CN101215818A - 排水性沥青路面专用防水粘结层及其设计方法 - Google Patents

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曹庭维
李波
刘刚
陈美祝
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刘至飞
张涛
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本发明提供的排水性沥青路面专用防水粘结层，其结构是：自上而下，依次设有排水性沥青混凝土面层(1)、乳化沥青粘结层(2)和密级配沥青混凝土面层(3)，还设有硅橡胶防水剂渗透层(4)，其分布在密级配沥青混凝土面层(3)的表面和渗透入该面层内部中。本发明能够改善排水性沥青混凝土路面下承层密级配沥青混凝土路面的防水性能，增强密级配沥青混凝土面层与排水性沥青混凝土面层的粘结性，防止排水性沥青面层与密级配沥青混凝土面层之间产生滑移，有效避免雨季过程中雨水渗透密级配沥青面层中导致沥青混合料的水损害，提高密集配沥青混凝土防水性能，从而能够提高高速公路的密集配沥青面层的耐久性，延长整个路面的使用寿命。

Description

排水性沥青路面专用防水粘结层及其设计方法
技术领域
本发明涉及防水粘结层，特别是一种排水性沥青路面专用防水粘结层及其设计方法。
背景技术
随着我国高速公路里程的快速发展，排水性沥青路面作为一种排水功能型路面结构形式在我国应用越来越广泛，排水型沥青路面不仅可以有效地降低表面积水引起的水雾及眩光，而且提供了足够的表面粗糙度，并可降行车噪音，这种路面结构中要求在排水沥青面层下设置一层兼顾防水和粘结作用的结构层。一般地，作为排水沥青混凝土下层结构的密级配沥青混凝土在施工完毕，大多数要求达到92％的最大理论密度，也就是现场沥青路面空隙率为8％，通过2～3年的行车荷载作用下，沥青路面进一步压实，达到了设计空隙率；但是当沥青路面压实度控制不好时，现场空隙率高于8％则易渗水，导致局部面积的实际空隙率较大、施工质量控制不好也会造成局部路段的水破坏，只要水侵入并滞留在沥青混凝土的空隙中，在大量行车的作用下，都会产生沥青剥落现象，并产生水破坏。目前，较多工程直接采用乳化沥青粘层油喷洒方式处理排水性沥青路面的防水粘结层，而乳化沥青属于非渗透型防水剂，使用这种处理方式不能从根本上解决防水。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种排水性沥青路面专用防水粘结层及其设计方法，该防水粘结层能够改善密级配沥青混凝土路面的防水性能，增强密级配沥青混凝土面层与排水性沥青混凝土面层的粘结性，防止排水性沥青面层与密级配沥青混凝土面层之间产生滑移，有效避免雨季过程中雨水渗透密级配沥青面层中导致沥青混合料的水损害，提高密级配沥青混凝土防水性能，从而提高密集配沥青面层的耐久性，延长整个路面的使用寿命。
本发明解决其技术问题采用以下的技术方案：
本发明提供的排水性沥青路面专用防水粘结层，其结构是：自上而下，依次设有排水性沥青混凝土面层、乳化沥青粘结层和密级配沥青混凝土面层，还设有硅橡胶防水剂渗透层，其分布在密级配沥青混凝土面层的表面和渗透入该面层内部中。
本发明提供的排水性沥青路面专用防水粘结层，其通过包括以下步骤的方法实现排水沥青混凝土面层和密级配沥青混凝土面层的防水粘结：
A.喷洒在密级配沥青混凝土层上的硅橡胶防水剂渗透到其中，固化封住密级配沥青混凝土中的空隙率，从而达到防渗水的效果；
B.硅橡胶防水剂养护在6-8小时以上后，用乳化沥青粘层油对密级配沥青混凝土进行喷洒，用量为0.6-1.0kg/m2；待乳化沥青破乳后，再进行排水性沥青混凝土面层的铺装；
C.当雨水降至沥青混合料之中时，通过其中空隙率汇集到粘层表面，从表面横向排除积水。
本发明提供的排水性沥青路面专用防水粘结层，其在高速公路的密级配沥青混凝土面层和排水性沥青混凝土面层之间使用。
本发明的原理是：利用硅橡胶防水剂的渗透性对密级配沥青混凝土中的空隙率进行固化密封，从而显著提高其防水抗渗性能，在此基础上采用乳化沥青作为粘层油有效地对排水性沥青面层进行粘结，当雨水降至排水性沥青面层中时，水通过排水性沥青混凝土中的联通空隙汇集到乳化沥青粘结层上，由于处理后的密级配沥青混凝土的高抗渗性，雨水通过其表面向外排出，从而达到排水效果。
本发明提供了一种全新的排水性沥青路面专用防水粘结层设计模式，其涉及到排水沥青路面的耐久性、可持续发展问题。因此，具有以下主要的优点：
1.图1所示为非渗透型防水剂1和渗透型防水剂2在密级配沥青混凝土3中的渗透效果，硅橡胶防水剂属于渗透效果优良的防水剂，通过硅橡胶防水剂的渗透原理，能显著改善排水性沥青路面防水粘结结构层中密级配沥青混凝土的防水抗渗性能，减少水进入其内部而造成的沥青混凝土水损害问题。
2.利用乳化沥青的粘结作用，实现排水性沥青层与密级配沥青混凝土层的良好粘结，防止排水性沥青层与密级配沥青混凝土层之间产生滑移。
3.同时使用硅橡胶防水剂和乳化沥青可以提高层间抗剪强度。这是因为渗透型硅橡胶防水剂并未降低密级配沥青混凝土的表面构造深度，使得层间抗剪强度得以保留；乳化沥青增加了层间粘结力，从而提高了层间抗剪强度。
4.排水沥青在我国应用逐渐展开，使用这种专用防水粘结层可以增强排水性沥青结构层的耐久性，提高其使用寿命，具备可持续性发展和利用的优势。
附图说明
图1是本发明提供的硅橡胶防水剂渗透原理示意图。
图2是本发明提供的排水性沥青路面专用防水粘结层的结构示意图。
图3是本发明中渗水系数与硅橡胶防水剂用量之间的变化关系示意图。
图4是本发明中硅橡胶防水剂使用前后构造深度变化情况示意图。
图5是本发明中测试各种粘结方法的层间剪切强度试验方案示意图。
图6是本发明中测试各种粘结方法的层间拉伸强度试验方案示意图。
具体实施方式
本发明提供的排水性沥青路面专用防水粘结层，其结构如图2所示：自上而下，依次设有排水性沥青混凝土面层1、乳化沥青粘结层2和密级配沥青混凝土面层3，还设有硅橡胶防水剂渗透层4，其分布在密级配沥青混凝土面层3的表面和渗透入该面层内部中。
所述的排水性沥青混凝土面层1可由粗集料、细集料、沥青及矿粉复合而成，它们的重量比分别为：粗集料85～90％，粒径范围为2.36mm～16.0mm；细集料8～10％，粒径大于0mm，同时小于2.36mm；沥青4.0～6.0％；矿粉2～5％。
所述的排水性沥青混凝土面层1，其空隙率范围为18％-22％。
所述的密级配沥青混凝土面层3可由粗集料、细集料、沥青及矿粉复合而成，它们的重量比分别为：粗集料50～55％，粒径范围为4.75mm～26.5mm；细集料40～45％，粒径大于0mm，同时小于4.75mm；沥青4.0～5.0％；矿粉2～5％。
所述的密级配沥青混凝土面层3，其空隙率范围为3％-8％。
所述的硅橡胶防水剂渗透层4采用渗透型防水剂，用于处理密级配沥青混凝土面层3的防水性能，其主要成分为硅橡胶树脂溶液。硅橡胶防水剂渗透层4的用量为0.3-0.5kg/m2，改性乳化沥青的用量为0.6-1.0kg/m2。
所述的乳化沥青粘结层2，可用于处理排水沥青混凝土面层1与密级配沥青混凝土面层3之间的粘结性能，宜采用快裂或中裂乳化沥青、改性乳化沥青，或者采用快、中凝液体石油沥青，所使用的基质沥青标号宜与密级配沥青混合料相同。
上述的硅橡胶防水剂渗透层4和乳化沥青粘结层2，它们构成了排水性沥青路面的防水粘结层。该防水粘结层的处理方法为：在经过清扫、冲洗干净的密级配沥青混凝土面层3上面，先喷洒或涂刷一层硅橡胶防水剂，待其养护一定时间后，再喷洒乳化沥青，然后摊铺排水性沥青混合料面层1。具体是采用以下步骤的方法：
A.喷洒在密级配沥青混凝土层3上的硅橡胶防水剂渗透到其中，固化封住密级配沥青混凝土中的空隙率，从而达到防渗水的效果；
B.硅橡胶防水剂养护在6-8小时以上后，用乳化沥青粘层油对密级配沥青混凝土进行喷洒，用量为0.6-1.0kg/m2；待乳化沥青破乳后，再进行排水性沥青混凝土面层1的铺装；
C.当雨水降至沥青混合料之中时，通过其中空隙率汇集到粘层表面，从表面横向排除积水。
本发明提供的上述排水性沥青路面专用防水粘结层，其在高速公路的密级配沥青混凝土面层和排水性沥青混凝土面层之间使用。
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，但不限定本发明。
以湖北某高速公路排水性沥青路面防水粘结层为例，将该排水性沥青路面专用防水粘结层组成设计方法举例如下。
实施例1
排水性沥青路面专用防水粘结层实施例1的结构层铺设如下步骤：
1.清扫AC-20密级配沥青混凝土路面，采用洒水车大面积清洗路面，以除去路面构造深度中残留的泥和尘土，待路面水分干燥后保持排水沥青路面施工段不被污染。
2.喷洒硅橡胶防水剂，采用人工喷洒方式分三次进行，第一次沿着行车方向喷洒，用量为100g～200g/平方米，硅橡胶防水剂首先在底部固化成膜；隔2～6小时后，沿着逆行车方向喷洒进行第二次喷洒，用量为100g～200g/平方米，使硅橡胶防水剂在中部固化成膜。再隔2～6小时后，沿着行车方向喷洒进行第三次喷洒，用量为100g～200g/平方米，硅橡胶防水剂在沥青路面有轻微的流淌，使硅橡胶防水剂在路面上部固化成膜，经6～8小时养护后即方可进行乳化沥青粘结层的施工。
3.喷洒SBR改性乳化沥青粘层油，粘层油采用沥青洒布车喷洒，并选择适宜的喷嘴，洒布速度和喷洒量保持稳定。粘层油用量为0.6-1.0kg/m2，且在当天进行粘层油的洒布施工，待SBR改性乳化沥青破乳，水分蒸发完成，保持经洒布粘层的路段不受污染。
4.铺筑排水性沥青路面。
实施例2
按《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》中T0703-1993的轮碾法制作密级配沥青混凝土AC-20的车辙板状试件四组，试件尺寸为300×mm宽300mm×高50mm，其空隙率在6～8％。第一组试件不作处理，第二组、第三组和第四组试件分别喷洒0.4kg/m2、0.6kg/m2和0.9kg/m2的硅橡胶防水剂，然后按照T 0730-2000的规定，对所有试件进行渗水试验。试验结果见图3。当硅橡胶防水剂用量超过400g/m2以上时，AC-20型密级配沥青混合料渗水系数可降为零；人工喷洒实施例1的硅橡胶防水剂前后渗水系数比较列于表1。
实施例3
沥青路面构造深度试验
本试验采用铺砂法，测定喷洒抗渗剂前后构造深度的变化，操作步骤如下：将已知体积的标准砂摊铺在沥青路面上，用底部粘有橡胶片的推平板尽量将砂推平成一圆形，量取圆垂直方向的直径，取平均值，砂的体积同所摊铺圆平均面积之比即为路面的构造深度。表面构造深度TD按下式计算：
TD＝1000V/(πD2/4)
式中：TD-混合料表面构造深度，mm
V-砂的体积，25cm3
D-摊平砂的平均直径，mm
按《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》中T0703-1993的轮碾法制作密级配沥青混凝土AC-20的车辙板状试件，试件尺寸为300×mm宽300mm×高50mm，其空隙率在6～8％。第一组试件不作处理，第二组试件喷洒硅橡胶防水剂，用量为0.4kg/m2，在进行构造深度测试，试验结果见图4所示，喷洒后构造深度变化十分小，下降了8％左右。人工喷洒实施例1的硅橡胶防水剂前后构造深度比较列于表2。构造深度检测结果表明喷洒抗渗剂对沥青路面表面构造深度影响不大，喷洒后的表面构造深高于喷洒前的90％。
实施例4
防水粘结层的强度测试
为评估硅橡胶防水剂对层间粘结受剪性能的影响，按《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》中T0703-1993的轮碾法制作密级配沥青混凝土AC-20的车辙板状试件若干，试件尺寸为300×mm宽300mm×高50mm，其空隙率在6～8％。试件冷却后，第一组试件表面不作处理，第二组试件表面喷洒硅橡胶防水剂，用量为0.4kg/m2，第三组试件表面喷洒硅橡胶防水剂，用量为0.4kg/m2，养护12小时后，再进行喷洒0.6kg/m2的SBR乳化沥青粘层油。然后分别在各组车辙试件基础上成型排水性沥青混凝土PA-13的车辙试件，组合车辙成型完毕后进行芯样的钻取。采用图5和图6所示装置，分别对每组粘结方式的试件进行沥青混合料层间剪切试验和拉伸试验；图5和图6中，AC-20是密级配沥青混凝土试件，PA-13是排水性沥青混凝土试件。图5所示装置，其结构是利用环氧树脂固定试件与三角形模具，底端三角形模具固定在底座上，通过压力机对上端三角形模具施加荷载P测试AC-20试件和PA-13试件之间的剪切性能。图6所示装置，其结构是利用环氧树脂固定试件与圆形模具，通过压力机连接柱状两端拉头施加荷载P测试AC-20试件和PA-13试件之间的抗拉性能。图5中剪切面与加载方向成所成角度为a为45度，当对试件施加荷载P，剪切截面积为S时试件剪切面上所受剪应力为τ＝Psina/s。图6中对试件的轴向施加匀速变大的荷载P，P＝pt(p为单位时间的荷载增加率，单位：MPa/s；t为时间，单位：s)，由此测得试件破坏时的最大荷载Pmax。剪切强度和拉伸强度的试验方案及其结果见表3。由表3可知，单纯使用硅橡胶防水剂，层间抗剪强度有所下降，但并不明显；同时使用硅橡胶防水剂和SBR改性乳化沥青可以提高层间抗剪强度。
附表
表1硅橡胶防水剂处理前后渗水系数比较
桩  号     处理前     处理后
    (ml/min)
    K120+280     20     0
    K120+180     50     4
    K120+080     57     3
    K119+980     74     5
    K119+880     16     0
    K119+780     123     2
    K119+640     95     3
    K119+520     107     6
表2  硅橡胶防水剂处理前后构造深度检测结果
桩号   处理前   处理后
    (mm)
    K120+280     0.76     0.70
    K120+180     0.78     0.72
    K120+080     0.86     0.82
    K119+980     0.79     0.70
    K119+880     0.80     0.76
    K119+780     0.82     0.75
    K119+640     0.81     0.72
    K119+520     0.78     0.71
表3强度试验方案及其结果
防水方案  试验温度(℃)  抗剪强度(MPa)  抗拉强度(MPa)
    AC-20+PA-13     25     0.41     0.52
    15     0.61     0.91
    5     0.88     1.12
AC-20+硅橡胶防水剂(400ml/m2)+PA-13     25     0.39     0.49
    15     0.59     0.90
    5     0.85     1.02
    AC-20+硅橡胶防水剂(400ml/m2)+SBR改性乳化沥青(0.6kg/m2)+PA-13     25     0.47     0.63
    15     0.68     0.99
    5     0.95     1.35

Claims (10)

1.一种防水粘结层，其特征是一种排水性沥青路面专用防水粘结层，其结构是：自上而下，依次设有排水性沥青混凝土面层(1)、乳化沥青粘结层(2)和密级配沥青混凝土面层(3)，还设有硅橡胶防水剂渗透层(4)，其分布在密级配沥青混凝土面层(3)的表面和渗透入该面层内部中。
2.根据权利要求1所述的防水粘结层，其特征是排水性沥青混凝土面层(1)由粗集料、细集料、沥青及矿粉复合而成，它们的重量比分别为：粗集料85～90％，粒径范围为2.36mm～16.0mm；细集料8～10％，粒径至多为2.36mm；沥青4.0～6.0％；矿粉2～5％。
3.根据权利要求2所述的防水粘结层，其特征是排水性沥青混凝土面层(1)，其空隙率范围为18％-22％。
4.根据权利要求1所述的防水粘结层，其特征是密级配沥青混凝土结构层(3)由粗集料、细集料、沥青及矿粉复合而成，它们的重量比分别为：粗集料50～55％，粒径范围为4.75mm～26.5mm；细集料40～45％，粒径至多为4.75mm；沥青4.0～5.0％；矿粉2～5％。
5.根据权利要求4所述的防水粘结层，其特征是密级配沥青混凝土结构层(3)，其空隙率范围为3％-8％。
6.根据权利要求1所述的防水粘结层，其特征是：硅橡胶防水剂涂层(4)采用渗透型防水剂，用于处理密级配沥青混凝土面层(3)的防水性能，其主要成分为硅橡胶树脂溶液。
7.根据权利要求1所述的防水粘结层，其特征是：乳化沥青粘结层(2)用于处理排水沥青混凝土面层(1)与密级配沥青混凝土面层(3)之间的粘结性能，宜采用快裂或中裂乳化沥青、改性乳化沥青，或者采用快、中凝液体石油沥青，所使用的基质沥青标号宜与密级配沥青混合料相同。
8.根据权利要求7所述的防水粘结层，其特征是：硅橡胶防水剂涂层(4)的用量为0.3-0.5kg/m2，改性乳化沥青的用量为0.6-1.0kg/m2。
9.根据权利要求1所述的防水粘结层，其特征是通过包括以下步骤的方法实现排水沥青混凝土面层(1)和密级配沥青混凝土面层(3)的防水粘结：
A.喷洒在密级配沥青混凝土层(3)上的硅橡胶防水剂渗透到其中，固化封住密级配沥青混凝土中的空隙率，从而达到防渗水的效果；
B.硅橡胶防水剂养护在6-8小时以上后，用乳化沥青粘层油对密级配沥青混凝土进行喷洒，用量为0.6-1.0kg/m2；待乳化沥青破乳后，再进行排水性沥青混凝土面层(1)的铺装；
C.当雨水降至沥青混合料之中时，通过其中空隙率汇集到粘层表面，从表面横向排除积水。
10.根据权利要求1至9中任一权利要求所述的防水粘结层，其特征是：在高速公路的密级配沥青混凝土面层和排水性沥青混凝土面层之间使用所述的防水粘结层。
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