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沥青路面坑槽修补工艺研究

    坑槽是沥青路面的典型病害,严重影响路面的平整度和行车的舒适性。若不及时修补,在交通荷载和水的综合作用下。破坏会较快发展,造成养护费用的增加并严重危及驾乘人员的安全。由于其安全隐患大,通常在高速公路的养护管理中明确提出了“坑槽不过夜”的养护要求。本文根据沥青路面坑槽修补的最终目的,对比研究日常养护中坑槽的不同修补材料和修补工艺(冷料冷补、热料热补和热料冷补),使之能达到理想的维修效果。以期对坑槽修补材料和修补工艺的应用具有一定的指导作用。 
  1、坑槽破损和维修机理
  1.1坑槽破损主要表现形式
  (1)表面层产生坑槽由于沥青路面上面层混合料局部空隙率较大、沥青与石料问的粘附力不强,路表水(雨水或雪水)进入并滞留在表面层沥青混合料中,在行车荷载尤其是重载车辆的不断作用下,产生的动水压力使表面层的沥青从石料表面剥落下来,沥青路面便会出现局部松散破损。散落的石料被车轮甩出,路面自上而下逐渐会形成坑槽。这类坑槽通常深度为2~5cm,在中国沥青路面早期破坏中是各类坑槽中最早产生,也是产生数量最多的一类。
  (2)表面层和中面层同时产生坑槽当沥青路面表面层和中面层都是空隙率较大的半开级配沥青混合料,而底面层为空隙率较小的密级配沥青混合料时,路表的自由水较易渗入并滞留在表面层和中面层内。行车荷载的作用使得中、上面层内的沥青剥落,沥青混合料失去粘结强度,导致路表面产生网裂、形变(局部沉陷)和向外侧推挤,并最终出现粒料分离。粒料被行车作用带离,最终形成坑槽,此类坑槽完全形成后深度一般为8-10cm。由于近年来高速公路的中上面层均采用密级配混合料,同时对预防性养护的重视,对坑槽及时修补,因而此类坑槽产生数量不是太多。
  (3)底面层和基层问产生坑槽此类病害容易发生在翻浆现象非常严重的路面,在重载车辆作用下,自由水产生很大的压力冲刷基层混合料表层细料,形成灰白色浆。在动水压力和孔隙水压力的反复作用下,使得整个面层范围内的基层粒料出现松散,并反射到面层,形成恶性循环。最终会导致坑槽出现。这类坑槽完全形成后通常深度都大于10cm,并且绝人多数都在车流量较大的行车道上或重载车辆较多的道路上。发生该类病害时,通常基层也已严重破坏,而且在形成坑槽之前路面亦表现出其他破坏现象而需要治理。因而该种病害相对来说很少。
  (4)桥面铺装层等构造物产生坑槽由于水泥混凝土梁与沥青铺装层的材料差异较大,层问粘结处的变形不一致,为了减少桥面的水损坏,对桥面防水层和粘结层的要求越来越高。但由于种种原因,使得层间局部粘附性较差,并出现分层,使得沥青铺装层在车辆荷载和水的共同作用下形成剥落和税皮,最终产生坑槽。在日常养护中,桥面翻浆现象比较严重,每次连续雨天过后桥面容易出现坑槽,由于桥面铺装层一般在10cm,因而该类坑槽相对来说都不算深,约3-5cm。
  1.2沥青路面坑槽的维修机理沥青路面产生坑槽破损不仅严重影响路面的表面功能和使用性能。更对安全有很大的影响。坑槽及时修补的功效,总的来说可以概括为如下几点:
  (1)恢复沥青混凝土路面的表面功能,恢复行车的、平顺性和舒适性。
  (2)坑槽的破坏减薄了结构层,及时修补能恢复路面的局部强度和承载能力。
  (3)弥补坑槽破损处原有路面的强度和耐水性的不足,具有明显的补强作用。
  (4)改善破损处承受车辆和水等外部荷载的进一步破坏扩展,做到防治结合。
  2、坑槽修补材料的研究
  2.1坑槽冷修补材料这类快速补路材料呈黑色颗粒状固体,有石油溶剂气味。不溶于水,无腐蚀性,符合环保要求。一般有2种集料规格。第一种主要骨料粒径为8-10mm,可用来修补深度在30mm以上的坑槽:另一种主要骨料粒径为3-5mm,可用来修补深度在30mm以下的坑槽。
  该种材料无需加热或搅拌,无需特别工具或技能,操作简单方便,自由流动性高,与其他材料粘结性强,可以在低温、酷暑等气候下实现对路面坑槽的24h修补。修补完工可立即开放交通,解决了传统路面因受养护期、气候、材料最低购买量的制约,而使路面坑槽不能及时修补。或者在修补过程中严重影响交通的固有弊病。其一般为桶装,密封桶装储存可长达10个月以上。开桶后,用剩余料不会短时硬化固结,在1个月内仍可正常使用。
  2.2坑槽热修补材料用于日常养护的热修补材料主要为各种规格的沥青混合料,由于一般的坑槽只有5cm左右,为了保证修补处的压实度,不发生离析现象。根据实际经验,选择日常用的热料规格主要为AC-16或AC-13及添加改性剂的这类粒径较小的集料。
  3、坑槽修补工艺的研究
  3.1冷料冷补工艺该施工工艺主要用于应急性修补,通常先要开槽成型,将待补坑槽松散物、灰尘或淤泥清除,倒入冷补料。松铺系数为1.2-1.5,摊铺均匀,保证坑槽周边材料充足。但不要漫散至坑槽边沿外的路面。后用夯锤或振动式路碾机压实(日常施工时通常采用平板夯,如遇特殊情况可直接使用夯锤),深度在6cm以上的坑槽必须分层投料夯实。若密实度不足,则经车辆行驶碾压,修补处会略有下沉,此时不必挖除坑内原填冷补材料,只需将更细一级的冷补料铺上压实即可。为防止此类情况的发生,通常使修补后坑槽地表面略高于周围路面约5~10mm)。运行一段时间修补处即会与路面持平。每桶25kg装的冷补材料可修补面积约为50 cm~50cm、深4.5cm左右的坑槽。使用冷补材料只需要大约10min即可开放交通。
  3.2热料热补工艺随着养护设备的发展,逐渐采用加热设备进行路面的就地热修补,能较好地解决接缝的问题,并且热修补技术明显提高施工质量。市场上使用的设备如英达科技公司生产的“修路王”设备以及河南高远养护公司生产的热修补设备等,其主要原理是采用100%高强度辐射热加热墙,先将沥青路面加热、耙松、喷洒乳化沥青,使沥青料再生,再加入热的新料,用自带的压路机将其压实,能够达到很好的修补效果。这类就地热修补设备的主要工艺包括:
  (1)测定破坏部分的范围与深度,按“圆洞方补、斜洞正补”的原则,划出坑槽修补轮廓线(正方形或长方形),适当外移5 cm左右,使得接缝处理效果更好。
  (2)将加热板调整到合适的位置,选择适当的加热区域。
  (3)用加热板加热待修的区域,可以自行设定时间,一定时间后路面被软化。
  (4)耙松软化的路面,切边。
  (5)喷洒乳化沥青形成一层粘接沥青,从料仓中输出一直保温的新的沥青混合料。
  (6)摊铺整平,再喷洒适量乳化沥青作为再生剂。
  (7)由边部向中间反复压实4~6遍。
  (8)清理作业区域,开放交通,通常夏季开放交通略晚。
  一般情况下修路王修补加热墙面积范围内的病害大概需要20 min,修复后接缝密合、平整、美观、耐久。
  3.3热料冷补工艺热料冷补适合于雨天抢救性修复。通常路面在通车几年后,一场雨会引起全线路面出现几百、上千个坑槽。为了确保行车安全,可以利用热修补设备的加热仓保温热料,沿线填补坑槽。此时不用对原始坑槽进行处理,填满后直接压实,待好天后用加热墙对原修补坑槽接缝处进行加热处理。这样既达到了道路安全防范的应急处理,同时也不影响路面的修补质量,此措施越来越多地被高速公路养护单位在雨天施工时所采用。
  4、修补工艺的寿命周期费用分析
  4.1冷修补技术根据养护的大量实践,对于冷补材料修补坑槽,可以充分发挥施工方便、开放交通快的优点,但由于与原路面较薄弱的粘结性,在行车荷载和雨水的不断冲刷下其最终的修补寿命通常达到2个月左右即需要再次处理。对于50 cmx50 cm的表面层坑槽,通常需要一桶25kg的冷料。这是一种应急性的修补措施。可以解决临时性的影响安全的坑槽修补。但作为全线的日常使用,相对来说价格偏高。
  4.2热修补技术就地热修补技术通常需要配备较昂贵的修路设备,一次性投资较大,但是每次的原始材料成本非常低,相当于沥青混合料的材料价格加上所耗费的液化气价格,通过对路面病害修补的合理安排、统筹规划,日常养护成本将可以降到最低。通常采用热修补技术修复的坑槽能达到1年以上才需要再次修补,而有的已达到了永久性修复的水平。对于具有独立养护职能的高速公路养护单位,采用大型热再生修路设备,无论从经济效益,还是公路养护质量,均具有明显的优势。
     沥青路面坑槽的修补质量除与修补材料的性能有很大关系外,还在很大程度上取决于坑槽修补的工艺方法。本文研究了实际养护作业中的冷料冷补、热料冷补以及热料热补3种工艺,认为冷料冷补作为应急性修补具有很好的适用性;而热料冷补适合雨天大量的坑槽修补;热料热补尽管初期设备投资较大,但通过病害修补的合理安排,其每次的养护成本并不高,并且修补的质量明显优于其他工艺,是高速公路养护单位日常养护的首选工艺。
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