马云容-高性能微表处的设计方法和性能特点

1 Shell Bitumen 乳化沥青乳化沥青与与 微微 表处系统表处系统 -----更持久更耐用的路面 马云容 2008-4-12 Shell Bitumen 乳化沥青与微表处乳化沥青与微表处 1.1. 乳化沥青质量控制乳化沥青质量控制 2.2. 骨料质量控制骨料质量控制 3.3. 微表处混合料微表处混合料设计 2 Shell Bitumen Shell Bitumen 3 Shell Bitumen 雪灾后的微表处系统雪灾后的微表处系统 Shell Bitumen 隧道内微表处施工实例隧道内微表处施工实例 4 Shell Bitumen 微表处夜间施工微表处夜间施工 • Shell Bitumen Cool TemperaturesCool Temperatures French Alps 施工后24小时 5 Shell Bitumen 车车 辙辙Corrects Surface RutsCorrects Surface Ruts Shell Bitumen 6 Shell Bitumen Pavement Solutions What do we do? 高质量的材料高质量的材料 乳化沥青 骨料 填料 水 施工现场施工现场 技术的实施技术的实施 微表处系统 高质量高质量的的 混合料设计混合料设计 对原路面对原路面 精心评估及处治精心评估及处治 Shell Bitumen What is What is MicrosurfacingMicrosurfacing？？ •• 微表处应适应迅速快开放交通微表处应适应迅速快开放交通 的需求。的需求。 •• 在通常气温条件下，在通常气温条件下，12.7mm12.7mm厚厚 度的微表处施工后度的微表处要求施工后11小时即小时即 可开放交通可开放交通 7 Shell Bitumen 快凝微表处系统的优势快凝微表处系统的优势 • 快速修复路面功能 • 快速恢复道路交通 • 延长施工时间 • 延长施工季节 • 施工效率高 •• 提高工程质量提高工程质量 Shell Bitumen 乳化沥青质量控制乳化沥青质量控制 1cm3液体分散成直径为 1 μm 圆球 时， 园球的总数高达1.90*1012个 总表面积变为:6*104cm2 一个圆球的总表面积增大：12000多倍 8 Shell Bitumen 表面活性剂作用表面活性剂作用 乳化沥青双电层 •降低沥青与水的界面自由能，使沥青颗粒自然聚集 的能力大为降低。 •在沥青的表面形成规则排列的表面层。 •沥青表面带有相同的电荷而相斥，所以 阻止了沥青 聚集。 Shell Bitumen 乳化沥青质的稳定性乳化沥青质的稳定性 • 静电力 • 空间位阻 • 水化层化作用 • 亲和力 • 界面张力 9 Shell Bitumen 乳化沥青质量控制乳化沥青质量控制 在乳化沥青的体系中： 表面活性剂的加入降低了界面 能，沥青能稳定地分散在水相 中，形成处于热力学亚稳状态中。 Shell Bitumen 乳化沥青质量控制乳化沥青质量控制 在乳化沥青的体系中： 沥青能否分散成稳定的乳 化沥青取决于它所处的条件， 体系受外界因素破坏的能力称 为乳化沥青的稳定性。 10 Shell Bitumen 乳化沥青质量控制乳化沥青质量控制 乳化沥青的可用性： --- 必须便于储存、泵送、运输。 与骨料的合易性： --- 必须与集料快速 凝聚成型。 Shell Bitumen 乳化沥青乳化沥青 在微表处系统中 乳化沥青中沥青的聚结依靠 骨料与乳化沥青之间的表面电位 的相互关系，使沥青微粒聚结。 11 Shell Bitumen 快凝稀浆系统快凝稀浆系统 •• 快凝稀浆混合料系统快凝稀浆混合料系统 ----------靠自身体系可脱水靠自身体系可脱水 •• 慢凝稀浆混合料系统慢凝稀浆混合料系统 --------需要适宜的气温下靠蒸发而凝聚需要适宜的气温下靠蒸发而凝聚 Shell Bitumen 乳化沥青的选择乳化沥青的选择 • 乳化沥青中沥青的析出 --- 与沥青的聚结有关 • 乳化沥青在集料表面的凝聚 ---与沥青与骨料的粘附有关 12 Shell Bitumen Raw Material SelectionRaw Material Selection 沥青的选择：沥青的选择： --------极性组分含量（以酸值表极性组分含量（以酸值表 示）示） --------杂元素（硫、氮、氧及金杂元素（硫、氮、氧及金 属）属） 组分的含量（钒组分的含量（钒--卟啉类卟啉类 络合物）络合物） Shell Bitumen 原材料的选择原材料的选择 改性后沥青的粘度、附 着度、柔韧性、机械阻抗性 都增加，稀浆混合料承受重 载的能力就增强。 13 Shell Bitumen 乳化沥青的选择乳化沥青的选择 乳化沥青首先满足微表处施工 技术指标的要求。 根据骨料的不同的特性，选用 不同的乳化沥青。 微表处用骨料微表处用骨料 微表处混合料组中：微表处混合料组中： 1. 1. 大于大于93%93%的组成成分是骨料的组成成分是骨料 2.2. 小于小于7%7%的是沥青的是沥青 3.3. 微表处施工必须有合格的骨料。微表处施工必须有合格的骨料。 14 Shell Bitumen 骨骨 料料 的的 选选 择择 施工的经济性、供应来源及工 程质量三者之间的一种平衡。 ---在系统中骨料所占比例最大 ---施工的成功很大程度取决于骨料 的选 择和质量控制。 Shell Bitumen 骨料的基本特点骨料的基本特点 • 孔隙度吸收特性---对沥青材料有吸收的特 性 • 密度--- 反映骨料的空隙率 • 表面结构----反映骨料与沥青的粘结力 • 硬度和强度---骨料的抗滑和磨损的能力 • 骨料的颗粒形状---影响强度、和易性 • 酸碱度--- 骨料表面带电荷的强弱不 同， 15 Shell Bitumen 骨骨 料料 的的 选选 择择 • 砂当量的影响 • 活性的影响 • 级配变化的影响 Shell Bitumen 骨料砂当量的影响骨料砂当量的影响 骨料的砂当量： 是指在骨料中存在 着分 布于岩石之上结构松散母体 物质多少的衡量。 16 Shell Bitumen 骨骨 料料 砂砂 当当 量量 的的 影影 响响 • 表面积大 疏松多孔、粒径较小、塑性 • 表面能较大（带电荷复杂） • 接纳水的能力强 • 改变乳化沥青的pH值 Shell Bitumen 骨料砂当量的影响骨料砂当量的影响 • 混合料系统受环境温度的影响较大 • 混合料系统受环境湿度的影响大 • 初期的耐磨性、机械稳定性变化较大 • 高温高湿的环境下对混合料危害较大 17 Shell Bitumen 骨料的要求骨料的要求 •• 100%100%轧碎石料轧碎石料 •• 级配级配 ISSA II ISSA II 、、IIIIII •• 抗磨、坚硬抗磨、坚硬 •• 砂当量砂当量 >65%>65% •• 亚甲蓝试验亚甲蓝试验 通过通过 •• 颗粒形状、表面结构、空隙率颗粒形状、表面结构、空隙率 Shell Bitumen 骨料级配的影响骨料级配的影响 8.575.75比表面积（cm2/g) 10.05.10.074 12.58.50.15 18.511.70.3 26.521.00.6 39.032.61.18 57.755.42.36 80.075.94.75 1001009.5 通过率（%）-2通过率（%）-1筛孔(mm) 18 Shell Bitumen 填料、水、添加剂填料、水、添加剂 • 填料的种类和用量依据试验室混 合料设计决定 • 填料有增加稠度和改善凝聚时间 的作用 Shell Bitumen 材料对微表处混合料影响材料对微表处混合料影响 • 材料来源的连续性、可控性 • 乳化沥青的配方及生产可控性 • 混合料设计方法的可靠性 • 施工的可控性 19 Shell Bitumen 混合料设计混合料设计 混合料设计是微表处系统的必 要组成部分，是获取成功的必要条 件。 Shell Bitumen •• 评价推荐骨料源的质量？评价推荐骨料源的质量？ •• 料源能否满足骨料的？料源能否满足骨料的规范？ •• 乳化沥青与骨料的和易性？乳化沥青与骨料的和易性？ •• 混合料的质量评价？混合料的质量评价？ •• 决定混合料是否满足项目要求？决定混合料是否满足项目要求？ 混合料设计混合料设计 20 Shell Bitumen Laboratory Design ProceduresLaboratory Design Procedures • 施工所要达到的目标 • 微表处摊铺的类型 • 材料相匹配的选择 • 正确的混合料设计 • 混合料的性能检测 • 施工中的现场确认 Shell Bitumen 混合料设计混合料设计 • 乳化沥青的合适用量 ----取决于骨料的特性 • 水泥决定了混合料 ----凝固时间 ----施工的和宜性 • 添加剂的用量 ----骨料的质量、 -----混合料的性能 -----施工的温度 21 Shell Bitumen 填料、添加剂填料、添加剂 在快凝系统中： 添加剂包含在系统组成 中，控制系统的和易性，增加 系统的包容性，是混合料设计 的组成部分。 粘结力实验粘结力实验 湿轮磨耗试验湿轮磨耗试验 (WTAT) 水敏感性试验水敏感性试验 (Schulze-Breuer) 负荷轮试验负荷轮试验 (LWT)(LWT) 现场施工试铺现场施工试铺 N Y Y Y Y N N N 合格的骨料合格的骨料 乳化沥青配方乳化沥青配方 拌合成浆实验拌合成浆实验 Y N Y 22 微表混合料设计技术要求微表混合料设计技术要求 ISSA TEST N O D ESC RIPTIO N SPEC IFIC A TIO N ISSA TB-113 M ix Tim e 25℃ C o ntro lla b le to 120 Se c o nd s ISSA TB-139 W et C o he sio n 30 M inute s M inim um (Se t) 12 Kg -cm M inim um 60 M inute s M inim um (Se t) 20 Kg -cm o r N e a r Sp in ISSA TB-114 W et Strip p ing Pa ss(90% M inim um ) ISSA TB-100 W et-Tra c k A b ra sio n Lo ss O ne -ho ur So a k 538g /m 2 Six-d a y So a k 807g /m 2 ISSA TB-109 Exce ss A sp ha lt b y LW T Sa nd A d hesio n 538g /m 2 M a xim um ISSA TB-147 La te ra l D isp la c em ent 5% M a xim um Sp e cific G ra vity 1,000 C ycle s o f 25 2.10 M a xim um Po und s(11.34kg ) ISSA TB-144 C la ssific a tio n C o m p a tib ility 11 G ra d e Po ints m inim um (A A A ,BA A ) Shell Bitumen Shell Super Shell Super MicrosurfacingMicrosurfacing • 特殊的化学添加剂使系统具有最佳操作性能 • 特别选择的聚合物赋予了系统高低温的特性 • 高质量的材料赋予了系统质量保证 • 混合料设计方法的正确性赋予了系统可靠性保 证 • 需要施工经验丰富，训练有素的施工队伍 • 系统的使用环境宽泛。 23 Shell Bitumen Standards of QualityStandards of Quality 在路面潮湿的情况下： 车速 65km/h 稀浆路面摩阻性能比热沥青路面高47% 车速 100km/h 稀浆路面摩阻性能比热沥青路面高58% Shell Bitumen Standards of QualityStandards of Quality • 结构组织是骨料级配、最大骨料规 格、摊铺厚度和沥青含量的平衡。 • 耐久性和防滑性上取得很好的效 果，是不太容易的。 24 Shell Bitumen Thank you for your participation 谢谢您 . . . Longer Lasting Roads … 更持久耐用的道路