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摘要:本文对纤维微表处工程技术的概念、功能做了简要的介绍,并结合高速公路使用工程案例,详细描述了纤维微表处在实际工程施工中的应用功能和特点,在对施工前期准备阶段、材料遴选筹备阶段、施工工程环境及施工方法、效果等方面的分析中,科学客观的评价了纤维微表处的各个不同的功能、长处和最佳适用环境和条件,以期让更多的工程技术人员及企业了解纤维微表处技术,更好的将其应用到高速公路养护工程中去。
关键词:纤维;微表处技术;高速公路养护工程;应用
一、纤维微表处工程技术概念及应用现状简介
纤维微表处技术是指采用专用机械设备将聚合物改性乳化沥青、级配集料、填料、纤维、水和必要的添加剂按照设计配比拌合成稀浆混合料摊铺到原路面上,并很快开放交通的具有高耐久性能的薄层结构。纤维微表处与普通微表处的区别主要是前者添加了纤维,纤维在稀浆混合料中能有效地改善沥青胶体结构,由于纤维的吸附、稳定及多向加筋作用,可以较好地改善稀浆混合料的高溫稳定性、低温抗裂性、耐久性,能够有效地抑制和延缓反射裂缝出现,提高了道路的使用寿命。该技术适用于满足结构强度要求的沥青混凝土和水泥混凝土路面养护罩面以及新建、改建公路的表面磨耗层。也可用于微表处修复车辙工艺。
二.纤维微表处的优越性
1、纤维在其中起到了加筋作用,减少或延缓反射裂缝的出现。纤维相互搭接多向分布使纤维对混合料的开裂起到阻滞作用,从而提高路面抗裂能力,减少裂缝的出现。
2、纤维起到稳定作用,提高微表处混合料的高温稳定性。纤维在沥青基体内的分布是多向随机的,形成纵横交织的空间网格,纵横交错的纤维形成的纤维骨架结构网以及“结构沥青”网,增大了结构沥青比例,使沥青胶浆的粘滞性增强,从而达到提高混合料高温稳定性的目的。
3、增强粘附力,减少水损坏。由于纤维比表面积大,它能吸附沥青中的油分,增加其粘度和粘附力,增强沥青与矿物料的粘附性,通过油膜的粘结,提高集料之间的粘结力。
4、纤维沥青胶结料的阻裂作用,大大提高了沥青混合料的抗裂性,增强了弹性恢复,减少了路面裂缝的出现,提高了微表处混合料的耐久性,从而推迟了沥青路面的老化与破坏。
三.工程应用情况
作为一种新型微表处,是否能够克服以往普通微表处容易剥落、吊粒、裂缝等问题,在G15高速宁波段选取2段进行了试验段铺筑,两个路段情况各不相同,首先在通车超过10年进行过一次大修的高速公路上进行了600米试验段,一年后在另外一条通车6年的高速公路未进行过任何大修的路段及该12年路段进行了试验,就施工中的问题及效果进行分享。
1、纤维微表处材料的选用
要确保集料、改性乳化沥青、水和工程添加剂等微表处工程需要的混合料的各种组分都应符合相关工程管理规范的要求。应当根据需修补复原路面的实际情况,决定微表处工程所需的混合材料中不同材料成分比例的分配,这必须经过科学严密的配合比计算得出,灵活选用与之最相符的成分配置,因而混合材料不可千遍一律的使用,必须结合每段路面的实际情况慎重选择混合料的设计。
(1)集料。纤维微表处工程使用的集料规格必须达到相关标准要求,实际操作中,一般常用国际稀浆封层协会所制定的ISSA-Ⅱ型配置标准,确保混合料质量稳定符合施工工程需要。需要警惕的是:如果集料中存有超大颗粒将会对微表处施工面的表层及防水功能产生很大的影响,通车后容易产生脱落造成严重的水损害,因此必须在施工前筛除干净。2. 36 mm以下的集料当量应不低于65%,而且0. 075 mm通过率必须保证。
集料当量中2.36毫米以下的应不低于百分之六十五,且必须保证0.075毫米的通过率。(1)骨料级配。在微表处的薄层结构中,骨料主要发挥了骨架的作用,骨料级配要符合JTJF40-2004中MS-2的标准要求或MS-3型改性稀浆封层骨料级配要求,施工表面层要求保证洁净,质地坚硬、耐磨性好,一般应选择玄武岩,但由于各地的玄武岩也存在较大差异,因此应多选择几个矿点进行比选。(2)集料级配筛分标准要求。经过多次实际路面勘查和试验,已确定好了微表处工程所需集料相应的级配标准,符合《微表处和稀浆封层技术指南》的要求。
(2)改性乳化沥青材料。微表处工程所用的混合料中,改性乳化沥青发挥着粘结、裹覆石料的作用,它的质量好坏直接影响整个施工工程的效果。用于混合料中的乳化沥青,必须保证是经过聚合物改性的,一般使用最频繁的是SBR胶乳改性乳化沥青,有时候也会使用SBS改性乳化沥青,它们都具有能提高混合料在高温中的稳定性,提高与骨料的粘性,具有良好的坚韧性等优质特性。
(3)水。调节稀浆混合料的稀稠度要用到水的功能,用水标准不是一成不变的,会随着天气气候、施工自然环境、路面结构状态等情况的变化而使用不同的标准。微表处工程常采用饮用水来调和稀稠度,保证水的透明度和纯净度,ph值维持在中性水平。
(4)完成配合比设计后需要进行粘聚力试验;湿轮磨耗损失试验;配伍性试验等关键指标的测试。
2.施工前期准备工作
在施工前期要对修补路面进行预先处理。(1)如果路面出现裂缝,最好采用目前市场上处理裂缝的压缝带之类的材料进行封闭,提高抗拉能力;(2)出现坑洞或坑槽等破损地方要填补,做到尽量与路面保持一致平整,应采用封边料进行封边;(3)保证原路面的清洁,将路面上的污物和泥土渣等杂物去除,如有油污斑点要使用专门清洁剂清理干净;(4)开工前,要先对微表处摊铺车全面检查,并对所有集料、乳液、填料、水等材料名称用量要进行标记。
3.施工实施
1、基本工作步骤
改车道→路面清理→施工放样→施行摊铺→局部手工特殊处理→即时维护→开放交通。
2、集料准备
在施工前,首先要对集料的天然水成分量进行测定,以便控制施工中摊铺机的外加水用量,再进行预拌合工序,由于微表处摊铺车料斗较少,一般要在料场预先进行集料拌合,拌合要确保均匀。 3、摊铺工作
(1)待维护路面前期工作处理达标后,再开始摊铺沥青表处。摊铺工作要坚持“持续缓慢”的原则,均匀地开展作业程序;(2)要根据现场摊铺厚度、面积、现场拌料供应速度等因素把握好摊铺速度,通常采用1.5 千米/小时~3 千米/小时(0.4米/秒~0.83 米/秒)的标准;(3)在摊铺沥青步骤时,要保证施工检测同时进行。即时对摊铺厚度、宽度和平整度等参数进行测量监控,对不合格的参数部分要立即重新处理;(4)尚未成型的混合料在摊铺后遇到雨水要铲除掉;(5)施工横向接头施工要细致,尽可能出现接头不平整的情况。
4 特殊情况处理
(1)洒水处理:如果施工环境气候比较干燥高温,那么在施工前必须对路面进行洒水冷却处理,这能提高微表处修补层与原路面的粘合度,同时洒水量要注意保持适度,防止路面产生积水,从经验来看,在高温季节进行避免施工,以免由于破乳速度过快造成施工困难及质量缺陷。
(2)缝隙处理:横向接缝一般做成对接缝,尽量避免横缝,纵向接缝搭接的宽度不得超过75 毫米。不管是纵缝还是横缝,都不得在缝隙处出现余料或缺料等情况,施工过程中要及时对缝隙修补处作平整度监测,保证所有缝隙平整度不超过6毫米。
(3)违规行驶车辆的防范
由于施工长时间的封道,许多车辆往往会冲进施工好的区域进行超车,因此施工时注意施工长度及封道使用的安全锥的距离。
4.施工后效果评价
施工结束后,按照2年及1年进行了指标的观测,数据显示MS-2型纤维微表處抗滑和构造深度已经不能满足高速公路的要求,MS-3型性能良好,变化不大,因此对于高速公路建议选取MS-3型进行使用,不建议使用MS-2型。纤维微表处没有发生脱落的问题,裂缝也较之前大为减少。
通过对路段的跟踪发现,纤维微表处处理过的路段依然有挤浆的情况发生,经渗水试验,发现渗水满足要求,没有明显增大的情况,分析后发现在超高路段没有进行路肩的同步施工造成路肩渗水进入路面结构层发生新的病害。
四、工程应用思考
从两个路段应用情况来看,纤维微表处作为一种预防性养护措施,是十分有效,可以增加路面摩擦系数,减少路面水分的渗入,但施工时不能为了省钱仅施工车道,建议对路面进行全幅进行施工,减少由于施工盲点的渗水渗入后无法从路表面排出造成更严重的病害;对于石料的配伍性不能忽视,细集料的砂当量宁高勿低;配合比设计过程中应考虑当地的实际情况,不能单纯符合施工指南的要求,也应进行试验段的施工,试验段与正式施工之间应有一个较大的时间差;施工季节不能单纯考虑低温,也应当考虑高温对质量的影响;由于微表处质量与施工控制及试验室质量控制密切相关,施工队伍的选择上应该选择技术装备及口碑好的施工队伍;纤维微表处尽量选择带有自动添加纤维的微表处施工机械,确保加入纤维的均匀性;施工完成后在确保不被车轮粘走的情况下尽早开放交通,接受车轮的碾压,使其密实。
参考文献:
[1]微表处和稀浆封层技术指南[M].北京:人民交通出版社,2006,3.
[2]徐 剑,黄颂昌,秦永春.微表处混合料乳化沥青用量设计指标的探讨[J].石油沥青,2004(2):29-31.
[3]彭余华,唐翠仁,张 倩.微表处在沥青路面养护中的应用[J].中外公路,2005(4):14-16.
关键词:纤维;微表处技术;高速公路养护工程;应用
一、纤维微表处工程技术概念及应用现状简介
纤维微表处技术是指采用专用机械设备将聚合物改性乳化沥青、级配集料、填料、纤维、水和必要的添加剂按照设计配比拌合成稀浆混合料摊铺到原路面上,并很快开放交通的具有高耐久性能的薄层结构。纤维微表处与普通微表处的区别主要是前者添加了纤维,纤维在稀浆混合料中能有效地改善沥青胶体结构,由于纤维的吸附、稳定及多向加筋作用,可以较好地改善稀浆混合料的高溫稳定性、低温抗裂性、耐久性,能够有效地抑制和延缓反射裂缝出现,提高了道路的使用寿命。该技术适用于满足结构强度要求的沥青混凝土和水泥混凝土路面养护罩面以及新建、改建公路的表面磨耗层。也可用于微表处修复车辙工艺。
二.纤维微表处的优越性
1、纤维在其中起到了加筋作用,减少或延缓反射裂缝的出现。纤维相互搭接多向分布使纤维对混合料的开裂起到阻滞作用,从而提高路面抗裂能力,减少裂缝的出现。
2、纤维起到稳定作用,提高微表处混合料的高温稳定性。纤维在沥青基体内的分布是多向随机的,形成纵横交织的空间网格,纵横交错的纤维形成的纤维骨架结构网以及“结构沥青”网,增大了结构沥青比例,使沥青胶浆的粘滞性增强,从而达到提高混合料高温稳定性的目的。
3、增强粘附力,减少水损坏。由于纤维比表面积大,它能吸附沥青中的油分,增加其粘度和粘附力,增强沥青与矿物料的粘附性,通过油膜的粘结,提高集料之间的粘结力。
4、纤维沥青胶结料的阻裂作用,大大提高了沥青混合料的抗裂性,增强了弹性恢复,减少了路面裂缝的出现,提高了微表处混合料的耐久性,从而推迟了沥青路面的老化与破坏。
三.工程应用情况
作为一种新型微表处,是否能够克服以往普通微表处容易剥落、吊粒、裂缝等问题,在G15高速宁波段选取2段进行了试验段铺筑,两个路段情况各不相同,首先在通车超过10年进行过一次大修的高速公路上进行了600米试验段,一年后在另外一条通车6年的高速公路未进行过任何大修的路段及该12年路段进行了试验,就施工中的问题及效果进行分享。
1、纤维微表处材料的选用
要确保集料、改性乳化沥青、水和工程添加剂等微表处工程需要的混合料的各种组分都应符合相关工程管理规范的要求。应当根据需修补复原路面的实际情况,决定微表处工程所需的混合材料中不同材料成分比例的分配,这必须经过科学严密的配合比计算得出,灵活选用与之最相符的成分配置,因而混合材料不可千遍一律的使用,必须结合每段路面的实际情况慎重选择混合料的设计。
(1)集料。纤维微表处工程使用的集料规格必须达到相关标准要求,实际操作中,一般常用国际稀浆封层协会所制定的ISSA-Ⅱ型配置标准,确保混合料质量稳定符合施工工程需要。需要警惕的是:如果集料中存有超大颗粒将会对微表处施工面的表层及防水功能产生很大的影响,通车后容易产生脱落造成严重的水损害,因此必须在施工前筛除干净。2. 36 mm以下的集料当量应不低于65%,而且0. 075 mm通过率必须保证。
集料当量中2.36毫米以下的应不低于百分之六十五,且必须保证0.075毫米的通过率。(1)骨料级配。在微表处的薄层结构中,骨料主要发挥了骨架的作用,骨料级配要符合JTJF40-2004中MS-2的标准要求或MS-3型改性稀浆封层骨料级配要求,施工表面层要求保证洁净,质地坚硬、耐磨性好,一般应选择玄武岩,但由于各地的玄武岩也存在较大差异,因此应多选择几个矿点进行比选。(2)集料级配筛分标准要求。经过多次实际路面勘查和试验,已确定好了微表处工程所需集料相应的级配标准,符合《微表处和稀浆封层技术指南》的要求。
(2)改性乳化沥青材料。微表处工程所用的混合料中,改性乳化沥青发挥着粘结、裹覆石料的作用,它的质量好坏直接影响整个施工工程的效果。用于混合料中的乳化沥青,必须保证是经过聚合物改性的,一般使用最频繁的是SBR胶乳改性乳化沥青,有时候也会使用SBS改性乳化沥青,它们都具有能提高混合料在高温中的稳定性,提高与骨料的粘性,具有良好的坚韧性等优质特性。
(3)水。调节稀浆混合料的稀稠度要用到水的功能,用水标准不是一成不变的,会随着天气气候、施工自然环境、路面结构状态等情况的变化而使用不同的标准。微表处工程常采用饮用水来调和稀稠度,保证水的透明度和纯净度,ph值维持在中性水平。
(4)完成配合比设计后需要进行粘聚力试验;湿轮磨耗损失试验;配伍性试验等关键指标的测试。
2.施工前期准备工作
在施工前期要对修补路面进行预先处理。(1)如果路面出现裂缝,最好采用目前市场上处理裂缝的压缝带之类的材料进行封闭,提高抗拉能力;(2)出现坑洞或坑槽等破损地方要填补,做到尽量与路面保持一致平整,应采用封边料进行封边;(3)保证原路面的清洁,将路面上的污物和泥土渣等杂物去除,如有油污斑点要使用专门清洁剂清理干净;(4)开工前,要先对微表处摊铺车全面检查,并对所有集料、乳液、填料、水等材料名称用量要进行标记。
3.施工实施
1、基本工作步骤
改车道→路面清理→施工放样→施行摊铺→局部手工特殊处理→即时维护→开放交通。
2、集料准备
在施工前,首先要对集料的天然水成分量进行测定,以便控制施工中摊铺机的外加水用量,再进行预拌合工序,由于微表处摊铺车料斗较少,一般要在料场预先进行集料拌合,拌合要确保均匀。 3、摊铺工作
(1)待维护路面前期工作处理达标后,再开始摊铺沥青表处。摊铺工作要坚持“持续缓慢”的原则,均匀地开展作业程序;(2)要根据现场摊铺厚度、面积、现场拌料供应速度等因素把握好摊铺速度,通常采用1.5 千米/小时~3 千米/小时(0.4米/秒~0.83 米/秒)的标准;(3)在摊铺沥青步骤时,要保证施工检测同时进行。即时对摊铺厚度、宽度和平整度等参数进行测量监控,对不合格的参数部分要立即重新处理;(4)尚未成型的混合料在摊铺后遇到雨水要铲除掉;(5)施工横向接头施工要细致,尽可能出现接头不平整的情况。
4 特殊情况处理
(1)洒水处理:如果施工环境气候比较干燥高温,那么在施工前必须对路面进行洒水冷却处理,这能提高微表处修补层与原路面的粘合度,同时洒水量要注意保持适度,防止路面产生积水,从经验来看,在高温季节进行避免施工,以免由于破乳速度过快造成施工困难及质量缺陷。
(2)缝隙处理:横向接缝一般做成对接缝,尽量避免横缝,纵向接缝搭接的宽度不得超过75 毫米。不管是纵缝还是横缝,都不得在缝隙处出现余料或缺料等情况,施工过程中要及时对缝隙修补处作平整度监测,保证所有缝隙平整度不超过6毫米。
(3)违规行驶车辆的防范
由于施工长时间的封道,许多车辆往往会冲进施工好的区域进行超车,因此施工时注意施工长度及封道使用的安全锥的距离。
4.施工后效果评价
施工结束后,按照2年及1年进行了指标的观测,数据显示MS-2型纤维微表處抗滑和构造深度已经不能满足高速公路的要求,MS-3型性能良好,变化不大,因此对于高速公路建议选取MS-3型进行使用,不建议使用MS-2型。纤维微表处没有发生脱落的问题,裂缝也较之前大为减少。
通过对路段的跟踪发现,纤维微表处处理过的路段依然有挤浆的情况发生,经渗水试验,发现渗水满足要求,没有明显增大的情况,分析后发现在超高路段没有进行路肩的同步施工造成路肩渗水进入路面结构层发生新的病害。
四、工程应用思考
从两个路段应用情况来看,纤维微表处作为一种预防性养护措施,是十分有效,可以增加路面摩擦系数,减少路面水分的渗入,但施工时不能为了省钱仅施工车道,建议对路面进行全幅进行施工,减少由于施工盲点的渗水渗入后无法从路表面排出造成更严重的病害;对于石料的配伍性不能忽视,细集料的砂当量宁高勿低;配合比设计过程中应考虑当地的实际情况,不能单纯符合施工指南的要求,也应进行试验段的施工,试验段与正式施工之间应有一个较大的时间差;施工季节不能单纯考虑低温,也应当考虑高温对质量的影响;由于微表处质量与施工控制及试验室质量控制密切相关,施工队伍的选择上应该选择技术装备及口碑好的施工队伍;纤维微表处尽量选择带有自动添加纤维的微表处施工机械,确保加入纤维的均匀性;施工完成后在确保不被车轮粘走的情况下尽早开放交通,接受车轮的碾压,使其密实。
参考文献:
[1]微表处和稀浆封层技术指南[M].北京:人民交通出版社,2006,3.
[2]徐 剑,黄颂昌,秦永春.微表处混合料乳化沥青用量设计指标的探讨[J].石油沥青,2004(2):29-31.
[3]彭余华,唐翠仁,张 倩.微表处在沥青路面养护中的应用[J].中外公路,2005(4):14-16.