烧结铝矾土高抗滑表处技术.pdf

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1、 2020年中建八局科技研发项目申请2021年3月烧结铝矾土高抗滑表处技术1 目目 录录2第二部分 存在的问题及原因分析个人简历32010-2014年 本科土木工程学院同济大学2014-2020年 博士交通运输工程学院同济大学2018-2019年 访问学者土木工程学院普渡大学2020年 工程研究院公路工程研究所中建八局重要时间点：研究方向：机场工程（场道）、路基路面工程、路面抗滑、新材料、数值仿真、智能建造等科研成果：发表论文15余篇，其中SCI论文8篇；申请专利9项，授权发明专利1项。Email：烧结铝矾土高抗滑表处技术14研究背景第二部分 存在的问题及原因分析1.1 背景知识5n 公路技术

2、状况评定标准（JTG 5210-2018）规定，路面检测与调查包括路面损坏、平整度、车辙、路面跳车、路面磨耗、路面抗滑性能和路面结构强度等七项内容。n 高速和一级公路的路面抗滑性能，应每2年一测。第二部分 存在的问题及原因分析1.1 背景知识6n 路面技术状况一般采用自动化设备检测，检测指标包括：路面破损率DR、国际平整度指数IRI、路面车辙深度RD、路面跳车PB、路面构造深度MPD、横向力系数SFC和路面弯沉。n 路面构造深度MPD和横向力系数SFC与路面抗滑性能有关，二选一即可。道路多功能检测车Laser Texture Scanner(LTS model 9400)第二部分 存在的问题及

3、原因分析1.1 背景知识7n 公路养护技术规范（JTG H10-2009）第4.2.3条规定，高速公路及一级公路的抗滑能力不足(SFC40)的路段，或二级及二级以下公路抗滑能力不足(SFC35.5)的路段，应采取加铺罩面层等措施提高路表面的抗滑能力。n 沥青路面罩面，按其功能划分为普通型罩面（简称罩面）、防水型罩面（简称封层）和抗滑层罩面（简称抗滑层）三种。抗滑层主要适用于提高路面抗滑能力的修复工作。n 抗滑层：（1）用于高速公路、一级公路时，宜采用不小于40mm 的厚度。（2）用于二级公路时，宜采用中粒式、细粒式沥青混凝土结构，也可采用热拌沥青碎石或沥青表面处治结构，厚度不得小于最小施工层厚

4、度。（3）用于三级、四级公路时可采用乳化沥青封层结构，厚度可为510mm。第二部分 存在的问题及原因分析1.2 研究背景8n 2012年2018年间，美国印地安纳州每年发生约20万起交通事故，并造成重伤约3420人、死亡约820人。n 作为事故多发区，公路曲线段对路面抗滑性能提出更高的要求。曲线段13%其它路段87%事故发生位置曲线段其它路段曲线段22%其它路段78%死亡人数所在位置曲线段其它路段其中，32%的事故发生在路面潮湿时据美国印第安纳州交通安全统计数据：第二部分 存在的问题及原因分析1.2 研究背景9据全美交通死亡事故分布区域（2015-2017年的均值）：47%18%12%5%5%

5、13%全美交通死亡事故分布区域车道偏离事故交叉口事故行人或自行车事故交叉口-行人/自行车事故交叉口-车道偏离事故其它30%23%19%28%车道偏离事故比例侧翻对向正面碰撞行道树-路缘石碰撞其它超过43%的侧翻事故发生在弯道第二部分 存在的问题及原因分析1.2 研究背景10n 交通事故热点图第二部分 存在的问题及原因分析1.2 研究背景11n 降低交通事故死亡率的20种措施增强弯道处的提示和抗滑性能需要增加路面抗滑性能的区域或情况：（1）急弯处（2）湿滑路面（3）路面磨耗严重的区域（4）高速路段烧结铝矾土高抗滑表处技术传统处治技术存在的问题：（1）干燥和潮湿条件下抗滑性能差异大（2）厚度大，改

6、变原路面标高（3）耐久性差212烧结铝矾土高抗滑层技术概述第二部分 存在的问题及原因分析2.1 基本定义1313n 烧结铝矾土高抗滑表处技术（HFST）指通过工程聚合物粘结剂（如环氧树脂）将烧结铝矾土（耐磨骨料）黏结在路面，以改善路面抗滑性能、减少与路面抗滑性能相关的交通事故的一种路面养护或维修技术。n 实践表明，烧结铝矾土高抗滑表处技术的环氧树脂推荐用量为1.581.88 L/m2，烧结铝矾土推荐用量为7.5610.80 kg/m2；抗滑层总厚度为35mm。n 美国联邦公路局分析了大量实测数据后认为，该技术在降低交通安全事故率方面有显著的效益。第二部分 存在的问题及原因分析2.1 基本定义1

7、414施工前施工后第二部分 存在的问题及原因分析2.2 材料组成及要求1515n 环氧树脂性能指标及要求性能指标技术标准测试方法（相当）粘度（混合后25）0.7-2.5(Pa.s)ASTM D-2393 Brookfield（Spindle No.3 at 20rpm）凝胶时间（25）30(分钟)ASTM C881固化时间（25）3(小时)ASTM D1754/C881拉伸强度（25,7day）MPa）17-35(MPa)ASTM D-638断裂伸长率（25,7天）30-70(%)ASTM D-638弹性模量（25,7天）900(MPa)ASTM D-695邵氏硬度（Shore D）60-80

8、ASTM D2240抗压强度:3小时 7天7(MPa)34(MPa)ASTM C-579吸水率（24小时）1(%)ASTM D570粘结强度（25,24h）1.7（MPa）或下层断裂ASTM C-1583-04第二部分 存在的问题及原因分析2.2 材料组成及要求1616n 烧结铝矾土性能指标及要求性能指标测试方法（相当）煅烧铝矾土Al2O3,%按质量ASTM C 311(42)87 min吸水率ASTM C 1273.0%max细集料棱角性AASHTO 304 48筛孔尺寸通过%4.75 mm1003.35 mm951001.18 mm050.6 mm*01抗滑表层矿料级配标准铝矾土熟料化学和

9、物理性能指标和要求3施工工艺17第二部分 存在的问题及原因分析3.1 施工流程18施工准备旧路病害处理设备进场道路标志标线保护路面湿度检测环氧树脂喷洒烧结铝矾土撒布养护清扫多余骨料，恢复交通施工结束合格烧结铝矾土高抗滑表处技术的主要施工步骤第二部分 存在的问题及原因分析3.2 施工设备19n 铣刨机n 路面抛丸机n 鼓风机n 扫地车n 环氧树脂喷洒-烧结铝矾土撒布设备第二部分 存在的问题及原因分析3.3 主要步骤20（1）旧路病害处理n铣刨:当存在旧同步碎石封层、路面裂缝较多、车辙时n喷抛或喷砂处理：清除路表及其接缝中所有松散材料和杂物；泛油、油污、新铺沥青路面必须实施.第二部分 存在的问题及

10、原因分析21（2）路面清扫及湿度检测n 路面清扫：鼓风机配合扫地车n 路面湿度检测：湿度合格方可施工3.3 主要步骤第二部分 存在的问题及原因分析22（3）设备进场3.3 主要步骤第二部分 存在的问题及原因分析23（4）道路标志标线保护3.3 主要步骤第二部分 存在的问题及原因分析24（5）环氧树脂喷涂（形成1mm左右厚度的环氧树脂膜）3.3 主要步骤第二部分 存在的问题及原因分析25（6）烧结铝矾土撒布（完全覆盖环氧树脂膜）3.3 主要步骤第二部分 存在的问题及原因分析3.3 主要步骤26（7）养护n封闭交通养护26h，与环境温度有关，且温度越高，时间越短第二部分 存在的问题及原因分析3.3

11、 主要步骤27（8）清扫多余骨料，恢复交通，施工结束4工程案例28第二部分 存在的问题及原因分析4.1 烧结铝矾土高抗滑层的抗滑性能2929n 2018年，修筑了21处试验段，均匀分布在印地安纳州各地n 连续检测路面抗滑性能，包括MPD、摩擦系数FN40mph第二部分 存在的问题及原因分析4.1 烧结铝矾土高抗滑层的抗滑性能3030n 21处试验段，规范要求FN20n 试验段使用540天（1.5年）后，路面摩擦系数几乎没有无衰减摩擦系数FN40mph均值阈值第二部分 存在的问题及原因分析4.1 烧结铝矾土高抗滑层的抗滑性能3131n 试验段使用540天（1.5年）后，路面构造深度MPD降低约3

12、7%n 路面构造深度仍高达1.18mm，但远高于新建沥青路面的MPD路面构造深度MPD均值第二部分 存在的问题及原因分析4.1 烧结铝矾土高抗滑层的抗滑性能3232n 抗滑性能（摩擦系数FN）总体上不高，三种不同方法表面的FN均低于70，而烧结铝矾土高抗滑层使用1.5年后FN均值仍高达82.8；n 抗滑性能衰减较快，30个月后同步碎石封层、雾封层和超薄磨耗层分别降低27.6%、48.8%和26.1%。同步碎石封层雾封层超薄磨耗层沥青路面摩擦系数随时间的衰变曲线传统抗滑层的抗滑性能衰变曲线第二部分 存在的问题及原因分析4.2 成本对比3333n 施工便捷、抗滑性能好、耐久性优越n 成本较高，建议

13、在局部特殊路段使用，不适用于大范围使用烧结铝矾土高抗滑表处同步碎石封层抗滑罩面层施工成本（元/平方米）701545（厚4cm）使用寿命/年5102345年均成本（元/平方米）71457.5912施工速度较快（6h）快慢其它基本不影响原路面标高、干湿路面具有相似的抗滑能力抗滑耐久性差，与原路面的黏结容易出问题改变路面标高，施工慢，干湿路面抗滑能力相差较大第二部分 存在的问题及原因分析4.3 烧结铝矾土高抗滑表处技术的工程案例34n 截止2017年，全美仅约10个州没有使用该技术；n 加州、德州、肯塔基、田纳西、佐治亚、宾夕法尼亚等州的工程案例已超过100处；n 国内尚无工程应用汇报结束，请予指导35