开普封层(CAPE-SEAL)技术的推广应用可行性研究报告.doc

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1、开普封层（Cape Seal)技术的推广应用可行性研究报告江西省金路工程技术有限公司二00六年十月一、立项的背景和意义公路是国家现代化建设的重要基础设施，近来我省的公路交通得到较大的改观，但由于过去公路发展缓慢，致使目前很多的县乡公路还没有得到改造，乡村公路中还有不少是砂石路、等外路，形成严重制约群众致富和地方经济发展的瓶颈。根据国家发改委、交通部“十一五”农村公路改造工程实施计划的通知，以及省领导对农村公路建设规划的有关批示，加大县乡道路的建设力度，加快县乡公路建设，是省委、省政府的一项重要决策。农村公路建设要做好“五年千亿元规划”，我省每年建设规模不低于万公里，要逐步达到“乡乡通油路，村村

2、通公路”的目标，特别是要加大主通道上县乡公路建设改造力度，接通“断头路”，形成以高速公路为主骨架，国省道为基础，农村公路为支线的干线相连、城乡通达的公路网络，因此合理地建设好县乡公路，使县乡公路既能满足交通运输需求，又能节能投资、提高投资效益是我省县乡公路建设急需解决地一个重要的问题。当前，我省县乡公路大多为沥青路面，然而,随着国民经济的发展,公路交通量急剧增加,超载现象严重,许多沥青路面处于超负荷,各种路面病害不断。我省乡村道路多使用贯入式路面和表面处治路面技术，虽然其施工方便，速度快，造价低，但是使用寿命短，在路面使用过程中，车辆轮胎会引起石料脱落，出现飞石，行车噪音大，安全性能低，传统的

3、贯入式路面和表面处治路面技术已不适应现代公路发展的需要。开普封层（cape seal）的研究应用可有效解决这一系列问题。开普封层（cape seal）是碎石封层系统（Chip seal）与稀浆封层系统（slurry seal）的结合，这种结合充分发挥了两种结构的优势，具有良好的抗滑性能，良好的平整度及密实度。开普封层适用于乡村道路、县乡公路、主干道公路、住宅区街道。该技术能有效防止渗水，能延缓路面的反射裂缝，防止出现脱层、推移等病害，能适应重载交通要求的道路，能提高行车安全性与舒适性，降低交通事故的发生。二、国内外研究发展现状 在美国和欧洲各国,路面的封层处治大多称作表面处治,它是作为道路保护

4、层铺筑在热拌沥青混凝土路面上,或者是作为对PCC路面(高聚合物水泥混凝土路面)的修复处理。对道路表面进行处理的技术方法有很多,这些方法中有热拌沥青混凝土罩面、作为应力吸收薄层或者粘层油的聚合物改性薄层处理、采用乳化沥青或者泡沫地沥青对损坏的道路面层进行再生处理、石屑罩面、稀浆封层及改性稀浆封层等技术。开普封层是一种对道路表面的综合处理方法。在南非，这种方法首先在道路建设时应用，现在已经运用到南非的主要货运道路养护、重建上。目前，在美国的住宅区道路和主干线道路上也在应用这种方法。1开普封层的发展过程开普封层的发展一直成为人们争论的焦点。它能够填充石屑罩面石料之间的缝隙,增加石屑罩面的应用范围和延

5、长其使用寿命,而且石屑罩面已在许多国家应用多年。这种表面处理形式与碎石路面非常相似。在美国的加利福尼亚,要求稀浆封层使用的骨料和乳化沥青必须进行预先的拌制,然后铺筑到石屑罩面上,这样可以克服道路的过早损坏、老化或者石料的松动损失,此规定从30年代初期就已经开始。1.1在南非的发展首先, 开普封层并不是单纯以稀浆为基础。它开始出现在南非的Cape省,集中在南非的开普敦市周围地区。1950年第一次在19 mm的封层上面撒布经过预拌的、加热的石粉和沥青混合料。该应用极大地提高了已有路面的耐磨性能,这种路面处治方式既有单层石屑罩面,又有多层石屑罩面。在当初,该封层处理只是一种新的路面建筑形式,而且对交

6、通量限制在300辆/日。热拌沥青混凝土只是在繁忙交通的道路上才应用。在1957年前后, 开普封层得到了进一步的发展,形成了在19 mm石屑罩面的基础上加铺两层稀浆封层面层;在13 mm石屑罩面的基础上加铺一层稀浆封层面层。这种施工方法极大地提高了骨料拌和的和易性,阻止了在高沥青含量情况下,路面容易形成弹性的状况。1.2在澳大利亚的发展在澳大利亚, 开普封层最早出现在60年代,比南非要晚,它们主要是在大骨料的石屑罩面基础上,洒布阴离子乳化沥青稀浆封层,以此来增加道路的通行能力和提高路面的耐磨性能。而且,这种方法常常用于新建的道路。近年来,这种施工方法常常直接或间接地应用于路面的修补,采用在石屑罩

7、面基础上加铺稀浆封层,以增加骨料的粘结性能。1.3在美国的发展在美国,工程上第一次应用开普封层技术是从南非引进的开普封层的应用主要是对已存在的路面进行养护处理。在北加利福尼亚,有许多关于开普封层的建设项目,其中在城乡主干道上先采用67 mm的骨料进行石屑罩面,然后采用号稀浆进行封层。在城市的主要街道上,采用910 mm的骨料进行石屑罩面,同时也采用号稀浆进行封层。开普封层能够有效地填充重建道路的裂缝,尤其像稀浆封层、石屑罩面和热拌沥青路面效果更明显。通过对比可知, 开普封层是比较经济的道路罩面最佳替代方案。三、研究开发内容和技术关键 Cape封层是一种复合封层技术，其特性是石屑罩面进行稀浆封层

8、处理。（一）、开普封层技术的设计、应用本项目有两个方面的技术内容：一是开普封层的设计；二是开普封层的应用。开普封层的设计：开普封层的设计必须从以下三个方面进行考虑：石屑罩面的设计；沥青稀浆的设计；达到最优使用效果的组合设计。开普封层的设计主要从组成材料、洒油率、骨料洒布率、粘结料洒布率等方面进行考虑。1、石屑罩面设计1.1材料石屑罩面最基本的材料有以下三种:1)结合料(粘结料)结合料的主要特性是具有防水性能和与骨料的粘附性强。结合料一定要采用快凝型乳液、热沥青、轻制沥青或改性沥青(聚合物或废橡胶屑)。选择的依据是路面状况、交通状况和当地结合料的有效使用率。2)搅拌和稀释搅拌和稀释的应用与热料系

9、统有关,粘度必须较低,才能保证石料的湿润,特别是在路面温度比较低的状况下。一般情况下,Cape封层中应避免使用搅拌和稀释,因为搅拌后稀释剂可能被保留在下层,当路面温度升高后,将导致泛油现象。3)骨料骨料的主要特性有:耐磨损、将车轮荷载传递到路基、提供一个不滑行的表面。主要的骨料特性要求具有:一定的形状、均匀、干净、一定的级配、耐久性、与沥青粘附性好。1.2洒油率石屑罩面的洒油率是一项技术性很强的工作,常根据规范在比较浅的范围内洒布粘结料。1.3道路数据道路数据包括:定位数据、原路面状况、车辆情况(数量、车型)、转弯运行情况、地形情况(山坡、弯曲、坡度)和气候情况。1.4材料数据材料数据包括:骨

10、料大小、型号、ALD(平均最小尺寸)、自由密实度及孔隙率。目前使用的封层厚度为20、16、14、10、7和5 mm。1.5骨料撒布率石料的ALD一定要进行估算，一般情况下,接近理论上最小值的撒布率依据最大尺寸骨料和占较小骨料质量比求得。另外,可以去掉5%的容许量和5%的贮料堆损耗。无论什么样的撒布率,都要以57 mm厚的封层目标为依据来进行。1.6粘结料洒布率沥青粘结料,不是聚合物改性粘结料。通常聚合物改性粘结料在高粘度的基础上必须有一定的残余量,像SBS和废橡胶屑一样,保证充分填充石屑孔隙。设计目标是最终填充70%的孔隙,粘结料的多少将根据骨料颗粒的大小、形状和方向,更重要的是存在表面来确定

11、。根据石屑ALD不同的孔径(VF)给出基本的洒布率:基本洒布率=VFALD2稀浆设计完整的稀浆封层设计原则是根据ISSA公布的标准和ISSA的设计公告。其中常常应用号级配和号级配。3组合应用效果3.1石屑罩面粘结料的应用范围比较小,最多只有10%15%(在一种乳液的基础上)。骨料的撒布率不允许忽高忽低,如果需要一稠密的封层,那么最好是选择一种大骨料的石屑罩面。聚合物改性粘结料是比较适合骨料较低沥青洒布率下的保持力。同时聚合物改性粘结料的应用将减少反射裂缝的发生,另外,处治挠曲的路面经常应用柔性封层。3.2稀浆封层稀浆封层的应用范围比较广,推广应用价值较高,它采用比较高的沥青含量,骨料表面有比较

12、厚的沥青薄膜,能够极大地增强表层的抗老化力。开普封层的应用开普封层常常应用在基本的两级程序中,石屑罩面常应用标准的方法进行,在至少5天的时间内,允许对表层进行养护。然后,进行稀浆封层作业。1石屑罩面对于BS-1或CRS-1型具有粘结性能的粘结料乳液,使用时要首先采用50/50的水进行稀释。而且残余粘结料的设计和乳液的洒布率将根据水的含量确定。撒布骨料是通过校准的石屑撒布机进行单层撒布,撒布后,应立即进行浇油。在南非,即使最普通的封层也要等24 h,才能用平轮压路机进行来回碾压。然后,才能进行稀浆洒布。相比而言,对表面的孔隙进行填塞封层,是采用砂子或者石屑,无论哪种封层都要进行扫除和碾压。采用这

13、种方法能够使石屑在自然状态下,表面的孔隙充分地暴露出来,有利于进行稀浆封层洒布作业。在美国,同样的情况下,需要等上57天时间,才能进行稀浆封层洒布。在底基层上,常常采用土工布或者土工织物,这样在热铺屑粒橡胶封层后,可以将时间减少到48 h。如果在没有粘结层的基层上,应用CRS-2、PMCRS-2或者热粘结料,那么在洒布一层粘结料后,紧接着就要应用石屑撒布机撒布一层石屑,并立即进行碾压。对于石屑罩面必须在24 h内进行清扫, 以清除松散的骨料。在稀浆封层之前,石屑罩面要进行认真的养护。2稀浆封层的应用稀浆封层的目的是为了填充石屑罩面表层的孔隙,保护石屑罩面。澳大利亚公路研究所对老化的稀浆封层路面

14、进行了检测,发现沥青粘度的丧失是导致路面裂缝和骨料松散等病害的主要原因,开普封层能够减缓或者治愈这种物理病害。需要注意的是,施工前必须保证路面的湿润,国外普遍采用喷雾的方法,保证稀浆能够顺利流入面层孔隙中。此外,稀浆本身也将有20%30%流体(乳液加水),这对只有2%3%的混合料孔隙含量来说,将形成一个密实的填缝料层。这种方法将使孔隙之间相互隔开,互不相连,空气和水的渗入能力差,封层的效果比较好。开普封层中石屑伸出部分的微观结构比较高,能够增强路面的抗滑阻力。另外,要保证石屑罩面露出的石屑部分不能全部被稀浆封层所覆盖;过量的稀浆可能导致路面在繁重交通的情况下丧失抗滑阻力;在车辙或者搓板情况下引

15、起路面变形。在开普封层中,石屑罩面才是交通荷载的主体,而不是稀浆封层。（二）、开普封层的作用机理开普封层的作用机理：透层乳化沥青和碎石封层的沥青层能有效防止渗水；较厚的胎体沥青能延缓路面的反射裂缝，防止出现脱层、推移等害病；碎石封层结构能适应重载交通要求的道路；加载微表处可为路面提供一个平整的表面，增强表观构造深度，提高行车安全性与舒适性；微表处理能有效增强路面结构的内聚力，防止碎石封层的石料脱落。提高行车安全性，降低交通事故的发生。（三）开普封层技术结构开普封层技术结构上面层微表处粘层粘层乳化沥青下面层碎石封层透层透层乳化沥青路面底层半刚性基层四、项目实施单位的支撑条件项目承担单位是一个专业

16、化路桥工程技术研究公司，主要从事特殊路面铺装技术、道路材料的生产销售、公路养护技术、施工材料供应等工作。公司成立以来，承担了多项省内外大型公路、桥梁项目新材料、新技术的研究开发与推广应用和施工任务，积累了丰富的经验。公司现有员工42人，其中具有中级职称以上的专业技术人员29人。目前公司已有专兼职科研人员20名，平均年龄31岁，技术开发队伍全部具有公路及相关专业大学以上学历，知识结构合理，开发实力强。技术负责人和核心研发队伍人员年富力强，正处在事业发展的黄金时期，经过多个项目的研究开发锻炼，这支队伍的成员在本领域取得了一定的成就，近两年来承担了省内外多项大工程的设计、施工和成果推广任务。 项目技

17、术负责人的基本情况：刘 宙，男，35岁，江西省金路工程技术有限公司总经理。技术专长：公路设计开发及相关高新技术的推广应用。创新意识及开拓能力：刘宙同志大学毕业以来一直从事公路设计及其相关的研究开发高科技新产品新技术的推广应用工作。该同志思维敏捷，善于捕捉行业变化中的科技新动向，长于将国内外已有的高新技术和新产品引进，视野开阔，创新意识强烈，开拓能力极强。工作业绩：先后在江西省梨温高速公路、320国道吉安段、清宜公路、泰井高速公路、京福高速公路等诸多工程项目中担任项目经理或负责人。辜健，男，37岁，江西省金路工程技术有限公司副总经理，高级工程师，国家注册一级建造师、国家注册监理工程师。技术专长：

18、公路工程设计、施工、监理。创新意识及开拓能力：辜健同志大学毕业以来一直从事公路及桥梁工程设计、施工及监理工作，对新材料和新技术在公路及交通工程中的推广应用有着丰富的经验。工作业绩：先后在江西省温厚高速公路、胡傅高速公路、梨温高速公路、320国道高安段、清宜公路、广上一级公路、抚八公路等工程项目中从事技术工作或担当项目技术负责人，有着丰富的设计和施工经验。五、实施安排2007年1月2007年3月 项目的前期调研及可行性分析论证2007年2月2007年5月 确定配合比、组合机具2007年5月2007年9月 操作试验2007年9月2007年12月 实地作业并推广应用2007年12月2008年12月

19、全面进行推广应用、修改完善适宜本地的配合比并进行项目总结六、项目资金筹措与使用计划项目资金筹措与使用计划见下表：表一 项目投资与资金筹措表单位： （万元）序号项 目金 额1投资总额20固定资产投资10流动资金102资金筹措20自筹资金10其中：已完成投资5 新增投资5申请科技三项经费10借（贷）款0表二 申请科技三项经费使用预算表 (万元)序号名 称单位数量金额使用时间1开发费4项目开发人员费原材料动力费2检测费1调研费1查新费技术咨询费转让、合作费2设备费4申请三项经费资助设备：43试制费1人员费0.5原材料动力费检测费0.54鉴定验收费1七、市场需求预测分析及预期社会经济效益（一）、市场需

20、求预测分析公路是国家现代化建设的重要基础设施, 虽然已陆续出现了一些路用新材料、新技术、新工艺，但仍不能满足我国公路事业发展的需求。因此引进、研究、开发新的公路施工技术已迫在眉睫。开普封层技术具有较好的环境保护效果,能取得明显的经济效益和社会效益。目前,沥青路面作为我省主要的路面结构形式,在我省的高级、次高级路面中占有相当大的比例,大约为91.4%,我省县乡公路大多为沥青路面。然而,随着国民经济的发展,公路交通量急剧增加,超载现象严重,许多沥青路面处于超负荷,各种路面病害不断。传统的贯入式路面和表面处治路面技术已不适应现代公路发展的需要,开普封层作为我省一种新的沥青路面施工技术，可以对路面进行

21、各种处治，它可以保护路面，为路面提供一个持久的耐磨层，可以对重载道路及有裂缝的道路进行处理，经过推广应用后必将得到迅速发展。（二）、预期社会经济效益开普封层成本略高于传统的沥青贯入式路面或沥青表处路面，然而开普封层采用了连续级配石料和柔性沥青胶结料，其路用性能、表现效果、行车舒适性、安全性等方面可与40mm的密级配沥青混疑土路面相媲美。 开普封层比在半刚性基层上直接铺装40mm沥青混凝土路面的使用寿命要长，造价却只有其13-23。采用改性开普封层的道路寿命长达10年以上，相比之下，不合理的路面方案寿命仅为12年，考虑到以后的修补养护费用，开普封层的性价比更为突出。 开普封层的道路在后期改造升级时，原路面可直接作为防水粘结层与应力吸收层使用，仅在这方面每平方米可节省15元以上。开普封层免除了对旧路面废料的挖除与运弃，简化了施工工艺，降低了工程造价，其优越性十分突出。