3洛三灵JLLM2标NovaChip改性沥青超薄磨耗层施工技术.docx
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3洛三灵JLLM2标NovaChip改性沥青超薄磨耗层施工技术
洛三灵JLLM-2标NovaChip改性沥青超薄磨耗层施工技术
朱保锋刘忠梅
(东盟营造工程有限公司)
摘要:
洛三灵高速是连霍高速在河南省境内的一部分,因车流量大、重载车辆多,在使用过程中发生了路面坑槽与车辙。
为了提升路面的使用性能,同时本着节约成本保持道路畅通的原则。
业主在设计单位与技术指导单位的咨询下,设计施工了改性沥青超薄磨耗层。
该磨耗层施工速度迅捷,有着较好的抗车辙和降噪、提高宏观构造深度的优点。
工后改善了车辆的行驶舒适性,提升了车辆行驶的安全性。
关键词:
超薄磨耗层施工总结
1基本情况
1.1工程概况
连云港-霍尔果斯高速公路(连霍高速)洛三灵段于2001年12月建成通车,起点位于洛阳立交西650m(K695+600)处,终点位于豫陕界收费站(K901+000)处,全长205.4Km。
途径洛阳绕城立交、渑池服务区、渑池西停车区、观音堂立交、三门峡服务区、灵宝服务区及豫陕界服务区。
中间通过枢纽立交与G310、G209相连。
洛三灵高速位于山岭重丘区,路基宽度24.5m、设计速度100Km/h。
原路面结构自上而下依次为:
5㎝厚粗中粒式改性沥青砼AC-16上面层,5㎝厚中粒式沥青砼AC-20中面层,7㎝厚粗粒式沥青砼AC-25下面层,34㎝厚水泥稳定碎石基层,20㎝厚水泥稳定砂砾底基层;桥涵荷载标准为:
汽车-超20、挂车-120。
我项目承接的连霍高速洛三灵罩面JLLM-2合同段范围为K745+000-K792+000,路线全长47km。
主要施工内容包括:
2cm厚快速同步施工型改性沥青超薄磨耗层及其路面标线恢复。
1.2NovaChip改性沥青超薄磨耗层概述
NovaChip改性沥青超薄磨耗层系统是壳牌公司注册的一种针对交通负载大、路面性能要求高的高等级道路的路面养护解决方案。
NovaChip改性超薄磨耗层系统主要应用于高等级沥青路面或水泥路面的预防性养护和轻微病害的矫正性养护,也可以作为新建道路的表面磨耗层,是一种超长耐久的表面层,具有抗滑、抗车辙、抗磨耗的优良性能。
NovaChip是将15-25mm厚的NovaBinder沥青混合料摊铺在NovaBond改性乳化沥青粘层上,使用专用的设备进行施工,改性乳化沥青粘层喷洒和改性热沥青混合料摊铺同时进行,经压路机压实以后一次成型。
NovaChip改性沥青超薄磨耗层主要可以解决如下路面问题:
路面出现轻微到中等病害,需要经济有效的养护,以改善录用性能,延长使用寿命;
路面光滑,摩擦系数不够或路面纹理深度不足,需要改善行驶质量;
路面出现轻度裂缝,轻微剥落等情况,需校正表面缺陷;
行驶过程中路面噪音过大,需要减少路面-轮胎噪音;
路表面横向排水不畅,需要改善表面排水等。
2超薄磨耗层施工设备
根据工程需要和该结构层设计施工的需要,我项目投入的设备见表1。
施工设备一览表表1
序号
机械设备名称
规格型号
台(辆)数
备注
1
拌合设备
河南南阳产3000型
1
1000-3000型均可
2
摊铺机
福格勒1800-2
1
3
双钢轮压路机
DD1300、厦工XG6131D
2
12吨及以上
4
智能沥青洒布车
SX5160GLQ
1
带加热和循环系统
5
铣刨机
W2000
1
宽度1米或2米
6
滑移机
S160
1
大大减少人工工作量
7
运输车
自卸车
15
目前国内摊铺超薄磨耗层的摊铺机有两种型号:
一种是福格勒1800-1,一种是福格勒1800-2。
两个摊铺设备差异不大,主要区别在于一代设备的NovaBond乳化沥青喷洒位于熨平板和摊铺机履带之前,喷洒宽度可以随摊铺宽度自动调节,且乳化沥青存储罐一次能存储4吨乳化沥青;二代设备较一代设备体积小,而且其乳化沥青存储罐一次只能存储2吨,它的NovaBond乳化沥青喷洒系统位于履带两侧和受料斗下沿,喷洒宽度可以随熨平板伸缩自由调节。
3原材料主要技术指标
3.1改性沥青和改性乳化沥青
采用西安壳牌有限公司生产的NovaBinder改性沥青和NovaBond改性乳化沥青,该改性沥青和改性乳化沥青为NovaChip沥清混合料专用原材料,采用特殊的配方进行设计,能够实现热混合料层和下承层的有效粘结。
和普通的改性沥青相比,NovaBinder改性沥青具有较高的粘度。
与普通的乳化沥青相比,NovaBond改性乳化沥青有着较高的蒸发残留物含量,达到了65%以上,且破乳速度为快裂,在施工时要求喷洒温度为60-80℃。
NovaBinder改性沥青指标要求及检测指标见表2、NovaBond改性乳化沥青指标要求及检测结果见表3。
NovaBinder改性沥青表2
检测项目
要求
检测结果
备注
针入度(25℃,100g,5s)
≥50(0.1mm)
61
合同段自检
延度(5℃,5cm/min)
≥20(cm)
39
软化点(环球法)
≥75(℃)
86.0
旋转粘度(135℃)(Pa.s)
≤3.0
2.230
外委检测
河南省公路
研究所检测
离析、软化点差(℃)
≤2.0
0.5
测力延度比4℃、5cm/min
≥30%
89
弹性恢复(25℃)(%)
≥90
97
RTFOT试验后
质量变化(%)
≤±1.0
0.04
针入度比(%)
≥60%
90
延度(5℃,5cm/min)
≥15cm
29
NovaBond改性乳化沥青表3
检测项目
要求
检测结果
备注
蒸发残留物含量(%)
≥65
67
合同段自检
残留物针入度(25℃,100g,5s)
60-150(0.1mm)
75
残留物延度(5℃,5cm/min)
≥20(cm)
43
赛波特粘度试验(25℃,S)
20-100
未进行送检
存储稳定性试验(24h,%)
≤1.0
筛上剩余量试验(%)
≤0.05
蒸馏后石油馏分(%)
≤2.0
弹性恢复(%,10℃)
≥60
3.2集料
采用河南省渑池县西阳博达石料厂生产的5-10mm碎石和0-3mm的机制砂。
NovaChip作为表层,直接承受交通荷载,所用粗集料要求具有较高的抗磨耗性能,除要求做洛杉矶磨耗试验外,还要求进行微狄法尔磨耗试验,而目前公路工程集料试验规范上并没有微狄法尔磨耗试验相关规程,河南省公路检测单位并没有相应的资质检测改指标。
材料质量要求和检测指标见表4。
集料质量指标要求和实测值表4
检测项目
5-10㎜碎石
0-3㎜机制砂
要求值
表观密度
2.804
2.807
≥2.6
针片状含量(%)
9.1
---
≤15
磨耗值(%)
15.6
---
≤28%
坚固性(%)
1
---
≤12%
软石含量(%)
2.2
---
≤3.0%
P0.075通过率(%)
0.8
6.7
粗集料≤1.0
细集料≤15.0
砂当量(%)
---
74
≥60
亚甲蓝值(g/kg)
---
1.5
≤10
棱角性(s)
---
45.6
≥40
3.3矿粉
采用河南省渑池县,仰韶水泥有限公司生产的石灰岩的矿粉,其质量要求及检测指标见表5。
矿粉质量要求和实测值表5
检测项目
技术要求
检测结果
视密度
≥2.50g/cm3
2.618g/cm3
亲水系数
<1
0.7
粒度范围
<0.6mm颗粒含量100(%)
100
<0.15mm颗粒含量90-100(%)
100
<0.075mm颗粒含量75-100(%)
89.0
外观
无团粒结块
无团粒结块
4混合料组成设计
4.1目标配合比设计
由于该工程进场快,施工期短,在我项目进场前就由河南省通和高速公路养护工程有限公司委托壳牌(中国)有限公司北京试验中心完成NovaChip沥青混合料的目标配合比设计及验证工作。
设计采用Superpave旋转压实成型方法,体积性能指标的计算方法与Superpave沥青混合料设计标准相同。
NovaChip沥青混合料采用间断级配设计,属于骨架空隙结构。
改结构的级配在1.18mm筛孔以上的筛孔质量通过百分率类似SMA-10的矿料级配,但与SMA不同的是,没有较多的细料填充料。
1.18mm以下筛孔通过率类似密级配沥青混合料AC-10的筛孔要求质量通过百分率。
目标配合比设计过程中,试验室拌合温度为170℃,压实温度为160℃,旋转压实仪的单位压力为600KPa,设定旋转压实次数为100次,不同沥青用量下的混合料体积性质见表6。
旋转压实不同沥青用量下混合料体积性质表6
沥青用量(%)
设计压实次数下
油膜厚度
(um)
空隙率(%)
VMA(%)
VFA(%)
4.0
14.2
22.0
35.5
8.9
4.4
13.4
22.1
39.5
10.0
4.8
12.0
21.7
44.7
11.0
5.2
10.7
21.4
50.0
12.1
技术要求
≥10
≥20
25-45
>9.0
NovaChip沥青混合料属于排水结构层,空隙率要求大于10%,所以在测定毛体积密度时采用体积法。
根据体积性能建议要求和最小油膜厚度要求,确定最佳沥青用量为4.7%,混合料的合成级配见表7。
混合料设计级配表7
筛孔尺寸(㎜)
13.2
9.5
4.75
2.36
1.18
0.6
0.3
0.15
0.075
TypeB
100
96.1
30.0
24.1
14.6
10.2
7.5
6.0
4.8
级配范围
100
85-100
25-35
23-30
12-22
8-16
6-12
5-10
4-7
4.2生产配合比设计
4.2.1级配组成
根据NovaChip沥青混合料目标配合比设计结果,我部试验室进行了拌和楼的流量试验,拌和楼对冷料经过热提进行了二次筛分,试验室取各热料仓热料进行生产配合比级配设计。
热料仓集料筛分结果及合成级配见表8。
热料仓集料及矿粉筛分结果及合成级配表8
筛孔尺寸(㎜)
比例(%)
13.2
9.5
4.75
2.36
1.18
0.6
0.3
0.15
0.075
热料3#6-11mm
68
100
100
97.1
3.6
0.4
0.4
0.4
0.4
0.4
热料2#仓3-6mm
3
100
100
57.7
1.3
0.3
0.3
0.3
0.3
0.3
热料1#仓0-3mm
26
100
100
100
75.8
44.0
23.2
15.2
9.4
6.2
矿粉
3
100
100
100
100
100
100
100
100
89.0
合成级配(%)
100
98.0
33.2
23.0
14.7
9.3
7.2
5.7
4.6
要求(%)
100
85-100
25-35
23-30
12-22
8-16
6-12
5-10
4-7
4.2.2密度试验
热料仓集料及填充料相对密度试验表9
热料仓集料密度及填充料相对密度试验结果表9
检测项目
3#仓
2#号仓
1#号仓
矿粉
沥青相对密度
表观相对密度
2.815
2.814
2.806
2.624
1.030
毛体积相对密度
2.755
2.756
2.734
-
-
备注:
我项目未采用旋转压实仪进行全套的生产配合比设计,也没有购买旋转压实仪。
根据业主要求和以往的施工经验,认为同样的沥青混合料在同样的压实和击实温度下,马歇尔空隙率较旋转压实空隙率高1%-2%。
因此在生产配合比设计过程和施工过程质量控制时我项目采用的是马歇尔击实法,双面各击50次。
受试验条件和时间限制,我项目并未进行室内混合料拌合成型马歇尔试件,在生产配合比设计过程中仅仅是依懒目标配合比设计结果,进行了级配合成和理论密度确定工程。
4.3生产配合比验证
在生产配合比合成级配设计的基础上我项目部进行了NovaChip沥青混合料的试拌,试拌各个热料仓的比例为6-11mm仓:
3-6mm仓:
0-3mm仓:
矿粉=68%:
3%:
26%:
3%,试拌结果马歇尔试验结果见表10、抽提级配及沥青含量试验结果见表11。
NovaChip沥青混合料试拌马歇尔试验结果表10
级配
类型
油石比
(%)
稳定度
(KN)
流值
(0.1mm)
空隙率
(%)
VMA(%)
饱和度
(%)
毛体积
相对密度
计算最大
理论密度
NovaChip
4.9
12.76
25.6
12.5
21.5
41.6
2.263
2.587
备注:
马歇尔击实初始温度为160℃,双面各击实50次,采用体积法测定试件的毛体积密度。
NovaChip沥青混合料试拌抽提试验结果表11
筛孔尺寸(㎜)
12.5
9.5
4.75
2.36
1.18
0.6
0.3
0.15
0.075
通过百分率(%)
100
93.5
33.3
25.1
18.1
12.1
8.9
7.2
4.3
要求(%)
100
85-100
25-35
23-30
12-22
8-16
6-12
5-10
4-7
抽提油石比为5.02%。
4.4结论
综合试拌试验结果,我部认为采用生产配合比的热料仓掺配比例,最佳油石比为4.9%,经过我部租用的3000型沥青拌合楼拌制的混合料能够满足NovaChip沥青混合料各项体积指标的要求。
5施工工艺
5.1施工准备
5.1.1机械设备准备
摊铺设备:
超薄磨耗层属于旧路养护的新型结构,其使用设备也是国内少有的福格勒专用摊铺机(图1)。
改摊铺机的摊铺速度可达15-20米/分钟,要求摊铺机必须包含受料斗、传送带、乳化沥青储罐、NovaBond喷洒和计量系统、宽度可调节的振动熨平板等部分。
设备能够一次性完成乳化沥青粘层的喷洒、热沥青混合料摊铺及熨平。
在乳化沥青喷洒后5秒钟内进行热沥青混合料摊铺。
在热沥青混合料摊铺之前,摊铺机履带或其它部位不能接触喷洒在路面上的乳化沥青。
福格勒1800-2摊铺机图1
碾压设备:
2-3台国内一般的12吨双钢轮压路机就可以满足施工需求。
乳化沥青加热设施:
智能沥青洒布车(带加热及沥青循环功能)。
5.1.2施工环境
现场气温不得低于10℃,设立相应的交通限行标志,禁止车辆通行。
5.1.3工作面的准备
老路面的病害调查彻底处理后方可施工超薄磨耗层。
由于超薄磨耗层自身的要求,大于1CM的车辙必须全部精铣刨后,采用空气压缩机除去路面及缝隙内的灰尘和杂物,或路表面采用清水清洗,保证路面完全干燥并晾晒至少24小时后施工下道工序。
在施工超薄磨耗层前,需对原路面进行拉毛处理,拉毛后必须彻底清洗,达到路面没有任何杂物、灰尘、松散和不稳定颗粒、粘结的粉浆。
精铣刨及清扫后的效果图图2
5.2现场施工
5.2.1摊铺
本养护项目因连霍高速车流量非常大,半幅封闭施工会造成大范围的交通拥堵或导致交通瘫痪,故采用单机四分之一车道封闭施工。
在前场一切准备就绪后,通知拌和站拌料,混合料运输车辆开始运输,同时进行摊铺机的就位准备工作。
摊铺前确定一条摊铺起始线(以后可为每天施工结束后的横缝),摊铺机退至线后一个机位开始喷洒改性乳化沥青,当熨平板行驶至起始线正上方时,停机受料,准备正常摊铺,全程采用接触式电脑控制摊铺。
NovaBond改性乳化沥青在60-80℃的温度下喷洒,设计喷洒量为1.0L/m2,我标段施工过程中,喷洒量控制在0.8L/m2左右,粘结效果完全能满足质量需要。
NovaChip沥青混合料在150-170℃条件下摊铺比较合适,在施工过程中应随时检查摊铺机乳化沥青的喷洒情况,防止管道堵塞造成表面漏洒的情况。
施工前确保摊铺机的熨平板有足够的加温时间,通常熨平板的温度应保证在100℃以上。
由于NovaChip沥青混合料为断级配沥青混合料,公称最大粒径为9.5mm,沥青混合料的均匀性很好,一般不需要人工处理离析和更换混合料,在施工过程中,尽量减少施工人员的踩踏。
超薄磨耗层摊铺效果类似SMA路面,摊铺后的表面效果见图3。
超薄磨耗层铺面效果图3
5.2.2碾压
碾压必须在摊铺表面温度降至90℃之前进行。
用两台9~12吨的双钢轮压路机碾压三遍。
压路机不能静止停留在刚刚摊铺好热沥青混合料表面上。
必须在NovaChip摊铺后立刻进行压实。
压路机必须维护良好,具备可靠的操作稳定性,自动喷水装置应可调节,以控制喷水量,同时钢轮刮板的间隙应做到经常检查,防止新摊铺热沥青混合料粘在碾压辊上。
碾压通常以静态方式进行,根据现场实际情况确定碾压操作宽度,新的路面在碾压完成,路面温度≥50℃之前不能开放交通。
5.2.3接缝处理
横向施工缝全部采用平接缝。
在施工结束后用三米直尺沿纵向位置,在摊铺段端部的直尺呈悬臂状,以摊铺层与直尺脱离接触处定出接缝位置,先横向锯切一道缝,再人工铲除接缝以外的沥青砼。
继续摊铺时,应将接缝处清理干净,并涂少量粘层乳化沥青,摊铺机熨平板从接缝处起步摊铺,碾压时用钢轮压路机从先铺路面上跨缝逐渐移向新铺面层。
纵向接缝为本项目的施工隐患防治重点,由于道路通行的需要,本项目纵向接缝全部采用冷接缝。
为了保证纵向施工缝的拼接质量,首先在摊铺时要在接缝处安排有经验的设备操作手,保证一次摊铺过后接缝处混合料饱满、平整,配备一名专职纵缝检查修复人员紧跟摊铺机,对布料不饱满的位置进行人工再次补料修复;其后钢轮压路机立刻骑缝20-30公分开小振碾压,保证碾压过后接缝平整、无空隙,我项目纵向接缝效果见图4。
纵向接缝效果图图4
5.2.4标线恢复
原路面两条白色热熔普通标线和中间一条虚线分道线,在超薄磨耗层施工之前,已经拉毛处理掉。
罩面后需重新划设标线,分别为中央分隔带处为黄色热熔突起型震荡标线;分道线仍为九六式白色热熔普通型虚标线;边线为白色热熔突起型震荡标线。
待摊铺碾压过后即可同步施工新型标线,标线施工结束后半小时便可以开放交通。
标线施工图图五
5.3施工质量检测
施工过程中质量控制主要是油石比、级配和现场厚度、摩擦系数、构造深度及平整度指标。
经对施工过程的检测结果分析,室内油石比和级配满足设计和规范的要求,现场测试结果比较稳定,摩擦系数在60-70BPN范围内,构造深度均在0.9-1.1mm范围内,较高的摩擦系数和较稳定的构造深度从根本上提高了路面的抗滑性能。
路面平整度采用连续式平整度仪检测结果在1.0mm左右,个别处在1.5mm左右,大大改善了行车的舒适性。
6施工过程中的难点与解决办法
6.1改性乳化沥青的喷洒
6.1.1施工中的难点
NovaBond改性乳化沥青要求喷洒温度为60-80℃,低于60℃就会出现不喷或大面积露白现象,且要求摊铺机加压泵速达到230-270转/min,喷洒气压达到5.5-7.5MPa以上才可以正常喷洒。
我项目采用的福格勒1800-2摊铺机乳化沥青存储罐一次仅能存储2吨乳化沥青,按0.8L/M2的洒布量计算,单车道施工250米就要停机添加一次乳化沥青。
添加次数频繁,影响施工进度,在环境温度低的情况下,容易造成停机处混合料温度下降,摊铺表面粗糙不密实。
6.1.2解决方法
摊铺机如何更快的完成改性乳化沥青的添加,是确保施工连续和质量控制的关键。
我项目总结经验如下:
⑴、自制一个20吨的水循环加热乳化沥青储存罐,用炭火把水温控制在90-100℃,利用水温把罐内循环的沥青受热,保证其温度控制在75℃左右,即可备用(切忌用炭火直接加热沥青,容易造成局部沥青温度过高,沥青老化,堵塞管道)。
⑵、与乳化沥青厂家联系,提高出厂温度,保证乳化沥青的出厂温度达到75-80℃之间,选择保温较好的运输车辆,对车辆保温层加厚,然后运输至施工现场备用(运距短的情况下最佳)。
⑶、在现场停放一辆罐内带循环装置的智能洒布车,把导热油的温度控制在100-120℃之间,沥青温度加热至70-75℃即可备用。
乳化沥青的添加采用不需要烤泵的齿轮泵,只要接通电源就可以在5-7分钟之内完成。
6.2保通压力大、混合料运输困难
6.2.1交通管制的难点
连霍高速公路(高速公路编号G30),连接江苏连云港和新疆霍尔果斯,全长4395千米,途经6个省,是中国建设的最长的横向快速陆上交通通道,是国家高速公路网的横向骨干,地方上称之为“国脉”。
本项目位于河南省的洛三灵段,地处山区,长大纵坡较多,车流量大,交通事故频发经常堵车。
由于洛三灵段全长200多公里均在养护施工,养护施工队伍有30多家同时施工。
交通事故加上养护施工,我项目施工过程中,经常发生交通堵塞现象,有时堵车长达30多公里,导致我项目混合料运输车经常无法正常通行至施工段落,混合料在运输时间过长,导致混合料温度下降,影响我项目的施工质量。
而且项目公司、高交、路政树立了一切为保通让步指导思想,在交通堵塞的情况下,经常强制性要去我项目停止施工,把机械设备人员转移下高速公路,给我们的施工带来极大的不便。
6.2.2解决办法
为了保证沥青混合料的摊铺质量,我项目提高了沥青混合料的出场温度。
提高沥青混合料运输车辆的保温措施,在沥青混合料运输车车壁加棉被用铁皮包裹,并增加混合料的覆盖,采用双层棉被加篷布覆盖措施。
给混合料运输车司机讲解沥青混合料保温的重要性,要求他们积极配合混合料的覆盖工作,如每发现一次未覆盖和覆盖不严进行一定的经济处罚,这样有效的保证了沥青混合料的温度。
在保通压力、安全压力、政治压力巨大的前提下,我部积极采取措施,主动与外联单位进行学习和沟通,争取高交、路政的有力配合,加配保通人员,不断修改论证保通方案,强化安全生产教育,把社会车辆畅通行走放到施工第一位,精心组织,高效施工。
7结束语
超薄磨耗层施工结束后,大大改善了路面行车条件,提高了路面平整度,降低了行车噪音。
本文所列举的工艺和数值是我部在施工过程中的一点经验,因笔者水平有限,仅为以后路面养护施工提供借鉴、参考,如有不当,敬请指正。
参考文献
1、河南省连霍高速公路预防性养护工程NovaChip项目目标配合比报告。
2、河南省连霍高速公路2cm厚超薄磨耗层施工指导意见。
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