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UTM超薄罩面在公路沥青路面预防养护工程中的应用

时间:2020/11/16 9:51:58   作者:未知   来源:交通科技与管理   阅读:423   评论:0
内容摘要:摘要:为了延长路面使用寿命,提高预防养护工程的社会经济效益。本文依托重庆地区省道S303铜昌路铜梁段沥青路面预防养护试验路工程,通过路面质量状况调查,明确了原路面存在的问题,并确定采用20mmUTM(Ultra-thin Mixture)超薄罩面养护方案。阐明了UTM超薄罩面技术...

摘要:为了延长路面使用寿命,提高预防养护工程的社会经济效益。本文依托重庆地区省道S303铜昌路铜梁段沥青路面预防养护试验路工程,通过路面质量状况调查,明确了原路面存在的问题,并确定采用20mm UTM(Ultra-thin Mixture)超薄罩面养护方案。阐明了UTM超薄罩面技术特征,通过室内和现场试验评价了UTM超薄罩面混合料录用性能与施工效果。结果表明UTM超薄罩面混合料具有优异的高温稳定性和抗开裂能力,该技术能够显著提高原路面抗滑性能,同时显著降低路面行车噪声。

关键词:道路工程;预防性养护;超薄罩面;抗滑降噪;抗车辙

 

0 引言

基于 “预防为主,防治结合”的路面养护方针,预防性养护逐渐得到公路管养人员的重视。在实际工程中,经常遇到路面抗滑、平整度等功能性衰退的情况,同时路面标高受到限制,对预防性养护提出了更高的要求,行业学者针对此展开了诸多的技术研究与工程实践。目前,最为广泛应用的预防性养护技术是热沥青混合料超薄层罩[1]

超薄层罩面作为预防性养护技术,其厚度一般为15~15mm,虽然不能提高路面的承载能力,但是具有改善原路面路面抗滑、降噪、平整度等性能和造价低的特点[2]。最初,为了在节省造价的前提下恢复路面抗滑性能,法国了采用沥青混合料薄层罩面 [3,4],罩面先后由50~90mm的表面层混合料(BBSG)30~40mm薄面层(BBM),后来随着结合料改性技术和摊铺设备的快速发展,罩面厚度朝着越来越薄的方向改进[5]20世纪90年代,美国开发了Novachip超薄罩面施工技术,罩面最薄可达10mm,它的出现极大促进了超薄罩面技术在世界范围内广泛应用[6,7]。国内在90年代尝试性利用对沥青路面利用超薄磨耗层进行预防性养护,但是结果并不理想,暂时性阻碍了超薄罩面在国内的发展。直至2001年,交通部公路研究所开展了《超薄磨耗层混凝土面层技术研究》,取得了丰硕的研究成果,极大推动了超薄罩面技术在国内的应用。目前,各式各样的超薄罩面技术虽然具有改善行驶质量、修复路表缺陷、延长路面寿命等特点,同时也存在一些不足:(a)薄层罩面与原路面的粘结性差,在水与载荷作用下极易发生推移脱落等病害。(b由于受级配合理性和材料性能限制,超薄罩面抗裂性不理想,而且经常出现车辙、松散、裂缝等路面病害[8]。(c)有些超薄罩面施工技术对设备依赖性强,需要专门的施工设备[9-11]

UTM超薄罩面是一种厚度10~20mm的热拌沥青混合料加铺层,压实成型后有效改善路面平整度和抗滑性能,降低道路行车噪音,具有优良的抗裂高温稳定性。本文依托S303铜昌路铜梁段沥青路面超薄罩面试验路,UTM超薄罩面抗滑性能、高低温性能、降噪性能等进行评价。以期为UTM超薄罩面养护技术的推广应用提供参考。

1 工程概况

项目组对S303铜昌路铜梁段沥青路面进行了路面状况调查,发现路面整体结构状况良好,但是路面功能存在以下几个问题:

a)路面抗滑性能不足。由于长时间的车轮对沥青路面的摩擦作用,导致表层沥青与集料磨耗,沥青路面构造深度明显减小,路面抗滑能力不足。另外,局部位置由于泛油导致路面抗滑性能下降。尤其在降雨天气,该路段的行车安全存在一定程度的隐患。

b)路面裂缝与集料剥落。由于重载车辆和环境因素的共同作用,路面在服役期出现了少量的裂缝。另外,局部路段路表出现了集料剥落现象,是水损坏的初期表现。如果这些路面早期微损伤不能及时修复,路表水进入路面内部,将会危害路面结构的承载能力。

c)路面行车噪音大。由于路面平整度状况不良,车辆行驶过程中存在轻微颠簸,不仅影响行车舒适性,而且产生的噪音对沿线居民的生活造成一定的困扰。

UTM超薄罩面不仅能够显著恢复沥青路面的抗滑性能和路面平整度,而且具有极强的抗反射裂缝能力,同时能够密封路表,避免路表水进入路面内部。与同类超薄罩面相比,该罩技术具有造价低,施工快(每天单车道可施工4公里),无需专门施工设备的优势。针对此情况,项目组决定采用UTM超薄罩面对该路段沥青路面进行预防性养护。

2 UTM超薄罩面技术特征

2.1 材料

UTM超薄罩面是双层结构,上层结构是热拌高弹改性沥青混合料层,下层是聚合物改性乳化沥青结层,具体的原材料技术指标以及混合料的配合比设计如下所述。

2.1.1高粘弹改性沥青

UTM超薄罩面混合料对沥青性能要求远高于普通沥青混合料,本工程所用的沥青为高弹改性沥青,对集料具有极强的粘附能力,这将使骨料之间的粘结强度更高。其技术指标测试结果见1由试验结果可见,所用沥青的60°C动力度值大于50000Pa·s,是UTM超薄罩面的结构体系在重载交通条件下具有足够耐久性能的材料基础,最终保证罩面恶劣条件下保证长期稳定性

1 高粘弹改性沥青主要技术性能

检测项目

单位

技术要求

试验结果

试验方法

针入度(25℃100g,5s

0.1mm

≥40

55

T0604

软化点(环球法)

≥80

82

T0606

延度(15℃5cm/min

cm

≥50

71

T0605

动力粘度(60℃

Pa.s

≥20000

50000

T0620

闪点

≥260

301

T0611

RTFOT后(163℃85min

T0610

质量变化率

%

≤0.6

-0.09

T0610

残留针入度对比(25℃

%

≥65

71

T0604

2.1.2 粘层沥青

根据路面结构中罩面受力特点一般要求罩面层与原路面之间的粘强度足够大[12,13],以保证在使用寿命期内罩面发生脱层或推移破坏。上部沥青混合料结构层厚度越薄对层沥青的性能要求则更高UTM超薄罩面采用聚合物改性乳化沥青的主要指标测试结果如表2所示。该乳化沥青具有破乳速度快,破乳固化成型粘结强度大抗剪能力强等特点。同时,粘层不会不粘附车轮,可以避免出现常见的施工车辆粘结层的破坏现象

2 改性高粘乳化沥青主要技术性能

检测项目

单位

技术要求

试验结果

试验方法

破乳速度

快裂

快裂

T0658

粒子电荷

阳离子(+

阳离子(+

T0653

筛上剩余量(1.18mm

%

≤0.1

0.02

T0652

恩格拉粘度E25

1-15

8

T0622

1d储存稳定性

%

≤1

0.6

T0655

蒸发残留物

固含量

%

≥55.0

58

T0651

针入度(25℃

0.1mm

≤30

25

T0604

软化点

≥60.0

57

T0606

溶解度

%

≥97.5

98.6

T0607

2.2 配合比设计

2.2.1 配合比设计

集料采用重庆当地石灰岩,填料采用由石灰岩石料磨细得到的矿粉,最佳油石比为6.0%。罩面混合料的级配类型为间断型密级配,形成骨架密实型结构,这样既能保证路面的抗滑性能而确保行车的安全性,又可以有效地保护原路面结构以避免受到雨水的侵害。级配要求及目标配合比如3所示。

表3 UTM超薄层罩面混合料级配

混合料级配

通过关键筛孔(mm)质量百分率(%

9.5

4.75

2.36

0.3

0.075

设计上限

100

55

27

27

9

设计下限

100

30

17

5

5

目标级配

100

50

20

12

7

2.2.2 高温稳定性验证

罩面是路面与车轮直接接触的部分,如果形成车辙,将会影响路面的行车舒适性和路面使用寿命。因此,UTM超薄罩面应具有优异的高温稳定性,以提高路面抗车辙能力。采用车辙试验评价混合料的高温稳定性,按照JTG E20—2011规程“沥青混合料车辙试验”方法,在标准试验温度60℃与轮压0.7MPa条件下进行。将UTM混合料与工程常用的密级配AC-13C及开级配OGFC-13混合料进行对比试验试验结果如图1所示。

UTM超薄罩面在公路沥青路面预防养护工程中的应用 

图1 车辙试验结果

由图1可知,3种类型沥青混合料都具有较好的高温稳定性能,高温稳定性由高到低排序为:UTM超薄罩面沥青混合料>开级配OGFC-13>密级配AC-13。试验结果表明沥青混合料的级配类型对动稳定度的有很大影响。沥青混合料AC-13为连续级配悬浮密实结构,细集料含量最多,动稳定性能较差,而UTMOGFC—13沥青混合料为粗骨料之间相互接触嵌挤形成骨架结构,能够更加有效抵抗剪切破坏,从而有更高的动稳定度。且UTMOGFC-13有更多的细集料,细集料与沥青胶结料填充在骨料空隙之间,形成更高粘结力。故UTM超薄罩面在高温条件下能更好地抵抗变形破坏。

2.2.3 低温抗裂性能验证

旧路面通常会有一些裂缝,如果罩面层的抗裂能力不足,将在工后不久形成反射裂缝,危害路面使用寿命。采用弯曲试验测定沥青混合料在规定温度和加载速率时弯曲破坏的力学性质,评价沥青混合料的低温抗裂性能。按照JTG E20—2011规程“沥青混合料弯曲试验方法,在-10°C境下进行弯曲试验,试验结果如图2所示

UTM超薄罩面在公路沥青路面预防养护工程中的应用 

图2 弯曲试验结果

由试验结果可以看到,3种类型沥青混合料破坏弯拉应变均满足规范中关于改性沥青混合料的破坏应变大于2500με的要求。UTM混合料破坏应变优于OGFC混合料,与AC密级配混合料的破坏应变,差值仅仅132με。UTM高性能聚合物改性高黏高弹沥青粘结能力强,有很好的低温性能,能够提高UTM混合料低温抗裂性能。

3 UTM超薄罩面工后评价

3.1 厚度检测

施工完成后使用钢尺对UTM超薄层罩面厚度进行检测,检测结果如表4所示。

UTM超薄罩面施工采用一体式摊铺机进行摊铺,罩面技术可以实现更薄的施工厚度,平均厚度为20mm,并且极限厚度能达到10mm具有良好的社会经济效益。

4 UTM超薄层罩面厚度测量结果

项目

检测频率

最大值

最小值

均值

检测值

5/km

2.4cm

1.6cm

2.0cm

3.2 抗滑性检测

采用摆式摩擦仪对UTM超薄层罩面路面与原路面进行抗滑性能检测,以摆值(BPN)作为评价指标。检测前扫帚等工具将测试点清扫干净,将仪器沿路线方向摆放进行调平然后对指针进行调零与滑动长度校核工作。检测结果如表5所示,与原路面相比,UTM超薄罩面的BPN值提高了72%。由此可见,UTM超薄罩面能够显著提高旧路面的抗滑性能。

表5 UTM超薄层罩面路面与原路面BPN值检测结果

路面类型

测量频率

最大值

最小值

均值

原路面

5/km

41

52

47

UTM超薄层罩面

5/km

82

70

73

3.3 噪声检测

施工结束后,驾驶普通小客车以不同速度通过测试点,利用高精度噪音测试仪测定路面施工前后的噪声,检测结果见图3。检测结果表明,加铺UTM超薄罩面后路面行车噪音显著降低,车速越大降噪效果越明显。当行车速度70km/h时,噪声降低了11.18%

UTM超薄罩面在公路沥青路面预防养护工程中的应用 

图3 路面施工前后行车噪声水平

4 结论

本文依托S303铜昌路铜梁段沥青路面预防性养护工程调查了路面质量状况和存在的问题,阐明了UTM超薄罩面主要的技术指标,通过室内和现场试验主要结论如下:

1))UTM超薄罩面摊铺厚度能够达到20mm路面抗滑性能显著提高,BPN值较原路面提升了72%

2UTM沥青混合料具有优异的高温稳定性,主要是因为粗骨料之间相互接触嵌挤形成骨架结构,以及细集料与高粘弹改性沥青填充在骨料空隙之间能够有效抵抗剪切破坏。

3UTM混合料低温弯曲试验破坏应变优于OGFC混合料,与AC密级配混合料的破坏应变相当。

4UTM超薄罩面可以显著降低原路面的行车噪声,且改善效果随行车速度的增大而凸显。

参考文献

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[6] 唐忠国.超薄磨耗层在南友高速公路预防性养护中的应用研究[D].广西:广西大学,2015. 

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[10] 钱普舟,曹青霞,魏定邦,张国宏.Novachip超薄罩面材料性能研究[J].公路,2016,61(04):233-238.

[11] 何志敏.复合改性UTAC薄层罩面在北京高速公路中的应用[J].中外公路,2018,38(02):75-79.

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[13] 沈阳. 超薄磨耗层性能评价及层间粘结状况研究[D].沈阳建筑大学,2015.


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