CN101857401B - 自流入式半柔性复合路面及其施工方法 - Google Patents

自流入式半柔性复合路面及其施工方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种在施工过程中水泥混合浆料能自动流入沥青混合料孔隙中的半柔性复合路面，该复合路面包括开级配大孔隙沥青混合料结构层和填充于大孔隙沥青混合料孔隙中的路面砂浆，路面砂浆包括30-50％的水泥、20-40％的砂、2-4％的有机粘结剂、10-20％的活性填料、3-10％的减收缩剂、0.2-0.5％的减水剂、0.1-1％的早强剂及相当于路面砂浆各组分总重量20-28％的水。本发明的复合路面，抗压强度高、养护时间短、平整密实无缝、抗滑耐磨、抗裂耐久、且便于施工。本发明还提供一种上述半柔性复合路面的施工方法，该方法包括基层路面处理、摊铺开级配沥青混合料、现场搅拌灌注路面砂浆和养护等步骤。本发明的施工方法依靠砂浆自身的重力和极好的和易性及流动度，自动填充到沥青混合料的孔隙中，避免了采用振动摊铺对沥青混合料骨架的影响。

Description

自流入式半柔性复合路面及其施工方法
技术领域
本发明涉及一种路面，尤其涉及一种在开级配沥青混合料中填充高性能水泥混合浆料而形成的兼具沥青路面与水泥混凝土路面优点的半柔性复合路面，更具体是涉及一种在施工过程中水泥混合浆料能自动流入沥青混合料孔隙中的半柔性复合路面。本发明还涉及一种上述自流入式半柔性复合路面的施工方法。 
背景技术
我国传统的公路和城市道路路面基本分为两大类，一类为沥青路面，另一类为水泥混凝土路面。这两类路面在使用中各具优点，同时也存在不少问题，如沥青路面主要存在承载能力低、高温易出现车辙、渗水、怕油、使用寿命较短等缺点，而水泥混凝土路面主要存在接缝、渗水、刚性大、行使颠簸、修复难度大，维护施工周期长等缺点。为适应道路建设不断向多元化、功能化方向发展的要求，克服上述两种路面结构的不足，半柔性复合路面这一新型结构形式应运而生。半柔性复合路面是在压实的基层上铺设具有大孔隙率的沥青混合料，再灌入以水泥为主要成分的特殊浆体而复合形成的一种路面结构，它兼具有沥青路面与水泥混凝土路面的优点，具有优良的高温稳定性能和抗疲劳性能，具有较好的低温抗裂性能和水稳定性且不需设置接缝。半柔性复合路面现阶段在我国还处于试验性的铺设阶段，从已铺设好的路段可以发现，总体存在路面的抗压强度较低，而且需要较长的养护时间(一般需5-7天)等问题，另外，水泥浆体的灌入需辅以轻微振动，这种振动会影响沥青混合料的骨架。由于半柔性复合路面是直接与车辆接触作为表层使用，因此还需具备平整密实、抗滑耐磨、抗裂耐久的性能。 
发明内容
为克服以上存在的问题，本发明的目的是提供一种抗压强度高、养护时间短、平整密实、抗滑耐磨、抗裂耐久，且便于施工的自流入式半柔性复合路面。 
本发明的另一个目的是提供一种上述半柔性复合路面的施工方法。 
为实现以上第一个目的，本发明的自流入式半柔性复合路面包括开级配大孔隙沥青混合料结构层和填充于大孔隙沥青混合料结构层孔隙中的路面砂浆，其特征在于：所述路面砂浆包括如下各组分及重量比： 
Figure DEST_PATH_GSB00000784244600011
及相当于路面砂浆各组分总重量20-28％的水； 
上述减水剂优选磺化三聚氰胺甲醛树脂和聚羧酸醚，磺化三聚氰胺甲醛树脂与聚羧酸醚的重量比为3-4∶6-7；上述活性填料为粒径＜2μm的具有高火山灰活性的球状偏高岭土。 
磺化三聚氰胺甲醛树脂是一种阴离子型高分子表面活性剂，由于分子中-SO3Me基团的存在，使得其表面活性大大增强，从而具有更为优越的减水性能和早期增强效果，对提高复合路面的早期强度，缩短养护时间特别有利；而聚羧酸醚具有强度高，耐热性、耐久性、耐候性好和坍落度小等优点，聚羧酸醚的加入可保证砂浆的强度不受施工过程中热沥青混合料带来的高温影响，同时也保证砂浆在夜间施工和养护的低温条件下仍具有很好的流动度以及施工后路面在恶劣条件下的耐久性能。 
偏高岭土的主要成分为硅、铝和铁的氧化物，能够在氢氧化钙和硫酸盐的激发作用下，生成具有水硬性的物质，可显著提高混凝土的早期强度、长期抗压强度、抗弯强度和劈裂抗拉强度，还能有效改善路面的冲击韧性、耐久性和耐磨性；而其球状的结构，可以减少砂浆的内摩擦阻力，提高砂浆的和易性；另外，极小的粒径，可以填充于水泥凝胶体 中的毛细孔和气孔之中，使水泥凝胶体更加密实，从而得到更好的强度。 
上述开级配大孔隙沥青混合料结构层的孔隙率为25-30％，该结构层包括改性沥青、矿粉和矿料，其中改性沥青在混合料中的重量百分比为3.0-4.0％，矿粉在混合料中的重量百分比为3.0-4.0％，矿料在混合料中的重量百分比为92.0-93.0％。 
上述矿料优选花岗岩或玄武岩，其磨耗值＜25％，压碎值＜30％，针片状含量＜25％，吸水率＜2％，磨光值＞40BPN，坚固性＜12％。 
上述改性沥青的软化点＞75，针入度45-70，闪点＞230，薄膜老化质量损失＜1％。 
上述有机粘结剂的主要成分为醋酸乙烯和乙烯共聚物，能够显著提高表面的耐磨性能。 
上述减收缩剂是聚醚、聚醇类有机物。减收缩剂掺入到砂浆中，通过产生一定的限制收缩，避免砂浆在干燥养护及后期的收缩开裂，有利于提高砂浆的抗渗防裂。 
上述早强剂为甲酸钙早强剂，它能降低C3S-H2O系统的pH值，从而加速C3S的水化，进而加速水泥的水化及硬化。 
本发明的自流入式半柔性复合路面，通过在孔隙率相对较大的开级配沥青混合料结构层中灌注高性能的路面砂浆，使该路面具有如下的优点： 
1、半柔性复合路面的各项性能取决于沥青混合料的结构和水泥浆体胶结后具有的强度和密实性，而施工的难易和养护时间的长短更取决于水泥浆体的流动性和早期的强度；本发明通过对矿料的选择和在路面砂浆中选择添加合适的减水剂，使砂浆在添加极少量的水就可得到良好的流动性能，从而保证砂浆在施工时可依靠自身重力流入开级配沥青混合料结构层中，而拌合用水量的减少，又能大大提高砂浆的强度；另外，通过添加早强剂，可以显著提高水泥水化早期钙矾石的增长，提高砂浆的早期强度，从而缩短路面养护的时间。 
2、通过在路面砂浆中添加有机粘结剂、活性填料和减收缩剂，可避免路面的早期龟裂和后期的收缩，提高路面的密实性、防渗抗裂性和路面投入使用后的耐磨性，使其具有较强的抗冲击和抗车辙性能，更适合作为与车辆直接接触的表层使用。 
3、本发明的路面行使舒适，且具有较大的强度富余，因此可以在砂浆中添加颜料或者其他特殊性能的添加剂而形成各种颜色的路面。 
4、本发明的路面寿命长，养护费用少。 
本发明还提供了一种上述半柔性复合路面的施工方法，该方法依次包括如下步骤： 
1)基层路面处理： 
将基层路面上的松散材料、灰尘和碎片等清理干净，使基层工作面尽可能平整、干燥，洒布粘层油； 
2)摊铺开级配沥青混合料 
在基层上铺设开级配沥青混合料，热拌沥青混合料的温度控制在155℃--170℃，在开始压实前，应确保开级沥青的温度不低于120℃，滚压需根据核准的模式反复进行4-6次，如果完成后路面上仍有压痕，则可再进行1-2次的重复，但总的压实次数不超过10次； 
3)自流式路面砂浆的摊铺 
路面砂浆采用持续搅拌机现场搅拌，并从搅拌机所携带的软管里流出，从高端系统流向低端系统进行撒布到开级配沥青混合料路面上，当覆盖的开级配沥青混合料结构层里不再有快速溢出的气泡时，即可用橡皮刮刀将表面多余砂浆刮走，在摊铺时沥青层的温度不得超过30℃； 
4)路面养护：用路障封路养生24小时。 
本发明的半柔性复合路面施工方法，在现场采用连续搅拌机对路面砂浆进行搅拌，并通过软管流到沥青混合料上，依靠砂浆自身的重力和极好的和易性及流动度，自动填充到沥青混合料的孔隙中，避免了采用振动摊铺对沥青混合料骨架的影响。 
具体实施方式
实施例1 
1、沥青混合料的制备 
沥青的性能指标：软化点＞75，针入度45-70，闪点＞230，薄膜老化质量损失＜1％； 
矿粉：采用石灰岩或岩浆岩中的强基性岩石等憎水性石料经磨细得到； 
矿料：采用花岗岩或玄武岩，最大直径为26.5mm，矿料级配设计范围见表1； 
表1 
矿料的性能指标：磨耗值＜25％，压碎值＜30％，针片状含量＜25％，吸水率＜2％，磨光值＞40BPN，坚固性＜12％。 
沥青、矿粉和矿料的重量比设计为3∶4∶93。 
将上述配比的沥青、矿粉和矿料在160℃下混合搅拌，得沥青混合料。 
2、路面砂浆的制备 
砂浆的原料组成和重量配比如表2 
表2 
  成分   重量比例
[0052] 
  水泥   35％
  砂   29.5％
  醋酸乙烯和乙烯共聚物   2％
  粒径＜2μm的偏高岭土   25％
  聚醚、聚醇类减收缩剂   8％
  磺化三聚氰胺甲醛树脂与聚羧酸醚混合物   (重量比3.3∶6.7)   0.2％
  甲酸钙   0.3％
将上述配比的各组分混合，加入砂浆总量25％的水，采用持续搅拌机现场搅拌，得路面砂浆，该路面砂浆养护8小时已达到终凝，其砂浆性能测试结果如表3： 
表3 
3、半柔性复合路面的摊铺 
(1)基层路面处理： 
将基层路面上的松散材料、灰尘和碎片等清理干净，使基层工作面尽可能平整、干燥，洒布粘层油； 
(2)摊铺开级配沥青混合料 
在基层上铺设温度不低于120℃的开级配沥青混合料，根据核 准的模式反复进行6次滚压； 
3)自流式路面砂浆的摊铺 
路面砂浆采用持续搅拌机现场搅拌，并从搅拌机所携带的软管里流出，从高端系统向低端系统撒布到开级配沥青混合料路面上，当覆盖的开级配沥青混合料结构层里不再有快速溢出的气泡时，即可用橡皮刮刀将表面多余砂浆刮走，在摊铺时沥青层的温度不得超过30℃； 
4)路面养护：用路障封路养生24小时。 
实施例2 
1、沥青混合料的制备 
沥青的性能指标：软化点＞75，针入度45-70，闪点＞230，薄膜老化质量损失＜1％； 
矿粉：采用石灰岩或岩浆岩中的强基性岩石等憎水性石料经磨细得到； 
矿料：采用花岗岩或玄武岩，最大直径为26.5mm，矿料级配设计范围见表4； 
表4 
Figure GSA00000110275400071
矿料的性能指标：磨耗值＜25％，压碎值＜30％，针片状含量＜25％，吸水率＜2％，磨光值＞40BPN，坚固性＜12％。 
沥青、矿粉和矿料的重量比设计为4∶4∶92。 
将上述配比的沥青、矿粉和矿料在170℃下混合搅拌，得沥青混合料。 
2、路面砂浆的制备 
砂浆的原料组成和重量配比如表5 
表5 
  成分   重量比例
  水泥   40％
  砂   30.2％
  醋酸乙烯和乙烯共聚物   3％
  粒径＜2μm的偏高岭土   20％
  聚醚、聚醇类减收缩剂   6％
  磺化三聚氰胺甲醛树脂与聚羧酸醚混合物   (重量比3.6∶6.4)   0.4％
  甲酸钙   0.4％
将上述配比的各组分混合，加入砂浆总量23％的水，采用持续搅拌机现场搅拌，得路面砂浆，该路面砂浆养护7.5小时已达到终凝，其砂浆性能测试结果如表6 
表6 
Figure GSA00000110275400081
3、半柔性复合路面的摊铺 
(1)基层路面处理： 
将基层路面上的松散材料、灰尘和碎片等清理干净，使基层工作面尽可能平整、干燥，洒布粘层油； 
(2)摊铺开级配沥青混合料 
在基层上铺设温度不低于120℃的开级配沥青混合料，根据核准的模式反复进行8次滚压； 
3)自流式路面砂浆的摊铺 
路面砂浆采用持续搅拌机现场搅拌，并从搅拌机所携带的软管里流出，从高端系统向低端系统撒布到开级配沥青混合料路面上，当覆盖的开级配沥青混合料结构层里不再有快速溢出的气泡时，即可用橡皮刮刀将表面多余砂浆刮走，在摊铺时沥青层的温度不得超过30℃； 
4)路面养护：用路障封路养生24小时。 
实施例3 
1、沥青混合料的制备 
沥青、矿粉、矿料及矿料的级配与实施例1相同； 
2、路面砂浆的制备 
砂浆的原料组成和重量配比如表7 
表7 
  成分   重量比例
  水泥   45％
  砂   32.5％
  醋酸乙烯和乙烯共聚物   2.5％
  粒径＜2μm的偏高岭土   15％
  聚醚、聚醇类减收缩剂   4％
  磺化三聚氰胺甲醛树脂与聚羧酸醚混合物   0.5％
[0097] 
  (重量比3.2∶6.8)  
  甲酸钙   0.5％
将上述配比的各组分混合，加入砂浆总量22％的水，采用持续搅拌机现场搅拌，得路面砂浆，该路面砂浆养护7.5小时已达到终凝，其砂浆性能测试结果如表8 
表8 
Figure GSA00000110275400101
3、半柔性复合路面的摊铺与实施例1相同。 
将上述实施例1的混合料做成半柔性路/地面试件，测得其抗压强度为10.8Mpa、抗折强度为3.4Mpa、抗渗等级为S12、耐磨性为0.747Kg/m2。由检测结果可以看出，本发明的半柔性复合路面，抗压强度可达10.8MPa，养护时间只需24小时，其他指标也大大优于现有同类路面的性能。 

Claims (8)

1.一种自流入式半柔性复合路面，包括开级配大孔隙沥青混合料结构层和填充于大孔隙沥青混合料结构层孔隙中的路面砂浆，其特征在于：所述路面砂浆包括如下各组分及重量比：
Figure FSB00000899916600011
及相当于路面砂浆各组分总重量20-28％的水；
上述减水剂为磺化三聚氰胺甲醛树脂和聚羧酸醚，磺化三聚氰胺甲醛树脂与聚羧酸醚的重量比为3-4∶6-7；上述活性填料为粒径＜2μm的具有高火山灰活性的球状偏高岭土。
2.根据权利要求1所述的自流入式半柔性复合路面，其特征在于：所述开级配大孔隙沥青混合料结构层的孔隙率为25-30％，该结构层包括改性沥青、矿粉和矿料，其中改性沥青在混合料中的重量百分比为3.0-4.0％，矿粉在混合料中的重量百分比为3.0-4.0％，矿料在混合料中的重量百分比为92.0-93.0％。
3.根据权利要求2所述的自流入式半柔性复合路面，其特征在于：所述矿料为花岗岩或玄武岩，矿料的磨耗值＜25％，压碎值＜30％，针片状含量＜25％，吸水率＜2％，磨光值＞40BPN，坚固性＜12％。
4.根据权利要求2所述的自流入式半柔性复合路面，其特征在于：所述改性沥青的软化点＞75，针入度45-70，闪点＞230，薄膜老化质量损失＜1％。
5.根据权利要求3或4所述的自流入式半柔性复合路面，其特征在于：
所述有机粘结剂的主要成分为醋酸乙烯和乙烯共聚物。
6.根据权利要求3或4所述的自流入式半柔性复合路面，其特征在于：
所述减收缩剂是聚醚、聚醇类有机物减收缩剂。
7.根据权利要求3或4所述的自流入式半柔性复合路面，其特征在于：
所述早强剂为甲酸钙早强剂。
8.一种权利要求1-7任一所述半柔性复合路面的施工方法，该方法依次包括如下步骤：
1)基层路面处理：
将基层路面上的松散材料、灰尘和碎片清理干净，使基层工作面尽可能平整、干燥，洒布粘层油；
2)摊铺开级配沥青混合料
在基层上铺设开级配沥青混合料，热拌沥青混合料的温度控制在155℃--170℃，在开始压实前，应确保开级沥青的温度不低于120℃，滚压需根据核准的模式反复进行4-6次，如果完成后路面上仍有压痕，则可再进行1-2次的重复，但总的压实次数不超过10次；
3)自流式路面砂浆的摊铺
路面砂浆采用持续搅拌机现场搅拌，并从搅拌机所携带的软管里流出，从高端系统地向低端系统进行撒布到开级配沥青混合料路面上，当覆盖的开级配沥青混合料结构层里不再有快速溢出的气泡时，即可用橡皮刮刀将表面多余砂浆刮走，在摊铺时沥青层的温度不得超过30℃；
4)路面养护：用路障封路养生24小时。
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