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知识信息
第三章 科技
知识类型:
析出资源
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内容出处:
《宁海县交通志》
图书
唯一号:
113020020240000535
颗粒名称:
第三章 科技
分类号:
F550.6
页数:
6
页码:
556-561
摘要:
本文记述了宁海县交通运输行业在科技方面的成就,包括旧砼路面改造中的加铺技术和公路小修保养中的沥青冷拌技术应用,以及多碎石沥青混凝土SAC的研究与应用,这些科技创新提高了道路质量,降低了能耗,保护了环境,产生了巨大的社会效益和经济效益。
关键词:
宁海县
交通
科技
内容
自1992~2010年,宁海县交通运输行业结合生产实践,开展多项科研活动,改革创新、节能减排,让科技成果服务于交通事业,产生了巨大的社会效益与经济效益。
第一节 工艺创新
一、加铺技术在旧砼路面改造工程中的应用
宁海公路自20世纪90年代以来,水泥混凝土路面在本地区得到大幅度推广应用。钢筋水泥混凝土路面有诸多优点,但行车舒适性差,损坏后维修难,交通干扰大,安全隐患多,环境影响大。
目前,对旧水泥混凝土路面的改造主要有两种方式:水泥混凝土路面维修处理后加铺沥青面层“白加黑”;水泥混凝土路面破碎后并作压实稳定处理,再加铺沥青面层“白改黑”。
为延缓和减少反射裂缝,需先对旧水泥混凝土板块进行修复,同时为了增强防止反射裂缝的能力和防止路面水通过板缝渗入路基,可在沥青加铺层底部沿旧水泥混凝土板缝处两侧一定范围内喷涂路桥专用防水涂膜,并在其上摊铺玻璃纤维隔栅,在下面层顶面相应横缝位置铺设同规格的玻璃纤维隔栅,以提高沥青混凝土抗弯拉的能力,最后再加铺沥青混凝土面层。为了保证沥青加铺层的使用寿命,延缓和减少反射裂缝的产生和发展,在加铺层设计时不仅需考虑路面结构的强度,还要考虑延缓和减少反射裂缝。因此,加铺面层厚度往往远大于满足强度要求的厚度。
为了进一步提高道路延缓反射裂缝的能力,可在沥青面层下增设间断半开级配(GSOG)沥青混合料或开级配沥青碎石应力吸收层来吸收反射裂缝处的集中应力,延缓反射裂缝的发生。沥青碎石层是一种开级配沥青碎石混合料,含有25%~35%的连通孔隙,因此可提供一个裂缝缓解层,使旧面层板裂缝或接缝的弯沉差不容易影响到沥青加铺层的上面层,从而减少反射裂缝产生的可能性。
同时从减薄沥青结构层厚度及浙江高温多雨的气候特征等方面考虑,在较低的温度状态下(10℃),GSOG—20混合料有远强于AC—20混合料的弯拉疲劳寿命。因此,在维持沥青罩面层的长期使用性能方面,混合料GSOG—20是更好的选择。根据上述试验结果,GS()G间断半开型级配结合RST高度聚合物改性剂,可以使混合料在抗剪切、抗疲劳能力方面都比之前采用的AC—20有较大程度的提高。同时GS()G沥青混合料的高温稳定性能、温缩稳定性、水稳定性等重要路用性能指标也都能达到或超过AC—20的相应性能标准。采用应力吸收层可以加厚沥青面层材料,减少旧面层的温度变化,降低加铺层的拉应力,增加路面结构的弯曲刚度,降低接缝处的弯沉差,减少加铺层的剪切应力。但这种方法相对其他处理方式来说工程造价相对高,且路面标高抬升较多。当旧水泥混凝土路面因大面积破坏而丧失整体承载能力,并且通过局部的挖除、压浆等处理方式已不经济时,碎石化改造技术就是专门针对这一问题而开发出的一种快捷有效的“白改黑”技术。该方法是利用特殊的施工机械(如多锤头破碎机或共振式破碎机)将原有的旧水泥混凝土路面打裂或打碎,消除原有路面存在的病害,将打碎的水泥混凝土面板经压实后直接作为基层或底层基层,最后加铺沥青混凝土。旧水泥混凝土路面碎石化后分为表面细粒散层、碎石化层上部和碎石化层下部三层。碎石化表层约2~5厘米,在压实过程中,颗粒被压密形成嵌挤薄层,通过洒布透层油,具有较高的黏结力,并具有一定的强度和稳定性。碎石化层上部厚度约10厘米。强度主要来自:一是来源于内摩阻角,粒径越大则内摩阻角越大;二是来源于预应力,水泥混凝土面板在破碎时,混凝土产生侧向体积膨胀,混凝土颗粒的粒径越小,膨胀趋势越大,产生的预应力越大。碎石化层下部厚度约10厘米,是“裂而不碎、契合良好、联锁咬合”的块体结构,该结构静定且自稳,具体表现形式为各种形式的咬合结构,在外力作用下产生咬合嵌挤作用,比普通嵌锁作用更大,提供的强度更高,具有更好的结构稳定特性。碎石化的历史发展了近30年,经历了冲击压路机、挖掘机加破碎头、打裂加破碎等几个阶段,最终形成了以打碎压实法多锤式破碎机、共振破碎法共振破碎机为主的碎石化方法。因共振破碎法破碎质量较好,施工噪音较低,市场接受较广,但有一定的振动影响,在设计理论、应用方面,初步形成了多套经验设计方法(AASH—T()、AI等)和施工规范。目前常用的两种碎石化方法中,共振碎石化施工振动小,噪音低,但不能振碎强度较高的水泥混凝土板块,且无法振到离路边80厘米范围内的板块。碎石化改造技术几乎不会出现反射裂缝,一定程度上能改善路用性能指标,且施工工期短,不需要全封闭交通,对老路利用程度较高,不产生废弃,工程造价低。但国内目前尚无法定的设计规范和施工验收标准。综合比较本次工程研究范围内,根据实际损坏断面较严重的路段,选择其中板块破损情况较为严重的500米路段作为共振碎石化试验段,加铺面层结构为4厘米SMA沥青混凝土+8厘米粗粒式沥青混凝土(AC—30C型),使用至今基本没有反射裂缝,路况较好。
以下分别对板块维修后加铺沥青面层和板块碎石化后加铺沥青面层两种处理方法作经济性比较。板块维修后加铺沥青面层采用4厘米SMA—13+5厘米AC—20C+GSOG—25的面层结构,水泥混凝土板块修复注浆后骑缝设置1米宽玻纤格栅板,板块碎石化后加铺沥青面层采用4厘米SMA—13+5厘米AC—20C+6厘米AC—25C的面层结构。由此可以看出,碎石技术不仅能从根本上解决反射裂缝的问题,还比其他加铺处理方法更节省投资。
(宁海县公路段林国军)
二、公路小修保养中沥青冷拌技术的应用
宁海公路由于历史和自然条件的原因,存在技术等级低、基础条件差、水毁灾害多,特别是山区公路和沿海公路存在着基础薄弱等问题。随着公路服役时间的增加,经车辆的超载碾压以及雨水的冲刷等外力作用,出现路面面层松散、龟裂、剥落、坑洞等病害。公路的损坏,造成道路交通能力急剧减弱,因此小修保养压力巨大。2000年前,日常维修中通常使用热拌沥青混合料技术,虽然热拌沥青路用性能好,但在冬季、雨季施工质量难以保证,对环境污染严重,能耗也相当大;冷拌沥青技术对现有公路小修保养的应用,可极大地降低能源的消耗,有利于保护生态环境,而且施工周期短,路面使用性能改善明显。宁海公路管理段敢于创新采用新工艺,对公路的小修保养全面实施“节能减排冷拌技术”。
冷补沥青砼是一种可储存、冷修补的沥青混合料,在储存过程中可以保持良好的疏松性,经压实后黏结成整体,简单方便,可全天候用于路面修补和道路抢修。
冷补沥青混合料的组成(按每生产一吨冷拌混合料计算)由冷补添加剂0.5公斤、稀释剂12.5公斤、沥青37公斤、集料950公斤比例,通过一定的生产工艺加工而成。冷补沥青混合料的强度形成过程和热沥青混合料的强度形成过程有所不同。热沥青混合料用的沥青是热塑性,当沥青的温度降到常温时混合料的强度就完全形成。而冷补沥青混合料的沥青经过改性后,已经不完全具有热塑性,混合材料强度的形成是一个缓慢的过程。混合料被摊铺、碾压时具有可塑性、流动性,能被挤压至坑槽中不规则的地方,在行车和空气的作用下使一部分溶剂挥发,沥青逐步变稠,混合料颗粒之间的分布更加紧密,空隙率减小,矿料相互的黏结更加牢固,混合料的密实度增大。随着时间的推移,混合料强度还会逐步增加直至稳定,达到或超过热沥青混合料冷却后的性能。自2000年以来,按宁海公路局每年公路小修保养使用1500吨计算,每年可节约燃煤15.75吨,可减少二氧化碳排化量43.61吨。
冷拌技术的应用,不但提高了路面小修保养的质量,同时又节能减排。该项技术的推广,产生了巨大的经济效益和社会效益。
(宁海县公路段林国军、李科益)
第二节 科研
科技兴交:多碎石沥青混凝土(SAC)的应用随着现代公路事业的发展,行车速度的提高,对沥青混凝土面层的抗滑性提出了更高的要求。为了贯彻实施“科技兴交”战略,推进“四新”技术,提高沥青混凝土面层的抗滑性能,保持沥青混凝土路面的各项技术标准,宁海县公路管理段结合实际,申报了《多碎石沥青混凝土的SAC研究与应用》科技养路课题。并经宁波市交通局甬交科〔2004〕148号文件批准立项。经宁海县公路管理段科技工程人员的一段时间潜心研究与试验比较,认为此项工艺切实可行,并能产生巨大的经济效益。
多碎石沥青混凝土的特性SAC—13多碎石沥青混凝土就是4.75毫米(方孔筛)或5毫米(圆孔筛)以上碎石含量占主要部分的密级配沥青混凝土。
多碎石沥青混凝土与传统的密级配沥青混凝土相比,多碎石沥青混凝土既具有I型沥青混凝土那样较小的空隙率和不透水性,又具有较好的抗形变能力,最大区别是其抗滑性能有较大程度提高,其构造深度TD能达到0.9毫米以上,比AC—13I型沥青混凝土面层的抗滑构造深度高出近0.3毫米,完全符合高速公路和一级公路对抗滑性能的要求,既具有I型沥青混凝土的优点,又具有抗滑表层沥青混凝土的优点,同时避免了两种传统沥青混凝土各自缺点。多碎石沥青混凝土面层与抗滑表层相比,虽然抗滑表层比多碎石沥青混凝土的抗滑性能更具有优势,但多碎石沥青混凝土比抗滑表层具有更小的空隙率和不透水性,同时也具有更佳的耐久性和稳定性,具有更长的使用寿命。多碎石沥青混凝土既适合高等级公路沥青路面的技术要求,同时又适合二级以下山区公路陡坡、急弯路面的要求,具有较大的适用范围。多碎石沥青混凝土SAC—13其沥青用量在5%左右,相对I型沥青混凝土减少了沥青用量,降低了工程造价,节约了工程投资,具有一定的经济效益,其应用前景必将广阔。
配合比设计对多碎石沥青混凝土SAC—13进行研究是基于国内某些地区进行多碎石沥青混凝土研究提供参考的级配。我们根据其推荐的级配范围进行马歇尔试验,采用沥青标号为AH—70,延度为136厘米,针入度为7.03毫米,软化点为52.5℃的沥青,经过多次反复试验,发现该种级配的沥青面层虽然其构造深度能达到1.0毫米以上,但空隙率较大,且在4.0%~6.0%沥青含量的各档沥青混凝土马歇尔稳定度远远低于7.5KN的I型沥青混凝土标准要求,具有较差的稳定性。2004年10月12日,在宁海县城岭线K15+000~K15+200进行试铺。发现该级配沥青混凝土渗水极快,无法满足沥青混凝土不透水性的要求。
根据试验室马歇尔试验,材料级配其空隙率、沥青饱和度、稳定度、流值,在一定范围的沥青含量内,均能符合沥青混凝土AC—13I的各项规范要求,能取得最佳沥青含量。我们按照沥青混凝土AC—1 3 I标准范围内适当调整技术指标,根据当时冻季施工季节、温度和试铺路段实际情况,在试验取得最佳沥青用量的基础上,适当增加沥青含量0.2%,分别确定材料级配沥青含量为5.3%,材料级配沥青含量为5.2%,材料级配沥青含量为5.4%的进行拌制,于2004年11月9日在越沙线K2+000~K6+500路段进行试铺,在拌和、运输、摊铺、碾压过程中严格按照规范进行控制。经现场铺砂法试验,材料级配的沥青混凝土抗滑构造深度能达到1.0毫米,材料级配的沥青混凝土抗滑构造深度能达到1.04毫米,材料级配沥青含量为5.4%的沥青混凝土抗滑构造深度能达到0.85毫米。表明多碎石沥青混凝土的最大特点是具有较好的抗滑性能。因此,在材料级配二和材料级配三之间再进行分析、研究,继续进行试验,选定最佳级配。
路面结构设计要求由于多碎石沥青混凝土其碎石含量在混合料中占主要部分,这对沥青混凝土路面结构设计有一定的要求,经过对不同材料级配范围的沥青混凝土进行多次施工铺筑,建议:在设计单层沥青混凝土面层时,应考虑一级公路水泥稳定基层平整度的最大间隙为8毫米,沥青面层的施工:厚度就存在着一定的差异性,因此沥青面层厚度不宜少于4厘米,但对双层式沥青混凝土路面设计时,上面层多碎石沥青混凝土厚度不宜少于3.5厘米,以免由于混合料摊铺时厚度不均匀而影响压实效果,导致碎石剥离,影响路面使用质量。
施工注意要点 温度控制:在多碎石沥青混凝土的拌制、摊铺、碾压及开放交通过程中,必须严格控制温度。由于多碎石沥青混凝土碎石含量较多,散热相对较快,只有严格控制各道环节的温度,才能有效控制混合料的密实度。根据试铺经验,多碎石沥青混合料施工温度宜比常规沥青混凝土温度有所提高,经多次检测得出的施工经验:沥青加热温度宜为150℃~170℃,矿料温度比沥青加热温度高5℃~10℃,沥青混合料出厂温度宜为150℃~165℃,沥青混合料摊铺温度宜为135℃~155℃,碾压温度宜为125℃~145℃,碾压终了温度不低于70℃,路面冷却至常温后才可开放交通。碾压控制:在多碎石沥青混凝土摊铺过程中必须保证面层厚度,防止粗集料集中影响路面压实。同时,在碾压过程中,必须规范操作,严格控制碾压遍数,在选用规范规定的压路机型号和吨位的情况下,应比常规沥青混凝土多压1~2遍,以保证路面密实度。
研究成果 根据多碎石沥青混凝土的特点进行专题研究和试验,不断调整材料级配范围,并进行施工铺筑、检测,不断摸索,最终于2004年11月21日在宁海县越沙线K5+050~K5+250左侧路段试验成功。其级配范围、沥青用量及技术指标,根据现场性能检测,完全符合沥青混凝土面层基本不透水的性能要求;根据铺砂法对构造深度进行检测,其构造深度TD达到0.93毫米,完全符合高等级公路构造深度0.8毫米的要求,既符合I型沥青混凝土的各项技术要求,又具有高等级公路的抗滑性能。在越沙线K5+050~K5+250左侧铺设试验路段时,选取最佳沥青含量为5.1%,相对AC—13沥青混凝土减少了0.3%左右沥青用量,降低了沥青路面的工程造价,在一定程度上节约了工程投资,具有较明显的经济效益,适宜推广应用。
(公路段林国军、严望通)
知识出处
《宁海县交通志》
出版者:浙江人民出版社
本书设道路交通,铁路交通,水路交通,交通管理,交通工业、科技,文明创建、群英荟萃6编,记载了宁海县交通事业发展的历史。
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