2022-09-20
 
高速公路沥青混凝土路面性能评价及养护技术分析
2022年09月20日   阅读量:17516

高速公路沥青混凝土路面性能评价及养护技术分析 沥青网,sinoasphalt.com

李永浩 孙广超 陈俊杉

黑龙江省公路工程监理咨询有限公司


摘 要:针对目前高速公路沥青混凝土的养护难以达到相关的标准,研究提出一种Novachip超薄磨耗层养护技术并确定实施过程中的最佳施工沥青混合料配合比,同时给出相应的道路路面使用性能评价标准。通过路面渗水性测试和构造深度测试,结果显示,施工前A线和B线平均构造深度分别为0.52 mm和0.53mm,平均路面渗水系数分别为83.67、84.54 m L/min;施工后A线和B线平均构造深度分别为1.33、1.34mm,平均路面渗水系数分别为13.53、14.73 m L/min。


关键词:沥青混凝土路面;Novachip超薄磨耗层;道路路面使用性能评价标准;性能;


作者简介:李永浩(1980-),男,高级工程师,研究方向:高速公路建设管理、高速公路建设技术应用沥青网sinoasphalt.com。;


截至2019年我国的高速公路的总里程已经达到14万km,这不仅促进了我国经济的大力发展,也给人们的生活带来了极大的便利。沥青路面具备行车舒适度高等特点,被广泛应用于高速公路路面[1,2]。随着我国高速公路的建设初步完成,自然因素、运营车辆、路面老化等的影响,路面的养护技术和性能评价已经成为学者们重点探讨的话题。相关数据显示,2019年我国高速公路的养护资金将突破1 000亿元。因此,高速公路路面的及时维护和病害治理具有非常重要的意义。与此同时,Novachip超薄磨耗层技术拥有高道路路面性能使用指数,在沥青路面的预防养护工作中具有很好的优势[3,4]。鉴于此,研究以某高速路面为研究对象,提出高速公路沥青混凝土路面性能评价方案以及针对Novachip超薄磨耗层技术的预防性养护,旨在探讨该养护技术的性能,为后续高速公路沥青混凝土路面的养护提供数据参考。


1 高速公路沥青混凝土路面性能评价

研究选取上海市宝安区境内的某GS公路作为研究地段,在长期高负荷运转下路面出现车辙、坑槽、麻面等病害,分别将道路某1 000 m长度的前后500 m设置为A线和B线。依据《公路技术状况评定标准》的相关标准,研究构建高速公路沥青混凝土路面性能评价指标包括:抗滑性能指数(SRI)、路面状况指数(PCI)、路面结构强度指数(PSSI)、路面养护质量指数(PQI),分别对应安全性能、路面破损情况、路面结构承载力、平整力[5,6]。路面使用性能评价体系如图1所示。

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图1 路面使用性能评价体系

Fig.1 Pavement performance evaluation system


路面养护质量指数的取值范围0~100,计算表达式:

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式中:各项指数前面相应字母表示相应的权重值,WPCI、WPSSI、WPQI、WSRI对应的值分别为0.35、0.15、0.40、0.10。路面抗滑性能是指在刹车阶段道路表面滑行产生的最大抗滑力,其取值范围为0~100,数值越大,表明路面抗滑性能越好。该项指标可分为差、次、中、良、优此5种等级。研究选用的检测方式为路面横向力系数测试车SCRIM。调查表示该研究区域的路面抗滑性能具有较好的性能,但局部存在抗滑性能较差且平整度较差等状况。路面状况指数是指路面状况的好坏,数值范围为0~100,数值越大,表明路面状况越好。该项指标也可分为差、次、中、良、优此5种等级。研究区域在使用过程中出现横纹、纵横、车辙等损坏形态,利用人工检测和多功能道路检测车的路况摄像系统评定路面状况指数,调查表示该研究区域的路面状况良好。路面结构强度测试仪器为激光自动弯沉仪,通过随机抽样完成弯沉测试。该项指标可分为差、次、中、良、优此5种等级,调查表示该研究区域的整体结构刚度良好。路面状况指数是指路面的平整度,数值范围为0~100,数值越大,则路面平整度越高。该项指标可分为差、次、中、良、优此5种等级,调查表示该研究区域的路面行驶质量良好。路面平整度检测方法包括反应类仪器测定法和断面类仪器测定法,前者衡量道路表面的平整度;后者反应道路表面的凹、凸情况。通常使用的断面类设备包括激光路面平整度测定仪和3 m直尺,反应类设备为车载式颠簸累积仪。车载式颠簸累积仪的测试原理是通过后轴和车体的相对位移单向累积数值估算路面的平整度,记录数值的阈值为25.4 mm。该测试的优点如下,检测效率较高、允许的最大检测速度为50 km/h,几乎不对道路的交通造成影响[7,8]。但该测量方式也存在一定的局限性,它并不适用于破坏严重的路面和坑槽较多的路面。路面渗水系数通过渗水仪进行测量,该值是指单位时间内渗水仪内部水位的变化。路面抗滑性能检测包括路面横向力系数、抗滑摆值、构造深度。常见的检测方法为摆式仪激光构造深度仪、电动铺砂法、手工铺砂法。手工铺砂法的操作原理非常简单,且能配合摆式仪很好地完成路面抗滑值;但该检测方法存在一定的局限性,测试者工作强度大、低安全性、较慢的测试速度。具体操作步骤:首先使用扫把将测点周边的路面清洗干净,然后把体积密度均匀的泥沙倒入测点周边的路面上,同时保证摊铺形状为圆状,接着完成相互垂直方向的2个直径的测量,并记录测量平均值。路面结构强度检测的重要指标为弯沉值。常用的检测方法为落锤式弯沉仪、自动弯沉仪、贝克曼梁。相比较于后二者,落锤式弯沉仪是一种非常理想的路面无损检测设备,能够通过加载中心最大弯沉值得到路面结构强度。路面状况指数和路面损坏密度、损坏程度、损坏类型密切相关,主要影响因素为环境剧烈变化、不规范的现场施工环境、质量不合格的原材料[9,10]。


2 高速公路沥青混凝土路面预防性养护技术及配合比设计

Novachip超薄磨耗层的厚度为常规沥青混凝土厚度为1/3~1/2 mm,通常厚度为15~25 mm,该技术的成型机理:首先,对于没有结构性病害的沥青路面上喷涂大约0.6~1.0 mm厚度的改名乳化沥青,接着立即铺设热拌沥青混合料,这一过程同时进行热拌沥青的铺筑和改性乳化喷涂2个步骤,所用的设备为Novachip一体化专用设备,紧接着通过普通压路机完成一次性碾压成型操作;然后通过清理现有的沥青路面后并完成改性乳化沥青的喷涂,随即将料和间断级配的沥青混合并铺筑在路面上,完成碾压操作后粗集料中利用改性沥青的渗透作用逐步提升[11]。最后,凭借改性乳化沥青良好的粘接能力,促进现有路面表层和被渗透的沥青混合料组成网格互穿型保护层,避免空气和车轮与现有路面的接触,增强现有路面的使用性能,极大增强抗老化能力、抗滑性、透水性[12]。Novachip超薄磨耗层养护技术利用改性乳化沥青渗透和粘接作用,混凝结间断级配和现有沥青路面的沥青混合料,通过网格互穿型保护层技术降低路面噪音和增强路面防水性能以及美化路面的外观[13]。


混合料的设计和组成是该技术的关键环节,主要包括级配设计、集料选择、改性沥青粘接料、改性乳化沥青粘接层。改性乳化沥青的型号为Nova Bond,它的粘接层上部需要铺设的混合料组成为填料、20%~30%的细集料、70%~80%的单一粒径粗集料,沥青的使用占比为4.8%~5.2%。填料来自于翁源县中源公司的水泥;粗集料来源为湖南汝城的辉绿石,粗料集依据不同的最大粒径分为A、B、C此3种类型。研究选用最大粒径为12.5 mm的C型粗料集,沥青用量占比为5.5%,摊铺厚度为20 mm,所有材料的性能均符合《公路沥青路面养护设计规范》等要求。研究所用材料如表1所示。


表1 Novachip超薄磨耗层沥青混凝料主要情况

Tab.1 Main situation of Novahip ultrathin wearing course asphalt concrete

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综合考虑除尘环境,最终确定目标配合比:水泥、石屑、5~10 mm碎石、10~16 mm碎石的比例分别为3%、24%、41%、32%,通过马歇尔力学性能试验最终得到最佳的油石比为4.9%。该材料具备高温稳定性和水稳定性,动稳定度为7 663次/mm,冻融劈裂抗拉强度比为87.4%。马歇尔残留稳定度满足既定标准,数值为92.5%;谢伦堡析漏试验确定损失率低于0.1%的既定标准,数值平均为0.07%;肯塔堡飞散试验确定的损失率低于15%的既定标准,数值平均为11.2%。


3 高速公路沥青混凝土路面技术应用分析

研究地段的4种使用性能评价具体情况,结果如图2所示。

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图2 研究地段路面使用性能评价情况

Fig.2 Pavement performance evaluation in the study area


由图2可知,表示研究地段符合Novachip超薄磨耗层养护技术的使用标准,施工范围为碾压、摊铺、混合料进场、施工放线。A线和B线的4种使用性能评价指数整体呈现较好的一致性,优良等级的比例占到90%左右,路面行驶质量指数和路面状况指数不存在次和差2种等级的路面;其余2种指数不存在差等级的路面。具体来说,A线的PCI、SRI、PSSI、RQI此4种指数优等级的占比分别为77.5%、15.9%、59.1%、15.2%;B线的PCI、SRI、PSSI、RQI此4种指数优等级的占比分别为81.5%、37.2%、70.3%、42.9%。A线的PCI、SRI、PSSI、RQI此4种指数良等级的占比分别为15.2%、70.6%、35.4%、72.0%;B线的PCI、SRI、PSSI、RQI此4种指数良等级的占比分别为16.2%、58.5%、23.1%、45.9%。A线的PCI、SRI、PSSI、RQI此4种指数中等级的占比分别为7.9%、9.0%、5.4%、10.4%;B线的PCI、SRI、PSSI、RQI此4种指数良等级的占比分别为2.3%、2.5%、6.8%、11.6%。


实验通过构造深度测试对比施工前后路面构造深度变化情况,结果如图3所示。


由图3可知,施工前A、B线均有一些测点不能符合构造深度的标准,构造深度低于0.55 mm。但施工结束后,A线和B线所有测点均能满足构造深度的标准。施工前A线和B线路面构造深度的平均值分别为0.52 mm和0.53 mm,施工后A、B线路面构造深度平均值分别为1.33 mm和1.34 mm,构造深度提升率分别为155.77%和152.83%。

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图3 施工前后路面构造深度具体情况 下载原图

Fig.3 Concrete conditions of pavement structure depth before and after construction


实验通过路面渗水性测试对比施工前后路面渗水性能变化情况,结果如图4所示。


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图4 施工前后路面渗水系数具体情况 

Fig.4 Specific situation of pavement seepage coefficient before and after construction


由图4可知,施工前A、B线均有大部分测点不能符合渗水性能的标准。但在施工结束后,A、B线所有测点的渗水性能均能满足渗水性能的标准。施工前A、B线路面渗水系数的平均值分别为83.67、84.54 m L/min;而施工后A、B线路面渗水系数的平均值分别为13.53、14.73 m L/min,路面渗水系数降低率分别为83.83%和82.58%。


4 结语

针对高速公路沥青混凝土的预防性养护的现状,研究提出一种面向上海市宝安区境内的GS公路的Novachip超薄磨耗层养护技术,并提出相应的高速公路沥青混凝土路面性能评价指标。A线和B线的4种使用性能评价指数整体呈现较好的一致性,但优良等级的比例占到90%左右,路面行驶质量指数和路面状况指数不存在次和差2种等级的路面;而其余2种指数不存在差等级的路面。应用Novachip超薄磨耗层养护技术后,施工前后A线路面构造深度的平均值分别为0.52 mm和1.33 mm;施工前后B线路面构造深度的平均值分别为0.53 mm和1.34 mm,A线和B线构造深度提升率分别为155.77%和152.83%。施工前后A线路面渗水系数的平均值分别为83.67 m L/min和13.53 m L/min;而施工前后B线路面渗水系数的平均值分别为84.54 m L/min和14.73 m L/min,A线和B线路面渗水系数降低率分别为83.83%和82.58%。受限于本人的时间和精力,研究选取的数据均具有一定的局限性和狭窄性,导致该区域的养护工作的实际效应的准确性有待进一步的提高。


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