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油砾石路面技术在甘肃公路建设和养护中的应用研究

日期:2013-09-27 来源:

www.wuying.org 技术水平:

结题时间:2012年6月

主要参研单位:甘肃省公路管理局、黑龙江交通科学研究所、甘肃省交通科学研究院有限公司、甘肃省交通规划勘察设计院有限责任公司

1.)项目成果简介

本项目为交通部西部交通科技建设项目“油砾石路面技术在甘肃公路建设和养护中的应用研究”,于2006年10月通过了交通部西部项目办组织的可行性研究评审并正式立项。本项目密切结合我省寒冷地区气候特点和材料特性,充分利用“大兴安岭地区油砾石路面技术开发研究”的成果和经验,结合地产材料对油砾石路面技术进行引进和开发,在我省公路建设工程和其它维修和养护项目中推广应用,以期降低路面造价,缓解高寒地区沥青路面低温开裂问题,并有效解决中、轻交通量公路建设过程中养护资金不足的问题,保障寒区道路的安全畅通,提高服务水平。项目研究结合我省公路建设和养护的实际,针对高寒阴湿地区的区域环境特点,开展油砾石路面技术在甘肃公路建设和养护中的应用研究,项目研究成果将对加快我省公路建设,提高公路养护水平,为全面实施社会主义新农村建设具有积极作用,特别是对带动和促进当地地区经济发展,提高当地人民生活质量具有深远的意义。

2.)主要结论

结合甘肃省当地气候与水文地质条件,选用当地筑路材料对油砾石路面进行研究,得出以下结论:

(1)油砾石路面在甘肃省自然区划下适应性研究

①气候对道路的建设有很大的影响,结合甘肃省气候特征,其气候特点与黑龙江有相似之处,可在1月平均气温<-10℃,7月平均气温<20 ℃的河西寒冷气候带和高原寒冷气候带应用。

②甘肃省坚硬、半坚硬的岩体分布广泛,具有良好性能的填石路基材料、路用碎石材料及桥涵、防护构造物所需块、片石料。其中碎砾石分布广泛且路用性能能满足油砾石路面集料要求主要集中在陇南南部、甘南中、北部高山、中山山地,河西走廊北山地区(马鬃山、花牛山、大红山中、低山山地)及河西走廊中、西部地区三个大的区域。充分利用这三个区域丰富的砾石资源,使油砾石路面能够在甘肃省更广泛的领域进行推广应用。

(2)油砾石路面结合料掺配试验研究

①由于甘肃省化工企业生产的重油稠度过大,无法作为外掺剂降低基质沥青的粘度,经反复试验后,确定用兰炼油浆作为外掺剂。中国石油兰州石化公司3.0Mt/a重油催化裂化装置外甩油浆0.18~0.24Mt/a,产量充沛,可满足推广油砾石路面需求。

②根据油砾石路面结合料的技术要求和掺稀降粘机理,选取兰炼油浆作为轻质溶剂对甘肃省境内常用的兰炼110号沥青和克拉玛依90号沥青进行降粘处治。

③油浆作为降粘剂添加到沥青中配制油砾石路面结合料,对不同品质沥青所需油浆的用量不同,且粘度值大的沥青所需油浆用量也越大。且随着油浆用量的增加,结合料60℃动力粘度值随之减小,结合料15℃针入度随之增大。

④通过测定不同比例油浆和沥青掺配结合料的60℃运动粘度和15℃的针入度,确定油浆的用量,其中对于兰炼110号沥青需30%的油浆用量,对于克拉玛依90号号沥青需37%的油浆用量。

⑤通过对结合料进行耐老化试验和蜡含量试验,测得按30%的油浆+兰炼110号沥青和37%的油浆+63%克拉玛依90号沥青配制的结合料满足油砾石路面结合料的技术要求。

⑥对克拉玛依90号沥青而言,需掺配的油浆用量过大,影响结合料与集料的粘附性,因此在甘肃省油砾石路面推广中建议兰炼油浆的最大使用量不宜超过30%。

⑦使用WETFIX-BE型增粘剂,按照0.6%的比例添加,可更好的改善油砾石结合料对集料的粘附性。

(3)油砾石混合料配合比设计研究

通过对油砾石路面浸水稳定性试验、空隙率及冻融劈裂强度试验进行油砾石混合料配合比设计,并提出油砾石混合料关键筛孔的控制指标。

①S210线铁尺梁试验路段油砾石路面设计采用OG-16B(结合料掺30%油浆)型混合料,设计厚度为4cm,集料掺配比例:碎石(5~15):碎石(5~10):砂:石屑=28%:32%:24%:16%。油石比:4.3%。

②S216线马鬃山试验路段油砾石路面设计采用OG-16B(结合料掺30%油浆)型混合料,集料掺配比例:碎石(5~15):碎石(5~10):砂:石屑:水泥=29%:40%:13%:16%:2%。油石比为:4.4%。

③在S313线,选用OG-16(掺加15%油浆)替代AM-16作为下面层,油石比为4.0%,马歇尔稳定分别为9.46KN和5.48KN,强度增加了72.6%,OG-16(掺加15%油浆)的路用性能明显好于AM-16。

④在S219线,选用OG-22(掺加15%油浆)替代AM-20作为下面层,油石比分别为4.4%和4.3%,马歇尔稳定分别为6.21kN和4.75kN,强度增加了30.7%,OG-22的路用性能好于AM-20。

(4)油砾石路面结构组合设计研究

①依据甘肃省气候分区及交通量大小,研究提出了甘肃省气候条件下油砾石路面的典型结构,一是4cm油砾石单面层(OG-16),基层选用水泥稳定砂砾或水泥石灰稳定砂砾,底基层选用20cm天然砂砾结构,此结构适用于中小交通量的三四级公路;二是3cm沥青混凝土上面层(AC-13)+4~5cm(OG-16)双面层,基层选用水泥稳定砂砾或水泥石灰稳定砂砾,底基层选用15~20cm水泥稳定砂砾、级配碎砾石或天然砂砾结构,此结构适用于中等交通量的二级公路。

②利用公路路面设计程序系统,对甘肃省所在公路自然区划Ⅲ2、Ⅲ3、Ⅴ1、Ⅵ2、Ⅶ3五个自然区划下不同土基回弹模量的公路路面结构进行计算。计算结果表明,路面结构一中水泥稳定砂砾或水泥石灰稳定砂砾基层厚度选取18~38cm、19~41cm,路面结构二中水泥稳定砂砾或水泥石灰稳定砂砾基层厚度选15~21cm,15~23cm,通过调整厚度,可以适应不同区间的中、轻交通量。

(5)油砾石路面施工与质量控制研究

①在三级公路S210线巴仁口至代古寺段和S216线,成功修筑油砾石路面试验段,对施工工艺进一步完善。

②通过对油砾石路面与普通路面的现场检测,油砾石路面构造深度大和渗水系数较普通路面大,且油砾石路面在使用过程中受行车荷载的影响会越来越密实,其抗滑性能要好于普通混凝土路面。

(6)油砾石路面养护技术研究

①通过对甘肃省油砾石路面使用状况调查,油砾石路面的主要病害为裂缝和坑槽。

②油砾石混合料空隙里较大,日常养护中要保证降雨及时排出路面,防止雨水下渗滞留在路面中发生坑槽病害。

③油砾石混合料同热拌沥青混合料相比,具有施工简单,施工工序不繁琐,施工方法便于掌握等优点。采用油砾石混合料修补路面,可防止坑槽进一步损害,从而延长路面使用寿命,减少重复修补次数。

④对于沥青路面严重老化,且有大面积网裂的路段,可用油砾石罩面恢复沥青路面的表面功能,延缓道路使用年限。

(7)油砾石路面推广应用

①在三级公路S210线巴仁口至代古寺段和S216线红石山至桥湾采用原路基、水泥稳定沙砾基层及40cm油砾石面层,成功铺筑了6Km的试验路段。

②应用研究成果分别在二级公路S313线舟曲至黑水沟和省道219线地震灾后恢复重建工程中推广应用油砾石路面近165公里。