公路養護新材料、新技術、新工藝綜述(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 化瀝青稀漿封層技術(以下簡稱微表處)是一種采用高分子聚合物使乳化瀝青改性的瀝青路面鋪筑技術。美國、澳大利亞等歐州國家20世紀80年代初即開始應用這項技術，該技術被國際公認為是修復道路車轍、輕度裂縫等病害，防止路面水損害，改善瀝青路面表面功能，提高抗滑性，最有效、最經濟的手段之一。瀝青混凝土路面現場熱再生補修技術目前歐、美一些發達國家采用該技術較多。特別是在美國高速公路瀝青路面維修養護工程招投標中，現場熱再生被列為優秀的施工方法。我國隨著高速公路使用年限的延長，高速公路路面出現大面積病害的時段也在逼近，江蘇、吉林、天津、山西等省市也引進或開發研制了一部分瀝青路面熱再生修補機械設備。瀝青路面現場熱再生修補技術根據加熱源的不同有加熱板熱輻射傳熱和遠紅外熱輻射兩種方式。遠紅外熱輻射又分為加熱墻和加熱管兩種。遠紅外熱輻射熱量傳導速度快、熱效率高，但缺點是熱量輸出不易控制，熱能源損失大，容易造成路面冒煙燒焦現象。相比之下，加熱板輻射傳熱對路面加溫均勻，易控制，熱能損失少、修補效果較好。目前，國內應用較好的是香港英達公司的“修路王”，“修路王”的加熱墻采用100%高強度輻射式加熱方法對瀝青路面進行程序控制下的間隙性熱輻射加熱，約需15ｍｉｎ～20ｍｉｎ即可完成，對于坑槽、翻漿、沉陷、壅包、松散、脫皮、龜裂等小面積病害處治非常適合。瀝青現場熱再生設備根據路面修補面積的大小不同又分為連續式作業方式和間斷式作業方式兩種。對于修補里程較長的工程選用連續式作業方式的設備較宜，如加拿大生產的熱再生設備機組(稱熱力坦克)，它集路面加熱、銑刨、攤鋪、碾壓等一系列功能于一體，在現場對原路面進行銑刨，廢瀝青料熱再生，重新攤鋪碾壓，從而實現了整個車道的熱再生翻新，代表了國際熱再生技術的最高水平；對于坑槽、沉陷等局部病害采用間斷式作業的設備較宜，如前述香港英達公司的修路王。瀝青路面現場熱再生修補技術由于其施工周期短、工藝簡單、施工成本低，對環境產生的污染小等優點，目前是世界上瀝青路面養護維修最先進、最佳的施工方法。直接罩面法、銑刨加鋪新料法和挖補法1)直接罩面法此種方法的優點是對于大面積修補情況下，原路面不必處理，施工周期短，但缺點是投資大，且由于提高了路面標高，故對路面排水帶來了問題，若是橋面，則增加了橋梁荷載。2)銑刨加鋪新料法這種方法解決大面積補修路面病害徹底，但施工工序多，瀝青廢料對環境產生的污染嚴重，且由于瀝青廢料未能再利用，所以投資大、浪費多，相對施工周期也長。3)挖補法挖補法是修補局部路面病害冷補最常用、最傳統的方法。隨著冷補材料的不斷推陳出新，該方法不失為一種經濟的補修方法。但缺點是修補路面平整度、密實度質量難以保證，且施工基本是人工操作，不適合高速公路高質量快速修補要求。熱補板法熱補板法較傳統方法養護有較大優勢:節省時間；廢棄瀝青料全部再生，利于環保；節省一半新料；有效延長公路使用壽命；減少工作人員；可隨時修補；大幅度提高工作效率和作業距離；在我國北方地區可實現冬季養護，在南方地區實現雨季、冬季養護。1）工作原理用丙烷為燃料，經過已獲專利的發熱元件，產生100%的熱輻射能(如同太陽發光一樣)，對瀝青路面進行循環加熱，將路面軟化，然后進行修補作業。2）使用范圍以下瀝青路面任何一種或幾種病害，都可以采用熱補板系列產品進行快速修補:1坑洞、啃邊；2車轍；3龜裂、網裂，麻面松散，脫皮等；4擁包、泛油；5各種開挖后的修復；6市政井蓋周圍的路面病害(無法用傳統方法銑刨或破碎)；7橋面病害(瀝青面層下有鋼板，無法銑刨)等。非織造布與乳化瀝青非織造布與乳化瀝青結合應用于瀝青路面養護中主要是對基層強度較高，平整度較好，而網裂、龜裂、老化等病害集中在面層的瀝青路面進行治理，通過鋪設非織造布與乳化瀝青形成復合材料層，改善路面結構。技術關鍵包括乳化瀝青的選擇；非織造布的選擇；貼布的速度、時間；路面成型期平整度的保持。1）材料的選擇(1)乳化瀝青:乳化瀝青宜選擇慢裂快凝陽離子乳化瀝青，瀝青含量在55%左右，油水比約6:4。(2)非織造布:非織造布宜選用70ｇ/ ，軟化點為130℃，經向抗拉強度≥87Ｎ，緯向抗拉強度≥110Ｎ的丙綸非織造布，此種非織造布比滌淪非織造布造價低。2）應用效果經乳化瀝青與非織造布罩面后的瀝青路面，經過4個月的使用外觀質量良好，無泛油現象，消除了路面網裂，路面防水能力大大提高。加之面層采用石屑封層，使其強度有所提高，加大了路面的耐磨性。經實測檢驗路面的強度系數ＳＳＩ=；路面狀況指數ＰＣＩ=100；路面抗滑系數ＳＦＣ=。由于非織造布較好的抗斷裂性與乳化瀝青結合后，將會延長瀝青路面使用年限5年以上。二、水泥混凝土路面1全厚修補和面板更換混凝土板塊全厚修補的目的是恢復具有局部修補無法恢復的某種混凝土路面病害的結構整體性，并改進其行駛質量。嚴重開裂和接縫嚴重破損是最常見的需要全厚修補或面板更換的病害。混凝土路板塊全厚修補是混凝土路面修復(CPR)技術的方式之一。在混凝土路面修補中，各種修復方案，如全厚修補、局部修補、金剛石研磨等，均旨在改進破損路面的路況。混凝土路面修復程序正在許多國家應用，其中全厚修補方案成本最高。 當代技術現場路面全厚修補的性能結果并不一致。有些項目性能結果令人滿意，而有些項目在一年后便發生破壞。造成這些早期破壞的主要原因包括設計失誤(特別是荷載傳遞設計較差)，施工條件差，施工質量低劣等。聯邦公路局1987年調查表明，只要設計合理，施工保證質量，全厚修補可提供良好的長期性能(10年以上)。諸多因素影響全厚修補，包括修補面積、混凝土清除方法、排水條件、荷載傳遞設計、修補材料、交通以及施工條件與施工質量等。全厚修補或面板更換方案用來根治幾種在接縫及裂縫處或附近出現的病害，如剝落、耐久性開裂、接縫荷載傳遞裝置破壞(傳力桿銹蝕)、面板開裂(角隅碎裂或接縫處對角開裂)、以及面板塊裂等。病害程度是決定是否修補和修補規模的主要依據。總之，輕度病害在兩年內不必使用全厚修補。1)材料全厚修補使用的材料主要是水泥含量高的傳統混凝土混合料。拌和料的水泥用量為390kg／m3558kg／m3。從鋪筑到通車一般需要6h48h，除非添加促凝劑。如果希望及早通車，可使用氯化鈣或其他促凝劑。2)施工(1)修補范圍選定修補范圍要將所有重要病害包括在內。為了保證將所有不堅固混凝土包括在選定的修補范圍之內。邊界位置還取決于荷載傳遞水平。修補區應足夠大以避免修補區擴散和縱向開裂。，從而可保證在重載作用下路面的穩定，同時可防止縱向開裂。如果接縫間距短，病害嚴重，應進行面板更換。，應加筋或者安裝中間橫向傳力接縫。如修補長度過長。(2)清除區的隔離為隔離修補區，用金剛鋸沿邊界劃線將路面面層全厚鋸開。鋸縫表面平滑，沒有傳遞荷載的能力。一旦鋸開邊界，在修補完成前，修補區內禁止通車，以防止路面板下出現唧泥和沖刷病害。炎熱氣候條件下，無法直接鋸開橫向隔離縫，應先在劃定修補區內鋸應力釋放縫，保證高壓縮應力不會卡鋸。碳鋼輪鋸可用來鋸應力釋放縫。輪鋸橫向應力釋放縫應離開金剛鋸橫向隔離縫457mm，以避免破壞相鄰路面板。輪鋸鋸入基層深度不能超過13mm，以避免破壞基層。 (3)混凝土清除兩種常見混凝土清除方法是碎裂法和起吊法。其中，起吊方法較受歡迎。起吊法可在相同成本或較低成本條件下達到最佳效果，獲得最大生產率，且對基層擾動最小。兩種方法均要求沿修補區周邊進行全厚鋸縫。下面對兩種方法進行簡要的介紹。(4)荷載傳遞荷載傳遞裝置的設計與安裝是全厚修補達到設計性能的關鍵。傳力桿在修補接縫處傳遞荷載。I級、Ⅱ級鋼筋均可用作傳力桿。I級鋼筋允許自由移動，一般用于接縫間距長的路面。安裝傳力桿之前，在鋸縫表面鉆孔，插入傳力桿后，用環氧樹脂或砂漿固定。在插人傳力桿之前，先將環氧樹脂或砂漿擠入孔內。(5)混凝土澆筑修補區混凝土澆筑和修整有兩個關鍵。一是凝結要充分，二是要和周圍路面保持齊平。在修補現場，混凝土混合料的坍落度在51mm～102mm之間，澆筑效果最佳。全厚修補區的縱橫向接縫應進行鋸縫和填縫處理。經驗表明，填縫會明顯減少接縫剝落和修補區縱向開裂。為減少修補區表面上的局部受力，縫槽最小深度應為51mm。傳統接縫填縫料和填縫方法可以繼續使用。(6)養生與通車修補區混凝土一般使用著色的養生化合物。常用養生劑使用量已足以保證養生。如期望快速養生，尤其是在寒冷氣候條件下，建議使用隔溫層 最新發展在現代修補技術的發展中，更加強調修補區或更換板的長期性能和早期通車能力。全厚修補失敗的主要原因有荷載傳遞效率設計值偏低、安裝條件差，以及施工質量差等。因此，最新研究致力于改進荷載傳遞設計和安裝工藝。規范要求重載路面的全厚修補中使用傳力桿接縫。合理鋸縫和填縫對混凝土的長期性能有十分重要的影響。面板快速清除和快速澆注混凝土的全厚修補可在夜間或交通低峰時期完成。現代技術已達到4h之內完成全厚修補和通車的水平，主要包括快速澆注混凝土，面板快速清除和傳力桿快速安裝技術。在紐約市長島高速公路全厚修補時，綜合使用了起吊法清除面板，排鉆鉆孔和快速澆注混凝土多種技術，以保證夜間施工白天通車。2 局部修補局部修補旨在消除混凝土路面表面局部病害。局部修補技術在根治剝落、坑洞和板上端1／3板厚之內的其他病害方面十分有效。接縫附近輕度的耐久性開裂和堿反應病害可使用局部修補技術進行根除。局部修補還可改進舒適度，延長有表面病害路面的使用壽命。如果在接縫處進行局部修補，還可借機重建接縫和填縫。如果使用得當，施工材料合適，施工工藝合理，局部修補可保證良好的長期性能。許多局部修補區使用已有10年之久，仍未重新出現病害。局部修補設計壽命一般大約10年。 最新技術小結局部修補能否成功取決于應用、設計和施工的合理性。盡管許多局部修補項目十分成功，達到了良好的長期性能，但仍有許多項目慘遭失敗。美國的哈爾等于1989年根據一項局部修補的性能研究得出結論：除非僅用于表面病害，而且使用耐久材料施工之外，原則上局部修補保證會在修補后一年之內破壞。 根治病害局部修補技術要合理的應用，它僅僅用于更換破損混凝土，不應使用局部修補技術去根除全厚病害，如活動裂縫和接縫，只有使用全厚修補或荷載傳遞修復技術才能根除全厚病害。局部修補僅能成功地根除混凝土路面板上部十幾厘米范圍之內的病害。需根治的病害一般包括接縫與板角剝落；路面面層剝落；輕度的耐久性開裂和堿集料病害。以上病害并非都是表面病害。在路面上常會發現，看似表面的病害，實則上已延伸至面板全厚。如果病害延伸深度超過面板厚度的1／3，那么就應改用全厚修補。美國一些州交通廳規定了局部修補的最大深度。伊利諾依州允許最大清除深度為89mm，而賓夕法尼亞州規定最大的清除深度為17mm。1)材料在美國，用于局部修補的施工材料種類繁多，從傳統的普通水泥混凝土到外來專賣材料，應有盡有。大量的研究時針對市場上補坑材料的適應性和性能進行的。在