沥青路面施工1―中国路面施工技术

虞文景山西省交通科学研究院中国路面施工技术中国路面概况和发展中的问题中国路面施工技术中国路面施工新技术的发展与应用新技术、新工艺对材料、设备的需求1.1公路和路面概况按国家规划，2010年中国公路总里程将达到210～230万公里，全面建成“五纵七横”国道主干线，目前人口在20万以上城市高速公路连接率将达到90%，高速公路通车里程达到5万公里。1.中国路面概况和发展中的问题1.1.1各类公路里程统计2005年底全国公路总里程1930543km，不同等级公路里程和所占百分率如下：高速公路41005km2.12%一级公路38381km1.99%二级公路246442km12.77%三、四级1604715km83.12%1.中国路面概况和发展中的问题316331402886267021351866177317581686164901000200030004000山东广东江苏河南河北浙江辽宁四川山西湖北图一全国高速公路分省里程前10位排列图里程(km)1.1.2高速公路统计到2005年底全国高速公路通车里程已达41005km，19个省超过1000公里。1.中国路面概况和发展中的问题1.1.3路面分类统计图二全国公路路面分类统计图沥青路面687976km35.64%砂石路面935945km48.48%水泥路面306622km15.88%1.中国路面概况和发展中的问题按国家《公路工程技术标准》(JTGB01-2003)规定，各级公路均可铺筑沥青混凝土或水泥混凝土路面，只有四级公路才允许铺砂石路面。山西省现有公路四级公路比例为8.5%，若按此比例，全国现有砂石路面中，将有771849km应改造提高，加铺沥青或水泥路面。由于中国作为经济高速增长的发展中国家，公路交通量中重车、超载车比例大。因此路面技术改造任重而道远。1.中国路面概况和发展中的问题1.2影响路面技术发展的两个问题1.2.1高速公路选择沥青或水泥路面问题在高速公路路面结构选择的讨论中，一般认为从行车舒适和便于维修角度考虑应选择沥青路面，但从能源、资源和工程造价考虑却应选择水泥路面。两种路面的路用性能比较如表一。1.中国路面概况和发展中的问题表一沥青路面和水泥路面性能比较表(高速公路)比较项目沥青路面水泥路面设计年限震动和噪音行车舒适性工程经济性运营经济性养护费维修方便性对路基要求抗变形能力明色性超载适应性施工方便性15年震动小、噪音低好费用较高费油、省轮胎正常养护费用高易维修、周期短对变形适应性强易产生车辙、磨耗反光性弱，隧道内行驶效果差较好(疲劳与轴载比4次方成正比)一般多层施工、工序较多30年震动大、噪音高差易就地取材，费用较低省油、费轮胎正常养护费用低不易维修、养护周期长对路基稳定性要求高不易产生变形夜间和隧道内较明亮较差(疲劳与轴载比16次方成正比)一般单层施工、工序较少1.中国路面概况和发展中的问题某工程对两种路面每平方米、每厘米厚度的单价分析对比如下：沥青混凝土（沥青单价2400元/t）6.30（元/m2·cm）沥青混凝土（沥青4000元/t）8.26（元/m2·cm）沥青混凝土（SBS改性沥青5300元/t）9.20（元/m2·cm）沥青混凝土（SBS改性并采用防滑料）10.56（元/m2·cm）水泥混凝土面板(水泥单价300元/t）3.6（元/m2·cm）1.中国路面概况和发展中的问题另国内有对不同结构水泥混凝土路面每平方米单价比较如下：连续配筋路面155（元/m2）缩缝插传力杆路面110（元/m2）素混凝土路面77～105（元/m2）1.中国路面概况和发展中的问题1.中国路面概况和发展中的问题1.2.2半刚性基层和柔性基层问题基层是公路路面承受汽车荷载的主要结构层次，我国高速公路主要采用水泥或石灰工业废渣类半刚性基层，由于此类基层容易开裂并导致路面早期病害，因此国内也有专家主张大量发展沥青稳定碎石类柔性基层，两种基层路面性能对比如表二。表二半刚性和柔性基层性能比较表比较项目半刚性基层柔性基层路面整体性刚度早期病害对超载敏感性施工方便性维修方便性工程经济性维修费用较差，易产生横断裂缝较大，易满足弯沉设计指标易产生裂缝渗水导致的病害较大(疲劳与轴载比6-8次方成正比)需养生7日和洒透层油较差，因需养生不能及时开放交通造价低较低良好较差，但CBR值大少见水损害较小(疲劳与轴载比4次方成正比)无需养生较方便，可及时开放交通造价高较高1.中国路面概况和发展中的问题某工程对两种基层每平方米、每厘米厚度的单价分析比较如下：水泥稳定碎石1.49（元/m2·cm）（水泥单价270元/t）沥青稳定碎石6.75（元/m2·cm）（沥青单价3500元/t）1.中国路面概况和发展中的问题1.中国路面概况和发展中的问题参照国外两种结构CBR等值换算关系，15cm厚沥青稳定碎石的CBR补强效果约与水泥稳定碎石25cm相当，此时柔性基层单价是半刚性基层的2.72倍。考虑到沥青材料的供不应求，若大量采用柔性基层，不仅工程费用较高，而且可能影响我国公路发展速度，因此今后半刚性基层仍会大量采用，但采取技术措施提高半刚性基层路面整体性却是急待解决的技术问题。2.中国路面施工新技术的发展与应用我国路面施工成熟的新技术大多体现在国家现行施工技术规范中。2.中国路面施工新技术的发展与应用2.1《公路沥青路面施工技术规范》的修订和应用中国从2004年起开始执行新的《公路沥青路面施工技术规范》（JTGF40-2004），与JTJ032-94规范相比，施工技术有以下调整：2.1.1提出了新的“道路石油沥青技术要求”，修订了乳化沥青、改性沥青技术要求，新增了改性乳化沥青技术要求。2.1.2提高了粗集料质量标准，调整粗集料磨光值及与沥青粘附性要求，增加了机制砂的要求。2.1.3按粒径、设计空隙率、级配连续性、成型机理不同对沥青混合料进行分类，其中按成型机理不同分类及主要适用层位如下：2.中国路面施工新技术的发展与应用热拌沥青混合料包括沥青混凝土（AC）：用于面层（桥面）各层次沥青碎石（ATB、AM、ATPB）：用于柔性基层或下面层沥青玛蹄脂碎石（SMA）：用于上面层或桥面排水式沥青磨耗层（OGFC）：用于上面层或磨耗层2.中国路面施工新技术的发展与应用2.1.4提出了不同HMA马歇尔试验配合比设计技术要求，SMA、OGFC析漏损失和飞散损失指标。AC结构强调根据当地成功经验选用矿料级配，其他结构提出了建议级配范围供设计选用。对用于高速公路和一级公路的公称最大粒径≤19mm的AC、SMA、OGFC混合料，需在配合比设计基础上进行以下项目性能检验：2.中国路面施工新技术的发展与应用2.中国路面施工新技术的发展与应用◆必须进行浸水马歇尔试验或冻融劈裂试验检验水稳定性；◆宜作-10℃弯曲试验检验低温抗裂性；◆宜通过渗水试验检验密水性。◆必须进行车辙试验检验热稳性；2.1.5完善了沥青混合料配合比设计方法，明确了目标配合比、生产配合比、标准配合比（生产配合比验证）的设计内容和调整级配的原则。2.1.6统一了有关的相对密度、混合料空隙率、沥青饱和度、有效沥青用量等体积指标计算方法，修订了确定最佳沥青用量方法。2.中国路面施工新技术的发展与应用2.1.7调整了混合料一层适宜压实厚度如下：AC、SMA、OGFC≤100mmATB、AM、ATPB≤120mm大功率压路机碾压时≤150mm。提出了新的压实层厚和公称最大粒径的匹配关系。2.中国路面施工新技术的发展与应用2.1.8规范了沥青路面的施工工艺，其中包括：要求按拌和机打印数据进行在线控制和总量检验；从八个方面提出了提高路面平整度的技术措施；增加了轮胎压路机压实优点说明；提出了摊铺、碾压温度要求。2.中国路面施工新技术的发展与应用2.1.9修改了透层、粘层、封层有关规定，增补了稀浆封层、微表处内容。2.1.10提出了对行人、非机动车道、停车场、桥面、隧道沥青铺装层及路缘石、拦水带的技术要求。2.1.11修订了施工质量检验指标、频度、方法，增补了对沥青路面密水性（渗水系数）要求。2.中国路面施工新技术的发展与应用2.1.12强调沥青路面压实度检验主要是对碾压工艺进行过程控制，适度钻孔抽检的方法。2.1.13明确规范的“推荐”性质，规定各省、市、自治区或工程建设单位，可根据具体情况制定相应技术指南或更具体、详细的施工操作规程，但相关规定不宜低于国家规范的规定。2.中国路面施工新技术的发展与应用2.2《公路水泥混凝土路面施工技术规范》的修订和应用中国从2003年起开始执行新的《公路水泥混凝土路面施工技术规范》JTGF30-2003，与GBJ97-87规范相比，施工技术有以下调整：2.中国路面施工新技术的发展与应用2.2.1按交通等级不同分别对水泥、集料、粉煤灰技术指标作出规定，对九种外加剂性能、钢纤维、接缝材料、养生剂等技术指标提出了要求。2.2.2分别提出了普通、钢纤维、碾压和贫混凝土配合比设计方法。2.中国路面施工新技术的发展与应用2.2.3提出了水泥混凝土路面滑模、轨道、碾压、三辊轴、小型机具等五种施工工艺适用的公路等级，以及对混凝土搅拌站的装备要求。2.2.4强调了对路基、基层和封层的检测和修整，对贫混凝土质量作了规定。2.中国路面施工新技术的发展与应用2.2.5对采用不同混凝土路面时拌和楼的最小容量、计量允许偏差、混凝土材料从出料到运输、铺筑完毕最长时间作了规定。2.2.6对滑模、轨道、三辊轴机械的基本技术参数及配套施工机械设备机型和规格，小型机具施工配套机具的配置、碾压混凝土面层机具的选型和配套，以及相应的施工工艺作了规定。2.中国路面施工新技术的发展与应用2.2.7对钢筋及钢纤维混凝土路面、桥面铺筑时的材料加工、安装、质量检验、施工工艺等作了规定。2.2.8对路面纵缝、横向缩缝、胀缝、工作缝结构，施工工艺、切缝方法、灌缝材料和工艺作了规定；提出了路面抗滑构造的技术要求和施工方法；对混凝土养生工艺提出了要求。2.中国路面施工新技术的发展与应用2.2.9对雨季、高低温季节施工工艺作出规定，提出了刮风天防止路面塑性收缩开裂的技术措施。2.2.10规定了对水泥混凝土路面原材料、混凝土成品料、路面的检测项目和频度。2.中国路面施工新技术的发展与应用3.1改性沥青的应用1992年PE现场改性技术引入，使改性沥青逐步从研究试验转到大规模生产应用，近年来高速公路沥青路面，由于较普遍地使用了以SBS为主的沥青改性剂，从而使公路路况得到明显改善，目前生产应用的改性材料主要有：3.新技术、新工艺对材料、设备的需求◆以改善高温稳定性为主要目的：PE、EVA、PR；◆以改善低温抗裂性为主要目的：SBR；◆以改善高、低温稳定性和耐久性为目的：SBS（星型）；◆OGFC均采用进口高粘度改性材料（60℃＞20000Pa·s）。3.新技术、新工艺对材料、设备的需求3.新技术、新工艺对材料、设备的需求表三不同聚合物改性沥青技术性质比较表技术性质基质沥青5%SBS5%EVA5%PE5%SBR[注]星型线型针入度(25℃)/0.1mm643840494776软化点/℃489255606053(基质沥青为47.3℃)延度（15℃）/cm20010054351115℃:＞150cm、5℃:＞150cm5℃:＞150cm当量软化点/℃47.29158.356.152.4当量脆点/℃-8.6-16.7-11.4-15.7-9.8回弹率（15℃）/%1478655416针入度指数PI-1.36+0.96+0.16+0.17-0.76粘韧性（N·m）2.9921.519.67.854.296.4薄膜烘箱后质量损失/%0.070.070.020.060.050.11针入度比/%78.388.988.973.570.077.6延度（10℃）/cm9684275.515℃:121cm为了充分利用废弃轮胎，实现环保的目的，近年国内也在积极地推广使用轮胎粉的橡胶沥青，相关设备也在不断改进中。3.新技术、新工艺对材料、设备的需求山西省近五年高速公路采用了SBS改性沥青如下主要技术指标,获得良好的使用效果。3.新技术、