透水沥青路面技术在水泥混凝土路面改造中的应用.pdf

2 0 1 2 年 7 月第 7 期 城 市道桥 与防洪 道路交通 8 5 透水沥青路面技术在水泥混凝土路面改造中的应用 夏平 ( 上海市奉贤区公路市政工程管理署， 上海2 0 1 4 0 0 ) 摘要 ： 水 泥混凝 土路 面是 指 以水泥 混凝 土为 主要材 料做 面层 的路 面 ， 俗 称 白色路 面 ， 它具 有强 度高 、 稳 定性 好 、 使 用年 限长 、 养护 维修费用少等优点。但在交通荷载及环境等因素影响下， 水泥混凝土路面使用一段时间后 ， 会出现板块开裂、 角隅破碎、 错台等不 同程度的病害 ， 为了恢复旧路面的使用性能 ， 往往采取加铺沥青混凝土面层的措施。该文结合上海市奉贤区环城东路水泥混凝土 路 面改造 为透 水沥 青路 面 的工程 实例 ， 介绍 了透 水沥 青路 面 ， 以及橡 胶沥 青应 力吸 收层技 术 的应用 。 关键 词 ： 透水 沥青路 面 ； 应用 ； 水 泥混 凝 土路 面 ； 改造 ； 环城东 路 ； 上海 市 中图分 类号 ： U 4 1 6 ． 2 1 7 文献标 识码 ： B 文章编 号 ： 1 0 0 9 — 7 7 1 6 ( 2 0 1 2 ) 0 7 — 0 0 8 5 — 0 5 1 工程概 况 环城东路建成于 1 9 9 6年 ，道路等级为公路三 级 ， 四快二慢 6车道 的水泥混凝土路面 ， 经过多年 运行 ， 混凝土路面破损严重 ， 需要实施养护维修工 程 。但 是如果采 用混凝 土板块 翻挖施工势必会造 成严重 的噪音扬尘 污染并造成交通拥堵 ，影响沿 线单位及居 民的生产生 活 ； 同时 ， 该段道路位于重 要 商业居住 区 ， 还有提高道路排水及降噪的要求 。 根据该段道路的实际情况 ，环城东路维修工程采 用 了透水 沥青 面层并结合橡胶 沥青应力 吸收层 的 工艺 ，道路设计结构层 为 ： 4 c m O G F C 一 1 3透水沥 青 混 凝 土 + 0 ． 2 c m S B S改 性 沥 青 防 水 粘 结 层 + 8 c mA C 一 2 5 C沥青混凝 土 + 1 c m沥青碎石纤维封层 + l e m橡胶沥青应力 吸收层( 见 图 1 ) 。 其 中，O G F C 透水沥青路面 ( 即高黏度改性沥青混凝土) 和橡胶 沥青应力吸收层共计 1 7 5 4 8 r r f 。 2 透 水路 面及 其特性 2 ． 1 透水沥青路面概述 透 水 沥青 路 面是 指 压 实后 空 隙 率 在 2 0 ％左 右 ，能够在混合料 内部形成排水通道 的新 型沥青 混凝土面层 ，其实质为单一粒径碎石按照嵌挤 机 理形成骨架 ， 空隙结构的开级配沥青 混合料 。普通 密级配 的沥青混合料为防止水害 ，一般孔 隙率在 3 ％～ 5 ％之问。 而在混合料材料构成上 ， 排水沥青混 合料为保证其 大孔隙率的特征 ，在粗集料 的使用 上 比普通密级配混合料有较大的使用量 。 2 ． 2 透水路面的主要特性( 见表 1 ) 排 水沥青路面具有 大空隙的特征 ，抗滑性 能 收稿 日期 ：2 0 1 2 — 0 3 — 2 3 作 者简 介 ： 夏平 ( 1 9 7 8 -) ， 男 ， 上海人 ， 工 程师 ， 设施管 理科 副科 长 ， 从事公路 、 市政1 二 程设施养护管理工作 。 高 、 噪声低、 抑制水雾 、 防止水漂、 减轻眩光等突出 优点 。 4 e m O G F C 透水沥青混凝 ￡蔺层 0 ． 2 c lUB S 改性沥青 防水层 8 c m A c ～2 5 c 沥青混凝土 l c m 橡胶沥青应力吸收层 原水泥混泥土路 瓶 平 石 排水铡臀 [ 侧 钉 图 1 环城东路道路结构图 表 1 透 水沥青路 面与其他路 面的性 能比较表 3 透水沥青混合料 目前 ， 在透水路面施工 中多采用透水沥青混合 料 、 透水水泥混凝土 、 透水路 面砖 等多孔材料来铺 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 8 6 道路交通 城 市道桥 与防洪 2 0 1 2 年 7 月第 7 期 设面层。其中， 透水沥青混合料常用于沥青道路面 层 ， 具有磨耗与排水功能 ， 由于所采用的集料级配 为空隙率较高的开级配 ，故常称开级配磨耗 层沥 青混合料( O G F C ) 。透水沥青混合料所用粗集料为 单一粒级且用量较 大 ，而细集料与矿粉填料 用量 很少 ， 从而形成骨架一空隙结构， 其排水、 降噪等 功能发挥 的关键在 于空 隙率 。透水沥青混合料的 生产流程见 图 2所示 。 图 2 透水沥青混合料生产流程图 3 ． 1 材料 的选择 3 ． 1 ． 1 粗集料 透水沥青混合料需要通过粗集料相互嵌挤来 提高其强度和抗车辙性 ，主要取决于于集料石质 的坚硬性 、 颗粒形状和棱角性 。该工程采用辉绿岩 碎石 ， 规格 为 1 O一1 5 m m、 5～1 0 m m， 按 照国内已 有 的透水沥青混合料项 目用粗集料质量要求来对 透水沥青混合料所用的粗集料进行质量控制 ( 见 表 2 ) 。 3 ． 1 ． 2 细集料 该工程采用石屑( 0 ～ 2 ． 6 m m ) 作为混合料的细 集料 ， 此档石屑是破碎石料时的下脚料 ， 颗粒形状 的不规则使其与沥青的黏附性高于天然砂 ，有利 于混合料的高温稳定性( 见表 3 ) 。 3 ． 1 ． 3 填料( 矿粉 ) 透水沥青混合料由于要获得大空隙率 ，填料 数量较少，这样对于填料的质量要求较普通沥青 混合料更高。该项 目采用由石灰岩或岩浆岩中的 憎水性石料研磨而成的矿粉( 见表 4 ) 。 表 2 粗 集料的主 要技术指标 一览表 表 3 细集料的基 本技术指标 一览表 表 4 填 料( 矿粉 ) 的基本技 术指标一 览表 试 验 项 目 指标 试 验结果 视密度 ／ g c 不小于 2 ． 5 O 2 ．7 0 0 含水量 ／ ％ 不大于 1 ．0 0 ． 3 < 0 ． 6 m m部分 ／ ％ 1 0 0 1 0 0 粒度范围 < 0 ． 1 5 m m部 分 9 O 一 1 0 o 9 5 ． 1 < O ．0 7 5部分／ ％ 7 5 ~ l o o 7 7 ． 9 外观 无团粒结块 无 亲水系数 小于 1 ． 0 0 ． 6 4 3 ． 1 ． 4 高粘改性沥青 透水沥青混合料属于开级配沥青混合料 ， 追 求大空隙率 ， 粗集料用量 占总集料 的 7 0 ％以上 ， 如 果采用普通沥青难以满足其力学性能要求，而高 粘度改性沥青可加强对粗集料的约束，以提高混 合料的力学性能( 见表 5 ) 。 3 ． 2 配合比设计及验证 3 ． 2 ． 1 确定设计矿料配 比 参照 《 公路沥青路面施 工技术规 范》 ( J T G F 4 0 ) 中的配合 比设计方法 ， 首先进行原材料的检 验 ， 设定目标孔隙率为 2 0 ％， 以《 佐东奥排水性沥 青路面技术规范》 ( D B J ／ c T 0 6 5 — 2 0 0 9 )中的矿料标 准级 配范 围为 目标 ，利用 三种级配进行调整 和选 择。以 2 ． 3 6 m m通过量 1 5 ％一 1 6 ％的 目标级配组为 中间级配 ， 上下 3 ％浮动变化 ， 形成 3组级配配 比。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 2 年 7 月第 7 期 城 市道桥 与防洪 道路交通 8 7 表 5 高粘改性 沥青的主 要技术 指标一览表 3 - 2 _ 2 确定最佳沥青用量 计算相对 3 组级配配比的沥青用量。按公式 ( 1 ) 计算矿料总表面积 。 按公式( 2 ) 计算油石 比。 按 公 式( 3 ) 将油石 比换算成沥青用量 。 矿料总表面积 A ( ％) = ( 2 + 0 ． 0 2 a + 0 ． 0 4 b + 0 ． 0 8 e + 0 ． 1 4 d + 0 ． 3 e + 0 ． 6 f + 1 ． 6 g ) ／ 4 8 ． 7 4 ( 1 ) 式 中 ： a ， b ， e ， d ， e ， f ， g分 别代 表 4 ． 7 5 ，2 ．3 6 ， 1 ． 1 8 ， 0 ． 6 ，0 ． 3 ， 0 ． 1 5 ， 0 ． 0 7 5筛孔通过率。 油石 比 P a ( ％) = h X A ( 2 ) 式 中： h为沥青膜厚 ，一般为 1 4 m； A为集 料 总表面积 。 沥青用量 P h = [ P a a + 1 0 0 ) ] X 1 0 0 ( 3 ) 经过对矿料总表面积的计算，最终计算得沥 青用量为 5 ． O ％。 对沥青用量上下浮动 0 ． 3 ％制作马 歇尔试件 。 3 ． 2 ． 3 通过马歇尔试验调整矿料比率 将 3组级配按 马歇尔试 验的方法成型 ，双 面 击实 5 0次， 搅拌温度控制 1 6 5 o C ～ 1 7 5 o C， 击实温 度控制 1 5 5 o C 一 1 6 5 o C 。根据马歇尔体积法测定孔 隙率， 绘制 2 ． 3 6 m m通过率与孔隙率关系曲线( 见 图 3 ) ， 以 目标孔隙率对应通过率确定 目标级 配。 ‘＼ ＼ J l ＼ — 、 图 3 沥青含量与空隙率关系图 表 6为不同沥青含量 O G F C混合料体积特征和力 学性能汇总表， 表 7为沥青混合料生产配方表。 表 6不同沥青含量 O G F C混合料体积特性和力学性能汇总表 3 ． 3 透水沥青路面施工 3 ． 3 ． 1 拌制 沥青混合料在正式拌制前 ， 对确定 的级配和配 比进行室内试拌和拌和楼试拌 ，确保最佳沥青用 量和混合料质量 指标符合规定 。拌 和过程 中严格 根据配料单称取 沥青 和石料 ，沥青用量 在拌 和过 程中变化范 围不大于 0 ． 3 ％。拌和时控制各种材 料及沥青混合料 的加热温度( 确保控制在 1 7 0 o C～ l 8 5 ℃) ，拌和时间经试拌确定为干拌时间 1 5～ 2 0 s ， 湿拌 时间 3 0～3 5 S 。拌和出的混合料应均匀 一 致 ， 无离析 、 花 白、 结块等现象。 3 ． 3 ． 2 运输 排水沥青混合料采用自卸车辆运输， 车辆应清 洁， 防止混合料发生变化。车辆的数量应与摊铺机 的数量 、 摊铺 能力 、 运输距 离相适应 ， 在 摊铺机 前 应形成一个不 问断的供料车流。为便于卸料 ， 沥青 混 合 料运 输车 的车 箱底 板 和侧板 应 抹 一层 隔 离 剂 ， 并排除可见游离余液。由于隔离剂对沥青可能 有稀释作用 ， 用控制使用量。 3 ． 3 ． 3 摊铺 控制温度对于排水沥青混合料的摊铺质量至 关重要。透水沥青路面在摊铺前 ， 要对摊铺机先预 热 4 0 m i n ，使熨平板温度达到 1 0 0℃以上方可摊 铺 ， 为防止降温速度过快而造成压实困难 ， 排水沥 青混合料的摊铺温度应较普通沥青混合料高。透 水沥青路面摊铺温度应在 1 6 5 oC～1 7 5℃之间。 摊 一 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 8 8 道路交通 城 市道桥与 防洪 2 0 1 2 年 7 月第 7 期 铺速度控制在 2 I n／ra i n ， 摊铺过程 中， 设专人检查 铺筑厚度及均匀度 ，发现局部拖痕等问题应及时 处理 ， 同时调整摊铺工艺 ， 改善摊铺效果 。在铺 筑 面层时， 须对透水管进行保护， 以避免沥青混合料 堵塞透水管眼，确保透水沥青面层中的雨水能顺 畅地排至透水管 。 3 ． 3 ． 4 压 实 碾压应采用静压方式 ， 不得采用振动 。压路机 距离摊铺机不宜过远 ， 一般不超过 2 0 c m。终碾次 数 以 2次 ( 1 个往返 ) 为宜。 为防止胶轮式压路机轮 胎粘附，宜使用少量的水或者切削用乳化油剂稀 释液等涂覆轮胎表面。初压速度宜控制在 2 k m ／ h， 温度应控制在 1 6 0℃ 一1 4 0℃； 复压速度宜控制在 3 k m ／ h ； 终压速度宜控制在 2 k m ／ h ， 温度应控制在 9 0℃ ～7 0℃。 碾压时 ， 应记录测试温度。 为避免施 工接缝处出现明显缝迹 ， 施工时应尽量全幅摊铺 。 3 ． 3 ． 5 开放交通 沥青混合料碾压成型后 ， 应避免 车辆进人 ， 直 至终压 4 h后或表面温度低 于 5 0℃， 且 足够坚硬 后方可开放交通。 4 透水沥青路面排水管施工 在 机动 车道 边缘设 置 2 e m 钢圈滤 布透水 管 ， 具体施工为 ： 8 e m粗粒式沥青混凝土面层施工 结束后 ， 在机动车道边缘处埋置 2 c m钢圈透水 管并且用碎石包裹至粗粒式沥青混凝土顶面 ， 同 时将透水管接入 预先设置的雨水进水 口中。施工 时需对排水管进行保护 ， 避免堵塞排水管孔眼 ， 确 保排水性路面结构 中的雨水能通过排水管排放。 5 橡胶沥青同步碎石封层 5 ． 1 基本概述 在水泥混凝 土路面上加罩透水沥青面层施工 中重点要防止反射裂缝发生 。在荷载应力与温度 应力共 同作用下 ，原水泥混凝土路 面裂缝处在新 的路 面结构层 中会产生应力 集中 ，导致对应 的沥 青 面层底部 出现疲劳开裂 ，并迅速延伸贯穿整个 沥青面层。为了防止反射裂缝的发生， 施工中， 在 原水泥混凝土路面与 8 c m沥青下面层之间设置 了 1 c m橡胶沥青碎石封层 ，作为应力吸收层， 其 具有模量低的特点 ， 柔韧性和弹性非常好， 可以通 过弯 曲和蠕 变释放应力 ，从而阻止裂缝 扩展和蔓 延 ， 对于防止反射裂缝有明显作用。 5 ． 2 材料性能及要求 5 _ 2 _ 1 橡胶沥青 橡胶沥青是将橡胶粉作为一种改性剂与基质 沥青在 高温状态下反应而成的 。橡胶粉密度应为 1 ． 1 5 O ．0 5 g e m ， 应无铁丝或其他杂质 ， 纤维比例 应不超过 0 ． 5 ％，要求含有橡胶 粉重量 4 ％的碳酸 钙 ， 以防止橡胶粉颗粒相互粘结( 见表 8 ) 。基质沥 青采用 A级 7 0号沥青 ， 其性能指标应达到表 9所 列。 表 8 橡胶粉筛分规格 检测项 目 检测结果 标 准要求 橡胶沥青的生产关键因素是温度的控制。生 产前， 将基质沥青加热到 2 0 4℃ 一 2 2 6℃高温。必 须在搅 动状态下橡胶沥青胶结料反应 至少 4 5 m i n 才能达 到比较好 的反应效果 ，反应温度保持在规 定的温度 。 橡胶沥青的技术要求见表 1 O所示 。 表 1 O橡胶 沥青技术要 求一览表 检测项 目 技术指标 粘度 ( 1 7 7 ) ， P a ． s 针人度( 2 5 ℃ ， 1 0 0 g , 5 s ) ~． 1 m m 软化点 ， ℃ 弹性恢 复( 2 5 ℃) ／ ％ 1 ．5—4 ． 0 不小 于 2 5 不小于 5 4 不小于 6 0 5 ． 2 ． 2 碎 石 应力 吸收层应采用石质坚硬 、 清洁 、 不含风化 颗粒 、近立方体 、反击式破碎 机轧制 的玄武岩碎 石 ， 其 0 ． 0 0 7 5通过 率小于 O ． 4 ％， 否 则应进行拌 和 楼除尘 沥青预裹 附 ，建议 以 O ． 3 ％ ～0 ． 5 ％( 按照集 料重量计 ) 的沥青进行预裹 附( 裹附温度在 1 2 0℃ 以上) ， 预裹附的集料堆放时间不宜超过两周。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 2 年 7 月第 7 期 城 市道桥 与防洪 道路交通 8 9 5 ． 3 橡胶沥青碎石同步碎石封层施工工艺 ( 1 ) 为保证施工质量 ， 橡胶沥青碎石同步碎石 封层采用同步封层撒布车。撒布前 ， 应检查校对机 械设备 的各项工作性能 ， 并预热疏通喷嘴 ， 确保撒 布的均匀性 。 ( 2 ) 预先对 原水 泥混凝 土路 面板块 裂缝 及伸 缩缝进行灌封处理 ，撒布前应对路 面进行全面清 扫， 确保路面无污物。 ( 3 ) 橡 胶 沥 青 用 量 2 ～ 3 k g ／m ， 必 须 均 匀 洒 布 ， 沥青 洒布量要 有严格 控制 ， 不 宜少也 不宜 多。 喷洒最大偏差量不应超过规定的 0 ． 2 k m 。已 洒布部分与沥青纵 向衔接应重叠 1 0 c m左右 。 ( 4 ) 喷洒橡胶 沥青同时必须 同步满铺碎石 ， 碎 石撒铺量采用 1 5 ～ 2 0 k g ／m ，对于局部碎石撒铺 不足的地方 ， 应人工补足 。 最低温度不低于 1 2 0℃。 ( 5 ) 在碎石撒铺后应立 即进行 。 采用 2 6 ～ 3 0 t 胶 轮压路机碾压 ，碾压的速度控制在 2 - 2 ． 5 k m ／ h ， 碾 压遍数来 回 2 ～ 3遍 为宜 ，碾压 过程 中压路机不得 随意刹车或调头 。 6 路用性 能 6 ． 1 透水性 透 水沥青 路 面的孔 隙率可 以达 到 2 0 ％以上 ， 由于 O G F C结构 的孔隙率大 、 孔隙多且相互 联通 ， 该结构 的透水 能力极 强 ， 根据现场检测 ， 路 面渗水 系数达到 1 7 0 0 m L ／ m i n ， 满足路面排水要求 。同时 雨水可 以透过 沥青 面层 ，通过排 水设施迅 速排 除 路面雨水 ， 减少路面积水 ， 有效地消除行车溅起的 水雾， 提高车辆行驶安全系数。 6 ． 2 抗滑性 由于透水沥青路面孔隙率较大，使得路面具 有粗糙的宏观纹理 ， 从而提高摩擦性能 ， 使汽车在 行驶时具有较高 的抗滑性能 。根据 现场测试 的渗 水系数检测报告 ，透水沥青路面渗水系数 B P N平 均值达到 6 3 ， 优于一般沥青混凝土路面。 6 ． 3 降噪性 O G F C面层具有大量互相连通 的空隙 ， 轮胎与 路面接触时表面花纹槽的空气通过空隙传播 ， 声 能转化 为热能被不 断削弱 ，减少 了空气压缩爆破 产生 的噪声 。另外 ， O G F C的表 面宏观构造产生漫 反射效应 ，也可 以显著 降低行车噪声 ， 同时 O G F C 还可 以吸收相当部分 的车辆发动机噪声 。 6 ． 4 稳定性 车辙是沥青路面 主要破 坏形 式之一 ，气温升 高， 沥青路面的高温稳定性下降， 抵抗变形能力变 小 ， 加剧车辙的产生 ， 因此 降低路面温度可 以减小 路面的车辙。地表风可 以通过 O G F C的空隙将 O G F C面层及中面层的热量带走， 有效地降低透水 沥青路 面表面温度 。 7 结 语 ( 1 ) 在倡导“ 生态、 节能、 环保” 的今天， 具有排水、 降 噪、 降温等特点的透水沥青路面在我国( 特别是高 温潮湿地区) 将具有很好的应用前景。 ( 2 ) 将透水沥青路面及橡胶沥青应力 吸收层工 艺 应用 于水 泥混 凝 土路 面改 造 中是 一 次探 索 尝 试， 也为传统的“ 白改黑” 工程提供了一种新思路， 橡胶 同步碎石能显著改善层间 的抗剪 强 、阳拉拔 强度 ， 是一种值得推广应用 的应力吸收层结构。 ( 3 ) O G F C透水沥青要发挥其排水降噪的功能 就必须保证其空隙率 ， 因此配合 比设计是关键 。而 透水沥青混合料 的拌和和摊铺质量又是保证施工 质量 的根本 ， 要重点控制好 各种材料用 量 、 拌 和时 间、 各节点温度 ， 以及摊铺碾压。 ( 4 ) 透水沥青路面的特点在于空隙率大 ， 这既是 它 的优点 ，也是缺点 。空隙容易被垃圾油污等填 塞 ， 若 没及时地进行 清理 ， 其排水降噪等功能将丧 失。因此 ， 要配备专业的高压清洗车等设备进行清 扫保洁， 有效地恢复透水功能， 从而延长其使用寿 命 。 ( 5 ) 由于透水沥青路面养护维修方法不同普通 沥青路面， 其维修难度及养护成本较高。因此 ， 在 选择使用透水沥青路面时，应充分考虑维修难度 及养护成本。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m