公路养护新材料、新技术、新工艺综述

高等级公路养护新材料、新技术、新工艺综述一、沥青混凝土路面1 沥青路面破损的分析路面修复，必须对症下药，根据不同的病害，找出病害的原因，才能选择不同的修补工艺及配备相应的设备。沥青路面在外力作用下逐步损耗是必然现象，但早期的、不规则的损坏导致路面破损则是一种病害。根据造成破损的原因、病害的严重程度和几何形状的不同，各国对路面破损有不同的分类方法。我国公路养护技术规范(JTJ073-96)中常见病害按破损形状分为4大类，而且根据破损程度进行了等级评价，为养护对策提供了依据；正在实施的美国战略公路研究项目把路面破损分成5大类，见表2；而日本道路建设业协会把路面破损按破损原因分成结构性破损和功能性破损两大类(表3)。结构破损是由于路面各层的承载能力降低引起的，功能性破损是由于路面提供给道路用户的服务能力下降引起的。我国由于高等级公路尚在起步阶段，各地的水文地质条件、公路设计和施工状况不一，在高等级公路使用初期，由于路基的不稳定或沥青路面施工质量导致的路面局部沉陷和松散等病害也常有发生。上述路面病害产生的原因大致有以下6个方面:1交通条件；2气象条件；3排水条件；4材料因素；5施工水平；6管理水平。2 修补方法沥青路面的修补方法有热料修补法和冷料修补法。热料修补虽然是一种传统的修补方法，受设备的技术装备、气候、运距等影响，但从材料到设备已相对成熟，下面按热料修补法进行设备选型。在对沥青路面进行修复前，首先要分析病害产生的原因和病害等级。对由于路基承载原因导致路面损坏的，首先要对路基进行处理，使其达到设计规定的承载能力，再对路面修复。对由于排水系统损坏导致的路面沉陷，还应修缮排水设施后，进行路面修复。对于结构性破损，一般都是由路基原因造成的，要进行补缝处理和路基处理，对纵横裂缝和大的块裂要做补缝处理，对于严重的块裂和龟裂要做路基处理。对龟裂块裂边缘裂缝纵向裂缝反射裂缝横向裂缝修补不良横向裂缝纵向裂缝龟裂块裂局部裂缝纵向不平整性于功能性破损的处理，可分为小面积修补和大面积修补，小面积修补局部裂缝、坑洞、拥包和修补病害等，大面积修补主要有平整性，大面积泛油、波浪、车辙、沉陷及桥头跳车等，将这4种修补方法按工程处理面积的大小和施工方法的难易程度分为维修保养工程和大中修工程。坑槽车辙拥包泛油刨光集料散失路面边缘浸水路肩脱落车辙桥头跳车剥落松散坑洞刨光波浪拥包泛油修补不良路面维修保养工程是为保持高等级公路路面的正常使用功能而安排的经常性保养和修补其轻微损坏部分的作业，它的病害特点是面积小、点位多、分布广，特别是小坑槽及裂缝，要作到修补及时，无论什么季节，都要作到快速、高效、安全的修复，防止损坏程度随天气变化而增大。路面大中修工程是对一般性破损和局部破损进行的修理、加固、更新和完善作业，以及达到服务周期，必须进行应急性、预防性、周期性的综合维修，其病害特点是面积大，维修时间长，使用设备多。2.1修补工艺及设备配备维修保养工程分为小面积修补和补缝处理，大中修工程又分为大面积修补和路基处理，修补形式不一样，处理工艺也不一样，所选配的设备也不一样。1、小面积修补 小面积病害由于面积小，点位多，分布广，修补时要求灵活机动，快速高效，但小面积修补一般成本较大，为此，尽可能减少设备数量和人员数量，提高养护效率。小面积修补的工艺流程见图1。图1小面积修补工艺流程从工艺流程图可以看出它的施工工艺较复杂，但为了减少养护设备的数量，尽可能体现快速性和高机动性，从成品料再加热到压实之间的环节全部用一个车载设备来完成，也就是说，在现场施工的全过程只用一个养护车就可以实现，只是修补的形式不一样，选用的养护车型才不一样，一种修补车是带局部加热块的加热修补车，另一种是不带加热块而只带一个液压铲的开挖打边修补车。对于加热修补车来说，它的优点有以下几点:1不受季节限制，即使在冬天也能修补；2修补过的路面没有明显的接缝，对原有完好路面破坏小；3对环境污染小，不用打边和清理废料；4只要修补前12h预加热保温成品冷料，冷料可以提前准备或大面积修补时的余料都可以；5修补速度快，机动灵活；6它对所有的小面积病害都能修补。但它的价格较昂贵，单位修补面积的造价高。对于不带加热块装置，只带一个液压铲的开挖打边修补车，它的优点是:1价格低，所以修补单位面积的成本低；2有成品料加热保温功能，修补前12h预加热即可；3修补速度快，机动灵活。其缺点是:1不适应冬季修补；2打边时对原路面有一定的破坏；3清理的废料对环境有污染；4对局部网裂等病害很难处理。2、补缝处理补缝处理主要是对路面纵横裂缝的处理，它主要是由路基变形或局部沉陷引起的，反射到路面形成的裂缝，如果不及时处理，经过雨天，水会从裂缝中流入，引起路基大量下沉，造成更严重的病害，所以路面裂缝要及时作补缝处理，它的修补工艺见图2。图2补缝工艺从补缝工艺来看，它的工艺并不复杂，所用设备也不多，从单个过程来看，加热保温改性沥青和补缝可用一台加热补缝设备，作为前期辅助工序的扩缝需要缝隙切割机，清刷工序需要缝隙清刷机，热气吹缝需要压缩空气加热吹缝机，而且在个别情况下，如果裂缝过宽，为了增加裂缝的耐磨性，需要给裂缝处铺洒碎石，就需要碎石撒布机。补缝处理是维修保养工程，要求快速、机动灵活，而且所有设备都较小，目前小型补缝设备一般都安装在一个拖式平板上，便于现场施工，由于高速公路维修保养是经常性的，除非水毁或突发自然灾害引起的大的裂缝，一般情况下，发现裂缝，立即修补，所以可以选用不带碎石撒布设备的小型补缝设备。3、大中修工程大面积修补工程的特点是面积大，技术要求高，相应的机械设备的数量和装备水平高。由于高等级公路的养护为开放式施工，在施工期间不能中断交通，通过引导过往车辆安全、有序地经过施工路段，为减轻交通安全，减少施工难度，采用集中施工法，流水作业，减少人员、机具的分散，集中所有工序、人员、机械，对某一个点位集中施工完毕后，统一吊运至下一个点位。大面积修补的施工工艺见图3。图3大面积修补施工工艺从施工工艺上可以看出大面积施工工艺比较复杂，所用的大型设备比较多，我们在设备选型时，对于比较简单的配套设备，如勘测仪器，运输设备，乳化沥青撒布车等，暂不做选型，而对重点工序的重点设备进行选型。对于大面积修补，施工设备都比较大，一般很难用一台或两台设备来完成，但也有些厂家在这方面进行开发，象德国的Wirtgen公司，它用一台设备将原路面铣刨的废料再加热，加入适当的沥青，再补充适当的新料，一次摊铺成型，随后，由压路机压实。但这样的设备很大，价格是单机组合式设备的3倍以上，运输很不方便，黑料级配难以控制，对于高等级公路是否适应，国内很少引进，有待进一步考证，所以，在下面设备选型上，以单机分别选型为主。铣刨工序由铣刨机完成。铣刨机型号较多，它最主要的三个参数:铣刨深度、铣刨宽度和铣刨速度决定了铣刨机的工能能力，一般情况下，铣刨深度在100300mm之间，铣刨宽度在0.52.0m之间，铣刨速度在010m/min之间。选择铣刨机，不但要满足生产需要，而且要便于运输。铣刨机的生产能力要与中型摊铺机的生产能力大致谐调，根据我们的使用情况，对于养护面积较小，病害相对集中时，铣刨机能满足摊铺作业，但对于大面积点位，铣刨机就成了养护速度的关键，所以，根据选型宜大不宜小的原则，对大、中修工程，宜选用大一点的设备，铣刨宽度宜在1.52.0m之间，铣刨深度在250300mm之间。切边、打边工序可以用一台设备来完成，也可用两台设备分别完成，一般为了减少设备数量，用一台设备来完成两道工序，这两道工序虽是一个辅助工序，但必不可少。一般在铣刨过的路面两端由于铣刨鼓自然形成的圆弧过渡，在压实时，容易将料从两端挤出，造成接缝不平或压实度不够，所以必须将两端的圆弧过度经过切边、打边工序打成直角。比较简单经济的办法是用一台液压动力站带一台液压切割机和一台液压镐两个工具来实现切边和打边工序。在小液动工具方面，美国的史丹利公司的液压动力站结构小，性能稳定，工具轻巧实用。目前国内、外切割机很多，也可选用单台切割机和风镐或液压镐。摊铺工序使用摊铺机。目前自行式摊铺机从行走形式上可分为履带和轮胎式两种，履带式与地面的附着力好，不容易打滑，但机动性与轮胎式相比要差，所以从养护的特殊性来看，由于养护作业有时需要长距离行驶，轮胎式就比较方便，可选用轮胎式摊铺机。摊铺机按摊铺宽度可分为小型(小于3.6m)，中型(46m)，大型(79m)，超大型(12m)，对于养护设备，一般修补常常是整车道修补，不能中断交通，而且要伸缩，一般选用可伸缩宽度在2.56m之间的中小型摊铺机，施工起来灵活、方便，吊运时不至于超宽，但为了备用罩面工程和其他工程，可适当选配熨平板加长块。另外，选用中小型摊铺机的另一个优点可以减少摊铺离析现象。压实工序使用光轮压路机和胶轮压路机。光轮压路机按行走形式分为:自行式、拖式、手扶式和新型振动压路机4种，对于养护作业，一般采用自行式，工作方便。如按自重来分，可分为轻型、中型、重型和超重型，对于路面养护，由于铺设厚度薄，同时考虑到运输因素，一般选用中型68t级振动压路机比较理想；胶轮压路机按行走方式可分为自行式和拖式两种，一般都选用自行式，按自重可分为轻型、中型和重型压路机，它的工作特点和光轮一样，可选用轻型、中型或胶钢组合压路机。沥青混凝土拌和设备对成品料的质量起着决定性作用，是影响修补质量的一个重要环节。沥青拌和设备按拌和形式分为间歇强制式和连续滚筒式，根据我国石料质量较差的现状，选用间歇强制式拌和设备容易满足级配要求。按搬运方式可分为固定式和移动式，具体选择什么形式，要看养护距离的长短，如果养护距离短，可选用固定式，如果养护距离长，而且施工时料温难以保证，最好设多个养护工区，选用移动式拌和设备，在什么地方施工，就将拌和设备移到该养护工区。拌和设备按生产能力可分为小型(40t以下)、中型(30350t/h)和大型(400t以上)，对于养护设备来说，由于用料少，一般选用中型拌和设备，它的生产能力在40120t/h之间，如果单是养护修补工程，选用4080t/h的拌和能力为好，如果养护量较大，考虑到罩面和大修，或者兼顾用两套路面养护设备，可选用80120t/h的拌和设备。4、路基修补路面的松散和裂缝大部分是由于路基的松散和裂缝引起的，如果只处理路面的松散和裂缝，病害没有彻底根除，过不长时间，又会重复出现，要彻底解决，必须对出现病害的基层进行处理，而路基处理很复杂、费时。对于一般路面，有路面面层、路面联结层、路面底层，然后才是路基二灰砾石层，要多层铣刨多层摊铺，原路是几层摊铺，修补也必须用几层摊铺，铣刨深度大，而且路基处理后要有养生期，即使添加早强剂，养生期也不得小于24h，路基处理的施工工艺如图4所示。图4 路基处理的施工工艺从路基处理的工艺流程图可以看出，它的工艺比较复杂，但仔细分析，它与大面积修补没有什么大的区别，只是分了几层来处理，而且处理工艺基本一样，只是拌和料不一样，拌和设备也不一样。面层沥青混合料和联结层混合料用一种拌和设备，只需变动一下白料种类和级配。路基处理所用水泥稳定碎石，要用水泥混凝土搅拌设备，对于养护工程，由于随机性强，一般用场拌和设备较好，水泥混凝土搅拌设备按产量可分为大型(100200m3/h)，中型(60100m3/h)和小型(20m3/h以下)，而路基处理一般比较少，用料量也不大，所以选择小型搅拌设备(2030m3/h)，就可以满足一般路基养护的需要，而且小型设备的技术含量不高，国产的小型搅拌设备性能基本可以满足。水泥混凝土搅拌设备按现场安装和搬运方式可分固定式和移动式。它和沥青混凝土拌和设备一样，为便于移动，选用移动式的比较好。路基处理的养生，由于水泥稳定碎石处理路基后有一个养生期，为了缩短养生时间，必须加早强剂，具体养生时间要经过试验决定。3 沥青路面的养护材料针