相差很大。其中铣刨摊铺一年后的路段车辙已达到4.9cm,而经就地热再生施工3年、历经4个高温季节后,路面车辙也仅有1cm,此工程实例也说明,与传统铣刨摊铺方式相比,就地热再生技术在处理车辙方面有很大的优越性。


4 结论
       就地热再生技术治理车辙可以针对车辙产生的主因采取相应的措施,并能充分利用沥青混凝土路面使用阶段的性能变化,使得再生后的路面具有较强的高温稳定性,优良的路用性能,具有明显的效果和优势。而且在施工过程中可充分利用原有路面材料,减少大量的运输作业,符合循环经济、低碳经济的各项要求,为公路的养护决策拓宽了道路。
 

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