一、水泥混凝土路面加铺沥青层
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分报告一
水泥混凝土路面加铺沥青层研究课题开题报告
一. 课题研究目的、意义、目标
自改革开放以来,随着经济的迅速发展,广东省的道路交通事业得到了飞速发展,相继修筑了大量高等级道路。受广东省特有的气候水文和资源等因素影响,绝大多数国道和省道以及大部分市政道路都采用了水泥砼路面。其中大部分八十年代修筑的水泥砼路面都已出现相当严重的麻面、露骨、坑槽、断板、错台、掉边缺角、胀缝裂缝破坏、碎裂等病害,降低了路面的强度、平整度、抗滑性能,也降低了道路的通行能力甚至危及到行车的安全。但大面积的修补不仅费工费时,而且往往是修好东边坏了西边,使维修单位应接不暇,严重影响交通;而彻底的翻修重建必须破碎和开挖旧水泥砼路面,不仅工期长、投资大,必须长时间中断交通,而且旧水泥砼路面虽然破损严重但仍然具有相当强度,如不加以利用势必造成巨大的浪费。旧水泥砼路面修复已成为道路管理部门特别是市政道路管理部门一项十分头痛的问题。旧水泥砼道路适当修补加固后再加铺沥青砼面层不仅能充分利用原有旧路作基层以节省大量投资,而且能节省旧水泥砼路面后期的大量维修工作,大大改善道路行车条件,延长旧路使用寿命,更重要的是修复施工期短,可采取分段分片施工,对交通影响较小。这种方法是水泥砼道路特别是市政水泥砼道路中后期维修的一种行之有效的方法。
广州市政部门也曾在水泥砼路面上作过加铺沥青层的尝试,但大部分加铺层早期破坏严重,如开裂、推移、拥包、脱层、坑洞等,严重影响了行车,也严重影响了广州市的市容市貌。究其原因主要表现在以下几个方面:①由于底层砼路面胀缩而引起沥青砼加铺层反射裂缝;②旧砼路面未作出很好的加固,容易松动,在车载作用下加铺层产生剪切破坏;③沥青选用和混合料级配设计不当,在车载作用下产生推移、拥包;④层间粘接较弱,加铺层不能与旧路连成整体;⑤加铺层偏薄,一般只有2∽3cm;⑥加铺层疲劳破坏;⑦水损害严重。广州地区路用石料大都采用与沥青粘附性较差的花岗岩酸性石料,在水的作用下易产生剥离松散破坏;加铺层开裂后水分进入路面结构也是引起各种破坏的主要原因。
广州市有大量市政水泥砼道路已经或即将进入中修或大修期,针对广州地区特有的 2 水文气候特点,进行旧水泥砼路面加铺沥青层的研究以指导广州市旧路维修工作,对于节省市政投资,减少维修工作量,减少交通堵塞,改善行车条件以及改善广州市市容市貌都具有重要的意义。
二、国内外研究现状(关键内容、技术指标、存在问题、当前发展趋势)
改革开放以来,我国公路建设迅速发展。我国水泥产量大,分布广,价格较便宜,而且由于路用沥青资源限制,公路水泥砼路面近十几年来得到了迅速发展,全国各地特别是南方地区都修筑了大量水泥砼路面。早期修筑的一些水泥砼路面已经或即将进入大修期。为了节省投资,延长旧路使用寿命,全国多数省市都已经着手有关水泥砼路面加盖沥青砼层的研究。如北京市公路局等单位于北京通县某大街修筑了旧水泥砼路面加盖沥青砼层的试验路段。分段采用了不同路面结构和材料组成,部分路段采用国产改性沥青SMA,结构层总厚度8cm,部分路段于旧水泥砼路面铺APP改性沥青卷材隔离层后铺沥青砼层,以期减少反射裂缝。经过近一年的观测,效果较好。另据报道,西安市某空军工程学院采用土工布作隔离层防止反射裂缝也取得了一定效果。另外诸如高强隔栅等用于罩面层也起到一定的增强整体强度和减少开裂的作用。
国际上也曾有许多有关旧水泥砼路面加盖沥青砼罩面层的研究。美国国家沥青技术中心副主任Ken Kandhal先生认为,土工布等对于防止罩面层反射裂缝效果不太理想,采用合理厚度并切缝则效果较好。他认为,沥青加铺层越厚,对于防止放射裂缝越有利。第一次加铺厚度应至少75mm(联结层50mm,磨耗层25mm)以上,施工完毕后在砼板伸缩缝处沥青加铺层上锯2.5cm深的切缝然后用沥青灌缝料灌缝,对防止反射裂缝及减少其危害效果较好。
旧水泥砼路面上沥青加铺层开裂主要是反射裂缝和温度裂缝。反射裂缝主要是旧水泥砼路面板由于温度变化及车载作用而发生移动所引起的。其基本机理是受拉疲劳、受拉屈服和剪切屈服,在它们的单独或联合作用下导致产生反射裂缝。南方地区主要表现为受拉疲劳和剪切疲劳开裂。日久天长的温度变化引起水泥砼板的胀缩,使沥青加铺层承受扯裂作用引起受拉疲劳产生裂缝并扩展到路表而形成受拉疲劳裂缝。旧水泥砼路面开裂形成板块,当车辆通过时,相邻板块端部产生竖向位移差,在加铺层中引起剪切疲劳而导致剪切疲劳开裂。
综合防治旧水泥砼路面加铺层各种病害的措施还包括:①合理的沥青加铺结构及厚度;②采用优质的沥青和改性沥青;③合理的混合料级配;④铺筑全厚式(>15cm)沥 3 青砼;⑤在旧水泥砼路面与沥青砼加铺层间铺筑应力吸收中间层(土工织物或沥青橡胶薄膜);⑥采用裂缝固定技术(预先在旧水泥砼路面可能开裂处制造裂缝后填缝处治)后,铺1.5cm开级配普通沥青砼,再铺1.5cm应力吸收层,最后铺2cm密级配沥青砼磨耗层。
三、主要研究内容(关键技术、达到指标、技术特点)
1. 沥青改性研究,研究出适合广州地区罩面层的改性沥青材料;
2. 级配设计研究,提出合理的混合料级配设计;
3. 沥青罩面层反射裂缝机理分析;
4. 隔离层研究,推荐效果好且经济合理的隔离层和应力吸收层材料及施工工艺以减少反射裂缝;
5. 研究并提出合理的抗水损害措施。
6. 采用不同材料、不同路面结构厚度、不同防止反射裂缝措施及不同施工工艺修筑试验路段,推荐经济合理的路面结构和材料组成以及经济合理有效的防裂措施和施工工艺。
四、研究方法与技术路线、阶段目标与进度安排
(一)研究方法与技术路线
1.室内试验
原沥青各项指标试验,筛选出合适的原状沥青品种进行沥青改性研究;
沥青混合料各项性能指标试验研究,提出合理的沥青混合料级配设计;
反射裂缝机理、隔离层和应力吸收层材料试验及施工技术措施研究;
试验研究提出经济合理的沥青混合料抗水损害措施。
2.试验路修筑
根据室内试验提出试验路修筑具体方案。试验路总长500∽800m,分5∽8段,每段长约100m,分别采用不同材料、不同路面结构厚度、不同防止反射裂缝措施及不同工艺修筑试验路段进行对比研究,推荐经济合理的路面结构和材料组成以及经济有效的防裂措施和工艺。
3.试验路观测
试验路修筑施工完毕后,进行为期一年的跟踪观测。
4 (二)阶段目标与进度安排
1.1999.4-1999.10 完成室内试验,提交室内试验研究报告;
2.1999.11-1999.12 提交试验路修筑初步方案上报审批;
3.2000.1-2000.3 提出试验路修筑实施方案,试验路定点及准备;
4.2000.4-2000.5 试验路施工,并提交试验路修筑报告;
5.2000.6-2002.6 试验路跟踪观测,提交试验路跟踪观测报告;
6.2002.7-2002.8 课题鉴定,提交课题研究终报告。
五、现有工作基础和主要设备条件
(负责单位、合作单位、分工情况及主要条件)
华南建设学院西院道路学科组是一支学术梯队合理、技术力量强大的学术科研队伍。近年来进行了大量沥青与沥青路面的研究。如市建委课题《沥青路面的研究》、广州市内环路项目《吸音降噪沥青路面结构与材料组成设计的研究》等。在沥青改性研究、沥青混合料级配设计、沥青路面结构设计、沥青路面裂缝防治以及沥青路面抗水损害等方面都取得了一系列成果和成功经验。广州市内环路项目于98年已基本完成,此课题采用茂名AH-70沥青进行改性研究,应用了全新的级配设计理论,成功地于中山一路立交顶层和大沙头路修筑了试验路段,取得了良好的效果。
华南建设学院西院路桥与土基试验室设备齐全,能进行有关沥青、沥青混合料以及土基的各项技术指标试验,具备承接路桥与土基方面大型科研生产项目的能力。
国内数家科研设计单位近年相继进行了许多有关沥青与沥青改性研究,取得了大量成果和成功经验,国内有关单位也已制造和进口了数台沥青改性设备,已具备大规模生产改性沥青的技术和装备能力。此外,市场上也有数种改性沥青品种可供选用。国内旧水泥砼加固技术也得到了相当发展。这些都是成功完成此项课题的有利条件。
六、预想成果内容及应用前景、效益(工程化、产业化程度)
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