公路沥青路面预防性养护技术探讨

2022-09-21 16:46:25 来源:写作指导

摘要:我国经济快速发展,政府有关部门加大了对公路的投资建设,并且在公路养护方面不断创新方式方法,节约养护成本的同时,实现科学、高效的养护作业,确保公路满足人们生产、生活需求。该文针对公路沥青路面预防性养护管理进行分析,分别阐述了沥青路面预防性养护概念、特点及原则,对公路沥青路面使用性能评价及预测方法进行分析,提出了预防性养护策略,并对不同养护方法性能及效果做了比较分析,不断提高公路预防性养护效果。

关键词:公路;沥青路面;预防性养护;路面效果

我国经济发展离不开公路运输发挥的资源交换功能,由于人口众多,利用率高,公路在日常运行过程中磨损严重,同时,由于我国地域辽阔,不同地域间气候、温度、使用强度不同,公路运营中不可避免出现表层剥落、断裂、坑槽等病害发生。如果公路管理部门不能及时发现并采取适当措施及时止损,会加速路面损坏,导致交通事故。沥青路面力学强度好,车在路面上运行可以降低振动,减少噪音,我国公路沥青路面占比超过85%,但由于公路使用年限固定,为了提高公路在使用年限获取最大社会效应,保持公路使用品质,交通部门提出了对公路的日常养护。由于公路维修会发生巨大成本,会限制交通出行,制约地方经济发展,因此,公路运营中应提高巡线频次,不断探寻更加科学的预防性养护策略。

1沥青路面预防性养护概念、特点及原则

1.1概念

通过对沥青路面的使用性能、耐久性展开分析,沥青路面养护根据变化规律划分包括预防性和矫正性两部分。其中,预防性养护是公路实用性能及耐久性下降40%阶段,及时发现路面出现病害,及时采取养护措施,可以控制养护投资成本,获得更加的养护效果。预防性养护可以遏制公路病害进一步扩大,改善路面结构,延长公路使用寿命[1]。矫正性养护属于被动养护,在预防性养护阶段之后,路面表现为全局性损坏,养护成本及养护难度加大。

1.2特点

沥青路面预防性养护是路面日常出现微小损坏及时处理,阻止路面进一步恶化,养护过程中应注重养护时机的合理性,养护周期的规律性,加强预防性养护过程中的机械化应用,确保路面使用性能符合行业相关标准,保障人们行车安全。

1.3原则

首先,养护方案应具备可行性。养护方案是施工作业的指导,包括人员确定,养护工具、养护材料、施工各环节的衔接等,保障路面养护的指标要求,选取的施工工具应符合道路工程实际。其次,应发挥施工方案作用,选择成本低、质量优、操作便捷的养护方案,养护应注意道路的平整度、抗滑性等,做好防水措施,保障养护方案满足道路通行后需求。

2公路沥青路面使用性能评价及预测方法

2.1公路沥青路面使用性能

第一,功能性。路面功能性是确保道路车辆通行体验感的基础,车辆通行体验感受指标主要考量路面是否平整,车内悬挂系统振动,以及行车人感知。随着道路通行年限过程,受承载力及环境限制,路面会出现凹凸不平,影响道路基本功能,给道路车辆通行带来不舒适感,因此,相关部门应加强对道路养护的重视。第二,结构性能。路面结构性能包括路面的平整度,路面结构完好才能确保车辆通行质量,也是交通道路管理部门关注的重点。对于新修建的道路,为了控制道路日常病害发生,应全面分析路面各项指标,综合判断具体养护措施,避免病害情况恶化。如果病害不可遏制,将对道路采取矫正性养护[2]。第三,承载力。路面承载力根据使用年限及通行荷载确定,承载力越低,路面损坏愈加严重,道路管理部门应对各路段承载力监控,根据弯沉值大小评定。第四,安全性。沥青路面抗滑性能是判断道路安全性的基础,如果车辆行驶过程中,道路摩擦力下降,易在行车过程中出现滑移,给行车带来严重安全隐患,应根据摩阻系数及抗滑指数来衡量道路安全性能,如果道路抗滑性能下降,应采取适当措施整改。第五,美观性。道路美观性主要考核反光、炫目等,随着人们对道路要求的提高,道路设计融合了美学,也是人们对现代公路的审美意识增强的标志。

2.2公路沥青路面使用性能的检测

2.2.1路面平整度检测

路面平整度可以为道路使用者带来舒适感,也是衡量路面质量的主要参数。根据当前技术水平,检测路面平整度主要借助反应类检测和过断面类检测。反应类检测是将传感器和显示器安全在通行的车辆上,运用RRDAS平整度测试车、BPR平整度仪、PCA仪等设备检测。断面类检测是采用水准测量、纵断面分析仪测量等。近年来,激光技术广泛应用到路面平整度测试中,提高了测试效率。

2.2.2路面弯沉检测

路面通行使用一段时间,会受到荷载及环境因素影响遭受到损坏,通过对路面破损情况了解,判断路面破损对车辆行驶质量的影响,一般破损主要表现为裂缝和车辙两种情况。我国相关行业对路面破损率及坏板率提出了明确要求,规范了道路数据参考指标。式(1)中,DRa为路面破损率;Ai为路面破损中的调查面积;wi为破损权重。路面弯沉检测是管理过程中的重要参考指标,对路面结构承载力不足区域进行弯沉检测,可以预测路面使用年限。弯沉值大小直接决定路面结构承载能力。检测设备锤式弯沉仪(FWD)广泛应用在公路检测环节,安全系数高,数据精准,检测便捷[3]。可以模拟多种行车荷载。弯沉检测可以参考结构强度系数。式(2)中,Ir为路面允许弯沉;I0为路面实测弯沉。

2.2.3路面抗滑性检测

车辆在路段行使中,当驾驶员做了刹车动作而车速没有降到原有速度,表明路面摩擦力下降,存在滑移风险,抗滑能力与路面摩擦系数有直接关系,因此,应对车速、轮胎磨损情况以及路面干燥程度综合分析。抗滑能力检测仪器较多,目前我国应用广泛的为横向力系数常规检测仪(SCRIM),具有使用便捷,检测精度高的优势。公路养护过程中,运用该仪器可以及时反映出路面摩擦系数,抗滑能力及时表现。SFC=P/SF(3)式(3)中,P为垂直荷载;SF为横向力。

3公路沥青路面预防性养护技术

3.1裂缝填封类预防性养护方法

路面基层及路床被水深入后会发生水破坏。因此应加强对裂缝的处理。根据材料不同可分为如下几种:第一,普通热沥青或改性热沥青灌缝。沥青可以补充裂缝,阻止路面水分深入,可以选择粘度大的橡胶改性沥青。具体操作,可将沥青加热至150℃左右,将液态沥青灌入公路裂缝内,当沥青保持常温状态下,可以开放通行,这种养护方式便捷,成本低廉[4]。但由于缺乏完善的施工准备,缝隙内的杂物不能全部清理,沥青不能完全融合与裂缝内,导致强度难以保障,容易出现渗透。尤其在高温环境下,沥青材料会出现膨胀而外溢,影响路面美观度。在低温环境下,沥青材料收缩,而导致与裂缝边缘出现断裂,影响路面的耐久性。第二,溶剂型常温改性沥青材料灌缝。该工艺是将沥青中加入改性剂,确保该材质在低温环境下保持渗透性能。施工过程中可以不需要加热工序,每天填缝速度可达到1000m左右,可维持3~5年。溶剂型改性沥青灌缝由于价格昂贵,平均10元/m,一般公路会因价格因素选择放弃该种方法。溶剂型改性沥青灌缝主要是将其灌入容器内,通过气泵加压作用,推向道路裂缝中。第三,灌缝胶处理裂缝。目前密封胶运用率较高的为美国Kore公司爱特易国际公司研制的灌缝胶,该物质主要从石油中提炼。灌缝胶主要通过化工合成,另外是通过石油产品改性得到,根据气候因素,应不断加强养护材质的耐久性。灌缝胶抗拉性、回弹性较强,具有一定的抗低温性能和黏附性能。工艺流程为施工放样、清理裂缝杂物、灌入封胶、养护修缮等环节。第四,抗裂贴处理裂缝。抗裂贴适用于条状裂缝,包括沥青和土工膜两种材质,发挥应力扩散作用。抗裂贴一般用于路段表面沥青混合料缺乏应力,如果灌缝修复,路表水会随着沥青松散的结构深入路床,抗裂贴可以去除缺乏强度的沥青,提高抗渗透效果。施工步骤为切槽并清槽、灌密封胶、涂地层油、铺抗裂贴、铺设新路面。

3.2表面涂刷(喷洒)型预防性养护方法

第一,雾封层。沥青材料随着昼夜温差影响,夜间温度降低会导致沥青与裂缝之间出现间隙,随着雨季的到来,极易将路面水分渗透到地层结构中,如果养护不及时,会加剧裂缝恶化,成为网裂或坑槽状况。常规雾封层养护是在沥青路面上喷洒较薄的乳化沥青,在裂缝中起到填充作用,恢复路面的功能性。雾封层具有防渗、密封功效,延长路面使用寿命,提高路面功能性,雾封层喷洒工艺应与沥青面层保持均匀分布,控制病害问题,减少养护费用。技术要点是应确保乳化沥青深入裂缝,提高防水性能及抗磨耗性能,乳化沥青喷洒量应保持0.3L/m2左右。第二,还原剂封层。传统沥青路面养护一般以铣刨翻修或者加铺为主,为了控制养护成本,一般采取铣刨翻修形式,但由于对环境污染较大,采取还原剂封层技术,可以在病害路段运用还原剂涂料恢复,提高沥青延展性与柔韧性,延长道路使用年限3~5年左右。还原剂封层技术具有结构密实,避免水、光照引起沥青老化。发挥还原剂渗透性,提高沥青抗变形能力,还原剂在沥青路面中最深渗透可达1.5cm左右,提高对昼夜温差的适应力,对抗滑性能不产生影响。还原剂材料由石油蒸馏液、煤焦油及树脂石油乳剂等组成,呈液态、黑色油状物[5]。还原剂封层施工技术要点要求施工前2日渐路面沥青面层杂物清理,保持路面干燥,确保气温高于10℃,路面养护前,应对还原剂封层材料搅拌,避免储存稳定性影响施工效果。如果养护范围较大,应借助喷洒设备,发挥信息电控技术效果,确保材料的均匀性。

3.3封层类预防性养护方法

封层类养护包括稀浆封层、石屑封层、同步碎石封层几种,通过现代化机械将专项配比的沥青混合料铺洒在路基沥青层,恢复抗滑性,修补渗水性能及平整度。稀浆封层是运用集料配合矿粉和石灰在乳化沥青的作用下搅拌,稀浆封层中物料渗入路面裂缝,可以迅速修复路面病害,材料包括乳化沥青、集料、水、矿物填料。施工过程包括摊铺前准备、标高测量、接缝处理、稀浆封层设计、养护等过程。石屑封层一般以单层为主,设计简单,节约施工成本。但由于通车初期,撒布的集料易脱落,易产生噪音,一般运用于低等级公路中。技术要点应注重沥青、集料的粘结性,改善集料级配,增加集料粒径。同步碎石封层可以减少路面开裂,具有防渗性、耐久性、抗滑性等特点。所需材料包括沥青、集料。集料应注意针片状含量不掺杂泥土,压碎值不低于14%。沥青根据季节、路面等级、施工温度限制,用量随之增减,秋季沥青用量可以适当增加5%。同步碎石封层施工工艺在摊铺过程中应注重撒布均匀,应根据道路实际设置铺筑机械的喷嘴高度,保持沥青温度恒定,避免沥青膜厚度不均匀。粒径过大影响平整度,粒径太小会导致抗滑性能下降,集料压碎不超过14%。

3.4罩面类预防性养护方法

罩面养护分为冷薄层、热薄层、温薄层这3种。其中冷薄层罩面可以节约资源、降低污染、延长施工季节。热薄层罩面技术具有表面抗滑性,高温稳定性、抗水损坏能力、防止泛油、养护方案灵活。主要类型包括AC罩面、SMA薄层罩面、SAC罩面、橡胶粉改性沥青混合料罩面等。温拌沥青混合料罩面对环境的污染小,节省染料,对环境污染小,环节沥青老化现象,延长公路使用年限。

4不同类型预防性养护技术比较与分析

普通热沥青或者改性沥青灌缝适应裂缝宽度在5~8mm以内,操作便捷,成本低廉,但受温度影响,灌缝料易老化。溶剂型常温改性沥青灌缝不需要加热,适应路面5mm以下裂缝,但缺乏安全性,成本较高。密封胶灌缝适合路面裂缝宽度8mm以上,封面效果好,但由于需要开槽作业,施工工艺复杂。抗裂贴方法适用于适合公路混合料松动,优点是可以控制水分渗透,但工艺复杂,作业面缺乏安全性。压缝带方式适用于裂缝面层混合料好路段,具有防水、弹性好、施工便捷,但成本较高[6]。同步碎石封层适用于纵横裂缝,渗水、不平整的龟网裂路面,可以对10cm以上车辙修复,但控制难度大,存在一定安全风险。封雾层、还原剂封层适用于老化严重路段,可以保护旧氧化沥青路面,延长沥青路面使用寿命,但会对路面抗滑性造成影响。稀浆封层适用于块裂、渗水路面,对裂缝、坑槽等病害路段起到修复和预防作用,但由于乳化沥青破乳时间长,交通限行时间长。微表处封层及时适用于重度泛油、车辙深度大于40mm以上,渗水路面,对改善路面外观,抗裂缝、修复车辙具有良好改善效果。

5结语

该文针对公路沥青路面预防性养护进行分析,阐述了当前预防性养护的概念、特点、原则,分析了路面平整度、承载力、抗滑性能,针对不同病害采取相应的养护工艺、材料选择及施工方法进行了对比分析,确定了不同养护技术下使用范围,对公路预防性养护提供实践参考。

作者:蔡桂玲 单位:盘山县交通事务服务中心