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國內外路面快速養護技術介紹
瀏覽: 發布日期:2019-03-29
公路維修養護作業,目的是為了保持和提高公路服務功能,但是養護作業本身卻會對正常行車產生較大影響,社會反響大,輿論壓力大。尤其是對于交通流量大、行駛車速高的高速公路而言更是如此。目前高等級公路的頻繁維修所帶來的交通延誤和通行能力下降的問題非常突出,由此引發的交通安全問題和路網暢通問題一直困擾著交通管理部門。最大限度縮短公路維修養護作業時間,實現維修養護作業的及時、快速、安全、可靠,減輕路面維修養護施工對正常交通的干擾,是當前和今后一段時期我國公路養護技術發展的重要研發方向。
技術思路
    從路面維修技術和工藝的角度講,要實現“快速”,主要有三種途徑:一是采用預制工藝,從而簡化路面現場施工工序;二是使用能夠快速形成強度的材料,縮短封閉交通養生的時間。從路面結構的角度分析,路面結構山面層和基層組成,面層的維修可以劃分為局部病害修復和整幅罩面兩類,而基層的維修則可以劃分為局部挖補和大段翻修兩種類型,實現路面快速維修就是要實現這四種維修方式的快速化。
為此,我們研究確定了早強水穩基層、水泥混凝土預制拼裝、地毯式路面、樹脂類路面、壓縫帶、高效冷補料、微表處、快硬水泥混凝土現澆工藝等八個技術發展方向,并將前面五項技術作為項目研究內容。此外,快速維修技術也有適用條件和范圍,并非包治百病的“藥”,為此我們還將實施快速修復的路面病害、狀況和分級標準作為重要內容,統領各項快速維修技術的開發。
國內外相關技術研究情況
1.局部病害修復
(1)冷補料。冷補瀝青混合料是坑槽快速修復最常用材料之一。冷補料分為以下幾類:①以乳化瀝青作為膠結料的混合料。用作冷補材料的乳化瀝青與普通乳化瀝青不同,其油水比較大,貯存穩定性要求較高。一般不能長期貯存,混合料的強度形成需要一定時間且強度較低,溫度較低時尤其如此,負溫條件下不便使用。再者,生產這種乳化瀝青要求有較高的技術水平,技術環節多并且不易掌握。②以聚合物預聚體為主要添加劑的混合料,價格一般比較高。這類混合料的技術性能主要依賴于預聚體的種類及其固化方式。由于混合料中的膠結料含有比例較高的輕質油分,所以其貯存穩定性較好,但是會對混合料的強度和耐久性帶來不利影響。③以輕質油分稀釋瀝青作為膠結料的混合料。加工生產較為方便,無需特殊技術,貯存性和施工和易性良好。由于輕質油分揮發緩慢,所以混合料成型之后的強度低,在行車荷載作用下易飛散。
(2)快硬水泥混凝土材料采用普通水泥混凝土現澆方法對水泥路面進行換板,一般需要14天以上的養生后才能開放交通。為了克服普通水泥混凝土強度增長慢的缺點,大量的快硬混凝修復材料應運而生。從國內外的應用情況來看,采用快硬材料雖能實現早強,但也存在一定的不足。有的凝結時間過短(甚至在3~5min就發生凝結),沒有足夠的施工操作時間;有的存在后期強度倒縮問題,即強度變得越來越低;有的要求養生條件苛刻,在惡劣的氣候條件下,材料的適應性差,施工難度很大,或根本無法施工,甚至會影響強度的發展,特別是甲-期強度的形成,嚴重的會造成修復火敗,這是制約其發展的不利因素。
(3)水泥混凝土預制拼裝將混凝制的養生置于后場的預制階段,在施工現場進行板塊拼裝,并對接縫進行適當的處理,以保證路面平整度和接縫的可靠傳荷,這樣就能從根本上解決水泥混凝土強度增長緩慢而同時要求施工結束后快速通車這一矛盾。美國運輸研究中心、日本港灣空港技術研究所等對預制拼裝技術進行了大量研究,我國的廣東、河北、湖南、云南等地也曾嘗試使用過預制拼裝工藝。實際應用表明:預制拼裝修復技術是所有快速修復技術中州時短、占用道路面積小、對交通影響小的一項實用技術,是真正意義上的無阻礙交通快速修復,代表著路面快速養護的發展方向。但是預制拼裝技術的關鍵技術仍需要進一步研究,如板體的預制精度,預制拼裝板吊裝環的形式及設置位置、灌漿孔道的布置,基層快速找平技術、接縫的連接處理問題等。
(4)壓縫帶技術。壓縫帶(也稱貼縫帶、填縫帶)是—種中新型裂縫修補材料,壓縫帶可分為自粘式和熱粘式兩種類型,主要原料由橡膠瀝青和纖維材料構成。壓縫帶的工作原理是通過外力擠壓帶狀材料封閉裂縫,類似于路面裂縫“創可貼”。采用壓縫帶技術,不需要對路面裂縫進行開槽,只需對裂縫表面進行簡單的清掃即可,具有很高的工作效率,而且不會產生開槽引起的次生病害。因此,壓縫技術較好地彌補了灌縫技術的不足,成為近年來興起的一種新型裂縫快速修補方式。目前,國內已有—些壓縫帶的產品,但是,我國還沒有制定路面裂縫壓縫帶的產品標準,沒有相應的試驗方法可用于評價壓縫帶的路用性能,壓縫帶產品的質量參差不齊。
2.整幅罩面技術
(1)預制式瀝青路面技術。工廠預制現場安裝工法是土木結構施工技術的重要發展趨勢。瀝青路面的預制現場安裝技術難度大,國內外相關研究很少。1996年荷蘭公共設施和水利工程管理局啟動了一項研究計劃,其中一部分就是模塊化路面鋪裝技術。參與該計劃的DuraVermeer—Intron公司開發了Rollpave產品利技術,該技術特點是預制柔性可卷放的瀝青路面鋪裝層,施工時則在現場如鋪開地毯一樣鋪設安裝,從而快速完成施工并迅速開放交通。
2001年,荷蘭DeBrink附近的A50公路修筑試驗段,鋪裝層厚度為3cm,預制的瀝青路面鋪裝層能快速與基層粘結,試驗在跟蹤觀測中。在荷蘭Hengelo附近的A35公路也修筑了試驗路。此技術為路面鋪裝施工和罩面修復提出了一種全新的思路,尤其是在高性能膠結料、路面材料耐久性和接縫聯結等方面值得進一步研究和探索。我國對此類技術的研究還屬于空白。
(2)樹脂類混合料路面快速維修技術。以環氧樹脂為代表的樹脂類結合料因其強度高、韌性好,抗腐蝕、耐老化、耐疲勞、感溫性能好、耐水損,施工養護時間短、早期強度高等優點,廣泛應用于橋面鋪裝以及公路和橋梁構件的快速修復。日本北海道大學在20世紀70年代已經對環氧瀝青混合料的配制、模量、應力松弛性能、破壞性能等進行了研究。后來荷蘭、日本、美國等國企業有環氧瀝青商品出售。國內對環氧樹脂瀝青的研究起步較晚。上海市政工程管理處和同濟大學1992年至1995年期間研究了環氧瀝青混合料的配制原理、配制方法、物理力學性能等,但這項研究沒有延續下去。1997年東南大學引用美國環氧瀝青技術,成功將該技術應用到南京長江第二大橋南漢橋鋼橋面鋪裝。然而以環氧樹脂為代表的樹脂類結合料生產配制技術復雜(在國外多屈),且造價昂貴,限制了其在路面工程中的應用。
3.水穩基層快速修復技術
    半剛性基層是我國路面結構中具有特色的路面結構層,在我國得到了廣泛的應用,而國外應用較少。半剛性基層材料需要較長時間進行養生,加快材料的養生成型速度是實現半剛性基層材料修復快速化的重要措施。近十年來,國內開展了一些研究工作,研制開發了一系列快速修補材料,主要包括以下四種類型:一是聚合物粘結劑,如環氧樹脂、改性樹脂、“S101”道路修補劑,這類材料適用于水泥混凝土路面裂縫的灌漿粘接。二是聚合物水泥砂漿,該類材料適川于麻面、露骨、錯臺等病害的薄層結合式罩面修補。三是摻外加劑的混凝土,該類材料適用于水泥混凝土路面的碎裂、斷角、沉陷等病害的局部換板修補,但價格較貴、摻量較大,經濟效益不理想。四是特殊水泥配制混凝土。隨著水泥技術的發展,除常規的早強水泥,各種新型特種水泥相繼出現,如高鋁水泥、快硬硅酸鹽水泥、鐵鋁酸鹽水泥、硫鋁酸鹽水泥等,在混凝十路面的快速修補中得到了應用,用這些新型特種水泥配制的混凝土可在12-24h滿足開放交通的要求。但由于特種水泥生產需要特殊的生料配方以及制造工藝,不具備大范圍推廣的特性,且有研究表明部分特殊水泥修補的路面后期強度會出現一定程度的倒縮,所以其使用受到一定限制。
重點研發方向與關鍵技術問題 
經研究分析,我們將預制瀝青路面材料與施工技術、早強半剛性基層修復材料開發及應用技術、基于樹脂類混合料的路面快速維修技術、水泥混凝土預制拼裝板快速維修技術、路面裂縫粘貼式快速修補技術、快速修復適用范圍等作為交通運輸部西部交通建設科技項目《瀝青路面快速維修技術及裝備研發》的主要研發方向。
1.預制瀝青路面材料與施工技術
該項快速修復技術需要研究突破以下關鍵問題:①地毯式預制瀝青路面高性能膠結料研究。研制開發高彈性瀝青,改善瀝青的溫度敏感性,與粗、細集料混合后具有柔性和高彈性可卷起放置,可實現快速現場鋪設。②地毯式預制瀝青路面混合料組成設計與性能研究。研究適當的試驗方法,評價預制成型的瀝青鋪裝層柔性與彈性,使之可以彎曲卷成地毯形放置,評價經過彎曲荷載后的預制鋪裝層的路用性能,并研究材料組成的設計方法。③地毯式預制瀝青鋪筑層制備技術研究。設計相應的機械設備,試驗地毯式預制瀝青路面工廠化的制備技術。④預制瀝青路面現場安裝鋪裝設備與施工技術研究。選擇合適的工程機械,進行適當改造,研究鋪裝地毯式預制瀝青路面的施工裝備。⑤預制瀝青路面與—卜承層層間、施丁接縫間的快速聯結技術研究。以化學反應粘結加機械構造聯結的方法,研究地毯式預制瀝青鋪裝層縱縫、橫縫處的快速聯結方法。⑥地毯式預制瀝青路面結構承載特性研究與耐久性檢驗。
2.早強半剛性基層修復材料開發應用技術
該項快速修復技術需要研究突破以下關鍵技術問題:①復合型早強阻裂劑的研發。研發出水泥穩定叢層專用的、早期增強的復合型早強阻裂劑,研究不同配方對水泥物理力學性能、水泥穩定基層相關性能的影響以及早強阻裂劑的作川機理。②早強抗裂型水泥穩定碎石的材料組成設計。開展早強抗裂型水泥穩定碎石的級配設計研究和復合型早強阻裂劑的摻量優選研究。③早強抗裂型水泥穩定碎石的路用性能研究。基于材料組成設計結構,對比研究普通水泥穩定碎石、摻通用早強劑的水泥穩定碎石以及摻復合型早強阻裂劑的早強抗裂型水泥穩定碎石的各項路剛性能,并確定早強抗裂型水泥穩定碎石的相關設計參數與性能指標。④早強抗裂型水泥穩定碎石快速施工工藝研究。主要包括早強抗裂型水泥穩定碎石的強度延遲與早強形成的匹配研究,早強抗裂型水泥穩定碎石常規修復施工工藝研究,早強抗裂型水泥穩定碎石—瀝青混合料一次碾壓成型施工工藝研究。⑤早強抗裂型水泥穩定碎石快速施工技術在不同典型區域的示范性應用和檢驗。
3.基于樹脂類混合料路面快速維修技術
該項快速修復技術需要研究突破以下關鍵技術問題:①適合道路冷拌使用的樹脂類有機結合材料開發。研發配制新型樹脂類有機結合材料,進行針對材料性能的配比試驗研究,最終形成擁有自主產權的樹脂類結合材料產品。②樹脂類混合料材料性能研究。系統進行樹脂結合混合料或樹脂瀝青結合混合料的設計試驗研究,包括混合料配合比設計、混合料各項力學性能和路用性能研究以及施工和易性的研究。③樹脂類混合料用于快速養護維修的路面結構設計研究。通過力學分析,研究驗證其破壞標準和設計標準,并基于我國現行設計體系對樹脂類混合料路面結構組合和厚度設計進行研究。④樹脂類混合料施工技術及質量檢驗評定標準研究。根據材料的強度形成機理、環境對強度增長的影響,系統研究并論證其施工關鍵控制技術,保證施工和易性,形成關鍵施工技術和質量檢驗評定標準。⑤樹脂類混合料的路面壽命周期經濟分析。
4.水泥混凝土預制拼裝板快速維修技術
該項快速修復技術需要研究突破以下關鍵技術問題:①水泥混凝土預制拼裝板在道路養護中的應用領域研究。②預制拼裝養護方案設計研究。在預制拼裝養護方案設計中,研究養護時機及養護路段的選擇策略;研究正常路段、彎道與超高段等特殊路段的預制拼裝板幾何尺寸設計;開展預制拼裝板平面尺寸設計與配筋技術的研究,吊裝件預制與養生技術以及預制水泥混凝土路面接縫設置技術和傳荷能力的研究。③破壞路面清除工藝研究。針對破壞路面的病害情況,研究合適的切割技術使得清除舊板塊時對保留板塊影響少;研究合適的銑刨技術使得原有瀝青路面滿足預制拼裝施工;同時研究相關施工組織管理方法使得舊板或廢混合料能夠快速運出工作區。④預制拼裝施工工藝研究。包括基層快速整平技術研究,預制拼裝板吊裝精度控制技術研究,交通組織、工作區分配和吊裝技術研究。⑤預制拼裝施工后處理技術。研究合理的快硬水泥混凝土砂漿和水泥混凝土材料進行導向槽封堵和板底封堵,以保證及時通車。研究對局部區域表面精銑刨技術,以達到理想的平整度。
5.路面裂縫粘貼式快速修補技術
該項快速修復技術需要研究突破以下關鍵技術問題:①路用壓縫帶的性能評價方法及技術要求。針對橡膠瀝青密封材料進行錐入度和軟化點試驗:研究確定流動試驗和低溫拉伸試驗方法,針對壓縫帶進行流動和低溫拉仰試驗。②高性能路川壓縫帶的研發。壓縫帶的主要原料由橡膠瀝青密封材料和纖維材料構成,橡膠瀝青密封材料應具有良好的高溫穩定性和低溫延展性,纖維材料應具有較高的瀝青吸附能力和良好的變形能力。此外,需要通過開發合適的添加劑以保證壓縫帶粘結面的粘結能力。③壓縫帶產業化設備的開發。開發產業化壓縫帶生產設備,以保證壓縫帶的質量穩定性,形成批量生產能力。④裂縫修補技術現場性能研究。進行路面裂縫修補試驗路,對比灌縫技術和壓縫技術的施丁效率、經濟效益和路用性能。
6.快速修復適用范圍的研究
根據路面使用狀況和病害調查數據,結合國內外已有的高等級公路路面病害、狀況和分級標準,制定針對快速維修路面的病害、狀況和分級標準,為快速維修技術的選擇提供參考。同時選擇西北干旱地區、黃土濕陷地區、東北冰凍地區、南方高溫多雨等特殊地區,對路面快速維修技術的應用實施效果進行跟蹤評價,確定具體快速維修技術的適應條件。
結束語
開展路面快速維修技術研究,形成具有自主知識產權的路面快速維修技術、材料和裝備,有助于保障公路基礎設施巨額國有資產的安全和投資效益發揮,有利于確保公路結構安全,提高養護效率,延長大中修周期,最大限度滿足人民群眾安全便捷出行需要,具有廣闊的市場需求和推廣應用領域。