CN101487216B - 提高沥青面层与水泥稳定基层界面连接强度的结构和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种提高沥青面层与水泥稳定基层界面连接强度的结构和方法，要解决的技术问题是提高沥青面层与水泥稳定基层之间的连接强度。本发明的结构，沥青下面层与水泥稳定粒料基层连接，所沥青下面层与水泥稳定粒料基层连接处设有连接沥青下面层与水泥稳定粒料基层的射钉。本发明的方法包括以下步骤：在路面制作水泥稳定粒料基层，在水泥稳定粒料基层表面射入射钉，摊铺和碾压沥青面层。本发明与现有技术相比，采用射钉连接沥青面层与水泥稳定粒料基层，提高了面层与基层界面的连接强度，显著减小沥青面层底部拉应力，有效防治施工过程中下面层产生推移、开裂和松散现象，而且具有加筋和补强作用，提高了下面层刚度，可以减薄沥青面层厚度。

Description

提高沥青面层与水泥稳定基层界面连接强度的结构和方法

技术领域

本发明涉及一种道路工程结构和施工方法，特别是一种沥青路面中的沥青面层与水泥稳定粒料基层之间的连接结构和方法。

背景技术

沥青路面施工过程中，水泥稳定粒料基层表面很难清扫干净；透层油渗透深度有限。沥青面层与水泥稳定基层之间的层间连接处于半连续状态，施工过程中导致沥青下面层出现混合料推移、开裂和松散现象。道路投入使用后，在交通荷载作用下沥青层底部产生较大的拉应力，从而发生疲劳破坏。

发明内容

本发明的目的是提供一种提高沥青面层与水泥稳定基层界面连接强度的结构和方法，要解决的技术问题是提高沥青面层与水泥稳定基层之间的连接强度。

本发明采用以下技术方案：一种提高沥青面层与水泥稳定基层界面连接强度的结构，沥青下面层与水泥稳定粒料基层连接，所述沥青下面层与水泥稳定粒料基层连接处设有连接沥青下面层与水泥稳定粒料基层的射钉。

本发明的射钉为长40mm～80mm，钉杆直径为3mm～5mm，采用优质碳素结构钢材料。

本发明的射钉射入水泥稳定粒料基层深度为20mm～40mm。

本发明射钉的排列方式为正方形。

本发明的正方形边长为50mm～1000mm。

本发明射钉的排列方式为三角形。

本发明的三角形边长为50mm～1000mm。

一种提高沥青面层与水泥稳定基层界面连接强度的方法，包括以下步骤：一、在路面制作水泥稳定粒料基层；二、在水泥稳定粒料基层表面射入射钉；三、摊铺和碾压沥青面层。

本发明的方法射钉长为40mm～80mm，射入水泥稳定粒料基层深度为20mm～40mm。

本发明的方法射钉的排列方式为正方形或三角形。

本发明与现有技术相比，采用射钉连接沥青面层与水泥稳定粒料基层，提高了面层与基层界面的连接强度，显著减小沥青面层底部拉应力，有效防治施工过程中下面层产生推移、开裂和松散现象，而且具有加筋和补强作用，提高了下面层刚度，可以减薄沥青面层厚度。

附图说明

图1是本发明实施例的路面结构示意图。

图2-1是本发明实施例的射钉排列方式图(一)。

图2-2是本发明实施例的射钉排列方式图(二)。

图3是本发明实施例的剪切试验的试件与加载模式图。

图4是本发明实施例的剪切试件中射钉排列位置图。

图5是本发明实施例的疲劳试验的试件与加载模式图。

图6是本发明实施例的剪切试件中射钉排列位置图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。如图1所示，本发明的提高沥青面层与水泥稳定基层界面连接强度的结构，在水泥稳定粒料基层1上摊铺沥青面层时，在沥青下面层2与水泥稳定粒料基层1的连接面安装射钉3，用于连接沥青下面层2与水泥稳定粒料基层1，射钉3为40mm～80mm长的钢钉，钉杆直径为3mm～5mm。通过安装在摊铺机摊铺箱与行走系统，即履带或车轮之间的射钉装置，按照50mm～1000mm的间距在水泥稳定粒料基层1上射入钢钉，射入深度为20mm～40mm，然后，按现行的《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40-2004)规定的工艺摊铺和碾压沥青下面层2、中面层4和上面层5。

本发明的射钉，采用PS型小平头射钉，用优质碳素结构钢材料制成。如图2-1和图2-2所示，射钉的排列方式有二种：正方向和三角形，正方形边长为50mm～1000mm，三角形边长为50mm～1000mm。

本发明的射钉安装设备，安装在摊铺机摊铺箱与行走装置，即履带或车轮之间，可以调节射钉的间距、排列方式和射入深度。

本发明的提高沥青面层与水泥稳定基层界面连接强度的结构和方法，通过下述的试验，来评价界面连接性能。

一、剪切试验，通过剪切试验评价射钉连接的水泥稳定粒料与沥青混合料叠合梁试件的界面剪切性能，试验模型如图3所示。

试件制备方法为：首先，按照《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》(JTJ057-94)规定的静力压实法，成型长300mm、宽300mm、厚200mm的水泥稳定粒料板块6；试件从试模内脱出后，立即放到密封湿气箱和恒温室内进行保温保湿养生。养生时间为7d，养生温度为25℃。其次，在养生后的水泥稳定粒料表面，按50mm×50mm间距均匀的射入PS52型小平头射钉3，长52mm，钉杆直径3.5mm，钉帽直径7.6mm，射入深度为30mm，如图4所示，射钉的排列方式为正方形。然后，在射钉后的水泥稳定粒料表面上，按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTJ 052-2000)中T 0703-1993试验方法，轮碾成型厚60mm的沥青混合料；室温下放置24h后，切割成长200mm、宽150mm、高150mm叠合梁试件7。

用作对比试验的改性乳化沥青透、封层连接的试件制备方法为：按照《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》(JTJ 057-94)规定的静力压实法成型长300mm、宽300mm、厚200mm的水泥稳定粒料板块；试件从试模内脱出后，立即放到密封湿气箱和恒温室内进行保温保湿养生。养生时间为7d，养生温度为25℃。其次，在养生后的水泥稳定粒料表面，涂刷2kg/m²的改性乳化沥青，再撒布3kg/m²～5kg/m²的5mm～10mm的碎石。室温下养生3d后，在封层表面上，按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTJ 052-2000)中T 0703-1993试验方法，轮碾成型厚60生的沥青混合料。室温下放置24h后，切割成长200mm、宽150mm、高150mm的叠合梁试件。

剪切试验方法为：首先，将试件在20℃的环境箱中保温6h。然后，如图3所示，用反力架8固定水泥稳定粒料试件6，在沥青混合料试件7底部安装千斤顶，用千斤顶加载，加载速率为50mm/min。需在20℃的空调房间内进行试验。

当施加的最大荷载为P(N)时，界面剪切强度 $\mathrm{\τ}=\frac{P}{30}\mathrm{kPa}.$

二、弯曲疲劳试验，通过疲劳试验评价射钉连接的水泥稳定粒料和沥青混合料叠合梁试件的界面疲劳性能，试验模型如图5所示。

试件制备方法为：首先，按照剪切试验相同的方法制作射钉连接的长300mm、宽300mm、高260mm的双层板。然后再切割成如图5、图6所示的长250mm、宽30mm、高70mm的叠合梁试件。

用作对比试验的改性乳化沥青透、封层连接的试件制备方法为：首先，按照剪切试验相同的方法制作透、封层连接的长300mm、宽300mm、高260mm的双层板。然后再切割成如图5、图6所示的长250mm、宽30mm、高70mm的叠合梁试件。

疲劳试验方法为：采用应变控制模式的弯曲疲劳试验方法，以沥青混合料与水泥稳定粒料脱开为界面疲劳破坏标准。试验设备为美国生产的MTS 810材料试验机。试验过程中，通过控制小梁试件跨中挠度值来控制试件底部的弯拉应变。如图5所示，在试件中点加载，支座间距为200mm。加载波形和频率为10Hz连续式半正矢波荷载。应变水平为400微应变。试验温度为15℃。

实施例

(1)试验原材料，采用了强度等级为P.C32.5的普通硅酸盐水泥、SBS(I-D)改性沥青、BCR型阳离子聚合物改性乳化沥青、石灰岩集料和矿粉，各项技术指标均满足《公路路面基层施工技术规范》(JTJ 034-2000)、《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40-2004)的要求。水泥稳定粒料级配为《公路路面基层施工技术规范》(JTJ 034-2000)给出的水泥稳定碎石级配范围的中值，水泥用量为4.5％。沥青混合料级配为《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40-2004)给出的AC-20C混合料级配范围中值，沥青用量为4.3％。采用了四川南山射钉紧固器材有限公司生产的PS52型小平头射钉，长52mm，钉杆直径3.5mm，钉帽直径7.6mm。

(2)剪切试验，试件制备方法为：首先，按照《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》(JTJ 057-94)规定的静力压实法成型长300mm、宽300mm、厚200mm的水泥稳定粒料板块；试件从试模内脱出后，立即放到密封湿气箱和恒温室内进行保温保湿养生。养生时间为7d，养生温度为25℃。其次，在养生后的水泥稳定粒料表面，按50mm×50mm间距均匀的射入PS52型小平头射钉，射入深度为3cm，射钉的排列方式如图4所示；然后，在射钉后的水泥稳定粒料表面上，按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTJ 052-2000)中T 0703-1993试验方法，轮碾成型厚60mm的沥青混合料；室温下放置24h后，切割成长200mm、宽150mm、高150mm叠合梁试件。

用作对比试验的改性乳化沥青透、封层连接的试件制备方法为：按照《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》(JTJ 057-94)规定的静力压实法成型长300mm、宽300mm、厚200mm的水泥稳定粒料板块；试件从试模内脱出后，立即放到密封湿气箱和恒温室内进行保温保湿养生。养生时间为7d，养生温度为25℃。其次，在养生后的水泥稳定粒料表面，涂刷2kg/m²的改性乳化沥青，再撒布3kg/m²～5kg/m²的5mm～10mm的碎石。室温下养生3d后，在封层表面上，按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTJ 052-2000)中T 0703-1993试验方法，轮碾成型厚60mm的沥青混合料。室温下放置24h后，切割成长200mm、宽150mm、高150mm的叠合梁试件。

剪切试验方法为：首先，将试件在20℃的环境箱中保温6h。然后，用反力架固定水泥稳定粒料试件，如图3所示。在沥青混合料试件底部安装千斤顶，用千斤顶加载，加载速率为50mm/min。需在20℃的空调房间内进行试验。

当施加的最大荷载为P(N)时，界面剪切强度 $\mathrm{\τ}=\frac{P}{30}\mathrm{kPa}.$

剪切试验结果见表1。由表1可见，射钉连接的沥青混合料与水泥稳定碎石界面的剪切强度比改性乳化沥青透、封层连接的界面提高了1倍以上。

(3)弯曲疲劳试验，试件制备方法为：首先，按照剪切试验相同的方法制作射钉连接的长300mm、宽300mm、高260mm的双层板。然后再切割成如图5、图6所示的长250mm、宽30mm、高70mm的叠合梁试件。

用作对比试验的改性乳化沥青透、封层连接的试件制备方法为：首先，按照剪切试验相同的方法制作透、封层连接的长300mm、宽300mm、高260mm的双层板。然后再切割成如图5、图6所示的长250mm、宽30mm、高70mm的叠合梁试件。

疲劳试验方法为：采用应变控制模式的弯曲疲劳试验方法，以沥青混合料与水泥稳定粒料脱开为界面疲劳破坏标准。试验设备为美国生产的MTS 810材料试验机。试验过程中，通过控制小梁试件跨中挠度值来控制试件底部的弯拉应变。加载方法如图6所示，中点加载，支座间距为200mm。加载波形和频率为10Hz连续式半正矢波荷载。应变水平为400微应变。试验温度为15℃。

疲劳试验结果见表2。由表2可见，射钉连接的沥青混合料与水泥稳定碎石界面的疲劳寿命比改性乳化沥青透、封层连接的界面提高了1500多次。

本发明的特点是：在下面层沥青混合料摊铺过程中，采用一定间距的射钉连接水泥稳定粒料基层和沥青面层。与常用的透、封层连接方式相比，提高了面层与基层界面的连接强度，可以显著减小沥青面层底部拉应力；有效防治下面层施工过程中产生推移、开裂和松散现象；而且具有加筋和补强作用，提高了下面层刚度，可以减薄沥青面层厚度。另外，对于长、陡纵坡路段、城市道路的交叉口处等剪应力非常大的特殊路段，可以同时采用透、封层和射钉连接方式，进一步提高界面抗剪切和疲劳性能。

表1界面剪切试验结果

表2界面疲劳试验结果

Claims (7)

1.一种提高沥青面层与水泥稳定基层界面连接强度的结构，沥青下面层(2)与水泥稳定粒料基层(1)连接，其特征在于：所述沥青下面层(2)与水泥稳定粒料基层(1)连接处设有连接沥青下面层(2)与水泥稳定粒料基层(1)的射钉(3)，所述射钉(3)射入水泥稳定粒料基层(1)深度为20mm～40mm；所述射钉(3)为长40mm～80mm，钉杆直径为3mm～5mm，采用优质碳素结构钢材料。

2.根据权利要求1所述的提高沥青面层与水泥稳定基层界面连接强度的结构，其特征在于：所述射钉(3)的排列方式为正方形。

3.根据权利要求2所述的提高沥青面层与水泥稳定基层界面连接强度的结构，其特征在于：所述正方形边长为50mm～1000mm。

4.根据权利要求1所述的提高沥青面层与水泥稳定基层界面连接强度的结构，其特征在于：所述射钉(3)的排列方式为三角形。

5.根据权利要求4所述的提高沥青面层与水泥稳定基层界面连接强度的结构，其特征在于：所述三角形边长为50mm～1000mm。

6.一种提高沥青面层与水泥稳定基层界面连接强度的方法，包括以下步骤：一、在路面制作水泥稳定粒料基层；二、在水泥稳定粒料基层表面射入射钉；三、摊铺和碾压沥青面层；所述射钉长为40mm～80mm，射入水泥稳定粒料基层深度为20mm～40mm。

7.根据权利要求6所述的提高沥青面层与水泥稳定基层界面连接强度的方法，其特征在于：所述射钉(3)的排列方式为正方形或三角形。 

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