路面技术面临的挑战与新技术、材料创新

路面技术面临的挑战与新技术、材料创新孙雪伟主任路桥技术中心江苏中路工程技术研究院4新技术、新材料创新及应用3路面建设与养护主要对策2道路建设新要求1我国道路应用现状汇报内容5结语基层水泥混凝土面层多元化路面结构单一刚性路面结构s铺装上层铺装中下层功能层(防水粘结层)柔性基层/水泥砼/半刚性基层高等级公路路面结构演变历程我国道路应用现状路面使用现状交通量增大，重载超载多，面临严重考验——早期损坏较多沥青路面主要病害车辙桥面白斑坑槽唧浆坑槽修补不良网裂表面脱落推移、拥包钢桥面铺装主要病害推移、拥包网裂坑槽、裂缝轮迹带纵裂7钢桥面铺装病害成因破坏类型原因分析开裂铺装表面承受反复的、较大的拉应力/拉应变推移、拥包钢板与铺装之间的粘结不足，抗剪切能力不足车辙混合料高温性能不足坑槽混合料抗水损坏、抗剥落性能不足钢板损坏铺装组合防排水设计不足桥隧路面铺装现状受力复杂急弯多坡度大使用环境苛刻病害严重交叉口——车辙状况尤为严重城市/干线公路路沥青路面主要病害热拌沥青混合料优点：路用性能好缺点：环境污染大，能耗大，沥青存在老化冷拌沥青混合料优点：节能，可储存缺点：路用性能暂无法达到与HMA相当的性能目前沥青混合料生产中存在的问题压实不足4新技术、新材料创新及研究进展3沥青路面建设与养护主要对策2道路建设新要求1我国道路应用现状汇报内容5结语•到2015年，交通运输行业能源利用效率明显提高，CO2排放强度明显降低，绿色、低碳交通运输体系建设取得明显进展。总体目标•能源强度下降：8%-15%•碳排放下降：10%-16%主要指标•温拌沥青铺路技术应用•交通建设材料循环利用技术应用•公路隧道节能减排技术改造与应用•高速公路服务区和公路收费站节能减排技术改造重点工程（节能推广）交通部节能减排“十二五”规划节约成本提高性能节能环保节约成本提高性能节能环保保证桥面使用功能和结构安全性、耐久性桥面板结构主体防水粘结层桥面铺装层铺装层压实不严、雨水下渗、钢筋锈蚀使用功能结构安全性结构耐久性水泥混凝土桥梁公路桥梁的主要结构形式裂缝几乎不可避免桥面铺装使用要求沥青铺装层抗剪强度要求高桥面铺装厚度薄，铺装层承受荷载大沥青铺装层抗裂要求高桥面水泥砼铺装局部存在微裂缝，裂缝易反射沥青铺装层施工压实性要求高铺装层厚度薄水泥砼铺装表面修复难砼表面微裂缝“三高、一难”公众期望的使用性能安全性与舒适性抗滑性与降噪性隧道路面的使用要求沥青铺装上层沥青铺装下层功能层水泥混凝土板对策隧道路面施工、运营环境要求条件封闭、狭小空间空气流动性小，容易污染湿度大，地下水丰富、蒸发慢刚柔组合结构要求–减少有害、有毒气体排放–少维修，结构组合合理–良好的防排水措施–水泥板块微裂缝处理–良好界面抗剪切能力桥隧复合式路面结构设计要求良好的抗剪切性能刚柔相济，保证协同受力防止路面推移、拥包、起皮等破坏良好的粘结、防水性能防止隧道路面内各种水分浸入沥青面层防止沥青面层的水损病害规范规定设计防水层《公路隧道设计规范》（JTGD70-2004）第15章第15.3.7节明确规定设计防水粘结层。防水层是否需要？满足路面功能性需求提高路面质量延长路面使用寿命满足环境友好型、资源集约型路面要求节能减排自然和谐科技、生态沥青路面施工、使用要求4新技术、新材料创新及应用3路面建设与养护主要对策2道路建设新要求1我国道路应用现状汇报内容5结语主要病害小结早期损害病害发生时间：0~2年原材料质量粉尘含量高、指标不合理、质量不稳定混合料设计级配、空隙率等不合理粒径与层厚粒径大、层厚小施工离析、压实度不足往往是多因素不合理造成的！早期损害的预防与处治预防合理的路面结构合理的混合料设计级配稳定摊铺均匀压实充分处治“开膛剖肚”铣刨重铺4.0cm改性沥青13型6~8.0cm改性沥青20型8cm普通沥青25型18~20cm水泥稳定碎石上基层18~20cm水泥稳定碎石下基层20cm级配碎石/低剂量水稳土基车辙病害发生时间：2~5年外因重轴载、多轴次、高胎压内因原材料指标针对性不够设计方法针对性也不足施工工艺也存在一些问题车辙的预防与处治预防高性能沥青材料PG76改性沥青新型抗车辙沥青混合料低标号沥青抗车辙添加剂合理的桥面铺装材料合理的施工工艺处治薄层罩面：超薄罩面结构补强：耐久性高模量沥青混合料再生技术：就地热再生、厂拌热再生反射裂缝低温、反射裂缝耦合：1~2年反射裂缝病害：5~8年原因水稳干缩和温缩裂缝低温开裂沥青混合料抗裂性能不足反射裂缝的预防与处治预防抗裂水稳防反射裂缝夹层应力吸收层抗疲劳沥青混合料处治高性能裂缝修补材料耐久性沥青混合料罩面4新技术、新材料创新及应用3沥青路面建设与养护主要对策2道路建设新要求1我国道路应用现状汇报内容5结语研究方向及思路——耐久、舒适、安全沥青路面研究材料技术施工技术结构研究建设管理新型养护、再生技术新型改性沥青、添加剂及评价功能性沥青路面耐久性沥青混合料特种铺装材料…..•技术的深入研究、国产化阶段•温拌类•冷拌冷铺类•高性能材料类“十五”时期“十一五”时期“十二五”时期•技术引进阶段•天然沥青、复合改性沥青类•抗车辙、水损害、抗裂类•摸索阶段•SBS改性沥青类•纤维添加剂类新技术、新材料创新发展历程高性能材料路面的可持续发展环保型材料功能型材料新技术、新材料研究进展长期性能评估？全产业链的节能如何评估？全产业链减排如何评估？探索点需要探索的方面成本如何降低？路面新技术、新材料研发与应用汇总1）高性能材料混合料类型橡胶沥青、高性能改性沥青（PG76）、高性能乳化沥青抗车辙剂、高模量剂低标号沥青、天然沥青与耐久性高模量沥青混合料2）养护新材料超薄磨耗层、降噪微表处路面再生技术、高性能裂缝维修材料3）功能性材料温拌、阻燃、彩色路面、抗凝冰材料、排水性沥青混合料4）特种铺装材料类型水泥桥面：水性环氧沥青防水粘结层、改性环氧树脂、环氧沥青钢桥面：浇注式沥青混合料、环氧沥青混合料、树脂—沥青混合料、高掺量SBS改性沥青5）路面信息化系统1）高性能材料——橡胶沥青干法直接添加、维他连接剂湿法现场拌合工厂化颗粒橡胶—塑料复合改性主流技术橡胶沥青（Asphaltrubber）胶粉含量大于15%胶粉为20~30目现场拌合工程应用橡胶沥青断级配沥青混合料AR-AC13S橡胶沥青开级配AR-OGFC橡胶沥青应力吸收层AR-SAMI橡胶沥青断级配沥青混合料AR-AC13S纳入RPA技术规范级配更加间断，抗车辙性能良好沥青含量高，耐疲劳性能优异，低温性能优良宁常高速01020304050607080901001613.29.54.752.361.180.60.30.075筛孔尺寸,mm通过量，%TexasAZAR-AC13SAZTexasAR-AC13S橡胶沥青开级配AR-OGFC空隙率大于22%，吸声性能优异橡胶沥青含量大于7%，耐久性良好相对于高粘沥青，价格优势明显南京绕城高速0.000.200.400.600.801.000500100015002000频率（Hz）吸声系数15.9%17.8%23.4%23.3%23.6%橡胶沥青应力吸收层AR-SAMI橡胶沥青洒布温度190~210℃洒布量2.4kg/m2碎石撒布温度150~170℃碎石撒布量：粒径：9.5~13.2mm，约12kg/m2成品橡胶沥青——《废旧轮胎资源化生产高性能橡胶沥青和工程化应用成套技术研发及产业化》成品橡胶沥青（CRM）胶粉为30~40目工厂化，均匀不离析高温低温性能优于SBS工程应用应力吸收层半断级配沥青混合料钢桥面铺装成品湿法橡胶沥青—特点橡胶沥青共性特点废旧轮胎“黑色污染”再生利用节约沥青等不可再生资源改善沥青路面各项路用性能，延长路面使用寿命成品湿法橡胶沥青个性特点良好的高温存储稳定性，稳定存储可达20天优良的高黏性质，成品湿法橡胶沥青60℃黏度13000Pa·s与典型混合料级配（AC、SMA、Superpave）良好的适应性工厂化生产，产量大，质量波动小节能减排，生产能耗约为传统湿法橡胶沥青30~40%成品湿法橡胶沥青路面建设成本较低成品湿法橡胶沥青—性能混合料性能测试项目单位SMA13SUP20高性能混合料*水稳定性MSo%87.887.496.8TSR%82.882.291.4高温动稳定度次/mm729263507106低温小梁破坏应变με275728323704.3成品湿法橡胶沥青混合料性能成品湿法橡胶沥青SMA13（左）、SUP20（右）和高性能混合料剖面注：*混合料中采用的成品湿法橡胶沥青为改进后的高性能工厂化橡胶沥青，级配为基于SMA13优化后的级配。高温性能突出成品湿法橡胶沥青—工程应用成品湿法橡胶沥青工程应用序号工程项目应用类型实施时间1S246交叉口改造工程成品湿法橡胶沥青SMA13+应力吸收层2011年2S239交叉口改造工程成品湿法橡胶沥青SMA13+应力吸收层2011年3润扬大桥钢桥面铺装工程高性能成品湿法橡胶沥青混合料2011年4沿江高速水泥砼桥面铺装工程成品湿法橡胶沥青SMA13+防水粘结层2012年5润扬大桥钢桥面铺装工程成品湿法橡胶沥青SMA132012年6S122宁杭公路改造工程成品湿法橡胶沥青SMA13+SUP202012年S246省道交叉口路段沿江高速水泥砼桥面铺装润扬大桥钢桥面铺装S122宁杭公路改造取代SBS改性沥青或普通沥青，用于典型混合料，铺筑低成本、高性能沥青路面高性能沥青胶结料，用于铺筑特殊要求或功能型路面，如钢桥面铺装、降噪、排水型路面等1）高性能材料——高性能改性沥青（PG76）技术途经增加SBS掺量——储存稳定性SBS与聚烯烃复配添加其他聚合物高弹沥青高粘度沥青工程应用重交通抗车辙路段沪宁扩建工程超薄磨耗层PG76改性沥青SMA134.0cmPG70改性沥青Sup208.0cm普通沥青Sup258.0cm水泥稳定碎石40.0cm二灰碎石再生层20cm土基高掺量SBS改性沥青SBS掺量：大于10%沥青形态发生改变极佳的弹性、变形能力，混合料高温性能、变形性能好南京四桥钢桥面铺装上面层高性能改性沥青性能评价缺乏合理高温性能评价指标粘度、G*等指标都不合理建议：多应力蠕变恢复试验1）高性能材料——高性能改性沥青1）高性能材料——高性能乳化沥青主要技术要求固含量破乳速度和易性工程应用超薄层罩面的粘层高层位冷厂再生降噪微表处冷拌混合料1）高性能材料——低标号沥青（直溜工艺）50#沥青：用于高速公路中、下面层30#沥青用于沥青稳定基层、下面层高模量耐疲劳混合料（法国）浇注式桥面铺装面临的问题新的性能评价指标体系针对性的混合料设计茂湛二期法国沥青混合料设计方法——低标号沥青应用的新方法旋转压实,水损害永久变形能力模量疲劳第一步第二步第三步第四步耐久性高模量沥青混合料连续级配硬质沥青15/25#沥青50#沥青+添加剂低空隙率0~4%高沥青用量高模量、抗疲劳阿尔及利亚东西高速公路高模量、抗车辙添加剂组成：以废旧塑料为主要成分抗车辙、模量性能提高低温、疲劳有一定的影响部分产品质量不稳定缺乏评价指标，现有设计方法也有局限性天然沥青湖沥青、岩沥青高温性能增强不单独使用与基质沥青复合使用与基质沥青相容性好用量高，影响低温性能作为生产低标号沥青的原料50#沥青+添加剂耐久性高模量混合料50#沥青EMEAC20+SBS+添加剂50#沥青AC20沥青含量，%5.64.54.6空隙率，%（毛体积法）0.74%4%AASHTOT283，%89.884.583.1浸水马歇尔试验，%98.492.687.7中国车辙试验，次/mm1137554093945动态模量（MPa，，10Hz）180871