CN101691730A - 一种复合式路面面层结构及其施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种复合式路面面层结构及其施工方法。该复合式路面面层结构由橡胶混凝土下层和露石混凝土上层组成，其施工方法包括如下步骤：1)在垫层和基层铺筑完成以后，先摊铺橡胶混凝土，再铺筑露石混凝土；2)露石混凝包裹在铺橡胶混凝土周围，形成“包心式”结构；3)橡胶混凝土下层和露石混凝土上层采用“湿接湿”工艺相连接，即在摊铺的下面层橡胶混凝土还未凝结硬化时，即铺筑上面层露石混凝土。本发明适用于各级公路，具有良好的减振防滑和降噪性能。
Description
技术领域
本发明涉及建筑材料及交通道路领域，具体涉及一种具有减振、防滑降噪功能的复合式路面面层结构及其施工方法。
背景技术
为追求良好的行车舒适性，当今世界道路建造的主流是采用沥青混合料作为路面面层材料。但是随着沥青自然资源不断减少，其价格不断上涨，使得沥青混凝土道路建造和维护费用越来越昂贵。我国沥青含蜡量高，优质沥青数量少，而水泥资源相对较为丰富，并且水泥混凝土路面具有强度高、扩散荷载能力强、耐久性好、养护费用少、经济效益高、有利于夜间行车等优点，其整体使用寿命性价比超过沥青混凝土路面。
当然，普通水泥混凝土作为路面材料也存在不少缺点：由于混凝土刚度过大，严重影响行车的舒适性；普通水泥混凝土路面构造一定时间后容易磨损且修补困难，遇到雨雪天气，车辆容易打滑，给行车安全带来严重隐患；普通水泥混凝土路面与轮胎之间的噪声很大，是城市噪声的重要污染源，严重影响道路附近居民的生活。
随着我国汽车持有量的快速增长，我国轮胎的产量和废旧轮胎的数量逐年增多。资料显示，2006年，我国轮胎产量高达2.8亿条，废旧轮胎数量也多达1.4亿多条，约360万吨，居世界首位。废旧轮胎属于有害的固体废弃物，它的分解需要长达数百年的时间。如果不采取有效措施进行回收利用，不但会造成资源浪费，而且会带来严重的环境污染。
将废旧轮胎橡胶破碎后以合理的粒径和配比加入到混凝土中，替代混凝土中的部分骨料(粗细集料)，可以配制出满足公路施工要求的橡胶混凝土。中国专利CN100434387C公开了一种减振降噪橡胶混凝土，该专利以最大粒径为15mm的橡胶块代替部分粗骨料，其中橡胶块的体积含量为粗骨料体积含量的13-17％。这种橡胶混凝土可以达到减振降噪的效果，但是，由于采用粒径较大的橡胶块取代普混凝土中的粗集料，粗大的橡胶块会造成材料局部匀质性下降，将其作为路面材料，路面浅层处的橡胶块易使其上部的砂浆在荷载下因应力集中而碎裂，长时间作用的结果是路面形成斑斑点点的凹坑，道路的使用寿命大大降低。
露石混凝土路面由于具有随机凸起集料的表面，使声波和压力波在轮胎花纹下的空隙中自行消散，因此降低了噪声。据调查，露石混凝土路面降低噪声，大致相当于不改变道路表面特征的情况下，车流量减少一半时的效果。另外，露石混凝土路面的抗滑性能以及夏天防止“白色路面”等方面较普通混凝土路面有优越性，平整度也能达到规定要求。
发明内容
本发明的目的是提供一种能应用于工程的具有减振、防滑和降噪功能的路面面层结构及其施工方法，该发明能同时解决废旧橡胶污染环境的问题。
本发明所述复合式路面面层结构由下层和上层两部分组成，其中下层为橡胶混凝土，上层为露石混凝土。
上述两种混凝土的强度及板厚均应符合《公路水泥混凝土路面设计规范》(JTGD40-2002)中的技术要求。
上述橡胶混凝土由橡胶微粒按混凝土砂率等体积地取代普通混凝土中的部分粗、细集料制备而成，前述橡胶微粒粒径为0.5～2mm，在橡胶混凝土中的掺量为120～150kg/m3(体积掺量约合11.4％～14.3％)，并通过掺加消泡剂使橡胶混凝土的含气量为3～4％，本领域常用的消泡剂均可在本发明中使用。
橡胶微粒掺入混凝土后会降低混凝土强度，且掺量越大降低作用越明显，故在橡胶混凝土配合比设计时须考虑橡胶微粒对混凝土强度的降低作用，通过调整未掺橡胶微粒的基准混凝土的水泥强度等级和水灰比等技术措施使配制的橡胶混凝土满足施工要求。
混凝土露石剂是本领域的常规外加剂，其主要成分是混凝土缓凝剂，其次是一些辅剂，包括稳定剂、渗透剂和惰性水溶性颜料，可以通过商业途径获得，也可以根据施工情况自行配制。其使用方法如下：浇注摊铺混凝土，待混凝土表面水膜消失后，将露石剂用喷雾器均匀喷洒于混凝土表面，覆盖薄膜养生，一定时间以后揭去薄膜，混凝土表面用硬毛刷配合缓慢水流进行刷洗，使粗骨料裸露出来。为了使露石剂在混凝土表面达到最佳渗透深度，需控制露石剂用量以保证混凝土表面达到所需的刻蚀深度。经申请人反复研究和实验，发现露石高度控制为2～3mm时，既能保证混凝土表面集料的稳定性又能取得良好的防滑和降噪效果，露石剂用量为225～250g/m2能取得较理想的露石高度。为增加露石混凝土中集料与水泥石之间的粘结力，应选用标号较高的水泥；为取得较好的露石效果，选用的粗集料由级配中值的最大公称粒径19mm的骨料及最大公称粒径为16mm单一粒径的骨料混合而成，后者占两者总重的10～20％，粗集料总重与普通混凝土相同。露石混凝土组分除粗集料外其余成分与普通混凝土无异，露石混凝土配合比设计应参考《普通混凝土配合比设计规程》(JGJ 55-2000)。
本发明所述复合式路面面层结构的施工方法，包括如下步骤：
1)在垫层和基层铺筑完成以后，先摊铺橡胶混凝土，再铺筑露石混凝土；
2)露石混凝包裹在铺橡胶混凝土周围，形成“包心式”结构；
3)橡胶混凝土下层和露石混凝土上层采用“湿接湿”工艺相连接，即在摊铺的下面层橡胶混凝土还未凝结硬化时，即铺筑上面层露石混凝土。
其详细施工方法是：先铺筑下面层橡胶混凝土，按照普通混凝土正常的振捣工艺进行，振捣后混凝土表面基本平整，无明显的凹凸，摊铺完毕后间隔5～8h后将路面两侧靠近模板约20cm内松散料清除，使橡胶混凝土下面层的断面形状呈上窄下宽的梯形。然后进行上面层铺筑，用露石混凝土将下面层去除松散料后留下的部分一并铺齐，边缘部分辅之人工振捣，使其和上层成为一个整体，振捣用平板振捣器或振捣梁或者三滚轴等振动工艺，随后整平、饰面、喷洒露石剂、覆盖塑料膜进行第一次养生，之后刷洗、第二次养生等。
本发明上、下层之所以采用“湿接湿”工艺相连接，是为了保证两层间完全粘接，前述湿接湿工艺是本领域的常规技术，故不作赘述。
本发明采用橡胶混凝土作为下面层，露石混凝土作为上面层的形式不但能改善抗冲击性和抗震性能，提高行车舒适性，而且也能有效解决普通混凝土路面噪声大、防滑效果差的问题，此外还能解决大量废旧橡胶的回收利用问题。
由于本发明所采用的橡胶颗粒是以0.5～2.0mm的微粒形式掺加到水泥混凝土中，因此可以同时取代混凝土中的粗、细集料，所制备的橡胶混凝土具有更好的匀质性，尤其适用于厚度较薄的复合式路面面板，这种混凝土弹性模量低，耗能效果好，能够减小车辆振动，提高行车舒适性。
经检测，与普通混凝土路面相比，本发明可使路面刚度降低18.5％～26.5％，抗滑能力提高50％，路面噪声降低5dB以上。
附图说明
图1是本发明的断面结构示意图。A为露石混凝土上层面，B为橡胶混凝土下层面。
具体实施方式
实施例1：
(1)设计指标
公路自然区划III区新建一条高速公路，设计基准期为30年，单幅路宽11.75m。设计车道使用初期标准轴载日作用次数为3800次，属特重交通等级。安全等级为一级，变异水平为低级。
(2)各面层厚度及接缝
路基土为黄土；垫层为0.15m低剂量无机结合料稳定土；底基层选用水泥稳定粒料(水泥用量5％)，厚度0.18m；采用露石混凝土面层与橡胶混凝土基层组成结合式复合路面：露石混凝土厚度10cm，橡胶混凝土厚度20cm；露石混凝土上面层板长度为4米，纵缝为设拉杆平缝，横缝为设传力杆的假缝；橡胶混凝土不设纵缝，横缝设假缝，间距4m。
(3)面层材料组成及性能
露石混凝土：水泥344kg/m3，水165kg/m3，砂635kg/m3，最大公称粒径19mm级配中值的石子1040kg/m3，最大公称粒径16mm的石子115kg/m3，减水剂2.4kg/m3。水泥强度等级P·II 42.5R。28d抗压强度41.8MPa，28d弯拉强度5.0MPa，弯拉弹性模量31.0GPa。露石剂喷洒量225g/m2。
橡胶混凝土：水泥374kg/m3，水164kg/m3，砂566kg/m3，石子1043kg/m3，0.5～2.0mm的橡胶微粒150kg/m3，消泡剂2‰。水泥强度等级P·II 42.5R。混凝土含气量4.0％。28d抗压强度29.7MPa，28d弯拉强度4.0MPa，弯拉弹性模量23.5GPa。
(4)施工
橡胶混凝土与露石混凝土组成的复合式路面施工时，在路基层上完成布筋后开始摊铺橡胶混凝土，摊铺包括浇筑、振捣、收浆、抹面和拉毛。橡胶混凝土摊铺完毕后间隔5～6h，人工将两边松散料清除，在橡胶混凝土未凝结硬化时，开始进行上面层露石混凝土的铺筑。用露石混凝土铺齐两边因清除松散料后留下的沟壑，边缘部分辅之人工振捣，振捣用平板振捣器，随后整平、饰面。待面层表面水膜消失后喷洒露石剂，露石剂用量225g/m2，然后覆盖塑料膜进行第一次养生，6h之后进行刷洗和第二次养生。
实施例2：
(1)设计指标
公路自然区划II区新建一条二级公路，设计基准期为20年，路宽9m。设计车道使用初期标准轴载日作用次数为2100次，属重交通等级。安全等级为三级，变异水平为中级。
(2)各面层厚度及接缝
路基土为粘土质；垫层为0.15m低剂量无机结合料稳定土；底基层选用水泥稳定粒料(水泥用量5％)，厚度0.18m；采用露石混凝土面层与橡胶混凝土基层组成结合式复合路面：露石混凝土厚度8cm，橡胶混凝土厚度18cm；露石混凝土上面层板宽度为4.5m，长度为5m，纵缝为设拉杆平缝，横缝为设传力杆的假缝；橡胶混凝土不设纵缝，横缝设假缝，间距5m。
(3)面层材料组成及性能
露石混凝土：水泥344kg/m3，水165kg/m3，砂635kg/m3，最大公称粒径19mm级配中值的石子985kg/m3，最大公称粒径16mm的石子170kg/m3，减水剂2.4kg/m3。水泥强度等级P·II 42.5R。28d抗压强度41.8MPa，28d弯拉强度5.0MPa，弯拉弹性模量31.0GPa。露石剂喷洒量250g/m2。
橡胶混凝土：水泥374kg/m3，水164kg/m3，砂556kg/m3，石子1031kg/m3，0.5～2.0mm的橡胶微粒120kg/m3，减水剂2.99kg/m3，消泡剂0.75kg/m3。水泥强度等级P·II 42.5R。混凝土含气量3％。28d抗压强度37.1MPa，28d弯拉强度4.5MPa，弯拉弹性模量30.0GPa。
(4)施工
橡胶混凝土与露石混凝土组成的复合式路面施工时，在路基层上完成布筋后开始摊铺橡胶混凝土，摊铺包括浇筑、振捣、收浆、抹面和拉毛。橡胶混凝土摊铺完毕后间隔6～7h，人工将两边松散料清除，在橡胶混凝土未凝结硬化时，开始进行上面层露石混凝土的铺筑。用露石混凝土铺齐两边因清除松散料后留下的沟壑，边缘部分辅之人工振捣，振捣用平板振捣器，随后整平、饰面。待面层表面水膜消失后喷洒露石剂，露石剂用量250g/m2，然后覆盖塑料膜进行第一次养生，7h之后进行刷洗和第二次养生。
实施例3：
(1)设计指标
公路自然区划IV区新建一条三级公路，设计基准期为20年，路宽8m。设计车道使用初期标准轴载日作用次数为1200次，属重交通等级。安全等级为四级，变异水平为中级。
(2)各面层厚度及接缝
路基土为粘土质；垫层为0.15m低剂量无机结合料稳定土；底基层选用水泥稳定粒料(水泥用量5％)，厚度0.18m；采用露石混凝土面层与橡胶混凝土基层组成结合式复合路面：露石混凝土厚度8cm，橡胶混凝土厚度16cm；露石混凝土上面层板宽度为4m，长度为5m，纵缝为设拉杆平缝，横缝为设传力杆的假缝；橡胶混凝土不设纵缝，横缝设假缝，间距5m。
(3)面层材料组成及性能
露石混凝土：水泥320kg/m3，水165kg/m3，砂670kg/m3，最大公称粒径19mm级配中值的石子996kg/m3，最大公称粒径16mm的石子245kg/m3，减水剂1.6kg/m3，水泥强度等级P·II 42.5R。28d抗压强度35.8MPa，28d弯拉强度4.5MPa，弯拉弹性模量29.0GPa。露石剂喷洒量225g/m2。
橡胶混凝土：水泥367kg/m3，水161kg/m3，砂521kg/m3，石子966kg/m3，0.5～2.0mm的橡胶微粒150kg/m3，减水剂2.94kg/m3，消泡剂0.37kg/m3。水泥强度等级P·II 42.5R。混凝土含气量3％～4％。28d抗压强度29.2MPa，28d弯拉强度4.0MPa，弯拉弹性模量23.5GPa。
(4)施工
橡胶混凝土与露石混凝土组成的复合式路面施工时，在路基层上完成布筋后开始摊铺橡胶混凝土，摊铺包括浇筑、振捣、收浆、抹面和拉毛。橡胶混凝土摊铺完毕后间隔6～7h，人工将两边松散料清除，在橡胶混凝土未凝结硬化时，开始进行上面层露石混凝土的铺筑。用露石混凝土铺齐两边因清除松散料后留下的沟壑，边缘部分辅之人工振捣，振捣用平板振捣器，随后整平、饰面。待面层表面水膜消失后喷洒露石剂，露石剂用量225g/m2，然后覆盖塑料膜进行第一次养生，6h之后进行刷洗和第二次养生。
Claims (5)
1.一种复合式路面面层结构，其特征在于：该路面面层结构由橡胶混凝土下层和露石混凝土上层组成。
2.根据权利要求1所述的复合式路面面层结构，其特征在于：橡胶混凝土由橡胶微粒按混凝土砂率等体积地取代普通混凝土中的部分粗、细集料制备而成，前述橡胶微粒粒径为0.5～2mm，在橡胶混凝土中的掺量为120～150kg/m3。
3.根据权利要求1所述的复合式路面面层结构，其特征在于：通过掺加消泡剂使橡胶混凝土的含气量为3～4％。
4.根据权利要求1所述的复合式路面面层结构，其特征在于：露石混凝土所用粗集料由级配中值的最大公称粒径19mm的骨料及最大公称粒径为16mm单一粒径的骨料混合而成，后者占两者总重的10～20％，粗集料占混凝土比重与普通混凝土相同；露石高度为2～3mm，露石剂用量为225～250g/m2，其余组分与普通混凝土相同。
5.根据权利要求1至4任意一项所述复合式路面面层结构的施工方法，其特征在于：
1)在垫层和基层铺筑完成以后，先摊铺橡胶混凝土，再铺筑露石混凝土；
2)露石混凝包裹在铺橡胶混凝土周围，形成“包心式”结构；
3)橡胶混凝土下层和露石混凝土上层采用“湿接湿”工艺相连接，即在摊铺的下面层橡胶混凝土还未凝结硬化时，即铺筑上面层露石混凝土。
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