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同步碎石封層技術

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1同步碎石封層概念

同步碎石封層是一種有效的瀝青路面預防性養護和修復性養護的新工藝、新技術。所謂同步碎石封層,是指采用專用設備即同步碎石封層車,將符合一定技術要求的碎石及粘結材料(熱瀝青、乳化瀝青、改性瀝青)同步鋪灑在路面上,通過自然行車碾壓或膠輪壓路機碾壓形成單層瀝青碎石磨耗層。瀝青路面經過同步碎石封層處治后,使路面具有良好的防滲水性能和抗滑性能,能有效治愈路面貧油、松散、輕微網裂、車轍、沉陷等病害,使瀝青路面的使用壽命延長10年左右。

作為一種新的預防性養護措施,同步碎石封層技術,從20世紀80年代開始在法國被大規模采用, 90年代傳播到整個歐洲各國及美國等數十個國家和地區并得到推廣,據統計,在歐洲有95%以上的公路均采用這項技術進行養護。同步碎石封層技術在我國近幾年才開始嘗試。

2同步碎石封層工作原理

同步碎石封層技術的核心在于同一設備可以在一秒鐘內同時灑鋪瀝青結合料和石料。也就是說,瀝青與石料在一秒鐘內完成結合。結合時,瀝青溫度下降很小,噴灑時熱瀝青的溫度為140℃,結合時溫度可保證在120℃以上,此時瀝青結合料的流動性仍很好,與石料結合面積大,增強了與石料結合的牢固性;同時,由于瀝青結合料的毛吸引力,使瀝青表面形成一個半月面,比自由高度 上升約2/3,使瀝青結合料與石料的粘附變得更容易,從而保證了瀝青與石料的結合強度。而傳統的表面封層技術,一般是通過兩種不同的設備:一輛瀝青灑布車、一輛碎石撒布車來進行。由于兩道工序的時間間隔較長,使得瀝青的溫度下降很多(約為70℃),石料與瀝青的粘結效果較差,從而造成石料的大量流失,影響了封層的性能。

3同步碎石封層特點

由于同步碎石封層將粘結劑(熱瀝青、乳化瀝青、改性瀝青)的噴灑與碎石撒布兩道工序集中在一臺車上同時完成(相隔僅1S),可以使碎石顆粒立即與剛噴灑的流動性好的120~140℃的熱瀝青或乳化瀝青相接觸,并較深地埋入粘結劑內,因此同步碎石封層技術具有以下幾個特點:

1、良好的防水性。同步碎石封層整體力學特征是柔性的,能增加路面抗裂性能、治愈路面輕度龜網裂、減少路面反射裂縫,因此提高了路面防滲水性能,若使用改性瀝青則效果更佳。

2、良好的附著性和防滑性。同步碎石封層中被瀝青粘結到路面上的骨料能直接與輪胎接觸,其粗糙度增大了與輪胎之間的摩擦系數,因此可顯著提高路面的附著性和防滑性。

3、良好的耐磨性和耐久性。同步鋪灑的碎石和瀝青形成瀝青結合料,其碎石顆粒2/3的高度陷入瀝青,增大了兩者的接觸面積,并且由于瀝青結合料的毛吸引力可以形成一個凹面,該凹面與碎石緊密結合,防止碎石流失,因此使同步碎石封層具有良好的耐磨性和耐久性。這也是同步碎石封層技術延長道路使用壽命的重要因素之一。

4、良好的經濟性。同步碎石封層只需要較低的能耗,其性價比明顯優于其他道路表面處治方法,從而大大降低道路的維修養護成本。

5、同步碎石封層施工工序簡單、施工速度快,可及時限速開放交通,約一小時后可完全開放交通。

4同步碎石封層應用

1、用于大修改建公路投入使用一段時間后的中修,既能以其防水性延長路面的使用壽命,又以其平整度和防滑性提高公路的服務質量,以較少的資金投入和能源消耗,獲得成倍的經濟效益和社會效益。

2、用于將舊水泥路面改造為瀝青路面,其中防水粘結層的形成與性能是關鍵。過少的瀝青用量將不能起到必須的粘結作用,會導致施工后上層新路面剝離;過多的瀝青用量則會形成潤滑作用,使上層路面作水平移動,然后剝離。同步碎石封層技術能夠較準確地控制瀝青和碎石的灑鋪量,形成上乘質量的防水粘結層。

3、同步碎石封層可以作為低等級公路的過渡型路面,以緩解公路建設資金嚴重不足的矛盾。

4、與瀝青表面處治、貫入式等結合施工,多種施工工藝相結合是應對不同路段不同要求的組合施工方式。同步碎石封層可作為雙層或三層表處、貫入式路面的后幾層施工,能夠較好保證瀝青溫度、瀝青用量及碎石用量,施工質量和外觀效果俱佳。

5、同步碎石封層也可用于大修改擴建公路的下封層,以便及早開放交通。

5同步碎石封層設備和材料

為了保證同步碎石封層施工的高性能,需要進行相關試驗來確定骨料和瀝青之間的物理化學相容性。與此同時,以同步碎石封層車為基礎,選用相應的機械、機具與其配套、聯合作業,以獲得高質量、高效率的封層效果。

1、設備的選用

同步碎石封層車是專用于同步碎石封層施工的主要設備,是將粘結劑的噴灑與集料撒布兩道工序集中在一臺車上,瀝青噴灑與碎石撒布幾乎同步(相隔僅1S),使兩者之間有最充分的表面接觸,以達到它們之間最大限度粘結合的智能化高科技專用設備。該設備的關鍵技術:

1)合理的粘結劑噴灑裝置,保證對噴灑量及其均勻性進行精確調節與控制;

2)先進合理的瀝青溫度控制系統;

3)能夠精確調節和控制碎石的撒布量及其均勻性;

4)保證粘結劑噴灑與碎石撒布要高度保持一致。

在同步碎石封層車的使用上,該項技術對操作手的要求較高,操作人員必須懂得機械的工作原理,同時操作要相當熟練,否則將鋪不出高質量的路面。

新鄉正通瀝青科技有限公司生產的同步碎石封層車,料倉容量8 m3,瀝青灌容量5.5 m3,瀝青灑布寬度300-3500mm,石料灑布寬度300-3500mm.我公司可租賃同步碎石封層車,有經過專業培訓的同步碎石封層施工人員。歡迎洽談咨詢:13782540809.

2、瀝青的選擇和使用

用于同步碎石封層的瀝青必須具有較高的粘度和與石料有良好的粘附性,以及足夠的高溫穩定性和低溫韌性。其主要技術指標應符合以下技術要求:

針入度(25℃、5S、100g)  >80-100

軟化點                      >44℃

60℃動力粘度               >160Pa·S

15℃延度                 >100cm

溶解度                       >99.5℅

在保證瀝青正確的灑布溫度、灑布量的前提下,使用普通瀝青、乳化瀝青、改性瀝青都可以獲得很好的效果,熱瀝青主要用于大規模封層。應注意的是,施工中瀝青用量是決定封層質量好壞的一個十分重要的因素。瀝青過少時所封層的路面有可能出現嚴重的碎石脫粒;若過多時,則會出現泛油現象。因此瀝青用量要根據交通量、路面狀況、施工季節等進行調整,如大交通量的道路用量宜減少5%~10%,秋季施工用量比夏季的應增加5%左右。

3、石料的選擇和使用

同步碎石封層技術對石料種類無特殊要求,花崗巖、玄武巖、石灰巖等都可以。但碎石須是經過反擊破碎(或錘式破碎)得到的碎石,要滿足一定的磨耗值及壓碎值指標,幾何尺寸要好,不含雜質和石粉,并嚴格經過水洗風干,如表1所示。相關試驗有石料的洛杉磯磨耗值試驗,壓碎值試驗,篩分試驗,針片狀試驗,含塵量試驗。

表1

材 料

項 目

質 量 要 求

試驗方法

高速公路、一級公路表面層

其它公路表面層

石料

壓碎值

≤26

≤30

T0316

針片裝含量

≤15%

≤20%

T0312

粉塵率

<1%

<1%

T0310

洛杉磯磨耗值

≤28

≤35

T0317

磨光值(BPN)

≥40

實測

T0321

與瀝青粘附性

≥4

≥4

T0663/T0616

碎石普遍采用間斷級配結構,碎石封層所用石料粒徑范圍有嚴格要求,等粒徑石料最理想。考慮到石料加工的難易程度及路面防滑性能的要求不同,一般分為2~4mm、4~6mm、6~10mm、8~12mm和10~14mm等5檔,其中粒徑范圍4~6mm封層,行車噪音小,不容易脫落,適用于城市道路;6~10mm封層,適用于普通公路、高速公路;8~12mm 、10~14mm封層,行車噪音較大,行車或者冬季機械除雪時容易脫落,適用于重交通公路或復合封層的下封層或中封層。

6同步碎石封層施工工藝

現以舊瀝青路面加鋪防水磨耗層的典型預防性養護為例,介紹同步碎石封層的施工工藝。

1、準備工作

1)石料應根據工程量和工程進展情況分批備料和堆放,且每批料不得混雜堆放。

2)由于同步碎石封層的厚度很薄,只有一層石料的厚度。因而,在施工前,應對原路面除輕度龜網裂和輕度裂縫以外的病害進行徹底處治。較寬的裂縫需要預先填充,擁包應鏟平,坑槽應填補,較深的車轍應預先填平,路面不平整的進行找平。

3)施工前清除原路面上的所有雜物、泥塊、塵土及松散顆粒,保證路面的清潔。一般情況下,通過清掃車和吹風機的反復清掃,可以滿足施工要求。但對于路面沉積的泥餅層,需一邊清掃一邊用高壓水槍清洗,并待路面水份蒸發后方可施工。

4)提前封閉交通,設置好安全帽、指示牌、限速牌等交通警示標志。

5)同步碎石封層車在進行作業前,應對瀝青泵、管道及噴灑裝置進行預熱,直至噴嘴能夠噴出流暢均勻、霧化良好的瀝青為止。

6)同步碎石封層車裝滿石料,并用容量盒做標定實驗,確定噴灑時石料用量,裝石料時注意石料與左右擋板保持一致,以免工作時石料從箱頂灑落。

2、碎石封層施工

1)確定灑布寬度:設定瀝青及石料的灑布寬度。封層施工一般都是由左向右施工,為此在第一幅及封層最后一幅的前一幅中,設定瀝青噴灑與石料撒布在左側對齊,右側瀝青比石料要寬8~10cm。多出的瀝青是為接縫的需要。在最后一幅,瀝青與石料等幅。

2)同步碎石封層施工參數設定。標定石料用量,行車速度,瀝青流量,噴灑桿高度等。瀝青流量設定是依油石比而定。

3)在施工起始線上,提前鋪上1米長同單幅封層等寬的油氈紙,目的是在封層車啟動工作時,不影響原路面,同時為了使封層接縫整齊平整,無跳車感覺。

4)封層車進入現場,擺正車身后,確定參照物,打開導向標尺。行車封層時,司機按參照物勻速行走,保證封層線形勻稱、順直。行車速度一般在3.6—4.2km/h。

5)舉升料斗,達到要求位置,瀝青罐內溫度達到工作溫度,開始同步碎石封層施工。在封層過程中,封層車行駛平穩、勻速,按標定線行走。根據施工情況,操作手隨時調整瀝青用量及石料撒布量。車上材料如有一種用完時,應立即關閉石料及瀝青開關,停止施工。

6)膠輪壓路機碾壓。改性瀝青或普通瀝青在封層后立即進行整幅碾壓,封層車保持同步;乳化瀝青或改性乳化瀝青要等到乳化瀝青剛破乳時碾壓。膠輪壓路機碾壓次數不少于5遍,最高速度不大于30公里每小時。若采用自然行車碾壓,通行車輛則必須限速行駛。

3、接縫施工

1)橫接縫

a、對接方法接縫。對封層接頭進行取直處理,在已封層路面墊鋪隔離物(一般用油氈紙),使隔離物邊與封層接頭對齊,隔離物寬與封層等寬或略寬。隔離紙長度不得小于1米。施工時封層在隔離物上開始,封層過后立即拿起隔離物,此時新舊封層面無縫完美對接。

b、重疊瀝青法接縫。碎石封層施工快結束時,先關閉碎石料門,瀝青繼續噴灑瀝青油面1米長。在下次封層時,封層車在接近瀝青油面時,先打開石料斗門,行至瀝青面層時,再打開瀝青噴灑按鈕。此種方法要求地表溫度在40℃以上。

2)縱接縫

分幅進行封層施工時,另一幅可以開放交通。要做好分幅封層搭接縫的處理工作:第一幅封層時暫留8~10cm寬度不撒布碎石,待第二幅封層時沿預留瀝青邊緣進行同步碎石撒布。

4、開放交通

膠輪壓路機碾壓完后,盡快開放交通。在開放2小時內,行車限速,最高速度不高于30公里/小時,以防止快速行車造成碎石飛濺。這樣有兩個作用:一是緩解交通壓力;二是自然車輛的碾壓再次對同步碎石封層進行加固鑲嵌。

5、一般在通車3~4小時后,才將表層未粘結的碎石清掃出去。(視交通量大小定)

7同步碎石封層技術要點

1、一般要求路面溫度在15℃以上(溫度越高,效果越好),但最好不要超過50~60℃。瀝青中的蠟在較高溫度下變為液態,影響瀝青與碎石的握裹力。雨前4小時,風力超過4級時不能施工。對施工中無日光照射的地方要進行特殊處理。(適當增加瀝青溫度和碾壓遍數)

2、科學、合理確定瀝青、碎石用量。 

1)瀝青   

L=K1.K2(L1+L2)=K1.K2[L1+(D+d)/2×ρ×7%]

L:單位面積瀝青的灑布量,單位kg/㎡;

D:碎石最大粒徑與單位mm;取10mm;

d;碎石最小粒徑,單位mm:取5mm;

ρ :碎石(5-10mm)的松散密度;

L1:瀝青滲透到路面裂縫中的量: 一般取≦0.5kg/㎡;

L2: 與碎石結合需要瀝青的量:單位kg/㎡,L2=(D+d)/2×ρ×7%;

K1: 封層車瀝青灑布精度: 取1.025;

K2: 新設備、新技術難度系數, 取1.05;

7% :為油石比。

2)碎石 

 S=K3×K4×(D+d)/2

S: 單位面積碎石的灑布量: L/㎡;

D: 碎石最大尺寸: 10mm;

d: 碎石最小尺寸: 5mm;

K3:封層車碎石的灑布精度: K3=1.05;

K4:新設備新技術的難度系數: K4=1.05;

確定瀝青、碎石的基本用量后,要做一段試封段,并根據其效果對瀝青、碎石用量等作業參數進行調整直至達到預期效果,然后進行長距離的連續施工。

3、同步碎石封層對瀝青的溫度和針入度要求較高。瀝青的針入度大、溫度高,瀝青的流動性好,容易侵入碎石本身的紋理中去,使得瀝青與碎石的粘結更好。瀝青的溫度與針入度是相輔相成的,溫度為160℃,其適用于針入度為80~100的瀝青;溫度為140℃,適用于針入度為140~200的瀝青;若為改性瀝青,溫度需要達到180℃。

4、瀝青溫度若為160℃,其撒布到地面上時就會降到140℃,而與碎石接觸時的溫度將降到120℃,30秒后瀝青溫度與地面溫度相同。所以要求瀝青罐內瀝青溫度一般不低于140℃。

5、瀝青噴油嘴的高度是可調的,可以根據瀝青溫度及針入度進行調節。其最終效果是使得噴灑范圍內任一點的瀝青是由三個噴油嘴來提供的。這樣,瀝青量才能保證,而且會很均勻,更好的與碎石粘結。

6、封層作業過程中要保證足夠數量的膠輪壓路機,以便碾壓應及時,因為瀝青撒布到地面30秒后溫度就會降低到地面溫度。碎石撒布后,有一些石子在兩顆石子中間,沒有接觸瀝青,需要通過碾壓使其與瀝青粘結。

7、開放交通對同步碎石封層有好處,很容易使得石子移動到其最佳位置,利于瀝青、石子粘結。

8、一般瀝青路面預防性養護進行一次同步碎石封層即可。若舊瀝青路面平整度較差時可選用適宜粒徑的粗碎石作為下封層找平,然后用細碎石再做上封層。低等級公路采用同步碎石封層作面層時須兩層或三層,各層碎石粒徑應互相搭配,以能產生嵌擠作用,一般遵循下粗上細的原則。

9、同步碎石封層施工現場要隨時檢查石料是否密實,瀝青是否灑布均勻。施工結束后,要對路面狀況進行跟蹤檢查,路用性能指標應達到以下技術要求:

    檢測項目

控制內容

項目

檢查頻度

質量要求

質量控制

外觀

隨時

集料嵌擠密實,瀝青撒布均勻

集料撒布量

不少于2—3次

按施工長度的實際用量計算

瀝青灑布量

不少于2—3次

瀝青灑布溫度

每車2次

感溫槍或溫度計測量

外形控制

厚度

必要時

 

鉆芯取樣

平整度

用3米直尺

寬度

用尺量

路用性能指標控制

石料剝落度

每1km4點

10%/年

構造深度

每1km5點

0.6—0.8mm

磨擦系數擺值

每1km5點

50—55

滲水系數

每1km5點

<5ml/min

   注:路用性能指標數據適用于高速公路、一級公路。

總之,同步碎石封層的摩擦系數和宏觀構造深度都較原路面有較大改善,尤其是路面抗滑值得到了明顯的提高,這就為車輛的安全運行提供了強有力的保障。同時,路面的平整度、滲水性也都能符合規范要求。由此可見,同步碎石封層技術是一項可以推廣應用的新型路面養護技術。


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