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高模量沥青混凝土的应用

     

                           文章作者:《中国高速公路》 来源:湖北散装水泥信息网

 

  随着我国经济的不断发展和繁荣,公路的交通量日益繁重,超载和渠化交通现象日趋严重。重交通、重荷载和渠化交通对沥青混凝土公路的直接影响就是车辙。

  在我国由于使用半刚性或刚性基层和坚固、耐磨性集料,施工时又采用压实度和最大理论密度双控体系,因此发生结构性车辙、磨损性车辙、压实性车辙的可能性较小,流动性车辙已经成为目前沥青路面车辙的最大类型。

  流动性车辙主要是由沥青混合料的高温抗剪切强度不足而产生的流动变形形成的。这种变形的轻重程度与沥青混合料本身的高温稳定性直接相关,已经成为我国目前公路和高速公路的棘手病害。

  提高沥青混合料高温稳定性的有效方法之一就是采用高模量沥青混凝土(High Modulus Asphalt Concrete,HMAC),以期减少车辆载荷作用下沥青混凝土产生的应变,以及减少沥青混凝土不可恢复的残余变形。

  高模量沥青混凝土(英文简写HMAC,法语简写EME)是指45℃,10条件下动态模量达到2000以上或45℃,0.IHz条件下动态模量达到500Mpa以上的沥青混合料。高模量沥青混凝土是由低标号硬质沥青或在粘稠石油沥青中添加高模量沥青混凝土外加剂以及一定级配的集料组成。其特点是模量高、抗剪切能力强。

  因此,在流动性车辙成为目前公路和高速公路最主要病害的情形下,使用高模量沥青混凝土已经成为必然。

  高模量沥青混凝土研究现状

  高模量沥青混凝土的研究始于欧洲,但是随着长寿命沥青路面研究的展开,这一研究引起了世界范围的关注。

  法国是世界上最早开展高模量沥青混凝土研究的国家,并于1981年将高模量沥青混凝土作为基层应用于旧路面结构的补强。目前法国经过二十多年的研究形成了高模量沥青混凝土(EME)标准NFP98—141,对配合比设计方法和结构设计均有特定的方法。

  英国于1994年开始对高模量沥青混凝土进行研究,并建立长寿命路面的耐久性研究项目,主要针对高模量沥青混凝土的抗老化、抗裂性能进行研究。

  意大利通过对高模量沥青混凝土和三种改性沥青混合料基层的对比研究,分析了高模量沥青混凝土的路用性能及其提高基层承载力的实际效果,提出了正确使用高模量沥青混凝土基层的要点。

  葡萄牙针对炎热的气候,修筑了高模量沥青混凝土试验路,通过对试验路抵抗车辙能力的研究和总结,为预估高模量沥青混凝土车辙量提供依据。

  美国在2004年发起了对高模量沥青混凝土作为长效性沥青路面中、下面层的研究,并着重于高模量沥青混凝土设计方法和成本的研究。

  国内在高模量沥青混凝土研究方面尚处于起步阶段,没有成熟的经验可以借鉴。

  为此,交通部西部交通建设科技项目管理中心于2005年启动“高模量沥青混凝土应用技术研究”,该项目由辽宁省交通科学研究院承担,中国石化石油化工科学研究院、辽宁省高等级公路建设局参加。经过近两年半的科技攻关,项目于2008年4月通过验收。该研究在国内率先提出了以提高沥青混凝土模量作为解决路面高温稳定性不足的技术途径研究开发了高模量低标号沥青和高模量沥青混凝土外掺剂在铺筑试验路的基础上提出了施工工艺和质量控制指标。

  长沙理工大学郑健龙教授采用低标号30号沥青结合郑石高速试验段和室内系统研究,提出了高模量沥青混凝土路面的结构力学模型以及中下面层采用高模量沥青混凝土可以有效减少中上面层的流动性车辙。

  长安大学沙爱民教授对高模量沥青混凝土路面应用进行了研究,在室内试验成果的基础上采用70号沥青结合河南抚项高速的修筑以及通车后的检测结果,经过两年多的试验研究得出的结论主要有:提出了能够进一步提高抗车辙能力和降低沥青用量的适用我国沥青路面修筑的HMAC级配选用方法提出了以我国现行沥青混合料马歇尔设计方法为基础HMAC配合比设计方法结合路面实体工程的铺筑提出了HMAC路面的施工工艺。

  东南大学钱振东教授对高模量沥青稳定碎石性能进行试验提出了高模量沥青稳定碎石的疲劳性能方程。

  河北工业大学和天津公路处通过对克拉玛依30号硬质沥青和混合料优化研究,提出沥青路面中面层混合料的优化级配。

  通过对HMAC国内外研究现状分析可知:高模量沥青混凝土主要作为基层或连接层(相当于我国的中面层),解决沥青混凝土路面的流动性车辙问题。

  高模量沥青混凝土在我国的应用

  虽然我国的高模量沥青混凝土的研究起步较晚,但是面对日益增加的流动性车辙病害,国内已将开始采用高模量沥青混凝土来解决这一世界性难题。

  高模量沥青混凝土在我国的应用大体可分为三个阶段:

  摸索阶段(2000年-2005年)

  2 0 0 0 年法国P R 公司在中国推出PR.PLAST.S产品(简称PR.S),中国开始引入了高模量沥青混凝土概念。但当时法国公司在中国是以抗车辙的名义进行推广,并于2001年在运三高速上面层开始使用。随后很多高速路和重载路面相继成规模使用。

  研究应用阶段(2006年)

  在抗车辙剂普遍使用后,我国的道路流动性车辙问题并没有完全解决,依然困扰着整个行业。于是交通部西部交通建设科技项目管理中心“高模量沥青混凝土应用技术研究”在2005年启动,我国开始自主研究解决沥青道路的流动性车辙的方法。这一时期的研究和应用着眼于长寿命路面结构和各结构层的组成和作用,并相继在实体工程中铺筑试验路或试验段进行长时间段的跟踪研究,为我国的长寿命路面修筑奠定基础。其中2006年在抚顺---南杂木高速公路路面中面层铺筑了2.7公里,鹤岗一大连二级公路(东港段)路面上面层铺筑了2公里试验路,成为我国自主解决流动性车辙的肇始性实体工程。虽然这些实体工程中高模量沥青混凝土的高温性能毋庸置疑,但是其低温性能和防水性能仍需长时间的检验。

  开始推广阶段(2009年)

  随着2008年4月15日“高模量沥青混凝土应用技术研究”项目在沈阳通过验收,我国的高模量沥青混凝土应用逐渐步入推广阶段。虽然高模量沥青混凝土的低温性能和防水性能仍待观察,但是将其作为基层或中面层来解决流动性车辙是有效的。因此各地交通部门和市政道路公司纷纷开始和设计部门合作将其作为中下面层进行推广。我国的石油炼制部门也不失时机的推出了低标号沥青如克拉玛依、中海油、欢喜岭等的30、50号沥青,这都为高模量沥青混凝土的推广创造了条件。

  结语

  流动性车辙已经成为我国沥青道路和公路路面的主要病害,高模量沥青混凝土作为有效解决手段之一,尤其是在炼厂已经能够开始生产低标号硬质沥青的情况下,应该将其作为中下面层进行推广应用。在推广应用时,应该注意到我国地域辽阔、气候不一的特点,采取适宜的高模量沥青混凝土结构。

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