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聚氨酯路面的铺筑及所采用的施工工艺技术详解,技术经验值得借鉴和参考

行业知识丨2022-11-04

 聚氨酯混合料是由聚氨酯胶黏剂、粗细集料等 拌和制成的新型路面材料,相较于沥青混合料,聚氨 酯混合料具有强度高、刚性大、耐久性好、温度敏感 性低、常温下可固化的特点。得益于聚氨酯混合料的优异性能,近年来,有学者在室内试验的基础 上,将聚氨酯混合料应用到工程实践中,设计了透水性聚氨酯混合料,铺筑了步行道试验路;将自主研发的聚氨酯混凝土应用于桥面 铺装;设计了由集料、橡胶颗粒和聚氨酯 胶黏剂拌和制成的大孔隙聚氨酯混合料,并在比利 时根特铺筑了一条 PERS试验路。


为了推广高性能的绿色环保材料———聚氨酯混合料,在前期调研、室内试验的基础上,探讨了聚氨酯胶 黏剂的贮存方式,并对石料、纤维等进行了质量控制;确定了聚氨酯混合料的配合比、最佳用量并测定了黏层油的技 术指标;对于黏层油的撒布施工及聚氨酯混合料的拌和运输、摊铺压实、养护等工序进行了分析研究,依托建德至江山公路工程项目,完成了聚氨酯混合料试验路段的铺筑。对养生结束后的试验路进行检测,检测结果表明:聚氨酯路 面的压实度、平整度、构造深度、摩擦系数及渗水系数分别为98%、1.1mm、1.34mm、68BPN 及185ml/min,均能满 足设计要求,证明聚氨酯路面的铺筑及所采用的施工工艺合理可行。试验路段的成功铺筑可为聚氨酯路面推广应用 提供借鉴和参考。
1 项目概况
    项目路线总长为23.80km,主线起点位于建德 市西方章南面,终点位于江山市上万西北面,采用一 级公路标准建设,路面结构形式为:4cmSMA-13 +8cmSup-20的沥青面层+20cm 水泥稳定碎石 基层+40cm 水泥稳定碎石底基层。试验路所在区域衢州市位于长江三角洲地区,属夏热冬冷区,气候 特点表现为夏季高温,降雨量大。试验路段位于道 路交叉口处,全长约40m,将上面层替换为聚氨酯 混合料,上下面层间撒布有乳化沥青黏层。
2 试验路施工准备
2.1 聚氨酯胶黏剂贮存
    聚氨酯胶黏剂应密封贮存在阴凉通风处,不得 在太阳下暴晒。非必要情况不能随意打开密封盖,
取用后应随时密闭。若经常开盖,表面会形成一层 皮状物,空气中的水便会进入胶黏剂表面,同异氰酸 酯发生反应。此外,聚氨酯胶黏剂在贮存过程中,预聚体中的-NCO 会同预聚体中的活泼氢发生反 应,所以应用时若发现聚氨酯胶黏剂的性状有变化,需随时分析其-NCO 的含量。
2.2 集料的要求
2.2.1 粗细集料
    粗集料宜选用玄武岩、辉绿岩等;石灰岩是细集 料的首选,当石灰岩不足或条件不允许时,辉绿岩及 其他一些岩石也可选用。所选用的粗细集料的形状 宜近似正方体且棱角分明,粗集料应具有较高的硬 度且无风化,若集料表面含水量大、存在杂质时,应 先对其进行清洗、干燥去污处理后再使用,同时确保 其技术指标应符合《高等级公路沥青路面设计规范》 (DB33/T896-2013)及《公路沥青路面施工技术 规范》(JTGF40-2004)中相应的规定。
2.2.2 填料
    矿粉粒径极小,进行矿粉制备时,应严格控制石 料中的泥土及杂质,且矿粉所用石料必须为石灰岩、强基性的岩浆岩等憎水性石料。制备出的矿粉应具 有干燥且无杂质存在、流动性好等特点,其技术要求应符合《公路沥青路面施工技术规范》(JTGF40- 2004)的规定。
2.2.3 纤维稳定剂
     纤维宜采用玄武岩制造,应存放在室内或有棚 盖的地方,纤维必须在混合料拌和过程中能够充分 分散均匀。
2.3 生产配合比确定
2.3.1 确定各档集料及矿粉用量
    依照《公 路 工 程 集 料 试 验 规 程》(JTGE42-2005)规定对石料进行筛分试验,得到各粒径石料所 占比例。通过计算调整,使各粒径石料用量接近目 标配合比所规定的用量,从而确定各档集料与矿粉 的用量。

2.3.2 聚氨酯胶黏剂最佳用量确定
    取目标配合比确定的最佳聚氨酯胶黏剂用量
5.3%,并选取5.0%和5.6%共3个用量进行马歇 尔试验。聚氨酯混合料拌和工艺为先将配置好的粗 集料、细集料及木质素纤维倒入拌锅中干拌90s,再 加入聚氨酯胶黏剂湿拌90s,最后加入矿粉拌和90s,拌至均匀。通过对马歇尔试验结果计算及分析,最 终确定聚氨酯胶黏剂最佳用量为5.5%。
2.4 清理
    原路面表面浮动矿料或杂物应清扫干净,铺筑 聚氨酯混合料前,对原路面表面应进行彻底清扫,清 除纹槽内泥土杂物,风干后均匀喷洒黏层油,施工工 艺按沥青路面施工相关标准进行。
2.5 黏层油的撒布

 

2.5.1 黏层油技术指标
     进行聚氨酯上面层施工前,应先在中面层表面 浇洒黏层乳化沥青后再进行施工,制备乳化沥青的 基质沥青宜选用 A 级道路石油沥青。乳化沥青的选用应基于集料的种类及具体使用环境,乳化沥青 宜存放在立式罐中,并保持适当的搅拌。其贮存期以不离析、不冻结、不破乳为度。面层之间的黏层乳 化沥青用量为0.6L/m2。

2.5.2 施工工艺及注意事项
    (1)喷洒黏层沥青前,应先将铣刨后的下层表面 清扫干净,并且应吹净表面的浮灰。雨后或用水清洗的面层,水分必须蒸发干净、晒干。
    (2)
用沥青洒布车喷洒乳化沥青,也可用小型沥 青洒布车人工喷洒,洒布速度和喷洒量保持稳定。
    (3)
气温低于10℃不得喷洒黏层油,路面潮湿时不得喷洒黏层油。
    (4)
喷洒黏层油必须成均匀雾状,在路面全宽范围内均匀分布成一薄层,不得有洒花漏空或成条状,也不得有堆积。喷洒不足的要补洒,喷洒过量处应予刮除。
    (5)
黏层油撒布应在面层施工前2~3d内进行,为防止黏层油黏轮现象。在此之前做好交通管 制,禁止任何车辆通行。
    (6)
黏层沥青洒布后,为防止黏层受到外界环境 的污染,聚氨酯路面应在乳化沥青破乳及水分蒸发 后立即进行铺筑。
2.6 天气要求 

 

    聚氨酯混合料试验路段铺筑应选连续晴朗的天 气进行,气温宜控制20℃~30℃。严禁在雨天或空 气湿度大的天气施工。

3 试验路施工工艺

 

3.1 聚氨酯混合料拌和
     聚氨酯混合料采用的拌和工艺属于冷拌工艺,无需加热。应先进行试拌,若试拌效果较好,则开始 正式拌和,见图1。在正式拌和过程中,由于聚氨酯 胶黏剂的特殊性,应着重控制拌和均匀程度及混合 料温度,尽可能防止水的进入。拌和工艺为:加入集 料与纤维干拌30s,加入聚氨酯胶黏剂湿拌30s,加 入矿粉再拌和30s。

于聚氨酯面层采用的级配为SMA-13,纤维 的加入、过多的细集料与矿粉用量增加了混合料的 拌和难度。混合料在拌和过程中容易出现结块、花 白料等拌和不均匀的现象,还有一些混合料易黏在 侧壁及拌和壁上,影响拌和效果。因此应保证混合 料在拌和过程中始终有专业人员监视。聚氨酯胶黏剂的固化速度与温度有关,温度越 高,其固化速度越快。因此在混合料拌和过程中,应 随时对混合料的温度进行测量,确保拌和温度在25 ±10℃内。若出现温度过高的情况,应立即停止拌 和,视混合料的固化情况决定是否舍弃。

 

3.2 聚氨酯混合料运输
    为节约时间,应使用自卸式运输车来运输混合 料,车厢应干燥洁净。聚氨酯胶黏剂易与车厢产生 黏结,且黏结的混合料难以清理,故应在车厢底部及 四周涂防黏薄膜剂。运输车在运输过程中应躲避洒水车及喷水设施 且严禁开空调,防止水滴进入车厢中。运输车应配 备覆盖棚布以防止聚氨酯胶黏剂接触空气中的水分 发生固化。运输车所装混合料不宜过多,若混合料过多,易 在运输途中出现漏料等现象,对环境造成污染。此 外,所装混合料越多,底部混合料承受的重量越大,越容易产生固结。

3.3 聚氨酯混合料摊铺
    聚氨酯混合料摊铺方法可按照传统热拌沥青混 合料的摊铺方法进行。

  (1)由于聚氨酯胶黏剂流动性较好,故对聚氨酯 混合料进行摊铺时,应提前设置侧限,防止混合料在 摊铺过程中产生侧向流动。(2)摊铺过程中应避免超速、急停、转弯、速度突 变等现象的发生,应进行匀速地摊铺,尽可能地做到 摊铺均匀。经过前期试铺的不断调整,聚氨酯面层 的摊铺速度易控制在2~3m/min。(3)依据松铺系数,控制摊铺厚度,试验段松铺系 数取值为1.1,最终结果依据取芯厚度确定。(4)摊铺过程中设专人对已固化混合料进行清 理。施工时应确保边角处无缺料现象。

 

3.4 聚氨酯混合料压实
    聚氨酯混合料压实工艺与传统热拌沥青混合料 压实工艺有所区别。具体表现为压实遍数与压路机 类型的不同,由于聚氨酯胶黏剂流动性较强,故决定 增加复压遍数,见图3。鉴于聚氨酯混合料具有黏 轮的特点,故决定采用钢轮压路机进行初压、复压、
终压。

(1)摊铺结束后应立即对聚氨酯混合料进行初压,初压应选用10~15t钢轮压路机,碾压速度为2~4km/h,为 保 证 压 实 效 果,碾 压 过 程 应 快 速 完 成,碾压2遍后结束初压。(2)初压完成后应立即对混合料进行复压,复压应选用10~15t钢轮压路机,碾压速度为4~5km/h,为使路面压实度及混合料孔隙率达到规范要求,碾 压过程中应开启振动,碾压5遍后结束复压。(3)复压结束后应立即对混合料进行终压,终压 仍选用10~15t钢轮压路机,碾压速度小于或等于5km/h,碾压2遍后结束压实。(4)压实过程中压路机不得中途停留、转向或制动,也不得进行停机、加水、加油活动。

 

3.5 聚氨酯混合料养护
    将铺筑好的聚氨酯混合料试验路段在常温下进 行养护,养护时间不少于1d。养护期间应封闭交通,严禁车辆通行和行人踩踏。养护完成的试验路段。

4 试验路段性能检测
4.1 路面外观评价 
    从图4可以看出,本次试验路段施工质量优良,表面平整,无松散、裂缝和离析等现象出现,混合料 摊铺均匀,表面无碾压痕迹。
4.2 试验路段检测
    对养生结束后的聚氨酯混合料试验路段进行性 能检测。依据《公路路基路面现场测试规程》(JTG E60-2008)中的有关规定,采用钻芯法、3m 直尺、铺砂法、摆式摩阻仪、路面渗水仪分别测定试验路段 的压实度、平整度、构造深度、摩擦系数及渗水系数。

 通过对聚氨酯路面进行性能检测,试验路段相 关测试结果均满足《公路沥青路面施工技术规范》 (JTGF40-2004)指标要求。说明针对聚氨酯路面 所采用的拌和、摊铺、碾压等施工工艺合适。

依托建德至江山公路衢州市横路至航埠段公路工程,探讨了聚氨酯混合料的施工工艺,铺筑了 试验路段并对其进行性能检测,得到如下结论。(1)依据筛分试验确定了聚氨酯混合料生产配合比,通过马歇尔试验法确定了聚氨酯胶黏剂最佳用量为5.5%。对黏层所用乳化沥青进行技术指标的测定及喷洒施工。(2)对聚氨酯路面的主要施工设备进行了合理匹配,确定了聚氨酯混合料的拌和顺序与拌和时间参数,提出了聚氨酯混合料的允许容留时间,制定了适宜的摊铺工艺及压实遍数。(3)对试验路段进行性能检测,试验路段的外观、压实度、平整度、抗滑性能及渗水性能均满足设计要求,证明试验路段所采用的施工工艺合理,为聚氨酯路面的应用和推广奠定了基础。

 

0539-6800856
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