超薄沥青混凝土的研究与工程实践.pdf

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1、超薄沥青混凝土的研究超薄沥青混凝土的研究超薄沥青混凝土的研究超薄沥青混凝土的研究 与工程实践与工程实践与工程实践与工程实践 二O一O年三月二OO年三月 课题组研究基础课题组研究基础 东南大学交通学院道桥实验室是“211”工程重点资助单位，拥有MTS、 Superpave胶结料试验全套设备、SPT、UTM、浸水车辙仪等大型设备pp 20余台，还拥有环道试验场地，在建的直道试验场地等 为了更好的开展教学和科研工作，课题组购置了，包括沥青试验检测的 常用设备、沥青动力粘度试验仪、沥青粘韧性试验仪、AR2000沥青流变 仪、马歇尔试验相关设备、旋转压实仪、万能沥青混合料试验机UTM-25、 手持式弯沉

2、仪、高低温湿热交变试验箱等一系列先进设备 目前，课题组拥有老师8名，美籍博士后1名，博士生8名，硕士20多名， 另外与与计算机系数学系的老师长期合作另外还与与计算机系、数学系的老师开展长期合作 已完成和在研省部级科研项目30多项，技术服务与咨询项目20多项 在国内外发表期刊论文近百篇 主要介绍内容主要介绍内容 超薄沥青混凝土的级配特征 高强沥青的技术优势高强沥青的技术优势 易密实添加剂和聚酯纤维的技术优势 超薄沥青混凝土的路用性能 超薄沥青混凝土处治车辙及罩面的工程实践实 研究背景研究背景 车辙、裂缝是我国高速公路沥青路面的主要病害形式 传统处治措施存在明显缺陷传统处治措施存在明显缺陷 路面新

3、材料、新工艺不断发展 车辙病害处治措施车辙病害处治措施 微表处 造价低、交通影响小 耐久性差噪音大 易密实 铣刨加铺 耐久性差、噪音大 有效性好 经济性与合理性 实沥青 铣刨加铺 有效性好 造价高、工期长 混凝土 就地热再生设备昂贵、性能有待于验证 土(ECA A)处治治车辙技技术 ECA材料组成及特征 ECA-6.7主要用于填补车辙，组成材料包括：玄武岩集料、 石灰岩矿粉聚酯纤维易密实添加剂高强沥青石灰岩矿粉、聚酯纤维、易密实添加剂、高强沥青 ECA-10主要用于罩面，组成材料包括：玄武岩集料、石 灰岩矿粉、聚酯纤维、易密实添加剂、PG76-22 SBS改性 沥青青 粗集料约占集料总质量的5

4、0%，以提高细粒式沥青混凝土的构造深度，保证 路表的抗滑性能要求 ECA-6.7采用高强沥青作为胶结料，保证沥青混合料具有优良的抗高温性能， 防治新铺混凝土形成车辙 聚酯纤维添加剂，提高沥青混合料的柔韧性，增强混合料的抗裂性能 易密实添加剂的主要作用是拓宽薄层沥青混合料的可碾压温度范围，使沥青 混合料易密实，保证其压实度要求 ECAECA技术要求 马歇尔试验技术要求配合比设计检验指标技术要求 马歇尔试件击实次数双面75次 检验项目技术要求试验方法 析漏损失(%)0 2T 0732 2000 空隙率(%)3.55.0 矿料间隙率(%)15 析漏损失(%)0.2T 0732-2000 飞散损失(%

5、)15T 0733-2000 沥青饱和度(%)7085 残留马歇尔稳定度(%)85T 0709-2000 稳定度(kN)8.0 流值(0.1mm)2050 冻融劈裂试验残留强度比(%)80T 0729-2000 动稳定度(次/mm)3000T 0719-1993流值()动稳定度(次) 渗水系数(mL/min)100T 0730-2000 ECAECA处治车辙的技术方案 路面特征处治措施 1只存在车辙病害 车辙深度小于20mm铣刨一定深度后填补ECA-6.7 车辙深度大于20mm铣刨一定深度后填补ECA-10 2 同时存在车辙、裂缝 病害 车辙深度小于15mm处治裂缝后2.5cmECA-10罩面

6、 车辙深度大于15 聚酯玻纤布处治裂缝后，按照路面特征1填补病害 车辙深度大于15mm 聚酯玻纤布处治裂缝后，按照路面特征 填补 易密实沥青混合料，再2.5cmECA-10罩面 微表处后出现车辙病 车辙深度小于15mm铣刨一定深度后填补ECA-6.7 3 微表处后出现车辙病 害 车辙深度大于15mm铣刨一定深度后填补ECA-10 ECA-6.7沥青混凝土适用的厚度范围为：1.3cm2.2cm，宜选用1.5cm和2.0cm ECA-10沥青混凝土适用的厚度范围为：2.3cm3.0cm，宜选用2.5cm和3.0cm ECA的级配特征 ECA级配设计 依据主骨料空隙填充法（Course Aggreg

7、ate Void Filling Method，简称CAVF法） 基于两个假设：假定细集料的颗粒不对粗骨料的嵌挤基于两个假设：假定细集料的颗粒不对粗骨料的嵌挤 结构形成干涉；细集料与沥青混合的胶浆也不对粗骨 料的嵌挤结构形成干涉料的嵌挤结构形成干涉 设计标准：在压实状态下沥青混合料中的粗集料骨架设计标准：在压实状态下沥青混合料中的粗集料骨架 间隙率VCAmix必须等于或小于没有细集料、结合料存 在时的粗集料集合体在捣实状态下的间隙率VCA在时的粗集料集合体在捣实状态下的间隙率VCADRC 不同6.7-9.5mm含量混合料 ECA的级配特征 体积参数和车辙试验结果 试验结果 6.79.5： 4.

8、756.7 油石比 （） 空隙率 （） 骨料间隙率 （） 矿料间隙率 （） 5小时车辙 变形量 （mm）（mm） 100:05.65.4643.9717.111.821 80:205.34.8341.8316.801.746 60:405.74.9542.2017.321.989 40:605.95.1042.2817.772.185 20 806 25 2242 3918 212 97520:806.25.2242.3918.212.975 0:1006.45.3342.8518.703.980 ECA沥青混合料的目标级配 ECA的级配特征 ECA沥青混合料的目标级配 120 提 增 80

9、100 ECA-10 ECA-6.7 提高粗 增设6. 60 80 分率（%） 粗集料的 7mm的 40 通过百分 的含量 的筛孔 20 量 孔 0 0.075 0.15 0.3 0.6 1.18 2.36 4.75 6.7 9.5 13.2 筛孔尺寸（mm） 高强沥青与PG76-22SBS改性沥青 高强沥青的技术优势 高强沥青与PG76 22SBS改性沥青 技术指标的对比 检测指标PG76 22改性沥青高强沥青检测指标PG76-22改性沥青高强沥青 针入度（25）（0.1mm）4432 针入度指数PI0.20.87 软化点（）9064 2软化点（）9064.2 运动粘度（135）（Pa.s）

10、2.62.5 动力粘度（60）（Pa.s）1148694750 闪点（）316310闪点（）316310 溶解度（三氯乙烯）（%）99.899.9 密度（15）（g/cm3）1.0321.036 弹性恢复（%）8778弹性恢复 TFOT后残留物 （163、5h） 质量损失（%）0.02-0.01 针入度比（25，%）7771 延度（5 5cm/min，cm）15.30.6 粘韧性（N.m）6.211.9 韧性（N.m）3.54.9 DSR G*/sin（35，kPa）3621056 试验 G*/sin（60，kPa）7.222 PG等级PG76-22PG82-22 粘韧性明显大于PG76-22

11、改性沥青，表现出更大的强度粘韧性明显大于 G 6改性沥青，表现出更大的强度 G*/sin明显更大，表现出更好的高温性能 PG高温等级达到82，高温稳定性更好 高强沥青与PG76-22SBS改性沥青 成型混合料动态蠕变试验结果对比 试验条件 试验温度：60 轴压：0.7MPa 围围压：0.1MPa 加载周期为1s，包括0.1s半正弦压力荷载和0.9s间隔 2.50 3.00 3.50 高强度改性沥青 100 1.50 2.00 累计应变 SBS改性沥青 SK普通沥青 0.00 0.50 1.00 0200040006000800010000 高强度改性沥青混合料在10000次的作用次数下， 02

12、00040006000800010000 荷载作用次数 高强度改性沥青混合料在10000次的作用次数下， 没有出现破坏阶段，表现出优良的高温稳定性 高强沥青与PG76-22SBS改性沥青 高强沥青的技术优势 高强沥青与PG76 22SBS改性沥青 成型混合料其他性能的对比 沥青混合料类型高强沥青SBS改性沥青 试验指标混合料混合料 水稳性能 浸水残余稳定度(%)90.990.9 冻融劈裂强度比 表征高温稳定 性的动稳定度值 冻融劈裂强度比(%)84.983.4 车辙试验 动稳定度(次/mm)73043610 总变形量(mm)1 9122 888 性的动稳定度值 约为SBS改性沥 青混合料的两倍

13、 总变形量(mm)1.9122.888 劈裂强度 试验 劈裂强度(MPa)2.261.61 破坏拉伸应变(10-3)6.068.00 表征强度性能 的劈裂强度提高 试验 () 破坏劲度模量(MPa)664362 渗水试验渗水系数(mL/min)41.730.7 了40% 抗滑性能 构造深度(mm)0.891.10 摩擦系数(BNP)6363 易密实添加剂对混合料空隙率的影响 易密实添加剂的技术优势 易密实添加剂对混合料空隙率的影响 9 8 9 掺加易密实添加剂 无易密实添加剂 6 7 隙率（） 4 5 试件空 3 4 10011012013014015016017018010011012013

14、0140150160170180 试件成型温度（） 无易密实添加剂的混合料空隙率随成型温度的降低而增加 使用易密实添加的混合料在135附近出现最大压实度，随着温度 的进一步增加，由于易密实添加剂老化致使混合料空隙率变大 155以下，易密实添加剂均能明显提高混合料的压实效果，最佳 压实温度为135左右 ECA 6 7蠕试验 易密实添加剂和聚酯纤维的技术优势 ECA-6.7动态蠕变试验曲线 试验条件： 高度：3cm 累计应变随荷载作用次数关系图 温度：60 轴压：0.7MPa 累计应变随荷载作用次数关系图 25000 30000 无易密实添加剂，无纤维 有易密实添加剂，无纤维 有易密实添加剂有纤维

15、 围压：0MPa 20000 变() 有易密实添加剂，有纤维 10000 15000 累计应变 0 5000 020004000600080001000012000 荷载作用次数 ECA 10蠕试验 易密实添加剂和聚酯纤维的技术优势 ECA-10动态蠕变试验曲线 试验条件： 高度：3cm 累计应变随荷载作用次数关系图 温度：60 轴压：0.7MPa 累计应变随荷载作用次数关系图 20000 25000 围压：0MPa 15000 20000 () 10000 累计应变 0 5000 无易密实添加剂，无纤维 有易密实添加剂，无纤维 有易密实添加剂，有纤维 0 020004000600080001

16、000012000 荷载作用次数 易密实添加剂和聚酯纤维的技术优势 聚酯纤维对ECA低温性能的影响 混合料类型 抗弯拉强度破坏应变弯曲劲度模量应变能密度 混合料类型 抗弯拉强度 （MPa） 破坏应变 （） 弯曲劲度模量 （MPa） 应变能密度 （kJ.m-3） ECA10无聚酯纤维12.257037174014.78 ECA10聚酯纤维13 211464490216 32ECA10聚酯纤维13.211464490216.32 ECA6.7无聚酯纤维9.961105790010.69 ECA6.7聚酯纤维8.471338063410.58 使用聚酯纤维后不一定增加ECA沥青混合料的抗拉强度，但可

17、以明显 提高其破坏应变降低ECA低温条件下的劲度模量提高ECA在低温下提高其破坏应变，降低ECA低温条件下的劲度模量，提高ECA在低温下 柔韧性 ECA路用性能试验结果 ECA的路用性能 ECA路用性能试验结果 混合料类型 试验指标 ECA-6.7ECA-10 试验指标 最佳油石比（%）6.15.3 空隙率（%）4.44.3 矿料间空隙率（%）18 216 8矿料间空隙率（%）18.216.8 饱和度（%）75.974.6 稳定度（kN）15.511.2 流值（0.1mm）45.338.2 各项路用性能 流值（0.1mm）45.338.2 析漏损失（%）0.030.05 飞散损失（%）3.59

18、2.98 残留稳定度（%）99.4103.4 ECA各项路用性能 均能很好的满足我 国技术规范对表面 冻融劈裂试验强度比（%）80.184.8 车辙 试验 动稳定度（次/mm）44273853 总变形（mm）1.7531.958 国技术规范对表面 层改性沥青混合料 的技术要求 小梁 弯曲 试验 抗弯拉强度（MPa）9.7811.96 破坏应变（）440911057 弯曲劲度模（MPa）22171081 的技术要求 应变能密度（kJ.m-3）12.0218.09 构造深度（mm）0.671.14 摆值 表面干燥6979 摆值 表面潮湿5870 材料成本经济比较材料成本经济比较 原材料类型沥青添加

19、剂集料矿粉粘层油 材料单价（元/吨） 4700 7000 15000 90 110 1204000材料单价（元/吨） 7000 15000 110 1204000 1.5cm ECA-6.7 材料用量（kg/m2）2.290.1233.102.110.30 （22.9元/m2） 材料成本（元/m2）16.01.83.60.31.2 2.5cm ECA 10 材料用量（kg/m2）3.310.1755.643.550.30 ECA-10 （25.9元/m2） 材料成本（元/m2）15.62.66.10.41.2 4cm材料用量（kg/m2）5.100.2789.275.690.304cm AC-

20、13 （37.9元/m2） 材料用量（kg/m ）5.100.2789.275.690.30 材料成本（元/m2）24.04.08.00.71.2 注：高强沥青单价为7000元/吨，SBS改性沥青单价为4700元/吨；AC集料单价为90 元/吨，ECA集料单价为110元/吨。 ECAECA处治车辙的优点 性能优：保证更好的抗滑、降噪性能的前提下，不降 低其他路用性能 造价低：相对于4cmAC-13节约原材料成本30%以上造价低：相对于4cmAC-13节约原材料成本30%以上 兼顾裂缝病害：处治车辙前对裂缝进行处理 工期短：用料少、摊铺速度快，施工工期短，对交通 量影响小量影响小 工程实践工程实

21、践工程实践工程实践一一 江苏省广靖锡澄高速公路养护维修工程江苏省广靖锡澄高速公路养护维修工程 工程背景工程背景 1999通车的双向六车道高速公路 日平均车流量达3.5万辆，长时间来路面持续 受到重载超限车辆的碾压受到重载、超限车辆的碾压 车辙、裂缝病害为主要病害形式车辙、裂缝病害为主要病害形式 先后采用铣刨重铺、微表处、就地热再生等养先后采用铣刨铺微表就热再等养 护方案进行病害处治 实施方案 路段编号起止桩号处治方案方向备注路段编号起止桩号处治方案方向备注 IK342+700K345+000第二、三车道铣刨1.5cm后填补ECA-6.7锡广向桥面 IIK332+280K332+900 第三车道

22、车辙隆起带铣刨后填补ECA- 6.7，再三个车道一起罩面ECA-10 广锡向第三车道车辙严重 IIIK367+300K370+300三个车道直接罩面ECA-10锡广向 原路段采用过微表处 处治 超薄沥青混合料室内性能超薄沥青混合料室内性能 试验指标试验结果技术要求 最佳油石比（%）5.5% 析漏损失（%）0.050.1 飞散损失（%）2.9815 残留稳定度（%）103.485残留稳定度 冻融劈裂强度比（%）86.980 车辙 总变形（mm）1 958 车辙 试验 总变形（mm）1.958 动稳定度（次/mm）38533000 构造深度（mm）1 140 55构造深度（mm）1.140.55

23、摆值（BPN）6952 施工前准备 技术准备 材料准备 机械准备 拌合楼准备拌合楼准备 原有路面准备原有路面准备 技术准备 目标配合比设计 生产配合比设计 生产配合比验证 施工指导意见施工指导意见 材料准备 SBS改性沥青（PG76-22）、高强沥青 粗、细集料 矿粉矿粉 易密实添加剂 （ECA-201） 高粘度改性乳化沥青 机械准备 名称规格型号额定功率数量 间歇式沥青砼拌和设备日工3000型300T/h1 沥青混合料摊铺机ABG2251 青沥青混合料摊铺机ABG4251 双钢轮振动压路机HAMA-13013T2 轮胎压路机徐轮胎压路机徐工20120T2 沥青洒布车1 精铣刨机1精铣刨机1

24、自卸汽车15T10 洒水车5T1洒水车5T1 路面清扫车1 拌合楼准备 ECA-201输送设备安装 拌合缸排气口的设置 原有路面的准备 处理结构性破坏的路段 清理路表的杂物和浮灰，确保施工前路表的清 洁洁 罩面部位均匀撒布高粘度改性乳化沥青，撒布罩面部位均匀撒布高粘度改性乳化沥青，撒布 不均匀的局部的应该进行处理 有裂缝的路段应该采用Trupave聚酯玻纤布处 理理 易密实沥青混凝土温度控制标准 矿料加热温度()140150矿料加热温度()140150 沥青加热温度()160170 沥青混合料出料温度()140150 混合料摊铺温度() 135 开始碾压温度()130 开始复压温度()110

25、碾压终了温度() 70 易密实沥青混合料拌和 ECA-201添加方式 保证易密实添加剂 （ECA-201）全部喷洒到沥青上 ECA-201作为外加剂与沥青按比例在沥青开始喷洒后延时2秒开作为外加剂与沥青按例在沥青开始喷洒后延时 秒开 始喷入 在沥青喷洒结束之前完成ECA-201的喷洒 拌和时间 单盘料拌和周期不低于60秒 其中干拌7秒，喷沥青和ECA-201控制在13秒以内 然后湿拌6秒添加矿粉然后湿拌6秒添加矿粉 再继续湿拌30秒 易密实沥青混合料运输 采用数字显示插入式热电偶温度计检测易密实沥青 混合料的出厂温度和运到现场温度混合料的出厂温度和运到现场温度 拌和机向运料车放料时，汽车应前后

26、移动，分几堆 装料减少粗细集料离析装料，以减少粗细集料离析 易密实沥青混合料运输车的运量应较拌和能力和摊 铺速度有所富余，摊铺机前方应有至少两辆以上运 料车等候卸料 运料车应有良好的篷布覆盖设施。 连续摊铺过程中，运料车在摊铺机前1030cm处连续摊铺过程中，运料车在摊铺机前 030c处 停住，不得撞击摊铺机。 卸料过程中运料车应挂空档，靠摊铺机推动前进卸料过程中运料车应挂空档，靠摊铺机推动前进 旧路铣刨整形 易密实沥青混合料摊铺 易密实沥青混合料的碾压 压路机类型 初压复压终压 适宜最大适宜最大适宜最大适宜最大适宜最大适宜最大 钢轮压路机 （13t） 12 (前静后震） 2 (前静后震） 2

27、3 (静压) 3 (静压)（13t） (前静后震）(前静后震） (静压)(静压) 胶轮压路机 （20t） 455 （20t） 裂缝处治 贴缝前，需要均匀洒布热沥青，洒布面积应该略大于铺布的面积，洒 布前应该划线，确保洒布范围的准确性，严格控制热沥青的洒布量布前应该划线确保洒布范围的准确性严格控制热沥青的洒布量 （0.50.7L/m2） 聚酯玻纤布长度应该相对于裂缝长度两端至少延伸0.5m，贴缝应该在 沥青混合料开始摊铺前两个小时完成沥青混合料开始摊铺前两个小时完成。 贴布过程中应该确保聚酯玻纤布的平顺，不得有皱起，皱起部分必须 切割掉，铺布完成后需要人工或机械压密，保证布与路面间服贴 施工车辆

28、严禁在未经过处理的聚酯玻纤布表面通过，必须通行时，应 该在布表面撒热料后通行 摊铺过程中发现聚酯玻纤被摊铺机前的运输车粘起必须立刻停止摊摊铺过程中发现聚酯玻纤被摊铺机前的运输车粘起，必须立刻停止摊 铺，清除粘起的聚酯玻纤布之后才能允许继续摊铺 为防止反射裂缝，针对裂缝发展较深的情况，可向裂缝下再深挖4为防射裂对裂发展较深情况向裂再深挖 5cm，挖掘宽度1.2米，然后再贴布处治。 纵向接缝处理 超薄罩面检测标准 项目检查频率 质量要求 或允许偏差 试验方法 或允许偏差 厚度1次/200m/车道3mm 钻孔检查并铺筑时 随时插入量取随时插入量取 平整度每车道连续检测不大于1.2mm 用连续式平整度

29、仪 检测检测 摩擦系数 1处/200m 不小于55BPN摆式仪 构造深度不小于0 6铺砂法构造深度不小于0.6mm铺砂法 渗水系数1处/200m不大于150ml/min渗水试验仪 超薄罩面检测结果 质量要求 检测项目 检测结果 质量要求 或允许偏差 试验方法 厚度26mm253mm钻孔芯样检测厚度26mm253mm钻孔芯样检测 平整度0.84mm1.2mm 连续式平整度 仪 摩擦系数65 BPN55 BPN摆式仪 构造度铺砂法构造深度0.81mm0.6mm铺砂法 渗水系数 94ml/min 150ml/min渗水试验仪 车内噪声检测 处治前噪声处治后噪声降低噪声 处治方案 处治前噪声 （分贝）

30、 处治后噪声 （分贝） 降低噪声 （分贝） 易密实沥青混凝土试验易密实沥青混凝土试验 段 72657 NovaChip试验段72684NovaChip试验段72684 跟踪观测 构造深度 所属路段的编号桩号构造深度（mm）描述 K343+0000 440 440 45 构造深度 I K343+0000.440.440.45 ECA-6.7车辙填补 K344+3000.400.350.35 IIK332+5000.580.60.69ECA-6.7车辙填补+ECA-10罩面IIK332 5000.580.60.69ECA 6.7车辙填补 ECA 10罩面 III K367+7000.600.54

31、ECA-10直接罩面K368+3000.600.60 K369+3000.660.88 ECA 10ECA 6 7ECA-10 表面纹理 ECA-6.7 表面纹理 跟踪观测 车辙情况跟踪观测 60 50 60 处治后处治前 40 度(mm) 20 30 车辙深度 桥面段车辙处治跟踪观测 10 桥面段车辙处治跟踪观测 0 K342+500K343+000K343+500K344+000K344+500K345+000K345+500 里程桩号里程桩号 工程实践二工程实践二工程实践二工程实践二 江苏省宁宿徐高速公路养护维修工程江苏省宁宿徐高速公路养护维修工程 工程背景 2001年建成通车 主要病害

32、为车辙 行车道采用微表处处治车辙后又出现较为严重行车道采用微表处处治车辙后又出现较为严重 的车辙 实施方案 路段编号路段编号起止桩号起止桩号处治方案处治方案方向方向备注备注路段编号路段编号起止桩号起止桩号处治方案处治方案方向方向备注备注 开放交通状况下分 IK145+115K139+607 左侧路缘带、超车道及行车道 路面采用ECA-10罩面 宿宁向 开放交通状况下分 两幅施工，行 车道罩面前铣 刨微表处刨微表处 IIK279+000K281+000行车道填补2 5cmECA-10徐宿向 填补前铣刨2.5cm厚 旧面层 IIK279+000 K281+000行车道填补2.5cmECA 10徐宿

33、向 旧面层 IIIK285+000K288+000行车道填补2.5cmECA-10徐宿向 填补前铣刨2.5cm厚 旧面层 施工工序施工工序 添加易密实添加剂添加易密实添加剂 易密 计量 密实添加 计量 加剂 添加 易密实沥青混凝土的施工易密实沥青混凝土的施工 施工质量检测 检测项目平均值技术要求 厚度（mm）25.6253 渗水系数（ml/min）46不大于150 平整度（mm）0 81不大于1 2平整度（mm）0.81不大于1.2 构造深度（mm）0.83不小于0.6 摩擦系数（BPN）74不小于55 结结 语语结结 语语 易密实超薄沥青混凝土车辙处治及罩面 经济上可行技术上可靠 推广应用前景广阔 报告完毕 谢谢！