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共振破碎在道路“白改黑”的运用

文章出处:未知人气:发表时间:2020-09-11 14:04
1.前言
  传统城市“白改黑”路面改造技术解决水泥路面反射裂缝通常采用的是灌缝、封缝、加粘贴防裂贴等措施,其具有施工期长、现场交通压力大,每天可施工的有效时间短,质量难以保证等缺点以及无法解决沥青路面反射裂缝等问题,因此路面的使用耐久性受到严重影响。基于福州市区“白改黑“道路改造工程实际情况,针对上述问题将“高频低振幅共振技术在“白改黑”路面工程中应用研究”课题进行试验段研究。先对旧路面调查和质量评定、共振破碎工艺探索、共振破碎工艺对环境的影响评估中的部分内容、共振破碎层的质量评定、沥青加铺层的铺筑(最上面层 SMA-13 除外)和质量评定等研究内容。
 
  2.路面调查
  地质雷达探测的目的是探查路面以下是否存在空洞等病害。通过不同的波形图反映不同结构层或物质的形状。
利用弯沉检测了解旧水泥路面、旧沥青路面和水泥稳定层的承载能力,以便采取相应的处置措施。主道共检测了249个点,辅道共检测了129点。
 
  3.共振破碎工艺探索
  共振破碎中主要考察了共振设备共振头施加的激振力大小、行走速度对混凝土板的破碎效果和上述条件下共振头产生的加速度波对地基和周边房屋建筑结构的影响。对共振破碎工艺的研究,本次试验分别考察了19MPa、20MPa和21MPa三种激振力和2.5km/h、3km/h 和3.5km/h 三种行走速度的组合情况;并对施加不同大小激振力和不同行走速度破碎的混凝土板部位进行了挖坑检查。共振破碎仅把混凝土表层以下8cm范围内的混凝土板块碎石化,下部虽然也被振裂但仍保持良好的嵌挤性。因而保证了上部“柔性化”,而下部碎而不散,仍具有良好的承载能力。
  分析激振力21MPa,行走速度3.5km/h的筛分结果,尽管激振力较大,由于速度较快,破碎的颗粒较大;激振力为19MPa,行走速度 3.0km/ h 的筛分结果,尽管激振力较前者小,由于速度较前者慢,破碎的颗粒较小;激振力为20MPa,行走速度2.5km/h 的筛分结果,由于激振力较19MPa大,速度较3.0km/h 慢,破碎的颗粒最小。通过对试验路破碎层开挖观测和筛分结果分析,表面以下8cm以内被破碎小于5cm的颗粒占到50%。在厚度8cm以下宜保持裂而不碎的效果最佳。因此,我们认为破碎不宜太碎,过碎会使整个结构层变得松散,不利于承受荷载和传递荷载。因此,比较而言,采用激振力20或21MPa,行走速度3.0~3.5km/ h的工艺条件较合适,既能保证破碎达到应有效果,又能保证获得较高的生产效率。
 
  4.面层施工
  4.1封层施工
  面层施工前应对破碎层进行压实,共振破碎层经压实后要及时进行强度检测,强度检测主要进行了弯沉检测和承载板试验,以便对破碎层进行必要的强度治理。并进行封层施工前要在封层表面洒布1.5~2L/m2的透层油,透层油洒布后应充分破乳,然后碾压2~3遍使其碎石稳定,再进行封层施工。
  4.2差异沉降措施施工
  对于破碎层容易发生不均匀沉降,沥青面层的使用性能将大幅下降,甚至发生安全事故。为了解决共振破碎层与旧沥青层的差异沉降,设计在主道共振破碎层与辅道旧沥青路面交界处放置玻璃纤维格栅网,可采用钙铝硅E玻璃纤维格栅网或镁铝硅S玻璃纤维格栅网。从而使受力均匀。玻璃纤维格栅网的施工工序是:将基面整平,洒0.6kg/m2的快裂乳化沥青粘层油,将玻璃纤维格栅网拉直跨主道共振破碎层与辅导旧沥青路面交界线上粘贴,接缝各 50cm 及以上。玻璃纤维格栅网褶皱时,应揭起重贴;当无法揭起时,可将褶皱部位剪断拉直。
  4.3下面层 ATB 施工
  与传统沥青路面施工一样,封层基面必须干净,不潮湿。如果封层有污染,应清扫干净,并洒布0.3~0.5l/m2的粘层油(包括玻璃纤维格栅网或金属扩张网上)。粘层油可采用快裂阳离子改性乳化沥青或汽油稀释的改性沥青,其技术性能应满足规范相应规定。试验段采用的ATB沥青混合料,级配为ATB-25。试验路段ATB-25的承载板检测结果。左右幅的回弹模量反映的结果和弯沉值反映的一样。与共振破碎层的模量比较,铺筑ATB沥青层后,整体强度得到了显著提高,平均提高了近80 MPa。
  4.4AC-20f 改性沥青层施工
  ATB完成后应尽快铺装中面层AC-20f改性沥青层。基面的清洁和洒粘层油是必不可少的两道工序。粘层油仍采用快裂阳离子乳化改性沥青,用量0.3~0.5l/m2。然后对着水泥破碎层与沥青交界缝中心线铺贴防裂层。试验段防裂层在ATB 面上铺贴金属扩张网。
  AC-20f 改性沥青混合料铺筑后进行了弯沉检测和承载板试验。AC-20f 改性沥青混合料层的弯沉值均较小,平均弯沉值均为26,左右幅的代表弯沉值(左40,右36)差异较小,说明路面整体强度均衡。与ATB-25沥青层相比,平均弯沉值(ATB-25,左38.9,右31.7)分别降低 50%和22%,左右幅的代表弯沉值(ATB-25,左58.8,右47.8)分别降低47%和33%,整体强度显著提高。而且均匀性与ATB-25沥青层相比也得到显著改善。承载板试验比较发现,与ATB沥青相比,AC-20f改性沥青层的回弹模量只轻微有点提高。其原因在于:由于要求的通车时间紧迫,承载板试验是在 AC-20f 改性沥青层铺筑后第二天就开始试验,而改性沥青路面需要48h的稳定期,强度才会升起来。因此,AC-20f改性沥青层的模量的代表性较差。弯沉值则是在承载板试验完成后测定的,其结果较真实地反映了AC-20f改性沥青层的强度情况。
 
  5.结论
  该技术的优点是通过对水泥路面共振破碎,把传统刚性的水泥路面基础变为柔性基础,其优点在于:
  (1)利用共振原理(即施加的频率与水泥混凝土的自振频率一致才产生共振)只将混凝土破碎而不会对基层造成大的损伤。
  (2)机械化施工,速度快。
  (3)无需进行防裂处置,能够消除水泥混凝土板的反射裂缝,有利于大大延长沥青路面的使用寿命。
  该技术的施工技术特点:
  (1)共振破碎水泥路面工艺简单、速度快、适合于“白改黑”工程应用,在共振破碎层上加铺沥青路面层的技术是可行的。
  (2)共振破碎的激振力建议采用20MPa,行走速度3~3.5km/h。过慢会产生破碎过渡,不利于承载;过快会产生漏破或形成大破碎快。
(3)加筋和不加筋对沥青路面的抗变形能力有明显差别,在沥青石屑封层与ATB沥青层间和ATB沥青层与AC-20沥青层之间分别设置金属扩张网和玻璃纤维格栅网对减小路面差异沉降是有益的措施。

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