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振动搅拌引领变革:江西省树立全国高温多雨典型地区高速公路建设典范

发布时间:2017-01-05 11:48:40阅读:

高速公路已成为衡量一个国家或地区经济发达程度的重要指标,是各地构建区域经济圈的首要建设项目,在我国首次发表的《中国交通运输发展》白皮书中指出:截至2015年底,中国高速公路里程达12.4万公里、居世界第一。然而在我国公路建设中广泛应用中,半刚性基层路面中的水泥稳定碎石基层在高温多雨地区容易产生裂缝却是一个不争的事实。

 

江西省树立全国高温多雨典型地区高速公路建设典范

QQ图片20170105093352.png图为宁都至定南高速公路


201714日,江西高速公路建设史上迎来了一个重要里程碑,江西省东乡至昌傅、上饶至万年、修水至平江、铜鼓至万载、船顶隘至广昌、宁定高速宁都至安远段、宁定高速安远至定南段、宁定高速定南联络线、都九高速都昌至星子段(不含鄱阳湖二桥)、昌宁高速南昌连接线、兴国至赣县、资溪花山界至里木12条高速公路建成通车, 6000公里组成的四通八达的高速公路版图新增中国高速公路进程的画卷上,为江西省对接国家一带一路长江经济带战略奠定坚实基础。

在这十二条新通的高速公路中,东昌高速,铜万高速,修平高速,昌宁高速南昌连接线,安定高速五条新建高速应用了振动搅拌技术,在新建的江西昌九改扩建,广吉高速正在展开应用,至此江西全省超过一半的新建高速公路都在使用振动搅拌技术。

振动搅拌技术到底有多大魅力让高温多雨的江西省如此推崇和大力推广普及呢?对此,江西省公路桥梁工程有限公司总工程师、教授级高工彭爱红给我们提供了这样几组数据:


铜鼓至万载高速

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项目采用相同的原材料和施工工艺,对比验证水稳振动搅拌设备与双拌缸二次搅拌设备对水稳碎石混合料性能和基层路面质量的影响。


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东乡至昌傅高速(赣东)

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东昌高速全线水泥稳定碎石基层与级配碎石垫层均采用振动搅拌技术

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昌宁高速南昌连接线

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项目采用相同的原材料和施工工艺,对比验证水稳振动搅拌设备与双拌缸二次搅拌设备对水稳碎石混合料性能和基层路面质量的影响。

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以上数据表明:在江西各条高速公路的实践中,通过使用振动搅拌技术的水稳基层能够有效地提高其质量和搅拌效率,使得基层的拌合程度得到较大的改善,能够有效地预防、减少各类由高温多雨带来的问题,切实有用的提升道路质量,改善道路耐久性,提升行车舒适度,减少后期维护耗费,从而实现社会经济效益和环境效益的提升。

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对于这种能够提高公路强度和使用寿命的新技术,江西省交通运输厅在组织专家多次考察和论证后,下文积极推广振动搅拌技术,从而使振动搅拌技术在全国省级绿色公路建设应用中树立了典范作用。

 

高温多雨典型性地区修建高速公路的挑战


中国的气候具有夏季高温多雨、冬季寒冷少雨、高温期与多雨期一致的季风气候特征。我们以江西省为例,江西省位于长江以南,属亚热带季风湿润气候,四季分明,全年冷、暖气团交绥频繁,天气复杂多变。春季,阴冷多雨常出现大风、强降水、冰雹等强对流性天气;夏季常受西太平洋副热带高压控制,高温酷热;秋季,秋高气爽,晴天多、湿度小,气温适宜,但常发生秋旱;冬季,低温湿冷,温度普遍高于5℃,属于典型的高温多雨气候。这样严酷的气候对修建高速公路的抗水性、高温稳定性、低温抗裂性都提出了比较高的标准和要求。 

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目前国内高等级公路大多采用水泥稳定碎石来做基层,这种以级配碎石作骨料,用一定数量的胶凝材料和足够的灰浆体积填充骨料的空隙,按嵌挤原理摊铺压实,被称之为“水泥稳定碎石、水泥稳定砂砾”。这种半刚性结构水稳碎石虽然有着整体强度、刚度、水稳性较好优点,却有一个致命的缺陷-易发生裂缝(如上图)。水稳层的裂缝危害有二个方面:一是降低基层的整体强度,二是发展后会形成反射裂缝,使沥青砼路面相应出现有规律的裂缝、起拱等病害。尤其是在高温多雨地区出现第二种情况后,若不及时处理,雨水从裂缝内向下渗透,沥青砼和基层裂缝缝隙处充满自由水,在车辆荷载反复冲击下,就会使沥青砼中粘附在碎石表面的沥青剥离,基层的细集料形成灰浆被挤压出路面,沥青砼路面进一步出现坑洞、碎裂、唧泥、沉陷等严重病害,影响公路通行安全和使用寿命。


半个世纪没有解决的行业难题


随着我国半刚性沥青砼路面的广泛应用,其裂缝对高速公路的影响和危害逐渐显露出来,现在高速公路的设计寿命一般为15-20年,但实际达到的并不多见,其中一个重要的因素就是基层裂缝问题。因此,如何解决半刚性路面基层易发生裂缝问题,提高路面强度,成为困扰中、外众多公路领域专家的一个棘手难题。

科学家们在实验室中通过放大2000倍的显微镜对半刚性路面水泥稳定碎石材料中水泥颗粒(粒径3~80μm)、粉煤灰颗粒(粒径45μm)、水滴(最小直径20μm)的搅拌、摊铺和受力的微观反应进行观察发现:在混合料搅拌过程中,粉煤灰和水泥颗粒等固相矿物不同的胀缩性,自由水、毛细水、结构水、结晶水等存在于混合料内部的各种孔隙中、胶体中的液相(水)的热胀缩性,混合料毛细孔、内部孔隙内充盈着气体的气相的热胀缩性以及混合料内部水化作用而发生的毛细管作用、分子间吸附作用力和碳化收缩作用在现有搅拌机的搅拌过程中无法使其充分弥散,让细集料均匀“粘附”在石料上,而这些不“均匀”的混合料在高温多雨的气候影响下,“干缩”和“荷载”作用力下进一步产生相结构疏松,从而使裂缝产生反射到路面,随着昼夜高低温差和雨水渗入,从而产生拱起、坑槽、裂缝、唧泥等诸多影响公路通行安全和使用寿命的病害。


“全球首创、国际领先”振动搅拌弥补行业缺陷


既然问题的原因找到了,那有没有一种技术或工艺可以弥补这一缺陷呢?

201581日,交通运输部发布了行业推荐性标准《公路路面基层施工技术细则》(JTG/T F20-2015),对基层用料技术要求、混合料级配、搅拌工艺、压实标准、施工工艺、养生方式和层间处理、质量控制要求等方面都提出了新的推荐性要求,对全面提升水泥稳定碎石结构层质量有着积极意义。细则的推出表明了曾经的单搅拌缸技术已经无法满足新规范的要求,然而双拌缸搅拌通过延长拌和时间,提高拌和均匀性,虽然提升了一定效果,但还是无法从根本上解决微观不均匀问题,传统的静力搅拌产生的水平和垂直作用力无法完全打散细集料之间的各种作用力使其充分弥散和让水泥更加充分水化。

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曾任长安大学工程机械学院院长的博士导师冯忠绪教授利用在前苏联留学经验和二十多年的潜心研究探索,他惊喜的发现在现有搅拌机上添加振动装置,通过振动中搅拌释放弹力波可以解决这一难题。然而如何将实验室模型应用到实际公路建设中却又成了一个新的难题,也是世界各国争相研究振动搅拌技术却又无奈放弃的原因-无法建造能够应用实际生产的工业设备。出于对公路行业的热爱和机械制造的爱好,时逢在长安大学读博的万里路桥董事长张良奇先生选择了“振动搅拌”这个课题,在冯忠绪教授指导下,他率领德通硕、博研究团队费时五年刻苦钻研,终于成功转化“振动搅拌技术”,研发出能够大规模工业应用的振动搅拌设备。这种被命名为“德通振动搅拌”设备可以每分钟释放1500次弹力波打散细集料之间的相互作用力,从而让细小颗粒的充分弥散均匀,特别是水泥颗粒和水颗粒的充分弥散,这种效果不但能提高水泥的利用率,还能在提高水泥稳定碎石的强度和耐久性的基础上减少水泥用量。

这种既能降低高速建设费用,提高社会经济效益,又能减少二氧化碳排放,降低山石不可再生能源浪费保护环境的全球首创技术在2015年12月26日通过由中国科学院学部委员(院士)、东北大学闻邦椿教授任主任委员,同济大学石来德教授任副主任委员组成的鉴定委员会科技成果鉴定,专家们一致认为:德通公司研发完成的“混凝土、稳定土振动搅拌”两个项目科技成果属国际首创,多项技术填补了国内外空白,处于国际领先水平,社会经济效益巨大,推广前景良好。

 

 

服务“一带一路”战略,践行绿色公路指导思想

 

一带一路战略构想,是融通古今、连接中外的跨时空宏伟蓝图,这一跨越时空的战略构想,顺应和平、发展、合作、共赢的时代潮流,承载着丝绸之路沿途各国发展繁荣的梦想,也赋予古老丝绸之路以崭新的时代内涵。在一带一路建设中,基础设施互联互通开路先锋。“德通振动搅拌”作为创新型技术顺应时代潮流,抢抓历史机遇,积极投入到“一带一路战略服务中去,这不仅是使命所系,更是责任所在。

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服务“一带一路”战略,不仅是一种社会责任和勇于奉献的精神,更是对国家提倡的“绿色公路”构想的实践。在20160804日,中国交通运输部下发《关于实施绿色公路建设的指导意见》中指出:牢固树立创新、协调、绿色、开放、共享五大发展理念,落实四个交通发展要求,促进公路发展转型升级,建设以质量优良为前提,以资源节约、生态环保、节能高效、服务提升为主要特征的绿色公路,实现公路建设健康可持续发展。

“让每一条高速公路都乐享振动搅拌带来的科技变革!”这是德通人无比坚定的信念。2017年,展望未来,“德通振动搅拌”坚定而果敢的脚步,必将全面推进中国高速公路建设向更宽、更新、更高的台阶强势迈进。