（機械工程專業(yè)論文）同步碎石封層施工技術研究.pdf

r r l 曲 r e s e a r c ho nc o n s t r u c t i n gt e c h n i q u eo f s y n c h r o n o u sc h i ps e a l ，一， y 鼉 ad i s s e r t a t i o ns u b m i t t e df o rt h ed e g r e eo fm a s t e r c a n d i d a t e ：d o n gq i a n g z h u s u p e r v i s o r ：p r o f j i a os h e n g - j i e c h a n g a nu n i v e r s i t y , x i a n ，c h i n a 爭 i i 0 ， 論文獨創(chuàng)性聲明 本人聲明：本人所呈交的學位論文是在導師的指導下，獨立進行研究工 作所取得的成果。除論文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，對論文的研究做出重 要貢獻的個人和集體，均己在文中以明確方式標明。本論文中不包含任何 未加明確注明的其他個人或集體已經(jīng)公開發(fā)表的成果。 本聲明的法律責任由本人承擔。 論文作者簽名： 出幺牡 z 夕。勺年上月廠日 論文知識產(chǎn)權權屬聲明 本人在導師指導下所完成的論文及相關的職務作品，知識產(chǎn)權歸屬學 校。學校享有以任何方式發(fā)表、復制、公開閱覽、借閱以及申請專利等權 利。本人離校后發(fā)表或使用學位論文或與該論文直接相關的學術論文或成 果時，署名單位仍然為長安大學。 ( 保密的論文在解密后應遵守此規(guī)定) 論文作者簽名： 彩互如l 2 一。j7 年仁月廠日 銣一鈔 年月日 一 下7 b 摘要 同步碎石封層是目前最經(jīng)濟的道路養(yǎng)護方法之一，就是將符合一定要求的瀝青粘結 材料和碎石灑( 撒) 布在舊路面或基層上，通過輪胎壓路機及時碾壓和通車自然碾壓形 成一種瀝青碎石磨耗層，達到修復路面病害、恢復路面使用性能、延長道路使用壽命的 目的。2 0 0 2 年同步碎石封層技術進入中國以來，由于對施工工藝和施工材料缺乏足夠的 研究，同步碎石封層車理論和應用技術也未能完全掌握，其結果導致同步碎石封層技術 的使用主要集中在技術要求相對較低的下封層作業(yè)。論文研究了同步碎石封層技術對瀝 青、碎石的要求和瀝青與碎石之間的粘附性要求，分析了氣候條件對同步碎石封層材料 選擇的影響；研究了同步碎石封層車技術現(xiàn)狀、結構和工作原理，從生產(chǎn)率和成本的角 度探討了同步碎石封層施工中的設備選型與組合；按作業(yè)流程，對同步碎石封層施工工 藝環(huán)節(jié)進行了研究。總結了同步碎石封層作業(yè)質量的評價方法，建議采用基于置信概率 的方法評價同步碎石封層的作業(yè)質量。 關鍵詞：同步碎石封層；施工技術；檢測與評價；設備選型 a b s t r a e t s y n c h r o n o u sc h i p s e a li so n eo ft h em o s te c o n o m i c a lt e c h n i q u e su s e di nr o a d m a i n t e n a n c e i ti st od i s t r i b u t et h ea s p h a l ta n da g g r e g a t eo nt h eo l dp a v e m e n to rt h eg r a s s r o a d s ，f o r mo n ek i n do fw e a r i n gc o u r s ea f t e rt h ec o m p a c t i o no ft i r e - r o l l e ro rv e h i c l e s s y n c h r o n o u sc h i ps e a lc a i lr e p a i rp a v e m e n td i s t r e s s ，r e s t o r et h es e r v i c ep e r f o r m a n c e ，e x t e n d t h es e r v i c el i f e i n2 0 0 2 ，s y n c h r o n o u sc h i ps e a lt e c h n o l o g ye n t e rc h i n a , w h i c hi sm a i n l yu s e d i nl o w e rs e a l ，b u tn o tt h ep a v e m e n tm a i n t a n c e ，b e c a u s et h e r ei sl i t t l es t u d y i n go nc o n s t r u c t i o n t e c h n o l o g y , m a t e r i a l s ，t h et h e o r ya n da p p l i e dt e c h n o l o g yo fc h i p s e a l e r i nt h i sp a p e r , t h e m a t e r i a l s ，s u c h a s a s p h a l t ，a g g r e g a t e ，t h ea d h e s i v i t yb e t w e e nt h e m a n dt h ec l i m a t i c i n f l u e n c i n go nt h em a t e r i a l sc h o i c ei ss t u d i e d ；b a s e do nt h es t u d yo fa c t u a l i t y ，s t r u c t u r e ，a n d o p e r a t i n gp r i n c i p l eo fc h i p s e a l e r , m a c h i n e sm o d e ls e l e c t i o na n dc o m b i n em e t h o di nc h i ps e a l i sa d v i s e d ；f o l l o w i n gt h eo p e r m i o np r o c e d u r e ，t h ec o n s t r u c t i o nt e c h n o l o g yi ss t u d i e d m e t h o d b a s e do nf i d u c i a lp r o b a b i l i t yi sa d v i s e dt ob eu s e di ne v a l u m i n gt h ec o n s t r u c t i o nq u a l i t y , a f t e r s u m m i n gu pt h em e t h o d su s e da tp r e s e n tt i m e k e y w o r d s ：s y n c h r o n o u sm a c a d a ms e a lc o a t ，c o n s t r u c t i o nt e c h n o l o g y , c h e c ka n de v a l u a t i o n ， e q u i p m e n ts e l e c t i o n 一 ， 0 靜 t _ 一 h 。令 1 j 目錄 第一章緒論1 1 1 課題研究的目的和意義1 1 2 同步碎石封層技術簡介3 1 3 同步碎石封層技術國內(nèi)外研究現(xiàn)狀7 1 3 1 國外研究現(xiàn)狀9 1 3 2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀1 0 1 4 本文主要研究內(nèi)容1 0 第二章同步碎石封層技術對材料的要求及結構1 1 2 1 同步碎石封層技術對材料的要求1 l 2 1 1 碎石的技術要求1 1 2 1 2 瀝青的技術要求1 6 2 1 3 瀝青與石料的粘附性要求2 1 2 1 3 地區(qū)氣候對材料的要求2 2 2 2 同步碎石封層典型結構2 4 2 3 同步碎石封層對設備的基本功能要求2 5 第三章同步碎石封層施工設備與組配2 6 3 1 同步碎石封層車2 6 3 1 1 同步碎石封層車分類2 6 3 1 2 同步碎石封層車結構和工作原理3 1 3 2 同步碎石封層設備選型與組配3 6 3 2 1 基于生產(chǎn)率和成本的同步碎石封層車選型研究3 6 3 2 2 同步碎石封層施工設備組合3 8 3 2 2 同步碎石封層施工設備配置案例4 0 第四章同步碎石封層施工工藝4 2 4 1 同步碎石封層路面準備4 2 4 2 同步碎石封層車準備4 7 4 2 1 碎石撒布系統(tǒng)校正4 7 i i i 4 2 2 瀝青灑布系統(tǒng)校正4 8 4 3 同步碎石封層施工過程質量控制4 9 4 4 施工過程交通控制5 3 4 4 1 交通控制區(qū)5 3 4 4 2 交通標志設置5 3 4 4 3 交通組織維護方案和安全生產(chǎn)保證措施5 5 4 5 同步碎石封層施工組織實例5 5 第五章同步碎石封層作業(yè)質量檢測與評價6 0 5 1 同步碎石封層現(xiàn)行作業(yè)質量檢測與評價方法6 0 5 1 1 瀝青噴灑量不均勻度6 0 5 1 2 碎石撒布量不均勻度6 0 5 1 3 碎石露出高度6 1 5 1 4 平均碎石脫粒率6 2 5 1 5 成片性病害的檢測6 2 5 2 基于置信概率的同步碎石封層質量評價方法6 3 第六章結論與展望6 7 6 1 結論6 7 6 2 展望6 7 參考文獻6 8 致謝7 3 l v l _ 羅 長安火學碩j ：學位論文 1 1 課題研究的目的和意義 第一章緒論 公路是國家現(xiàn)代化建設的重要基礎設施，社會經(jīng)濟發(fā)展到一定歷史階段的必然產(chǎn) 物，是衡量一個國家或地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展水平和現(xiàn)代化程度的重要標志。根據(jù)我國國民經(jīng)濟 和社會發(fā)展對公路交通運輸?shù)囊螅虢⑵疬m應中國國情的現(xiàn)代化公路運輸體系， 緩解我國交通運輸?shù)木o張局面，對于公路建設者來說，最關鍵的有兩個方面：一是要加 快高等級公路建設，提高整個路網(wǎng)技術等級；二是要切實加強對己建成公路的養(yǎng)護管理， 改善路網(wǎng)結構，保障公路暢通。因此，建養(yǎng)并重、協(xié)調(diào)發(fā)展是公路建設自身發(fā)展的客觀 要求。公路越發(fā)展，越需要養(yǎng)護，技術越進步，越是要實行現(xiàn)代化的養(yǎng)護。 我國高速公路發(fā)展用了十多年的時間走過了發(fā)達國家需要4 0 年才能達到的里程， 1 9 8 9 年我國高速公路通車里程僅為2 7 1 公里，1 9 9 9 年突破1 萬公里，2 0 0 1 年達到1 9 5 萬公里，2 0 0 2 年達到2 5 2 萬公里，2 0 0 3 年達到3 萬公里，截至2 0 0 4 年底，我國高速公 路的通車里程已經(jīng)達到3 6 萬k m ，世界第2 ，一、二級公路超過了3 0 萬k m ，邁入高等 級公路大國行列，居世界第二。2 0 0 6 年底我國公路通車總里程達到近2 0 0 萬公里，其中 高速公路近4 5 3 萬公里，2 0 0 7 年高速公路通車里程5 3 萬公里，已全面建成“五縱七橫” 國道主干線。2 0 1 0 年前，全國公路通車里程將達到2 1 0 2 5 0 萬公里，基本建成西部8 條 省級通道，東部地區(qū)基本形成高速公路網(wǎng)，高速公路總里程2 0 3 0 年將達到8 5 萬公里。 畬6 篚5 。4 皿崢 悔 剖3 抖 目2 漁 愈1 捌 恒0 1 9 9 5 1 9 9 6 1 9 9 71 9 9 8 1 9 9 9 2 0 0 0 2 0 0 12 0 0 22 0 0 3 2 0 0 42 0 0 52 0 0 62 0 0 7 年份 圖1 11 9 9 5 - 2 0 0 7 年高速公路通車里程 根據(jù)2 0 0 4 年1 2 月1 7 日國務院審議通過的國家高速公路網(wǎng)規(guī)劃，未來2 0 年內(nèi) 我國仍需要修筑高速公路5 萬多公里，形成由中心城市向外放射以及橫連東西、縱貫南 北的大通道，由7 條首都放射線、9 條南北縱向線和1 8 條東西橫向線組成，簡稱“7 9 1 8 第一章緒論 網(wǎng)”，形成總規(guī)模約8 5 萬公里( 其中：主線6 8 萬公里，地區(qū)環(huán)線、聯(lián)絡線等其他路線 約1 7 萬公里) 的國家高速公路網(wǎng)。 圖1 2國家高速公路網(wǎng)- “7 9 1 8 ”網(wǎng) 瀝青路面因具有地質條件適應性強、行車舒適、維護方便等優(yōu)點在我國公路建設中 得到了廣泛的應用。但瀝青路面在交通載荷與氣候影響的作用下，隨著時間的推移，路 面狀況和服務能力逐漸地惡化。為了保持路面良好的使用性能和延長它的使用壽命，在 路面壽命周期的各個不同階段需要采用不同的養(yǎng)護維修措施。瀝青路面的養(yǎng)護維修工作 對保持路面的服務能力、延長其壽命周期、以及改善噪音、振動等對周邊環(huán)境的污染有 著重要的作用。在我國高速公路建設的初期，路面養(yǎng)護的工作量還不是很大，人們?nèi)菀?產(chǎn)生重建設、輕養(yǎng)護的思想，但是隨著我國公路建設的重點逐步向中、西部地區(qū)推移， 在東南沿海地區(qū)將迎來一個路面養(yǎng)護維修的高潮。養(yǎng)護維修技術正日益成為人們關注的 一個熱點。 上世紀8 0 年代，以美國為主的許多西方國家，開始進行大規(guī)模的公路網(wǎng)重建工作。 他們在總結以往公路養(yǎng)護經(jīng)驗的基礎上提出了“預防性養(yǎng)護”( p m ：p r e v e n t i v e m a i n t e n a n c e ) 這樣一個完整的概念：“路面在使用一定年限后尚未損壞或只有輕微病害 時，為了防止已出現(xiàn)病害進一步擴展、在一定程度上提高或保持路面良好的性能，延長 道路使用壽命的養(yǎng)護作業(yè)”。其主要手段是在尚處于良好技術狀態(tài)下的路面上連續(xù)攤鋪 一層或多層具有一定厚度的薄保護層，目前使用的預防性養(yǎng)護薄層技術有：霧封層( f o g s e a l ) 、稀漿封層( s l u r r ys e a l ) 、微表處( m i c r o s u r f a c i n g ) 、稀漿罩面、薄層攤鋪、碎 長安大學碩l ：學位論文 石封層( c h i ps e a l ) 與同步碎石封層( s y n c h r o n o u sc h i ps e a l ) 。 同步碎石封層技術同時還是世界上成本最低的鄉(xiāng)村道路建造技術，是歐美國家修建 鄉(xiāng)村公路的首選解決方案。中國有廣大的地區(qū)需由鄉(xiāng)村公路網(wǎng)來覆蓋，以達到“鄉(xiāng)鄉(xiāng)通 油路，村村通公路”的目標，尤其是中國西部地區(qū)公路建設資金更緊缺，同步碎石封層 技術將是中國鄉(xiāng)村公路建設的良好解決方案。 1 2 同步碎石封層技術簡介 碎石封層是一種常用的柔性路面預防性養(yǎng)護技術，將符合一定要求的瀝青粘結材料 ( 道路石油瀝青、煤瀝青) 和碎石灑( 撒) 布在舊路面或基層上，通過膠輪壓路機及時 碾壓和通車自然碾壓形成的一種瀝青碎石磨耗層。 碎石封層最主要的目的是：修復微小的路面病害，防止基層和地基水侵入。撒布碎 石的目的是防止車輪破壞瀝青層，改變道路宏觀構造，提高道路的制動能力。 碎石封層最初主要用于交通量較小的沙礫路面罩面，隨著施工技術和施工材料的進 步，在過去的7 0 多年中，碎石封層技術在小交通量和大交通量道路養(yǎng)護中被成功運用。 由于比其它養(yǎng)護技術更經(jīng)濟，在現(xiàn)有道路結構性能足以支撐車輛載荷的情況下尤為明 顯，碎石封層技術被廣泛使用。美國、澳大利亞、法國、加拿大、南非、新西蘭和英國 等都對碎石封層技術進行了系統(tǒng)的研究。 隨著科學技術的發(fā)展，法國s e c m a i r 公司發(fā)明了采用一臺設備，同時進行瀝青和 碎石灑( 撒) 布的工藝同步碎石封層( 如圖1 3 所示) ，大大提高了碎石封層的質量， 拓展了碎石封層技術的應用范圍，在世界范圍內(nèi)同步碎石封層技術均獲得了廣泛使用。 圖1 3 同步碎石封層施工示意圖 同步碎石封層主要特點有： ( 1 ) 窗簾效應 瀝青和碎石同步( 問隔大約1 秒) 落下，碎石流就像一個“窗簾”，及時抑制了瀝青 第一章緒論 灑布時產(chǎn)生的難聞的濃烈黑煙的擴散，一方面減少了污染，改善了施工環(huán)境；另一方面， 降低了熱量的損失，把熱董留在瀝青和石料的裹附作用中： j 二 融壤一聊，裔 一翻 ，廚曩 鏹，- 搿。湖 圖1 4 同步碎石封層的窗簾效應 ( 2 ) 高溫粘結 傳統(tǒng)石屑封層中，采用瀝青灑布車和碎石撒布車進行作業(yè)，兩臺設備相隔較遠，瀝 青與骨料的結合溫度已經(jīng)降到很低( 約7 0 。c ) ，瀝青結合料與骨料的結合性差；同步碎 石封層中瀝青與骨料的結合溫度下降很小( 約在1 2 0 。c ) ，瀝青結合料與骨料的結合性能 非常好； _ ，“。- e ：卜 鼬翱嘲酚 磊翻一一氏 j8 、4r 剁b 厶呤j m ， l “一， l 薹要孓量蚤k 一 簍。4 ；。毒二矗t 二毒一時間秒；v 、心 餐滔步礴黼。l 、 瑟篷穢氣礦7 黿 乙 。，堍纜翰。一贏癌k ?；@7 4 躍安大學碩 j 學位論文 l l 1 ，- ”、 ，0o 、 圖1 6 同步碎石封層修補道路表面缺陷 ( 4 ) 低消耗、低成本；高速度、高質量 在我國，公路建設耗資巨大，現(xiàn)在一年投資大約3 0 0 0 億，因此節(jié)約成本和能源問 題成為整個行業(yè)關注的焦點問題。同步碎石封層技術是世界上公認的成本最低的各等級 道路養(yǎng)護技術與鄉(xiāng)村道路建設技術，據(jù)測算每平方米路面使用1 5 公斤瀝青結合料，8 1 2 升骨料即可，其成本只是微表處的約5 0 ，是3 c m 熱鋪的3 0 左右。同時作業(yè)速度 明顯優(yōu)于其它混合料的攤鋪技術，機動性強，可用于路面封層及路面不等面積的修補； 各種路面葬護技術5 成本 氍茆比較 4 3 2 o 鑲平米瀝舞用縫 葬護技術 厚度豳示 紹論 j 竺斤， 3 公皇一 5 公斤 兩步飾章封羼- ：i 囂衰嘲處璋 警攤舍攤鋪5 一素 ! 餓要孥瞿擎 i ， 最經(jīng)濟 尚可一 一成本贏 圖1 7 同步碎石封層與其它施工工藝的成本比較 ( 5 ) 工藝簡單，施工質量高 同步碎石封層表面無瀝青，減少了夜間行車反光；路面顏色略淺，夏季減少吸收陽 光，降低路面溫度；雨天防止水花飛濺；自然紋理粗糙，美觀。 第章緒論 6 長安大學碩士學位論文 ( 5 ) 新建水泥路面下的應力吸收緩沖層； ( 6 ) 舊水泥路面改造為瀝青面層的防水面層； ( 7 ) 通過局部多層攤鋪不同粒徑的同步碎石封層，治理1 0 2 0 m m 以下的車轍、沉 陷等病害。 1 3 同步碎石封層技術國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 早在1 9 世紀，人們就開始采用瓢潑瀝青、锨撒碎石的方式進行碎石封層作業(yè)，養(yǎng) 護受損的道路。 圖1 9 早期的“瓢潑瀝青、锨撒碎石”封層作業(yè)工具 1 9 世紀末、2 0 世紀初，出現(xiàn)了畜力驅動的瀝青灑布裝置和第一臺手推碎石撒布車。 蔑 羚* 圖1 1 0 畜力驅動的瀝青灑布裝置 圖1 1 11 8 8 8 出現(xiàn)的手推碎石撒布車 柴油機技術成熟以后，很多依靠人力或畜力完成的工作，紛紛被以柴油機為動力的 機器所代替。碎石封層技術得到了快速發(fā)展，采用汽車底盤的瀝青灑布車和碎石撒布機 取代人工作業(yè)，大幅度提升碎石封層的施工速度和質量。 第章緒論 二十世紀2 0 年代中期的瀝青灑布車 掛式碎石撒布車 自行式碎石撒布車 卡車式碎石撒布車 智能瀝青灑布車 圖1 1 2 碎石封層技術的發(fā)展歷程 采用瀝青灑布車和碎石撒布機兩臺設備，通過兩次灑布進行碎石封層施工的技術， 直到今天仍在使用。 圖1 1 3 至今仍在使用的碎石封層技術 8 長安人學碩：l 學位論文 1 9 8 5 年，法國s e c m a i r 公司提出了采用一臺設備，同時進行瀝青灑布和碎石撒布 的施工工藝一同步碎石封層工藝，并發(fā)明了第一臺同步碎石封層車。2 0 世紀9 0 年代， 同步碎石封層傳播到整個歐洲及美國，還在俄羅斯、非洲、印度、澳洲等數(shù)十個國家和 地區(qū)得到應用，2 0 0 2 年，同步碎石封層工藝開始進入中國。 表1 1同步碎石封層技術國外應用情況( ) 同步碎石 國家粘結罩面冷拌和稀漿封層其它 封層技術 英國 7 51 01 5oo 新西蘭 6 52 501 0o 法國 6 01 52 032 德國 5 9 2 0 1 7 3 1 西班牙5 61 71 566 澳大利亞 5 51 95l oll 荷蘭 5 l3 4393 希臘 08 731 0o 意大利 58 5o55 土耳其 4 2 5 2 50l 墨西哥4 045 05l 葡萄牙 1 23 34 942 巴西 4 044 41 20 1 3 1 國外研究現(xiàn)狀 同步碎石封層技術是法國賽格瑪公司在4 0 多年的實際道路筑養(yǎng)經(jīng)驗中總結發(fā)明的 新一代道路養(yǎng)護技術，并研制出相應的施工設備一同步碎石封層車。該技術8 0 年代起 源于法國，9 0 年代在法國、印度、美國、俄羅斯以及南、北美洲和非洲的部分國家和地 區(qū)得到了廣泛的應用。由于該技術施工工藝簡單，造價低，適用范圍廣，且對環(huán)境污染 少，而受到公路管理者和建設者的青睞，該技術和設備已經(jīng)被法國公路總署全面采用和 推廣【。 根據(jù)國外的應用經(jīng)驗同步碎石封層技術可以有效地增加路面的使用壽命。在法國， 公路一般設計使用年限為1 0 2 0 年，當新建路面投入使用1 0 年后，立即采用同步碎石 封層技術對路面進行中期養(yǎng)護，作為保護及磨耗層，將路面的使用年限延長到1 0 年以 上；在美國，在基層上采用同步碎石封層技術，可以使路面的使用壽命增加到1 0 年以 9 第一章緒論 上；在澳大利亞，有關機構研究發(fā)現(xiàn)通過這種方法設計重建的鄉(xiāng)村道路，可以將損壞比 較嚴重的道路壽命增加1 0 1 5 年【17 1 。 1 3 2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀 在我國，同步碎石封層技術尚處于起步階段。目前，同步碎石封層技術在我國遼寧 省、湖南省等地的高速公路下封層及國道、省道的建設中大已經(jīng)得到應用【1 8 ，1 9 ，2 0 1 。由 于這項技術優(yōu)越的性能，許多公路建設部門大對他產(chǎn)生了濃厚的興趣，但總的來說，由 于這項技術在我國才剛剛開始得到應用，許多施工工藝還沒有完全掌握，更缺乏施工經(jīng) 驗，在施工材料的研究上還處于空白，在同步碎石封層車的研究上還沒有開始，還有許 多理論上和應用上的問題沒有掌握。與其他技術如稀漿封層技術相比，同步碎石封層技 術具有較強的防水性，極高的防滑性，具有處理路面裂縫的良好性能，這非常適合我國 許多地方降水多、雨季長、山區(qū)廣的氣候特點。我國區(qū)域遼闊，公路狀況差異大，而同 步碎石封層技術既適用于高等級公路，也適用于普通城市公路、鄉(xiāng)村公路等，而且不受 各種不同的氣候、交通能力等因素的影響。另外，同步碎石封層技術是能耗較低的路面 養(yǎng)護技術，即不需要花很大的投資就可以覆蓋較大的使用區(qū)域，這也是該項計劃得以迅 速發(fā)展的基礎，對于尚處于發(fā)展階段的中國來說是非常適合的【2 0 1 。北京路橋中咨科技有 限公司，于2 0 0 5 年在廣西壯族自治區(qū)南寧至友誼關公路將該技術應用于下封層，取得 了良好的效果。 1 4 本文主要研究內(nèi)容 與國外同類研究相比，國內(nèi)同步碎石封層技術的研究起步相對較晚，其研究還很不 完善。本課題研究的主要目的是立足于國內(nèi)技術水平，跟蹤國外先進技術，為國內(nèi)同步 碎石封層施工提供借鑒。主要研究內(nèi)容如下： ( 1 ) 在查詢國內(nèi)外文獻的基礎上，研究同步碎石封層對材料的要求及同步碎石封層的 結構； ( 2 ) 研究同步碎石封層車技術現(xiàn)狀及結構和工作原理，以及基于成本和生產(chǎn)率的同步 碎石封層車選型和施工設備組配； ( 3 ) 研究同步碎石封層的路面準備、車輛校正、施工過程質量控制及交通控制等工藝 環(huán)節(jié)： ( 4 ) 研究同步碎石封層作業(yè)質量檢測與評價方法。 1 0 長安大學碩一j j 學位論文 第二章同步碎石封層技術對材料的要求及結構 2 1 同步碎石封層技術對材料的要求 材料( 包括瀝青和碎石) 是影響同步碎石封層質量的關鍵因素之一。為此試驗室要 進行大量的試驗工作，從諸多路用材料中優(yōu)選出最適合同步碎石封層的材料。 2 1 1 碎石的技術要求 ( 1 ) 碎石的類型 路用碎石一般可以分為4 個等級： a 級碎石：經(jīng)過破碎或開采的暗色石( 玄武巖、輝綠巖、輝長巖或其它相似的火成 巖) 、石英巖和花崗巖； b 級碎石：其它的破碎或開采的巖石，如石灰石、白云石、流紋巖和片巖； c 級碎石：天然石料或部分破碎的從沙礫沉積層采集的沙礫； d 級碎石：上述兩種或兩種以上碎石的混合物。 表2 1 常見的巖石的抗壓、抗剪及抗拉強度 巖石名稱抗壓( m p a )抗剪( m p a )抗拉( m p a ) 花崗巖 1 0 0 2 5 01 5 5 07 2 5 閃長巖1 5 m 0 0 01 5 3 0 輝長巖 1 5 0 0 0 01 5 3 0 玄武巖 1 5 0 3 0 02 1 3 0 砂巖 2 0 1 7 08 - 4 04 - - - 2 5 頁巖5 1 0 0 3 3 02 l o 石灰?guī)r3 0 ，2 5 0 1 5 0 7 2 5 白云巖3 0 2 5 01 5 2 5 片麻巖5 伊v 2 0 05 2 0 板巖 1 0 m 乏0 01 5 3 07 2 0 大理巖 l o o 2 5 07 2 0 石英巖 1 5 0 3 0 02 0 6 0l o 3 0 同步碎石封層碎石材料的選擇要綜合考慮獲取的方便性、價格，以及進行同步封層 第_ 二章同步碎石封層技術對材料的要求及結構 道路的型式、車流量和變化情況。以下是碎石選擇所需考慮的幾個原則： 1 ) 抵抗車輛磨損和雪犁破壞的能力：a 級碎石最硬，比b 級和c 級碎石更能抵擋 車輛磨損；另外，因為形狀的關系，破碎的碎石，如a 級、b 級碎石要比c 級碎石具 有更好的鑲嵌效果，更能抵擋雪犁的破壞； 2 ) 瀝青用量：b 級和c 級碎石由于吸收能力好，要比a 級碎石需要更多的瀝青； 3 ) 價格：c 級碎石因為不需要破碎，要比a 級、b 級碎石便宜； 4 ) 抵抗轉向和緩沖性能：因為經(jīng)過破碎，a 級和b 級碎石比c 級碎石擁有更多的 角，能夠為車輛停車和轉向提供更好的摩擦阻力。 表2 z 常見巖石的物理性質 天然密度 巖石名稱相對密度孔隙率( ) 吸水率( )軟化系數(shù) ( t m 3 ) 花崗巖 2 5 2 8 42 3 0 2 8 0o 0 4 2 8 00 1 m 7 00 7 5 d 9 7 閃長巖 2 6 0 - - - 3 1 02 5 2 2 9 60 2 5o 3 m 一0 3 80 6 m m 8 4 輝長巖 2 7 0 3 2 02 5 5 2 9 8o 2 9 1 1 3| 0 4 牛加9 0 輝綠巖2 6 0 - - 3 1 02 5 3 2 9 70 2 9 1 1 30 8 0 5 0 00 4 4 , - 0 9 0 玄武巖 2 6 0 3 3 02 5 4 3 1 01 2 8o 3 0o 7 1 o 9 2 砂巖 2 5 m 藝7 52 2 0 2 7 01 6 0 一2 8 3 00 2 0 7 0 00 4 4 , - 0 9 7 頁巖 2 5 7 之7 72 3 0 2 6 20 4 0 l o 0 0o 5 0 1 4 40 2 4 , 4 ) 5 5 泥灰?guī)r 2 7 0 2 7 52 4 5 2 6 51 o o l o 0 01 o o 3 0 00 4 4 , - - 0 5 4 石灰?guī)r 2 4 8 2 7 62 3 0 2 7 0o 5 3 2 7 0 00 1 0 - - 4 4 50 5 8 一田9 4 片麻巖 2 6 3 0 0 12 6 m 0 o o0 3 0 一2 4 0o 1 0 3 2 0o 9 l o 9 7 式巖 2 7 5 3 0 22 6 9 2 9 2o 0 2 1 8 50 1 m 旬2 00 4 0 n m 8 0 板巖 2 8 4 2 8 62 7 0 n 之7 80 4 50 1 0 - 4 ) 3 0o 5 2 旬8 2 大理巖 2 7 2 8 7 2 6 3 2 7 5 o 1 m 石0 00 1 0 - 4 ) 8 0| 石英巖 2 6 3 2 8 42 6 0 2 8 0 o 0 0 8 7 00 1 0 - - 1 4 5 o 9 6 ( 2 ) 碎石的形狀 碎石形狀可以用扁平和立方或圓滑和有角來描述。 采用扁平和長條形碎石施工的同步碎石封層質量受交通量影響較大。碎石越是扁 平，同步碎石封層質量越是容易受車流量的影響，車輪經(jīng)過較多的區(qū)域容易出現(xiàn)泛油， 長安大學碩上學位論文 沒有車輪經(jīng)過的區(qū)域容易產(chǎn)生過多的碎石掉粒。因為在整個寬度范圍內(nèi)，瀝青灑布量是 一定的，車輪的碾壓傾向于使扁平碎石的扁平面朝下，同步碎石封層變薄，瀝青灑布量 過大，車輪經(jīng)過較多的區(qū)域就會出現(xiàn)泛油：瀝青灑布量過小，沒有車輪經(jīng)過區(qū)域的碎石 在車輛載荷和雪犁作用下，容易脫落。 圖2 1 車輪作用使得扁平碎石的扁平面朝下 采用立方碎石進行同步碎石封層，交通量對碎石的擺放方向沒有明顯的影響。因為 無論碎石如何擺放，同步碎石封層的厚度不會發(fā)生太大的變化，碎石嵌入瀝青層的高度 一致。 圖2 2 車輪作用對采用立方碎石的同步碎石封層影響較小 因此，一般規(guī)定扁平系數(shù)大于2 5 的碎石不宜用于同步碎石封層。具體包括： 1 ) 在瀝青用量設計過程中，分別計算車輪經(jīng)過的地方和沒有車輪經(jīng)過地方的瀝青 用量； 2 ) 在大流量道路上只能使用扁平系數(shù)小于2 0 的立方碎石； 3 ) 在車輪經(jīng)過較多的地方增加5 1 0 的碎石用量，防止瀝青未凝固時，扁平碎 石粘附到車輪上。 圓滑碎石會影響同步碎石封層面上車輛的轉彎和停車性能。圓的碎石是指未經(jīng)破碎 的碎石，經(jīng)過破碎的碎石至少具有一個破碎面。圓的碎石比有角的碎石更容易滾動和移 動，因為后者鑲嵌效果好。圓形碎石很難獲得如有角的碎石那樣的鑲嵌效果，除非采用 級配碎石，但級配碎石還會帶來其它的問題。 第二章同步碎石封層技術對材料的要求及結構 使用圓形碎石應注意： 1 ) 要使用統(tǒng)一尺寸的碎石。圓形碎石鑲嵌效果差，容易被雪犁鏟起，使用相同尺 寸的圓形碎石，有助于防止雪犁鏟走高的碎石； 2 ) 使用圓形碎石進行同步碎石封層，一定要確保碎石嵌入到一定的深度，嵌入深 度淺時，圓形碎石更容易被雪犁鏟走； 3 ) 雙層同步碎石封層是使用圓形碎石進行同步碎石封層的一種理想方案，特別是 用在車流量大的道路上。上層碎石約為下層碎石尺寸的一半，下層碎石完全浸沒在瀝青 里。上層碎石越小越不容易破壞擋風玻璃，而且表面比單層同步碎石封層平滑，不容易 被雪犁破壞。 ( 3 ) 碎石的級配 同步碎石封層中采用單一級配碎石最為理想。碎石屬于單一級配的標準是所有的碎 石尺寸都在兩個連續(xù)的網(wǎng)孔之間。 采用單一級配碎石的優(yōu)點主要表現(xiàn)在： 1 ) 因為有更多的碎石與車輪接觸，車輪和路面之間的摩擦系數(shù)達到最大； 2 ) 瀝青的用量容易確定，泛油機率小。因為一顆碎石位置擺放好以后，周圍的碎 石也相應會擺好位置； 3 ) 碎石之間表面有順暢的通道，能夠快速排走積水。 級配碎石包括密級配碎石和開級配碎石。碎石尺寸越多，同步碎石封層的質量越差。 因為級配碎石之間空隙小，能夠容納的瀝青少，在泛油和瀝青過少兩者之間界限很窄。 如果級配計算不好，會增加泛油的概率。 使用級配碎石進行同步碎石封層施工，存在的問題有： 1 ) 大的、超過同步碎石封層平均厚度的碎石容易被車輪或雪犁帶走； 2 ) 一些非常小的碎石會完全嵌入瀝青里，導致泛油； 3 ) 車輪能夠接觸的碎石較少，路面摩擦系數(shù)??； 4 ) 很難確定粘附大多數(shù)大顆粒碎石，而不浸沒小顆粒碎石的瀝青用量。 ( 4 ) 碎石的清潔度 未經(jīng)過預處理，含有灰塵的碎石不能用于同步碎石封層?；覊m會裹覆在碎石表面， 阻止碎石和瀝青粘結，導致碎石掉粒。干凈的碎石中，能夠通過# 2 0 0 篩網(wǎng)( 7 5 “m ) 的 成份含量不能超過1 。 1 4 長安大學碩 ：學位論文 如果無法提供干凈的碎石，可在同步碎石封層前對碎石進行以下處理： 1 ) 清洗碎石。用干凈、流動的水清洗碎石，用篩網(wǎng)篩除不需要的組份。用輸送機 將碎石運送到干燥的場地： 2 ) 采用高泡乳化瀝青進行同步碎石封層，可以允許碎石中能夠通過# 2 0 0 篩網(wǎng) ( 7 5g m ) 的成份含量不超過5 。乳化瀝青中的水可以剝離碎石上的灰塵，讓碎石和瀝 青粘結更牢固。 ( 5 ) 碎石質量指標 目前國內(nèi)同步碎石封層用集料相關試驗有篩分試驗、針片狀試驗、粉塵試驗、單位 面積的體積試驗、洛杉磯磨耗試驗、壓碎試驗。 篩分試驗 用篩分法取樣1 0 0 0 克干燥集料，集料在經(jīng)過孔徑為l o m m 、8 m m 、6 3 m m 的篩子時， 用天平稱篩余質量，計算出篩余百分率、累計篩余百分率和通過百分率，從而確定集料 是否合乎標準。 針片狀試驗 用篩分法取樣1 0 0 0 克干燥集料，集料經(jīng)過孔徑為8 m m 、6 3 m m 、5 m m 的篩子時，用 天平稱篩余質量，計算出篩余百分率、累計篩余百分率和通過百分率。通過上面兩個試 驗可以推算出在粒徑為6 3 m m 1 0 m m 的骨料中針片狀含量。 集料粉塵率試驗 先把集料烘干，稱質量為m l ，用水洗凈烘干，再通過粒徑為1 6 0 9 m 的篩子后，稱 質量為m 2 ，則粉塵率c = ( m 1 m 2 卜m l 1 0 0 。 單位面積的集料體積試驗 把容量盒放在碎石封層車底下，當碎石封層車駛過路面時，把容量盒豎起來，觀 察容量盒內(nèi)集料的體積，從而得到集料中單位面積的集料體積。 集料洛杉磯式磨耗試驗 將碎石用水洗凈，置于濕度為1 0 5 士5 c 的烘箱中，烘干至恒重按規(guī)定選取碎石試 樣，稱出試樣質量為m l 。將選好的碎石放在試樣筒內(nèi)，并加直徑為4 8 m m 的鋼球1 2 個， 總質量5 0 0 0 9 + 5 0 9 、蓋好筒蓋，調(diào)整計數(shù)器至零。開動電動機，使圓筒以器3 0 3 3 r m i n 的速度旋轉，待圓筒轉至5 0 0 轉，取出試樣置于2 m m 的圓孔篩上，篩去石粉和石屑， 用水沖洗干凈，將殘留在篩上的碎石在1 0 5 a ：5 。c 的烘箱中烘至恒重，并準確稱出磨耗 第二章同步碎石封層技術對材料的要求及結構 后試樣質量m 2 ，則集料磨耗率： q a b = ( m i m 2 ) m l x l 0 0 ( 2 1 ) 集料壓碎值試驗 將試筒安放在鐵板上，將試樣分三次倒入試筒中，每次均將試樣表面整平，并用 金屬棒的半球面端從集料表面上方約5 0 m m 的高度自由下落均勻夯擊2 5 次，最上層表 面應仔細整平，稱取量筒中試樣的質量( m o ) 。壓柱放入試筒內(nèi)集料面上，注意使壓柱 擺平，勿楔擠筒壁。將裝有試樣的試筒連同壓柱放到壓力機上，均勻的施加荷載，在 1 0 m i n i 為達到總荷載4 0 0 k n ，達到總荷載后，立即卸載，將試筒從壓力機上取下，將 筒內(nèi)試樣取出，注意勿進一步壓碎試樣，用2 3 6 m m 篩篩分經(jīng)壓碎的全部試樣，可分 幾次篩分，均需篩到在l m i n 內(nèi)無明顯的篩出物為止。稱取通過2 3 6 m m 篩孔的全部細 料質量( m 1 ) 。則集料壓碎值為： q u = m l m o x l 0 0 ( 2 2 ) 我國有關規(guī)范中至今沒有有關同步碎石封層用碎石料質量的技術要求，但公路瀝 青路面施工技術規(guī)范( j t gf 4 0 2 0 0 4 ) 中，對瀝青混合料用粗集料的質量技術要求可 供同步碎石封層選用石料時參考，見表2 3 。 表2 3 瀝青混合料用粗集料質量技術要求 高速公路及一級公路其它等級 指標試驗方法 表面層 其它層次 公路 集料壓碎值( )q 6叟85 3 0 t 0 3 1 6 洛杉磯磨耗損失( ) 丑89 09 5 t 0 3 1 7 表觀相對密度( t m 3 ) 三2 6 0 之2 5 0 2 4 5 t 0 3 0 4 吸水率( ) 翌0 9 09 0 t 0 3 0 4 堅固性( ) s 1 2 s 1 2 t 0 3 1 4 針片狀顆粒含量( 混合料) ( )s 1 5 s 1 85 2 0 其中粒徑大于9 5 m m - 1 2 s 1 5 _ t 0 3 1 2 其中粒徑小于9 5 m m 5 1 8：5 2 0 - 水洗法 0 0 7 5 m m 顆粒含量( ) 不大于 s l s 1s l t 0 3 1 0 軟石含量( )不大于9 l o o 8 03 0 4 0t 0 6 0 4 5 sm0 0o00 0oo0 針入度指數(shù)p i 不 小于 1 2o 8o 40 1 00 8o 6 1 0 。o 8o 60 4t 0 6 0 4 延度5 c ，5 c m m i nc m 5 04 03 0 2 06 05 04 0t 0 6 0 5 不小于 軟化點t r & b 4 55 05 56 04 5 4 85 0 4 85 2 5 66 0t 0 6 0 6 不小于 運動粘度1 3 5 c ，不 p a s 3 t 0 6 2 5 大于t 0 6 1 9 閃點不小于2 3 02 3 02 3 0t0 6 1 1 溶解度不小于 9 99 9 t 0 6 0 7 彈性恢復2 5 不小 于 5 5 6 0 6 57 5 t 0 6 6 2 粘韌性不小于 n m 5t 0 6 2 4 韌性不小丁 n m2 5t 0 6 2 4 貯存穩(wěn)定性 離析，4 8 h 軟化點差， 2 5 無改性劑明顯析出、 t 0 6 6 l 不大于 凝聚 t f o t ( 或r t f o t ) 后殘留物 t 0 6 1 0 質量變化不大于 1 o 或 t 0 6 0 9 針入度比2 5 c 不小 5 0 5 5 6 06 55 05 5 6 05 05 55 86 0t 0 6 0 4 于 延度5 c 不小于 c m3 0 2 52 0 1 5 3 02 01 0t 0 6 0 5 表2 6s b s 改性瀝青技術要求 指標單位要求 針入度2 5 。c ，1 0 0 9 ，5 s 0 1 m m6 0 8 0 軟化點t r & b 7 0 動力粘度( 1 3 5 c ) p a s9 彈性恢復( 2 5 ) 三7 5 延度( t f o t 后，2 5 ) c m 之3 0 脆點 1 5 ( 3 ) 乳化瀝青 用于同步碎石封層的乳化瀝青必須具備足夠的粘度，以保證在滿足單位面積灑布量 的情況下，撒布石料之前不會流淌，從而保證石料在瀝青膜中的嵌入深度，減少骨料的 1 9 第二章同步碎石封層技術對材料的要求及結構 脫落。同時，乳化瀝青的破乳速度直接決定了在保證沒有過多骨料脫落的情況下開放交 通的時間。乳化瀝青的破乳速度與乳化瀝青的穩(wěn)定性是相互矛盾的兩個特性，這就需要 在兩個特性中尋求一種平衡嘶3 。 美國a s t md3 6 2 8 規(guī)定，用于碎石封層的乳化瀝青型號包括r s 1 、r s 2 、h f r s 2 、 c r s 1 、c r s 2 ，而美國各州的相關技術標準中多規(guī)定c r s 2 和h f r s 2 型乳化瀝青用 于碎石封層。它們的共同特點是：它們既可以是陰離子乳化瀝青，也可以是陽離子乳 化瀝青；它們是快裂或中裂型乳化瀝青；它們都有5 0 。c 賽波特粘度指標的要求。 碎石封層要求瀝青結合料有一定的噴灑厚度以裹住碎石，這就需要用于碎石封層的 乳化瀝青有相當?shù)恼扯?。美國a s t md2 3 9 7 規(guī)定，c r s 2 型乳化瀝青5 0 。c 賽波特粘度 指標在1 0 0 - 4 0 0 范圍內(nèi)，這要比其他用途乳化瀝青的粘度高出很多。 對于改性乳化瀝青，可以參照“改性乳化瀝青技術要求”中對p c r 瀝青等各項質量指 標的具體規(guī)定。 表2 7 改性乳化瀝青技術要求 品種及代號 試驗項目單位試驗方法 p c rb c r 破乳速度快裂或中裂慢裂t c l 6 5 8 粒子電荷 陽離子( + ) 陽離子( + ) t 0 6 5 3 篩上剩余量( 1 1 8 r a m )不大于0 1o 1t 0 6 5 2 恩格拉粘度e 2 5 l 1 03 3 0t 0 6 2 2 粘度 瀝青標準粘度c 2 5 3 s 8 2 5 1 2 6 0t 0 6 2 1 含量不小于 5 06 0t 0 6 5 1 蒸發(fā)殘 針入度( 1 0 0 9 ，2 5 。c ，5 s ) d r a m 4 0 - - - 1 2 0 4 0 - - 1 0 0t 0 6 0 4 軟化點不小于5 05 3t 0 6 0 6 留物 延度(