AMRT封层技术在排水性沥青混凝土路面中的应用研究
来源:沥青路面
发表日期:2016-01-06 19:22:28
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排水性沥青混凝土路面以其良好的表面功能特性在国外得到推广应用,在我国还处于起步阶段,在已有相关研究成果的基础上,宁杭高速公路二期工程铺筑了20km的排水性沥青混凝土路面,排水性沥青混凝土路面在使用过程中发挥了良好的功能特性,明显减小雨天水雾,提高行车安全性。但该路段排水性沥青混凝土路面在使用5年后,局部出现了较严重的松散病害,为了延长排水性沥青混凝土路面的使用寿命,必须采取针对性的预防性养护维修措施。
依据国外相关资料的调研可知,针对排水性沥青混凝土路面松散病害的预防性养护技术主要是雾封层技术,该项技术将常温下的液体养护材料以雾状形式喷洒在路面上,形成很薄的一层路面保护层。雾封层是一种费用-效益十分良好的预防性养护措施,具有保护路面的功能,在排水性沥青混凝土路面上使用雾封层技术可以提高集料间的黏结力,阻止粒料进一步松散,从而延长排水性沥青混凝土路面的使用性能。本文对一种新型的雾封层技术—AMRT封层进行室内研究,并跟踪观测了其抗松散效果。
雾封层材料与粗集料黏附性
乳化沥青制造商协会(AEMA)将雾封层定义为:少量雾状喷洒稀释的乳化沥青,密封现有沥青混凝土路面,减少松散和增强老化路面的沥青。雾封层材料在应用过程中需要特别关注的性能是与旧路面的黏结性以及对原路面抗滑性能的影响,由于本研究的雾封层材料应用于大空隙的排水路面,因此使用后对原路面抗滑性能的影响可以不考虑,为此,本研究首先对4种雾封层材料与玄武岩粗集料的黏附性进行了室内对比研究。
(1)沥再生。
沥再生具有轻微挥发性,为黑色油状液体,其主要成分为35%~50%的煤焦油、32%~42%的石油蒸馏液和15%~40%的三合一煤焦油再生剂(人造树脂石油乳剂、经提炼的煤焦油和主要由轻质煤焦油、石油溶剂合成的渗透剂)。由于煤焦油中富含芳香分,同时具有极其高效的渗透性,可以渗入路面15mm以上,与原沥青结构层融为一体,补充沥青所需的极性物质,将沥青激活,恢复沥青活性,起到再生作用。沥再生可使沥青混凝土路面表层约15mm厚的沥青的硬化程度和脆性显著降低,从而可增强路面的柔韧性和弹性。
(2)魁道CAP。
魁道CAP是一种含活化物的冷混合沥青还原剂,可以对老化的沥青混凝土路面进行渗透和黏接,激活老化胶质和恢复其原有性能,提高原有沥青的抗剥落能力,形成新的保护封层,延长道路使用寿命。CAP的作用过程可以概括为:材料渗入沥青中—激活老化沥青中的胶质—恢复老化胶质的弹性—改善沥青的黏结性能和内聚力—形成一个新的保护膜。
(3)ERA-C。
ERA-C是由天然碳氢树脂、妥尔油沥青和精心挑选的石油沥青组成的混合乳化液。其作用机理是,当喷洒或涂刷到沥青混凝土面层后,通过妥尔油树脂(其中富含芳香分)迅速渗入沥青表层5~13mm,与老化沥青起化学反应,给表层的沥青重新注入由于氧化而丢失的极性化合物,从而使路面沥青混凝土恢复原有的性能。
(4)AMRT。
路表沥青膜修复技术是从美国引进的一项含砂雾封层技术,该技术的雾封层材料由特种沥青、细集料、聚合物改性剂和催化剂等组成,可渗入到骨料缝中去,流入到孔隙中去,对路面“输血”,从而恢复路表沥青黏附力,填补微小裂缝和空隙。为了选择更优的雾封层材料,课题组在原材料检测的基础上对4种不同材料在室内进行了黏附性试验。
参照相关技术规范及已有的相关研究成果,本研究采用修正水煮法评价几种雾封层材料与粗集料的黏附性,具体试验步骤如下。
(1)将玄武岩集料过13.2mm、19mm筛,取粒径为13.2~19mm,形状接近立方体的规则集料,用自来水洗净后放置于105℃±5℃的烘箱中烘干,然后放在干燥器中备用。
(2)将粗集料冷却至室温后用细线系好在水中浸泡1min,取出后立即在雾封层材料中浸泡1min;然后将集料颗粒悬挂在室温中放置24h。
(3)将表面浸满雾封层材料的粗集料在沸水中浸煮3min后将集料从水中取出,观察粗集料颗粒上沥青膜的裹覆情况,评价雾封层材料与玄武岩粗集料的黏附性。
由于沥再生为溶剂型产品,集料浸水后沥再生不能黏附,因此试件制备时直接将集料在乳液中浸泡1min,其他试验步骤相同。
从试验结果分析可知,沥再生和ERA-C与玄武岩粗集料的黏附性较差,有集料裸露,魁道CAP和AMRT完全裹覆集料,相对而言AMRT的黏附性更好,为此,本研究选用AMRT在实体工程中实施。
实施方案
路表沥青膜修复技术是一种直接在路表喷涂的技术,这种技术所采用的材料是一种由乳化沥青、细集料、回收料、聚合物、稳定剂等材料组成的混合物,项目实施时采用智能洒布车将这种混合料直接喷洒在路表,路面施工后2h即可开放交通。这种技术可对路面结构起到有效的保护作用,减少路面结构与水、空气、紫外线的直接接触,延缓路面的老化。应用这种技术处治沥青混凝土路面对使用过程中出现的微裂缝、表面老化、沥青膜脱落等表观病害,可以起到很好的预防性养护效果,明显延长沥青混凝土路面的使用寿命。根据旧路路况不同,其用量为0.7~1.5kg/m²,具体用量依据旧路病害特征及表面纹理确定。
本研究依托宁杭高速公路排水性沥青混凝土路面养护维修工程,于2013年11月在宁杭方向K2059+600~K2060+600的半幅路面实施AMRT封层,分两次喷洒,总用量约为1.3kg/m²。喷洒前将表面清扫干净,去除所有异物及碎屑(泥土、沙砾、泥砂等),用森林灭火器吹净杂物。为保留原有标线,用特定尺寸的胶带保护好标线、箭头、文字等。为防止污染路缘石、绿化,用挡板遮挡喷杆边缘,以防止强大压力下喷溅出的雾状细料造成黑色污染。根据操作的熟练程度,还可以用定制铁板覆盖随车行进,以保护标线。
使用效果跟踪检测
为了评价AMRT的实际使用效果,本研究先后3次对实施AMRT与否的排水性沥青混凝土路面进行了现场检测。首先,对施工前后排水性沥青混凝土路面面层的表面性能进行了测试。
从试验结果可知:AMRT实施后排水性沥青混凝土路面的渗水系数明显减小,但依然保持一定的排水功能,AMRT的实施对摆值的影响较小。由此可见,虽然AMRT的实施对排水性沥青混凝土路面的功能有不利的影响,但这种影响还是可接受的。
其次,本研究在2014年4月通过收集称量路面松散集料的方式对AMRT封层改善排水性沥青混合料耐久性的效果进行了评价,具体试验方法如下:以是否施工AMRT封层的临界桩号K2059+600为界前后40m范围内,每间隔10m收集飞散的集料,通过飞散集料的重量评价其改善效果。
从检测结果可知,AMRT封层表现出良好的抗松散能力,施工AMRT封层后,在最容易产生松散的冻融季节排水路面减少松散量约75%,由此可以推断,适时采用AMRT封层进行排水性沥青混凝土路面的预防性养护可以延长排水路面使用寿命2~3年。
此外,借助2014年6月排水性沥青混凝土路面罩面工程施工期间封闭交通的机会,本研究还对是否实施AMRT的路面各车道进行了表面性能特性的对比检测。
从检测结果可知,AMRT处治的排水性沥青混凝土路面使用一段时间后渗水系数和摆值变化并不大,表面功能特性中衰退最为明显的是构造深度。由此可见,在车轮荷载的作用下,黏附在集料表面的AMRT材料被压密,提高了集料与AMRT材料的黏结力,而堵住空隙的AMRT材料因为悬于空隙中,很容易被车轮带走而使被堵的空隙得以恢复,从而削弱了对排水功能的影响。
经济性分析
通过排水性沥青混凝土路面实施AMRT封层技术的跟踪观测结果可知,使用一段时间后AMRT封层对排水性沥青混凝土路面的表面性能影响很小,而耐久性分析结果表明AMRT封层可延长排水性沥青混凝土路面使用年限2~3年。为了评价AMRT封层的经济效益,做如下简单经济分析。
对比已有的不同养护技术的成本支出可知:4.0cm厚的排水性路面罩面工程单价110元/m²,按照排水路面6年使用寿命来计算,在不考虑社会折现率条件下,排水性路面面层的使用成本为18.3元(m²·年)(如果考虑社会折现率会更高),而AMRT的单价为16.8元/m²,相比之下,采用AMRT封层技术后排水性路面延长1年使用年限更为经济,若延长使用寿命2~3年将产生更明显的经济效益。
结语
通过对实施AMRT路段排水路面的跟踪观测及分析评价,可以得到如下几点结论。
(1)AMRT封层可以明显改善排水性沥青混合料的耐久性,延长其使用寿命2~3年。
(2)AMRT封层施工后的初期对排水性沥青混凝土路面渗水性能有一定影响,但依然保持良好的排水功能,使用半年后对其影响较小,表面功能特性中影响最为明显的是构造深度。
(3)采用AMRT封层作为排水路面的预防性养护方案具有明显的经济效益。
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