柳浩-沥青路面新材料及新技术的研究与应用 80页

沥青路面新材料及新技术的沥青路面新材料及新技术的研究与应用研究与应用北京市市政路桥绿色建材工程技术研究中心北京市政路桥建材集团有限公司柳浩总工程师二零一二年十二月 发展与成就发展与成就：高速公里与通车总里程猛增路网完善、四通八达北京高速公路通车里程1000800600公里4002000200120022003200420052006200720082009年份 问题与挑战问题与挑战问题与挑战：公路重载、超载——损坏严重道路修建需大量资源与能源极端天气——炎热与冰雪 沥青路面车辙病害 沥青路面水损坏沥青路面产生水损坏－唧浆沥青路面产生的水损坏－坑槽 沥青路面开裂横向裂缝纵向裂缝 废旧轮胎带来的环境问题 固体废弃物造成的污染问题铁矿排放的铁尾矿废弃的钢渣堆放的煤矸石废旧路面材料 热拌沥青混合料排放的问题温拌热拌 研发方向研发方向高性能、长寿命、多功能材料提高性能固体废弃物节约资源研发降低能源消耗节能减排、循环利用方向减少废气排放 沥青路面新材料新技术提高性能、改善功能方面节能减排、再生利用方面特种沥青混合料解决方案温拌沥青混合料应用技术路面抗车辙解决方案再生沥青混合料应用技术厂拌热再生技术排水降噪磨耗层解决方案泡沫沥青冷再生技术超薄磨耗层解决方案乳化沥青冷再生技术温再生技术层间粘结改善解决方案废胎胶粉改性沥青的应用技术大粒径排水结构层解决方案矿山废弃物资源化利用技术彩色沥青混合料解决方案钢渣沥青混合料应用技术半柔性沥青路面解决方案8个方案5项新技术 第一篇提高路用性能、改善材料功能 1.沥青路面抗车辙解决方案使用范围：高速公路收费场站城市道路交叉口、公交车站重交通道路2006年首发重大课题项目《北京地区高速公路沥青路面病害综合调查研究》北京市科委2007年“科技改善市民生活”重大科技计划项目《新型沥青路面及指南研究》——沥青路面抗车辙技术研究经过三年的潜心研究，2010年初该项目结题，专家组对该技术的鉴定为：国内领先、国际先进！ 1.沥青路面抗车辙解决方案重载作用下路面力学响应有限元模型有限元模型非均匀分布竖向荷载非均匀分布竖向荷载2005000.050.10.150.2-150100-350竖直应变纵向应变0-55000.040.080.120.16-750-100时间(s)时间(s)重载作用下沥青路面动力响应重载作用下沥青路面动力响应 1.沥青路面抗车辙解决方案路面剪切应力分析0.000.000.040.210.160.090.190.190.040.230.260.190.190.050.08-0.05-0.050.230.170.050.120.20-0.100.160.16-0.100.140.200.140.140.17-0.150.120.110.140.07-0.150.110.09-0.20-0.200.08-0.25-0.25zaxisTitle0.04zaxisTitle-0.300.07-0.300.04-0.35-0.350.040.05-0.40-0.40-0.4-0.20.00.20.4-0.4-0.20.00.20.4XaxisTitle均匀分布时垂直断面剪应力分布非均匀分布时垂直断面剪应力分布XaxisTitle0.410.400.40凹型分布0.39均匀分布0.380.380.37凸性分布0.36凹型分布0.36凸型分布(MPa)0.35/MPa0.34值0.340.33max0.32均匀分布0.32τ0.310.300.300.29最大剪应力峰0.280.280.270.260.26-0.50.00.51.01.501000200030004000500060007000面层模量增减百分比E/MPa基层模量越大，面层结构承受的剪应力却越大。 1.沥青路面抗车辙解决方案100AC－16沥青混90规范规定的级配范围8070)60％(50最大密度线通过百分率40配合比设计标准级配曲线30施工控制级配范围20工程设计级配范围现场调查10调整矿料级配00.0750.150.30.61.182.364.759.513.21619选用优质沥青或全过程施工控制添加外加剂用于城市路口；公交专用道；公交车站；高速公路重载路段及长上坡路段。 1.沥青路面抗车辙解决方案工程应用——城市道路应用处理前处理后路口车辙处理 1.沥青路面抗车辙解决方案高速公路应用处理前处理后收费站车辙处理 1.沥青路面抗车辙解决方案高速公路应用处理前处理后累计应用150万平方米高速公路车辙处理 2.橡胶沥青超薄磨耗层解决方案使用范围：高速公路城市道路桥面、高架路其他重交道路特点：抗滑、降噪迅速开放交通新建+预防性养护 2.橡胶沥青超薄磨耗层解决方案UTARAC-10：最大公称粒径为9.5mm的橡胶沥青混合料摊铺厚度在20-30mm之间，设计厚度为25mm和20mm。SSI≥0.83；PSSI≥83；PCI≥70。若路面结构性破损较少，PCI可放宽到60。集SMA与OGFC优势 2.橡胶沥青超薄磨耗层解决方案UTARAC-10试验路黄亦路试验路UTARAC-10类型长度(m)漷小路K2+100-K3+0002.5cm石灰岩900漷小路K12+360-2.5cm玄武岩1000K13+360黄徐路凤德路K9+200-K10+2002cm玄武岩1000凤德路K10+200-2cm石灰岩600K10+800黄徐路K5-K62cm玄武岩1000凤德路黄徐路K6-K6+7002cm石灰岩700黄亦路K6-K6+5002.5cm玄武岩500黄亦路K6+500-K72.5cm石灰岩500漷小路 2.橡胶沥青超薄磨耗层解决方案UTARAC应用 3.大粒径排水结构层解决方案4cmSMA-13抗滑磨耗层6cmAC-20沥青中面层8cmAC25沥青底面层14cmLSPM25上基层12cm二灰碎石下基层29cm二灰土底基层特点：1、排除沥青路面内部积水、提高路面抗车辙能力；2、施工速度可以加快，基层不需要养生时间；3、可以较好地解决反射裂缝问题，减缓反射裂缝的发生；4、采用高粘度改性沥青和纤维，造价相对较高。 大粒径透水沥青混合料的特点胶结料及矿料性能胶结料一般采用改性沥青粗集料抗压耐磨、针片状含量少、与沥青粘附性优等细集料一般要求采用石灰岩加工制成的机制砂矿粉一般采用碱性的石灰岩石料磨制而成级配LSPM设计为半开级配或开级配，空隙率为13-18%单粒径集料形成骨架，细集料填充组成骨架型沥青膜厚度车辙动稳定空隙率（%）VCA（%）析漏（%）飞散（%）mix(µm)(次/mm)13~18≤VCA≥12≤0.2≤20≥2600drc 大粒径排水结构层的应用。 3.大粒径排水结构层解决方案LSPM优异的性能指标检验项目单位LSPM-25技术要求车辙动稳定度(60℃)次/mm2877>2600残留马歇尔稳定度%95.5－冻融劈裂残留强度比%94.4－LSPM常规性能指标满足重交通要求！ 3.大粒径排水结构层解决方案LSPM优异的性能指标——组合车辙与汉堡车辙 3.大粒径排水结构层解决方案LSPM优异的性能指标——低温弯曲与疲劳 3.大粒径排水结构层解决方案沥青加热温度矿料加热温度混合料出厂温度初压温度碾压终了温度160～175190～200175～185160～170≥90设备13吨双轮振动压路机2台，26吨胶轮压路机1台；11吨钢轮压路机1台；两台双轮振动压路机，初压第一遍前进静压，后退振动；第二遍前进后退均为振压，低幅高频振动碾压3-4遍。碾压压实速度宜为1.5-2km/h；方式胶轮压路机进行跟踪碾压，稳定骨架；最后赶光； 3.大粒径排水结构层解决方案工程应用 工程应用经过两年多的高温、重载作用，没有出现明显的车辙，车辙深度在10mm以下 第二篇节能减排、再生利用 1.橡胶沥青混合料应用技术救救我！2010年北京废轮胎产生量超过1400万条/年！ 1.橡胶沥青混合料应用技术改善沥青及沥青混合料的路用性能降低路面噪声和工程造价废旧轮胎制备橡胶沥青铺筑道路2004年交通委科研项目“废胎胶粉改性沥青应用研究”2006年路政局科研项目“橡胶薄面层应用技术研究”2006年制定我国首个地方性的橡胶沥青及混合料的设计施工技术指南。 橡胶沥青混合料的路用性能高温性能：低温性能：水稳定性能： 1.橡胶沥青混合料应用技术橡胶沥青混合料工程应用 1.橡胶沥青混合料应用技术橡胶沥青防水粘结层工程应用 橡胶沥青性能项目单位技术要求试验结果试验方法运动粘度180℃Pa·s1.0~4.03.28T0625针入度25℃0.1mm40～8068.8T0604软化点T℃＞47－5658.6T0606R&B弹性恢复25℃%＞5567.0T0662延度5℃Cm＞1017.0T0605沥青旋转薄膜烘箱试验TFOT质量损失%＜0.40.19T061025℃针入度比%＞8094.9T06045℃延度比%＞4089.1T0605高温状态下，橡胶沥青处在一个不稳定的状态橡胶沥青应在24h内使用完毕临时储存，温度为145～155℃，不超过3天，搅拌橡胶沥青混合料宜随拌随用,贮存时间不宜超过10h 1.橡胶沥青混合料应用技术发展趋势——稳定型橡胶改性沥青“稳定型”橡胶沥青的优点可长期储存，储存三个月指标无明显变化可重复加热，可以长距离运输可用于连续级配，沥青用量少，降低工程造价施工温度降低，混合料和易性较好施工时沥青烟、橡胶味小，降低污染，改善施工环境 1.橡胶沥青混合料应用技术高温稳定性马歇尔稳定度流值车辙试验，60℃，类型（kN）（0.1mm）动稳定度（次/mm）稳定橡胶改性沥青AC-16混合料11.01324451普通橡胶沥青AC-16混合料8.06304237稳定橡胶沥青AC-16汉堡车辙曲线普通橡胶沥青ARAC-16汉堡车辙曲线 1.橡胶沥青混合料应用技术抗压极限强度回弹模量(MPa)类型(MPa)稳定橡胶改性沥青AC-16混合料38.61836普通橡胶沥青AC-16混合料31.11383 工程应用 2.温拌沥青混合料应用技术降低生产和施工温度减少废气排放延长施工季节和运输距离可持续绿色技术 北京市温拌技术的研究情况2005年5月开始，北京市政路桥建材集团有限公司、交通部公路科学研究院及美国Meadwestvaco公司合作开展温拌技术研究•应用前提：温拌沥青混合料具有良好的路用性能。•采用表面活性剂的方法AC类和SMA类 2.温拌沥青混合料应用技术卓越的路用性能温拌沥青混合料各项性能与热拌沥青混合料相当 2.温拌沥青混合料应用技术疲劳性能——温拌SBS改性混合料(SMA13)SMA13混合料的疲劳曲线10000000温拌SMA13-4.403Nf=1.453E+16ε混合料2（次数）1000000R=0.996Nf热拌SMA13混合料疲劳寿命100000-4.18110000Nf=2.501E+15ε2R=1.00010000200400600800应变水平ε（微应变）ddd 2.温拌沥青混合料应用技术适用范围：市政道路高速公路隧道山区或高海拔道路夜间及低温施工 2.温拌沥青混合料应用技术更节能，更环保 2.温拌沥青混合料应用技术更节能，更环保节约能源20%以上，极大降低烟气排放 2.温拌沥青混合料应用技术工程应用市政道路应用——四环路辅路、通久路、蓝靛厂南路等 2.温拌沥青混合料应用技术工程应用奥运工程中的应用 2.温拌沥青混合料应用技术工程应用高速隧道中的应用 2.温拌沥青混合料应用技术2009-2011年应用情况应用工程混合料类型数量（吨）长安街大修工程WSMA-13、WAC-13、WARAC-134220京加路工程WAC-20、WAC-133400环(雁栖)湖路工程WAC-16、WAC-136700111国道WAC-20、WAC-1310000张凤路WAC-165800八达岭大修工程WSMA-131000京承三期路面1#隧道WSMA-16、WAC-207000京包高速公路隧道WSMA-16、WAC-2041400京沈路大修工程WSMA-13、WAC-2010000 生产工艺试验路4、5、6温拌添加剂入口 2.温拌沥青混合料应用技术发展趋势——成品温拌改性沥青针对改性沥青高耗能、高排放的特点，重点开发成品温拌改性沥青及混合料！ 2.温拌沥青混合料应用技术发展趋势——成品温拌改性沥青针对改性沥青高耗能、高排放的特点，重点开发成品温拌改性沥青及混合料！ 3.再生沥青混合料应用技术减少砂石料开采，保护生态环境减少固体废弃物排放，保护环境 3.再生沥青混合料应用技术发展趋势——大比例再生技术大比例再生技术温再生技术冷再生技术 3.再生沥青混合料应用技术发展趋势——温再生沥青混合料大幅度提高旧料利用比例所有工艺操作温度比热拌显著下降应用于路面面层各层革命性的新工艺技术，非新材料技术提高再生料掺加比例（45%-50%）出料温度也比热再生低30～50℃节能减排，降低能耗 温再生沥青混合料的性能检验项目单位温再生AC-20技术要求试验方法旧料添加比例%45--最佳油石比%4.40--车辙试验(60℃)动稳定度次/mm2157≥1000T0719残留马歇尔稳定度%83.1≥80T0709冻融劈裂残留强度比%86.8≥75T0729低温弯曲试验(-10℃)破坏应*10-6(1/s)2257≥2000T0715变渗水系数ml/min基本不透水≤120T0730 温再生技术工程应用 3.再生沥青混合料应用技术发展趋势——冷再生沥青混合料将原沥青路面材料破碎，或与新集料等按一定比例重新拌和,并在常温下与泡沫或乳化沥青拌和后形成新的混合料，成为路面结构的一个层次，满足一定的路用性能。 乳化沥青冷再生混合料设计流程 3.再生沥青混合料应用技术冷再生用乳化沥青试验项目单位质量要求实测值试验方法破乳速度慢中裂慢裂T0658粒子电荷阳离子阳离子T0653筛上残留物（1.18mm筛）不大于%0.10.04T0652恩格拉黏度2-30-T0622黏度道路标准粘度计Es10-6021T062325,3残留分含量%6262.5T0651溶解度%97.599.5T0607蒸发残留物0.1m76针入度50-300T0604m延度cm>4048.2T0605与粗细集料的黏附性，裹覆面积,不小于-2/3不小于2/3T0654与粗、细粒式集料拌合试验-均匀均匀T06591d%10.7常温储存稳定性T06555d52.4 3.再生沥青混合料应用技术乳化沥青配方的目标充分裹覆在压实之前，遏制乳化沥青破乳进程在现实温度、湿度、日照条件下，强度形成速度满足工程要求（确保尽早取出完整芯样） 乳化沥青再生混合料技术要求试验项目技术要求空隙率（%）9-14劈裂强度（MPa）不小于0.4（基层、底基层）0.5（下面层）劈裂试验（15℃）干湿劈裂强度比（%）不小于75马歇尔稳定度（KN）不小于5.0（基层、底基层）6.0（下面层）马歇尔稳定度试验（40℃）浸水马歇尔残留稳定度（%）不小于75冻融劈裂强度比TSR（%）不小于70 冷再生混合料早期强度评价试验粘聚力试验和取芯试验评价再生混合料的早期强度抗扫刷试验评价再生层早期开放交通的能力 乳化沥青冷再生混合料的工程应用 4.矿山废弃物资源化应用技术废物再资源化符合当前发展战略绿色环保是发展方向依托课题2008年“发展循环经济，建设节约型社会”主题重大科研项目——“矿山废弃物的资源化利用”5cmAC-16C中粒式沥青混凝土适用范围：7cmAC-25C粗粒式温拌煤矸石沥青混凝土煤矸石用于沥青混合料、40cm石灰粉煤灰稳定煤矸石半刚性基层铁尾矿用于沥青混合料20cm煤矸石级配碎石 4.矿山废弃物资源化应用技术铁尾矿砂沥青混合料的各项性能满足要求 4.矿山废弃物资源化应用技术推广与应用立足北京北京25万吨煤矸石加工基地开拓外埠山西长治煤矸石加工生产线 5.钢渣沥青混合料应用技术钢渣物理力学性能可与玄武岩相媲美钢渣抗滑性能优异解决钢渣占地、污染环境代替集料，建少石料开采依托课题北京市科委2003年重大科技项目《工业钢渣在公路工程中的综合应用》北京市交委2004年科技项目《钢渣骨料在沥青混凝土面层的应用研究》 5.钢渣沥青混合料应用技术使用范围：高速公路城市道路桥面、高架路其他重交道路特点：抗滑、耐磨抗车辙耐久性好、不褪色 钢渣的基本性质钢渣路用性能指标 5.钢渣沥青混合料应用技术指标SMA-16试验值规范要求优于普通混合料性能动稳定度DS（次/mm）5559>3000马歇尔稳定度（kN）12.41>6.0项目试验值规范要求冻融劈裂试验残留强度比%91.5>80残留马歇尔稳定度比%90.0>80加载速率破坏强度破坏应变破坏劲度模类型(mm/min)(MPa)(με)量(MPa)AC-25506.852409.452849.89AC-16506.912514.892747.60 5.钢渣沥青混合料应用技术工程应用•在海淀区双清路、门头沟南雁路铺筑了试验路。 第三篇新材料在长安街上的示范应用 新材料在长安街上的示范应用1.抗车辙沥青混合料-改善性能2.硬质沥青混合料-改善性能3.岩沥青混合料-改善性能4.温拌沥青混合料-节能减排5.橡胶沥青混合料-再生利用6.温拌橡胶沥青混合料-节能减排7.钢渣沥青混合料-再生利用8.煤矸石沥青混合料-再生利用 谢谢！