兵团干线公路沥青路面开裂机理及常温灌缝料研究

1 西部交通建设科技项目 合同号：2008 318 000 66 兵团干线公路沥青路面开裂机理及 常温灌缝料研究 研究报告简本 新疆生产建设兵团公路科学技术研究所 交通运输部公路科学研究院 2010 年 12 月 2 1 项目背景 1.1 项目概述 “兵团干线公路沥青路面开裂机理及常温灌缝料研究”（编号：2008 318 000 66）是交通部 2008 年度西部交通建设科技项目。本项目由新疆生产建设兵团公 路科学技术研究所、交通运输部公路科学研究院联合承担。 本项目针对新疆生产建设兵团垦区的道路状况及气候、材料条件，研究兵团 垦区干线公路开裂机理，开发常温型路面裂缝修补材料，研究路面裂缝修补技术， 以期提高兵团公路路面的使用性能、延长路面的使用寿命。研究中①分析了兵团 干线公路路面裂缝产生和扩展的机理；②提出了几种常温型裂缝修补材料的评价 指标与技术要求；③确立了适用于兵团干线公路沥青路面的裂缝修补技术；④编 写了“兵团垦区沥青路面裂缝修补技术指南”。 项目研究过程中，课 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 组十分重视裂缝修补技术的推广应用工作，取得了大 量的成功经验。本项目于 2008 年 9 月正式立项以来，课题组先后在兵团农十二 师及自治区吐乌大高速公路甘泉堡、米泉等路段进行了 4次裂缝修补试验，通过 不断改进原有材料配方，同时尝试新材料技术，二年来，裂缝修补材料性能得到 了明显的提高，裂缝修补试验效果取得了明显的改善。目前，开发应用的裂缝修 补材料已经能够满足兵团干线公路裂缝修补材料快速、经济、有效的要求。 1.2 目的意义 1.2.1 兵团公路“建养并举”发展的客观要求 为贯彻实施党中央、国务院关于西部大开发的战略决策，充分发挥科技创新 在西部交通建设中的作用，提高西部交通建设的整体水平，运输效率和队伍素质， 实现兵团交通的跨越式发展，兵团公路从“十五”开始逐步实现由三、四级公路 向一、二级公路过渡，“十一五”期间更是规划建设兵团干线公路 5326 公里，其 中一级公路 128公里，二级公路 2950公里，三级公路 2248公里。从以上数据可 知，一、二级公干线公路占总规划里程的 57.8%。根据国内外的经验，高等级干 线公路的发展，最初以规划建设为主，逐步向运行管理与养护管理过渡，最后在 干线公路网基本建成之后，其发展则以运行管理与养护为主。 本项目的研究就是遵循这一规律，在目前兵团干线公路建设高峰时期即组织 3 一定的技术力量，提前对养护技术作深入研究，这样在理论、实践两方面都能使 建设与养护这两个阶段紧密联系，不至形成技术上和管理上的脱节，对兵团公路 建设有重要的意义。 1.2.2 兵团干线公路裂缝维修的客观要求 沥青路面建成以后，裂缝的产生不可避免。初期产生的裂缝对沥青路 面的使用性能没有明显影响，但是随着雨水、荷载等外界因素的作用，裂缝形 态将出现一系列变化并导致路面强度下降，从而引发其它类型的病害，如块裂、 龟裂、坑槽等。沥青路面开裂现象在我国很多地区都是十分普遍的，特别 是对于铺筑在收缩性大的半刚性基层上的薄沥青面层，开裂问题更加严 重。目前，兵团干线公路沥青路面以二级公路为主，其典型结构形式为： 20cm~30cm 级配砂砾底基层，20cm 水泥稳定砂砾基层，5cm 中粒式沥青混凝土。 由此可见，兵团干线公路是典型的半刚性基层薄沥青面层结构，裂缝必是其主要 病害之一。 新疆属于典型的大陆性干旱气候，其中北疆为温带大陆性干旱气候，南疆为 暖温带大陆性干旱气候，主要的气候特点是： （1）夏季炎热、干燥少雨，冬季寒冷 新疆是我国的极端干旱区，地球北纬 40º~50º大陆年平均降水量为 510mm， 而新疆仅为 147mm ，其中南疆降水量 20mm~100mm ，北疆降水量 100mm~300mm。年平均蒸发量为 1000mm~4500mm，比我国同纬度地区高 500mm~1000mm。由于降雨稀少，路面裂缝病害初期易被忽视。冬季寒冷漫长， 平均季节冰冻深度超过 1m。 （2）日温差较大 新疆地处沙漠边缘地区，温差较大，最热月份和最冷月份路面温度相差 100℃以上，极端最高、最低气温相差 99.6℃。年温差一般在 40℃以上，最大日 温差 30℃，温差之大，为我国同纬度地区罕见。路面结构层温度梯度变化明显， 由温差产生的沥青路面温缩裂缝现象比较明显，多为季节性周期裂缝。 （3）日照时间长 新疆少云多晴，太阳辐射强烈，年日照时间为 2600h~3600h，年总辐射量仅 次于青藏高原，路面材料易老化。 由于以上因素相互作用影响，导致兵团干线公路沥青路面反射裂缝和温缩裂 4 缝现象比较明显。因此，针对兵团干线公路沥青路面裂缝维修养护技术进行研究 有重要的现实意义。 1.2.3 目前的灌缝材料与技术不能满足养护需要 如上所述，兵团干线公路沥青路面开裂现象比较严重，裂缝修补已经成为兵 团公路养护部门的主要工作内容之一。 目前，兵团公路裂缝修补材料仍然以传统的热沥青为主，热沥青取材方便， 但是修补效果很差。特别是新疆地区冬季严寒、夏季酷热，对灌缝材料的性能要 求很高，普通的沥青材料冬季发脆开裂，夏季发软流淌现象明显，起不到裂缝修 补的效果。灌缝一年的失效率很高，每年都需要重复灌缝，费时费钱且收效甚微。 加热型橡胶改性沥青灌缝胶是目前国内外应用最广泛的灌缝材料，技术比较 成熟，但是需要专门的灌缝设备进行加热 施工 文明施工目标施工进度表下载283施工进度表下载施工现场晴雨表下载施工日志模板免费下载 。兵团垦区地广人稀，相对沿海发 达地区，公路等级较低而里程很长，采用昂贵的灌缝设备进行加热灌缝施工面临 人力和物力的双重难题。因此，有必要针对兵团干线公路特点，开发常温型灌缝 料，研究常温灌缝技术。 1.3 总体目标 （1）提出兵团干线公路沥青路面开裂机理； （2）提出沥青路面灌缝料的分类及相应的评价方法和技术要求； （3）研制出经济有效的常温灌缝料产品，形成批量生产能力； （4）提出不同类型灌缝料的灌缝工艺和灌缝要求； （5）试验路段及实体工程的总长度不小于 3km。 2 研究内容与技术路线 2.1 研究内容 2.1.1 国内外沥青路面开裂机理、灌缝料及灌缝技术调研 （1）国内外沥青路面裂缝分类方法和开裂机理； （2）国内外灌缝料的类型、应用情况及评价方法； （3）国内外沥青路面裂缝维修技术。 2.1.2 兵团干线公路沥青路面开裂机理研究 （1）兵团垦区气候、交通、路面结构与材料； 5 （2）兵团垦区沥青路面裂缝损坏调研与开裂成因分析。 2.1.3 灌缝料的性能评价 （1）国内外常见沥青路面灌缝料的归纳与分类； （2）不同类型灌缝料相应的评价方法与技术要求。 （3）常温有机硅灌缝料的研发 2.1.4 兵团干线公路沥青路面裂缝养护维修技术研究 2.2 技术路线 由于本项目既涉及路面结构问题，又涉及路面材料问题，从而使该项目难度 大、内容多、领域广。因此本项目拟采取理论分析、室内试验研究与试验路研究 三者相结合的方法展开研究。具体技术路线如下： （1）通过国内外调研，查阅相关技术资料，掌握国内外沥青路面开裂机理 和灌缝料的已有研究成果和最新研发动态； （2）进行兵团干线公路沥青路面裂缝的实地调查，对裂缝分类与成因分析； （3）对国内外常见的灌缝料进行分类，提出相应的评价方法；收集国内外 常用灌缝料并进行性能评价试验，在试验结果的基础上，提出相应的评价指标与 技术要求； （4）通过试验确定灌缝料的几种试验室配方，根据试验室配方进行中试生 产，不断调整试验室配方和生产工艺，形成灌缝料的初步产品； （5）应用研制的灌缝料初步产品与收集的国内常用加热型灌缝胶进行裂缝 修补试验路对比工程，现场施工研究灌缝技术，进行试验路观测，评价研制的灌 缝料与其它灌缝材料的性能差异，调整灌缝料配方，确定生产工艺，形成最终产 品； （6）提出兵团沥青路面灌缝技术，提出兵团干线公路沥青路面灌缝技术指 南，形成研究报告。 6 研究技术路线见图 1所示： 图 1 技术路线流程图 3 研究成果与创新 （1）通过调研兵团公路沥青路面的典型结构、兵团垦区的气候交通状况，提出 了兵团沥青路面裂缝的主要类型，分析了兵团干线公路裂缝产生与扩展的机理。 （2）参考加热型灌缝胶性能评价方法，结合常温型灌缝材料的室内试验和裂缝 温缩运动观测，提出了适用于兵团垦区的有机硅、聚氨酯、聚硫等三大主流常温 型灌缝胶的评价指标与技术要求。通过室内外的初步研究，提出了适用于兵团垦 区的压缝带的评价指标与技术要求。 （3）研发了有机硅灌缝胶产品，在路用性能满足兵团裂缝修补的前提下，价格 仅为进口同类产品的 66.7%，满足价格降低 20%以上的目标。在湖北仙桃建立了 有机硅灌缝胶生产基地，形成了批量生产能力。 （4）研究对国内外现有的裂缝修补技术进行了应用并改进，先后应用了 4 种类 型的常温灌缝料进行了 5 次裂缝修补试验，裂缝修补试验路的总长度达 5Km。 跟踪裂缝修补试验效果，提出了适用于兵团垦区公路沥青路面的裂缝修补技术。 7 （5）研究编制了《兵团垦区公路沥青路面裂缝修补技术指南》，可指导兵团公路 沥青路面裂缝修补技术的应用与推广。 4 经济效益分析 目前，我国沥青路面裂缝修补材料以加热型密封胶为主。此处仅以严寒型 （-30℃）为例，Crafrco 的 34522在国内的市场价格约为 2万元/吨，其它型号如 Deery 3723#和Meadows H3405 的市场价格与之相当，但是在国内的使用效果不 尽理想。国产严寒型密封胶，市场价格相对较低，大致在 1.5万左右，但从室内 试验结果来看，还没有符合行业 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 技术要求的产品。 常温型密封胶，以有机硅为主，目前的应用还比较少，市场价格昂贵，Dow Corning 888 和 890的市场价格大致在 6万元/吨左右。课题组开发有机硅密封胶 量产后的市场价格估计在 4万元/吨左右。 从材料成本分析，加热型密封胶开槽截面取 1.5×1.5（cm），常温型密封胶 开槽截面取 1.0×1.0（cm），密度均取 1吨/立方，则加热型和常温型密封胶每吨 分别可用 4400 延米和 10000 延米。从施工成本分析，加热型密封胶需配备专用 的开槽机和灌缝机，施工费用约在 5 元/延米；常温型密封胶配备开槽机和打胶 枪，施工费用约在 3 元/延米。科来福 34522、道康宁 890和研发产品的期望寿命 分别取 3年、5年和 5年。 在经济学中，有很多方法可以用来评价一个项目的费用效益，其中等效年度 费用法（Equivalent Annual Cost method， 简称 EAC）由于方法简单被广泛采用。 EAC的计算 公式 小学单位换算公式大全免费下载公式下载行测公式大全下载excel公式下载逻辑回归公式下载 如下： 等效年度费用（EAC）＝ 单位成本 期望寿命 （1） 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 1 列出了中国市场上最具代表性的加热型密封胶（科来福 34522）、有机 硅密封胶（道康宁 890）和本课题研发产品的等效年度费用分析。研发产品价格 是进口道康宁 890价格的 66.7%，满足项目任务要求，开发的灌缝料相对于进口 同类型灌缝材料，在使用性能均满足裂缝修补要求的前提下，价格降低 20%以上 的要求。等效年度费用比较，研发产品分别为科来福 34522和道康宁 890的 43.8% 和 77.8%。目前，项目组已经在湖北省仙桃市建立了一个有机硅密封胶生产基地， 8 形成了批量生产能力，本课题成果的推广应用有望取得较大的经济效益。 表 1 三种密封胶的等效年度费用比较 产品名称 市场价格/ 万元 每吨可用 延米数 材料成本 /元/延米 施工成本 /元/延米 合计成本 /元/延米 期望寿命 /年 等效年度费用 EAC 元/延米.年 科来福 34522 2 4400 4.5 5 9.5 3 3.2 道康宁 890 6 10000 6.0 3 9.0 5 1.8 研发产品 4 10000 4.0 3 7.0 5 1.4 5 研究结论 本研究得出的主要结论如下： （1）兵团干线公路开裂现象及开裂机理 兵团沥青路面等级较低，由于养护资金严重不足，后期养护投入较少，加上 日照强烈，导致路面老化严重。部分路面裂缝已经发展至块裂、网裂阶段，错过 了养护的最佳时机，不宜采用裂缝修补技术。兵团沥青路面普遍采用半刚性路面、 沥青面层较薄，年温差、日温差较大，在以上因素的耦合作用下，半刚性基层干 缩导致的面层反射裂缝叠加温缩裂缝，横向裂缝现象比较突出。这类反射裂缝与 温缩裂缝的耦合作用下产生的横向裂缝，是典型的Ⅰ型裂缝（如图 2 所示）。 图 2 路面开裂明显 （2）各类灌缝材料在兵团干线公路上的适用性 传统的改性沥青类材料极易出现跑料现象，低温失效现象普遍，不适用于兵 9 团干线公路沥青路面的裂缝修补。加热型密封胶具有较好的路用性能，但是需要 昂贵的施工设备，现阶段还难以在兵团公路上大规模应用。有机硅密封胶体现了 良好的裂缝修补效果和较低的等效年度费用，具有较大的推广应用价值。压缝带 施工方便，修补效果良好，但还需作进一步研究观测，以考察其长期路用性能。 采用方槽凹封法容易导致出现积水、积砂石现象，不适用于沥青路面裂缝修补。 常温型密封胶应采用沥青路面最常用的方槽灌封式或方槽贴封式。