劉斌忠
(太原市市政工程設(shè)計(jì)研究院,山西太原 030002)
20世紀(jì)90年代我國(guó)路面車轍問(wèn)題不明顯,但是進(jìn)入21世紀(jì)水損害基本解決后,車轍又開始突出。特別是前些年,全國(guó)普遍出現(xiàn)持續(xù)高溫,無(wú)論南方或北方部分省份,包括省城太原在近幾年城市基礎(chǔ)建設(shè)過(guò)程中不斷發(fā)現(xiàn)在一些道路大縱坡路段、交叉口路段、重載型車輛較多路段中的路面上,越來(lái)越多的車轍反射到路面上,其中有些路面已經(jīng)出現(xiàn)了較嚴(yán)重推移流動(dòng)和變形。瀝青混合料的推移、變形現(xiàn)象主要集中在中面層,少數(shù)流動(dòng)也會(huì)出現(xiàn)在下面層。據(jù)理論分析,路面剪應(yīng)力主要分布在路面5 cm~8 cm范圍內(nèi),其大小與輪載和路面縱坡、行車速度有關(guān)。
本文以太原市市政道路新建及改造工程為例,詳細(xì)介紹抗車轍劑在舊城區(qū)道路工程中的應(yīng)用。
首先瀝青混合料抗車轍劑是指以預(yù)防瀝青路面車轍病害為主要應(yīng)用目的的瀝青改性劑,是在瀝青混合料拌合過(guò)程中直接添加的一種或多種纖維聚合物材料,經(jīng)過(guò)一定工藝合成的高分子聚合物,它通過(guò)集料表面增強(qiáng)、瀝青改性以及彈性恢復(fù)等多重作用提高瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性、水穩(wěn)定性和低溫抗裂性,是一種提高瀝青混凝土抗車轍性能的外摻改性劑(見圖1)。將其引入太原市舊城區(qū)道路路面結(jié)構(gòu)中,拓寬了城市舊城區(qū)道路改造的設(shè)計(jì)思路。太原市舊城區(qū)近幾年道路路面結(jié)構(gòu)改造面臨的問(wèn)題,主要存在以下幾方面特點(diǎn):
1)罕見的歷史高溫;2)超載重載的交通狀況愈演愈烈;3)太原東、西山地區(qū)由于天然的地理位置決定了大縱坡不可避免的出現(xiàn),加劇了這些地區(qū)的道路車轍病害不斷出現(xiàn);4)瀝青用油量偏高,熱穩(wěn)定性差。瀝青混合料級(jí)配偏細(xì),粗骨料處于懸浮狀態(tài)。
針對(duì)以上太原市舊城區(qū)道路路面結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)和近幾年對(duì)摻加抗車轍劑的道路做了實(shí)驗(yàn)及分析表明,摻加的抗車轍劑對(duì)路面的實(shí)際效果主要表現(xiàn)為以下幾種情況:
1)增稠作用。在瀝青混合料拌和時(shí)首先加入抗車轍劑,由于抗車轍劑是顆粒狀,所以可以與混合料進(jìn)行干拌,使其充分融化,部分熔融的成分在瀝青中以極為離散的狀態(tài)凝固,形成高強(qiáng)和穩(wěn)定的固化結(jié)構(gòu),促使集料的粘結(jié)性提高了,對(duì)集料進(jìn)行了一定的預(yù)改性,而且這種結(jié)構(gòu)使瀝青路面具有較高的軟化點(diǎn),能夠增強(qiáng)瀝青的粘稠度,降低瀝青對(duì)溫度的敏感性,這就是抗車轍劑帶來(lái)的嵌擠作用(見圖2)。
圖1 抗車轍劑
圖2 工作機(jī)理
2)粘連作用。瀝青混合料抗車轍劑的部分融化成分及少量未融的部分會(huì)裹附在石料表面,在石料與瀝青,石料與石料之間產(chǎn)生較大的粘結(jié)力,這樣,就會(huì)減輕路面剝落現(xiàn)象的發(fā)生,使得瀝青混合料具有穩(wěn)定的結(jié)構(gòu),這就是抗車轍劑帶來(lái)的膠結(jié)作用。
3)增韌作用。通過(guò)抗車轍劑融化后的成分部分與瀝青發(fā)生反應(yīng),聚合物形成的微結(jié)晶區(qū)具有相當(dāng)?shù)捻g度,使得抗車轍劑對(duì)瀝青混合料的韌性增強(qiáng),這就是抗車轍劑帶來(lái)的加筋作用。
根據(jù)太原市區(qū)不同道路交通量情況,抗車轍劑摻量范圍為瀝青混合料質(zhì)量的0.3%~0.5%,即每噸瀝青混合料中摻3 kg~5 kg;重載交通(設(shè)計(jì)交通量為100萬(wàn)輛~2000萬(wàn)輛)的路段,抗車轍劑摻量建議為0.5%,長(zhǎng)大坡度的路段(具體針對(duì)東山地區(qū)和西山地區(qū))按重載交通路段考慮;中等交通指設(shè)計(jì)交通量在3萬(wàn)輛~100萬(wàn)輛車次,抗車轍劑摻量建議為0.3%~0.5%;特殊路段可摻加0.6%以上。
市場(chǎng)上絕大多數(shù)的抗車轍劑形狀都呈現(xiàn)顆粒狀,因此在施工現(xiàn)場(chǎng),抗車轍劑常常會(huì)在瀝青混合料拌合的過(guò)程中直接加入,施工方法簡(jiǎn)單方便,具體施工方法如下:
1)將礦料加熱到170℃~180℃時(shí),將添加劑直接投入拌和鍋內(nèi)進(jìn)行干拌,攪拌時(shí)間適當(dāng)增加2 s~3 s。2)加入熱瀝青繼續(xù)攪拌,拌和時(shí)間可相對(duì)增加。3)成品混合料的質(zhì)量控制要求和儲(chǔ)存運(yùn)輸方法與常規(guī)的混合料相同。4)工程應(yīng)用實(shí)例。從2007年開始,太原市大力建設(shè)市政基礎(chǔ)設(shè)施,陸續(xù)對(duì)市區(qū)內(nèi)新建及改造道路的路面結(jié)構(gòu)中添加了抗車轍劑,具體典型工程包括:a.太原市南內(nèi)環(huán)街道路改造工程(2007年)。太原市南內(nèi)環(huán)街改造工程項(xiàng)目為一條城市主干路的拓寬改造項(xiàng)目,在公交??空炯奥房诩t綠燈等候區(qū)等車轍容易產(chǎn)生的區(qū)域進(jìn)行改造。中面層AC-20摻加3‰的抗車轍劑。b.太原市迎澤西大街道路改造工程(2008年)。迎澤西大街改造主線工程是太原市東西軸向一條標(biāo)志性城市主干路。道路路面結(jié)構(gòu)采用瀝青混凝土柔性路面。上、中面層均采用重交90號(hào)A級(jí)石油瀝青,在中面層6 cm AC-20瀝青混凝土中摻加4‰抗車轍劑,提高瀝青路面抗車轍能力,延長(zhǎng)道路使用壽命。c.太原市平陽(yáng)路道路改造工程(2009年)。平陽(yáng)路道路改造工程是太原市重點(diǎn)工程,全長(zhǎng)3.22 km,紅線寬度為50 m(見圖3~圖5)。
圖3 平陽(yáng)路改造前現(xiàn)狀照片
圖4 平陽(yáng)路改造中現(xiàn)狀照片
圖5 平陽(yáng)路改造后現(xiàn)狀照片
為了提高瀝青路面抗車轍能力,采用了在中面層6 cm(AC-20)瀝青混合料中摻加4‰抗車轍劑的方案。
從2009年開始至今,太原市還對(duì)市區(qū)內(nèi)長(zhǎng)風(fēng)西大街、南中環(huán)街、舊晉祠路、和平北路、五龍口街、三給街等新建及改造道路中都采用了抗車轍劑,目前運(yùn)行狀況良好。
瀝青路面中的車轍已成為瀝青路面的主要危害,經(jīng)過(guò)近幾年的市政道路建設(shè),太原市對(duì)新建及舊路改造中處理車轍問(wèn)題積累了很深刻的經(jīng)驗(yàn)。針對(duì)舊城區(qū)每條道路的不同條件,本著減少和緩解車轍的目的,首先必須真正意義上識(shí)別車轍的具體類型和嚴(yán)重程度,然后認(rèn)真分析產(chǎn)生車轍的種種原因,因地制宜,選擇最適合的方法和標(biāo)準(zhǔn)來(lái)確定補(bǔ)救措施,大力運(yùn)用一些經(jīng)濟(jì)效益高、技術(shù)合理、性能可靠的路面新材料(比如瀝青混合料抗車轍劑)進(jìn)行具體的實(shí)踐,靈活的應(yīng)用技術(shù)指標(biāo)。真正收到讓政府和居民都滿意的效果,使城市道路建設(shè)質(zhì)量全面提高,邁上新臺(tái)階。
[1]JTG D50-2006,公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范[S].
[2]柳 浩.抗車轍技術(shù)在北京路面工程中的應(yīng)用[J].公路交通科技,2008(S1):38-40.
[3]王文君.抗車轍劑改性瀝青混合料關(guān)鍵參數(shù)設(shè)計(jì)及路用性能研究[D].西安:長(zhǎng)安大學(xué),2011.
[4]王淑穎.瀝青混合料抗車轍性能影響因素及評(píng)價(jià)指標(biāo)的研究[D].北京:北京工業(yè)大學(xué),2011.
[5]DB44/T 624-2009,瀝青混合料抗車轍劑[S].