云南山区长上坡路段抗车辙沥青路面技术性能研究可行性研究报告.doc
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1、计划类别: 云南省科技计划项目可行性研究报告 项目名称: 云南山区长上坡路段抗车辙沥青路面技术性能研究承担单位: 云南省XX有限责任公司 参加单位: XX大学 云南省XX设计院项目负责人:XXX 起止年限: 2007年1月2009年1月 通讯地址、邮编: 联系电话、传真: 电子邮箱: 报告编制单位: 云南省XX有限责任公司云 南 省 科 技 厅项目信息表项目名称云南山区长上坡路段抗车辙沥青路面技术性能研究承担单位云南省XX投资有限责任公司项目负责人XXX项目起止年限2007年1月2009年1月所属技术领域( 8 )1.农业 2.信息 3.生物.医药 4.矿冶材料 5.先进制造 6.资源7.生态
2、环境 8.交通能源 9.社会发展 10.其他主要参加(合作)单位1XX大学2云南省XX设计院主要研究开发内容(150字内)针对云南省山区长纵坡沥青路面使用过程中出现的问题,本课题结合蒙新高速公路以及祥临公路长纵坡沥青路面进行一系列研究。通过本课题的研究力求从材料级配结构施工等方面解决目前长纵坡沥青路面车辙和推移,以提高公路沥青路面的使用性能,降低营运期的养护维修费用。主要实施目标及考核指标(150字内)主要实施目标:提出和建立抗车辙沥青路面结构设计和施工工艺方法,在祥临公路(二期)全线110公里和蒙新高速公路推广使用,最终在全省乃至全国推广使用。考核指标:1)提出抗车辙颗粒聚合物沥青混合料强度
3、形成机理2)抗车辙沥青混合料的性能评价方法和指标;3)抗车辙沥青混合料的配比设计方法;4)抗车辙沥青路面质量检测与控制技术预期主要成果形式21论文论著 2研究报告 3新产品(或农业新品种) 4新装置5新材料 6新工艺(新方法、新模式) 7计算机软件 8其它预期获国内外知识产权情况在国外目前有关沥青路面抗车辙的研究及成果,都是以规范或者公开的报告形式发表,国内对沥青路面抗车辙的研究也没有专利申请,本项目预期在长纵坡沥青路面结构设计、性能测试的仪器开发和测定方面申请专利技术。总经费(万元)360自筹及其他(万元)300申请省科技经费(万元)60一、项目的目的、意义和必要性沥青路面是我国主要路面结构
4、形式,特别是高等级公路路面。随着高等级公路的不断发展,已建成的道路在重载及超载大交通量的作用下,不同程度的出现早期病害,如水损害、车辙、开裂等。因此提高路面抗车辙、抗开裂、抗剪切能力,延长道路使用寿命已成为急待解决的问题。国内外普通采用各种改性沥青或使用纤维增强作为其中的重要措施。在国内近年来则广泛使用了改性沥青,尤其是SBS改性沥青。PE及其他橡胶类改性沥青已很少应用。但在使用过程中也发现SBS做为一种改性剂,虽然能够在一定程度上起到积极的作用,但效果也有限,主要有两方面的问题,一是SBS受自身结构决定,其结构中的活性双键在使用过程中所发生的断裂与交联不可避免地要降低其使用性能。二是在使用采
5、用中的SBS改性剂剂量相对较低3%5%(剂量太高,则粘度过高、拌合及施工困难,同时成本很高也难以接受)。而采用纤维及其他类型的改性方法也存在着一些问题尚待解决。因此探索新的技术方法也是必然的。为此本研究结合近年来在国际上尤其在欧洲等国使用较多的固体颗粒聚合物添加剂,湖沥青和岩沥青来改善沥青混合料的技术特性,这类固体添加剂通常直接添加到拌和锅内或与沥青先混合,其高温性能有极大优势。现已引起了国内道路研究者的普遍关注。但该项技术在国内的使用还有许多未解决的问题,比如低温性能的改善,配合比设计方法,技术指标和要求,性能的正确评价,施工方法和工艺等。因此深入研究抗车辙沥青混合料配合比设计及技术性能具有
6、较大的工程价值。二、国内外发展现状和趋势国外将固体颗粒聚合物添加剂用于沥青混合料中,主要是作为高模量沥青混凝土。最早的高模量热拌沥青混合料是在上世纪七十年代中期用煤沥青和聚氯乙烯制成的。正式的高模量沥青混凝土出现于1980年。从那时开始,这种沥青混凝土得到了相当程度的发展。不同的技术和混合料设计,它也变得多样化。用高模量沥青混凝土(HMAC)作基层和底基层已经稳定发展了十五年。该技术一般选择非常硬的沥青,添加高熔点天然沥青,添加聚烯烃类物质。现在可以使用许多技术生产高模量沥青混凝土。一般包括:(1)使用特别硬的沥青粘合剂的主要特性为:25针入度 1020 0.1mm软化点 6580160粘度
7、400600MPa.s(2)添加高熔点天然沥青高熔点天然沥青是一种天然的固体碳氢化合物树脂。高熔点天然沥青不仅可以混合在沥青里以形成一种预先制备的结合剂,而且还可以以粉末状添加剂直接加入到拌合机里。两种方法给出了同样性能的结合剂和沥青混凝土。不管采取何种制备方法,得到的结合剂具有以下的特性:25针入度 818 0.1mm软化点 6580(3)添加聚烯烃类物质选用的聚烯烃类物质(实质上是聚乙烯类)直接加入到热拌混合料厂。在第一阶段,它们分散并熔化在热集料中。然后注入沥青,部分消溶聚烯烃。得到的混合物被裹有一层复合结合剂,在其中聚烯烃提供了一个很高的力学性能,而沥青作为塑化剂、填充剂和粘合剂。将这
8、种合成物定性为改性沥青是不可能的,因为它包含没溶化的聚烯烃离散颗粒。因此,添加聚烯烃的效果只能通过测试沥青混凝土的性能来评价。而在磨耗层使用非常硬的沥青(例如10到20针入度)很可能导致低温开裂。为了满足低温特性一般需要使用较软等级的沥青。可以使用三种技术来生产用于面层的高模量沥青混凝土(HMAC):(1)添加高熔点天然沥青,形成的结合剂的特性如下:i) 25针入度 12到35 0.1mmii) 软化点 60到75(2)添加聚烯烃(3)使用聚合物改性沥青高粘度合成橡胶改性沥青,这种合成橡胶是一种SBS热塑橡胶(苯乙烯丁二烯苯乙烯嵌段共聚物)。实际上,这种类型的混合料可以又相对较高的模量,较强的
9、抗车辙能力和好的抗疲劳性能。使用的SBS改性结合剂应符合以下规定:i) 25针入度 30到50 0.1mmii) 软化点 55到65目前,国内外针对长大纵坡沥青路面的研究甚少,该方面的文献鲜有报道。多数还仅局限于小坡度沥青路面的结构设计、材料组成的范围内。不仅室内的试验方法及评价指标不够完善,实际的路面施工中也缺乏长大纵坡沥青路面施工行之有效的方法。虽然在小坡度路面上服务良好的路面结构,在高速公路的长大纵坡处却未必适用,尤其是在交通量大,重超载繁多的地段,很多的实体工程反映了这一情况。各个国家对于长大纵坡的坡度和坡长都有特定的要求,而且随着经济社会的发展,车流量的增加,机动车发动机性能的提升,
10、各国的要求也都在变化当中,这方面也存在相应的研究。国外对最大纵坡的规定普遍高于国内,这是因为国外高速公路上小客车所占比例较高,载重汽车性能较好的缘故。如美国、欧洲等发达国家和地区,虽然私人轿车多、车流量较大,但他们的高速公路交通规划、交通管理、荷载控制等方面做的很出色,重载超载现象较少,正常路面上使用较好的结构在一般的纵坡上使用效果亦较好,因此,国外一般在沥青混凝土的高温抗车辙、抗水损害、耐疲劳破坏、降噪环保等方面研究较多,没有真正意义对长大纵坡沥青路面进行研究。而在经济不很发达的国内,超重载车辆随处可见,主要是运煤、运矿、运钢的大中型货车,加上我国地域广阔、地质条件复杂,很多山岭重丘地带,坡
11、道路面相当普遍,致使超载引起的问题异常突出。相关资料表明,在我国,货运超载的车辆占了满载车辆的80%以上,超载车型主要是二类车(载重2.5t-7t),超载率一般在100%-200%,有时其不认到300%如核定载重5t,一般都载重1 Ot至15t之间,夜间超载现象尤为严重。我国的路面结构设计时的轴载换算是按照BZZ-100即1 Ot单轴轴载进行的,照此看来,二类车的超载即己超过设计标准,更不用讲三类、四类车的超载。超限超载必然引起胎压的上升,据对广州某路段的调查,49%的载货货车后轮轮压超过了1.1MPa,远远超出了国内沥青路面设计规范0.7MPa的设计接地压力。从标准轴载的换算公式可以看出,当
12、车辆轴载增加时,当量轴载作用次数不是按照比例增加,而是按照4.35次方的指数级增长。因此,当汽车超载时,其对路而的破坏并不是随荷载线性增长而是呈指数级变化的。例如,载重l Ot的货车,当载重超过额定载重一倍时,对路面的破坏约相当于正常时的20倍;超过两倍时,对路面的破坏即达到正常情况下的119倍,破坏程度令人震惊。解决该问题的方法,一是从根本上杜绝超载车辆进入高速公路,但是受到我国国情的影响,在短期内不可能从根本_卜解决;二是在高速公路路面设计时提高设计标准,选择性能更优的材料和结构,对施工进行良好的控制。虽是治标不治本,但是能够在一定程度上有效地减缓路面破坏的发生,延长使用寿命。超载重载对一
13、般路面的破坏已经如此严重,对长大纵坡沥青路面更是有过之而无不及。调查表明,由于长大纵坡处行车缓慢,长大纵坡处车辙、基面层层间滑移现象尤为严重;在下坡及急弯处,车辆由于超载导致制动力下降约2/3,极易造成交通事故。因此,抗车辙、抗剪、抗滑是长大纵坡沥青路面的三大要素所以,着眼于我国道路交通运输行业的现状,要克服因发展经济带来的车辆载重增加、流量增大、车辆性能改进等问题,除了大量兴建高速公路时提高长大纵坡的标准外,重点应当有针对性地对适用于长大纵坡处沥青面层的结构及材料进行设计研究,提出相应的抗车辙、抗剪、抗滑、抗水损害、耐磨、耐久的结构。从上述分析可以看出。国外对于沥青路面特性的改善有了更大的进
14、展,尤其是使用高模量的改性沥青混凝土,而我国在该领域研究相对较少,目前仅仅局限在使用SBS改性沥青方面,对于采用低标号的沥青目前还存在较大争议。本课题根据云南的实际情况并结合国外研究成果,针对抗车辙沥青混合料配合比设计及技术性能存在的问题及难点,对其进行进一步系统深入的研究,以期完善该项技术进而促进其推广使用。三、项目承担单位、参加(合作)单位、项目主要负责人概况及在项目中的分工该项目主要承担单位为云南省公路开发投资有限责任公司,长安大学和云南省公路规划勘察设计院为参加单位。云南省公路开发投资有限责任公司成立于2006年5月28日,它是云南省人民政府出资设立的国有独资有限责任公司,经省政府授权
15、作为具有投资性质的国有资产经营和投资主体。公司注册资本为人民币50亿元,目前拥有固定资产达850亿元。公司经营范围是:作为省政府授权的投资主体,经营国有资产,从事资本经营和收益管理,从事高等级公路项目的投融资、建设、管理、经营、从事公路沿线经济带相关设施的开发和经营管理,目前公司属高等级公路3400多公里,其中高速公路1518公里,位居西部省份前列;在建公路项目13个,建设里程达1000多公里,均将于2007年以前建成通车;按照云南省委、省政府的指示精神,“十一五”期间,公司预计要完成760亿元以上的公路建设投资任务,新建高等级公路1900多公里,其中新建高速公路1500公里,2010年公司所
16、属高等级公路应达到5300公里,其中高速公路2700公里以上。长安大学是本项目的主要参与单位,是教育部所属重点大学,是“211工程”重点建设的大学,在科学研究方面具有人才群体优势,在路基路面工程方面具有很强的研究基础,可集中各专业人才共同完成本项目的研究任务。路面设计理论与方法、路面结构与材料、连续级配混凝土路面、半刚性路面、复合式路面、土压力和洞室稳定性、公路工程管理系统、特大桥施工控制技术、旧桥评定与加固、桥梁可靠度、特长公路隧道通风技术、桥梁抗风抗震、桥梁景观、寒冷地区隧道冻害防治技术、路面材料开发与改进、沙漠地区公路修筑技术、公路路线勘测技术、路线设计CAD、高级公路路线型、立交线型设
17、计理论、公路水害处理等研究领域达到国际先进水平或国际领先水平。近年来,公路学院先后获得国家、省部级科技奖励50余项,多项科研成果达到国际或国内领先水平,填补了诸多领域的空白。近10年米,发表科技论文1000余篇,出版专著及教材100余部。学院充分发挥科技与人才优势,紧密围绕国家经济建设主战场,为国民经济和我国公路交通事业做出了突出贡献。科学研究成果极大地推动了交通事业的发展,产生了巨大的社会经济效益。谢凤禹:课题组长,为云南公路开发投资有限责任公司总工程师,高级工程师,长期从事公路建设、科研管理技术工作,先后主持或参加完成多项省、厅科研项目,对云南省高等级公路修建技术状况有较全面的掌握。云南省
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