CN102644225B - 自融雪、抗滑、排水、降噪多功能沥青路面 - Google Patents
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Abstract
自融雪、抗滑、排水、降噪多功能沥青路面属于一种公路路面结构与材料，具体是采用全新的自融雪技术，同时赋予路面结构自排水、防滑、降噪等多功能特性，是先进的路面技术集成系统。主要特征是：路面结构分为三层，下层是具备大空隙率的多孔基体沥青混合料，然后灌入高渗透、低收缩、与沥青粘结性优良的聚合物改性砂浆，形成高模量、高耐久半柔性路面材料。中间层是高粘度、高弹性、高粘韧性改性沥青作为黏结层和防水层；上层是内部掺加融雪剂的多孔沥青混凝土。
Description
技术领域
本发明属于一种公路路面结构与材料，具体是采用全新的自融雪技术，同时赋予路面结构自排水、防滑、降噪等多功能特性，是先进的路面技术集成系统。属于路基路面技术领域。
背景技术
近年来我国建成通车的高速公路逐渐增加，同时高速公路出现交通事故的报道也屡见不鲜，特别是积雪结冰路面会给道路畅通和行车安全带来严重影响，甚至造成交通瘫痪。为保障道路畅通与行车安全，避免和减少交通事故，必须采取一些相应的措施来清除路面积雪。清除路面积雪有路面外部技术和内部技术，外部技术比如撒融雪剂、机械清除、人工清除等，这些技术缺点明显，比如费用高、时间长、除冰融雪效果差、对环境和道路设施造成破坏等。
本项目采用全新的自融雪内部技术，同时赋予路面结构自排水、防滑、降噪等多功能特性，是先进的路面技术集成系统。本项目不但有效地解决了高等级公路沥青路面的雨雪天行车安全问题，大大提高了高速公路整体运营效率，而且抗滑性能得到了提高，路面交通事故发生率将大大降低，同时，该路面还具有优异的降噪效果、改善了路面的行车舒适性，结合高模量、高耐久半柔性路面材料，提高了路面承载能力，降低了温度疲劳开裂，延长了路面使用寿命，消除了沥青路面的早期损坏和初期损害，使得沥青路面在使用年限内不需要大的结构性重建或重修，降低了维修费用，减小了对交通运行的影响。
发明内容
本发明的目的就是要解决现有技术的不足，提供一种自融雪、抗滑、排水、降噪多功能沥青路面设计方法，采用全新的自融雪内部技术，同时赋予路面结构自排水、防滑、降噪等多功能特性，有效地解决了高等级公路沥青路面的雨雪天行车安全问题，大大提高了高速公路整体运营效率，而且抗滑性能得到了提高，路面交通事故发生率将大大降低，同时，该路面还具有优异的降噪效果，提高了路面承载能力，降低了温度疲劳开裂，延长了路面使用寿命，消除了沥青路面的早期损坏和初期损害，使得沥青路面在使用年限内不需要大的结构性重建或重修，降低了维修费用。
一种自融雪、抗滑、排水、降噪多功能沥青路面，其特征在于该路面结构形式如下：
路面结构分为三层，下层是多孔基体沥青混合料，并灌入聚合物改性砂浆，中间层是改性沥青加撒布碎石作为黏结层和防水层；上层是内部掺加融雪剂的多孔沥青混凝土；
所述下层多孔基体沥青混合料厚度为4～6cm，空隙率为28～32％；聚合物改性砂浆由以下原料组成，各原料重量比例为，水泥∶粉煤灰∶乳化沥青∶膨胀剂∶减水剂∶砂∶水＝100∶60～120∶60～120∶40～60∶0.8～1.2∶20～100∶20～60；所述水泥为P.O42.5或者P.O52.5硅酸盐水泥，粉煤灰为二级粉煤灰，乳化沥青为阳离子慢裂乳化沥青，膨胀剂为UEA膨胀剂，砂为河沙，细度模数为1.9～2.2，减水剂为萘系减水剂或者聚羧酸减水剂；
多孔基体沥青混合料由以下原料组成，各原料重量比例为，矿料∶沥青＝100∶2.5～4.0；所述的矿料由粗集料、细集料和填料组成，粗集料∶细集料∶填料＝100∶5～10∶1～4；粗集料为粒径大于2.36mm的玄武岩或辉绿岩碎石，细集料为粒径小于2.36mm的石灰岩机制砂，填料为石灰岩矿粉，矿料的最大公称粒径为13.2mm；沥青符合公路沥青路面施工技术规范JTG F40-2004中表D.2.2高粘度改性沥青的要求，且其粘度应控制在60000～80000Pa·s，针入度控制在7～9mm；
所述中间层高粘度改性沥青洒布量为0.7～2.2kg/m2，其性能符合公路沥青路面施工技术规范JTG F40-2004中表D.2.2高粘度改性沥青的要求，且其粘度控制在80000～10000Pa·s，针入度控制在4～7mm；
所述掺加融雪剂的多孔沥青混凝土由以下原料组成，各原料重量比例为，矿料∶沥青∶融雪剂∶纤维＝100∶4.5～5.5∶1～4∶0.2～0.4；所述的矿料由粗集料、细集料和填料组成，粗集料∶细集料∶填料＝100∶8～15∶2～6；粗集料为粒径大于2.36mm的玄武岩或辉绿岩碎石，细集料为粒径小于2.36mm的石灰岩机制砂，填料为石灰岩矿粉，矿料的最大公称粒径为13.2mm，沥青与制备多孔基体沥青混合料所用的高粘度改性沥青一致，纤维为聚酯纤维；掺加融雪剂的多孔沥青混凝土厚度为4～5cm，空隙率为18～22％。
融雪剂由以下原料组成，各原料重量比例为，氯化镁∶NH4CNS∶水泥∶醋酸丁脂＝100∶20～26∶60～70∶10～20；所述水泥为P.O42.5硅酸盐水泥。
所述路面的施工工艺，其特征在于：
对于上、下层：沥青加热温度为165-175℃，矿料加热温度200-210℃，沥青混合料出厂温度180-190℃，摊铺温度不低于165℃，碾压结束表面温度不低于90℃。搅拌过程中矿料首先干拌20s，然后加入沥青与融雪剂进行湿拌40s，总拌和时间1分钟。
下层碾压结束1天后，将符合指标要求的聚合物改性砂浆分三次撒布在下层表面，每次聚合物改性砂浆撒布量按下层总孔隙率的0.3～0.4控制，每次撒布结束后用刮板抹平。全部孔隙灌注砂浆结束后洒水养护28天，然后进行中间层施工。
中间层高粘度改性沥青的洒布温度为180～190℃，并在其上撒布规格为4.75～9.5mm或者9.5～13.2mm的碎石，碎石撒布量为6～13kg/m2。碎石为玄武岩或者辉绿岩。
1.下层多孔基体沥青混合料矿料级配设计范围见表1、上层多孔沥青混合料矿料级配设计范围见表2：
表1下层多孔基体沥青混合料矿料级配设计范围
表2上层多孔沥青混合料矿料级配设计范围
| 筛孔/mm | 16 | 13.2 | 9.5 | 4.75 | 2.36 | 1.18 | 0.6 | 0.3 | 0.15 | 0.075 |
| 级配上限 | 100.0 | 98 | 78 | 28 | 20 | 18 | 12 | 11 | 8 | 6 |
| 级配下限 | 100 | 92 | 62 | 10 | 8 | 5 | 3 | 3 | 3 | 2 |
2.本发明能够达到的技术效果如下：
能够降低路面冰点7℃以上，马歇尔稳定度≥6.0kN，飞散损失率≤15％，车辙动稳定度≥6000次/mm，浸水残留稳定度≥90％，冻融劈裂强度比≥90％，渗水系数≥2400ml/min，宏观构造深度≥1.5mm，摆值摩擦系数(BPN)≥60。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进行具体说明。
实施例一：
1.下层4cm厚、公称最大粒径为13.2mm、空隙率为28％的多孔基体沥青混合料。沥青加热温度为165℃，矿料加热温度200℃，沥青混合料出厂温度180℃，摊铺温度为165℃，碾压结束表面温度为90℃。搅拌过程中矿料首先干拌20s，然后加入沥青进行湿拌40s，总拌和时间1分钟。
多孔基体沥青混合料由以下原料组成，各原料重量比例为，矿料∶沥青＝100∶3.5；所述的矿料由粗集料、细集料和填料组成，粗集料∶细集料∶填料＝100∶5.5∶3.5；粗集料为粒径大于2.36mm的玄武岩碎石，细集料为粒径小于2.36mm的石灰岩机制砂，填料为粒径小于0.075mm的石灰岩矿粉，矿料的最大公称粒径为13.2mm；沥青为高粘度改性沥青，其粘度为62000Pa·s，针入度为7.2mm。多孔基体沥青混合料矿料级配见表3：
表3下层多孔基体沥青混合料矿料级配
2.下层碾压结束1天后，将聚合物改性砂浆分三次撒布在下面层表面，聚合物改性砂浆由以下原料组成，各原料重量比例为，水泥∶粉煤灰∶乳化沥青∶膨胀剂∶减水剂∶砂∶水＝100∶70∶75∶45∶0.85∶80∶45；所述水泥为P.O42.5普通硅酸盐水泥，粉煤灰为二级粉煤灰，乳化沥青为阳离子慢裂乳化沥青，膨胀剂为UEA普通膨胀剂，砂为普通河沙，细度模数为2.0，减水剂为萘系减水剂。
灌入的聚合物改性砂浆性能为初始流动度12S，半小时后流动性12S，泌水率1％，分层度0.5％，28天抗压强度15MPa，28天抗折强度8MPa，60d干缩率2/万，与沥青粘附等级达到4。每次砂浆撒布量按下层总孔隙率的0.3-0.4控制，每次撒布结束后用刮板抹平。全部孔隙灌注砂浆结束后洒水养护28天，然后进行中面层施工。
3.中间层高粘度改性沥青洒布量为1.2kg/m2，并撒布规格为4.75～9.5mm的玄武岩碎石7.8kg/m2；高粘度改性沥青粘度为85000Pa·s，针入度为4.5mm。
4.上层多孔沥青混凝土厚度4cm，公称最大粒径为13.2mm、空隙率为19％的掺加融雪剂的多孔沥青混合料。沥青加热温度为168℃，矿料加热温度200℃，沥青混合料出厂温度180℃，摊铺温度165℃，碾压结束表面温度90℃。搅拌过程中矿料首先干拌20s，然后加入沥青和融雪剂进行湿拌40s，总拌和时间1分钟。
掺加融雪剂的多孔沥青混凝土由以下原料组成，各原料重量比例为，矿料∶沥青∶融雪剂∶纤维＝100∶4.7∶2∶0.25；所述的矿料由粗集料、细集料和填料组成，粗集料∶细集料∶填料＝100∶12∶3；粗集料为粒径大于2.36mm的玄武岩碎石，细集料为粒径小于2.36mm的石灰岩机制砂，填料为粒径小于0.075mm的石灰岩矿粉，矿料的最大公称粒径为13.2mm；沥青为高粘度改性沥青，其粘度为62000Pa·s，针入度为7.2mm；纤维为聚酯纤维。
融雪剂由以下原料组成，各原料重量比例为，氯化镁∶NH4CNS∶水泥∶醋酸丁脂＝100∶22∶62∶12；所述水泥为P.O42.5普通硅酸盐水泥。
掺加融雪剂的多孔沥青混合料矿料级配见表4：
表4上层多孔沥青混合料矿料级配设计范围
效果：降低路面冰点7℃，马歇尔稳定度6.1kN，飞散损失率14％，车辙动稳定度6230次/mm，浸水残留稳定度91％，冻融劈裂强度比91％，渗水系数2430ml/min，宏观构造深度1.6mm，摆值摩擦系数(BPN)62。
实施例二：
1.下层5cm厚、公称最大粒径为13.2mm、空隙率为30％的多孔基体沥青混合料。沥青加热温度为170℃，矿料加热温度210℃，沥青混合料出厂温度190℃，摊铺温度为168℃，碾压结束表面温度为92℃。搅拌过程中矿料首先干拌20s，然后加入沥青进行湿拌40s，总拌和时间1分钟。
多孔基体沥青混合料由以下原料组成，各原料重量比例为，矿料∶沥青＝100∶3.7；所述的矿料由粗集料、细集料和填料组成，粗集料∶细集料∶填料＝100∶5.0∶3.1；粗集料为粒径大于2.36mm的辉绿岩碎石，细集料为粒径小于2.36mm的石灰岩机制砂，填料为粒径小于0.075mm的石灰岩矿粉，矿料的最大公称粒径为13.2mm；沥青为高粘度改性沥青，其粘度为66000Pa·s，针入度为7.5mm。多孔基体沥青混合料矿料级配见表5：
表5下层多孔基体沥青混合料矿料级配
2.下层碾压结束1天后，将聚合物改性砂浆分三次撒布在下面层表面，聚合物改性砂浆由以下原料组成，各原料重量比例为，水泥∶粉煤灰∶乳化沥青∶膨胀剂∶减水剂∶砂∶水＝100∶75∶80∶50∶0.91∶85∶50；所述水泥为P.O52.5普通硅酸盐水泥，粉煤灰为二级粉煤灰，乳化沥青为阳离子慢裂乳化沥青，膨胀剂为UEA普通膨胀剂，砂为普通河沙，细度模数为2.1，减水剂为聚羧酸减水剂。
灌入的聚合物改性砂浆性能为初始流动度13S，半小时后流动性14S，泌水率0.9％，分层度0.4％，28天抗压强度16MPa，28天抗折强度8.2MPa，60d干缩率1.8/万，与沥青粘附等级达到5。每次砂浆撒布量按下层总孔隙率的0.3-0.4控制，每次撒布结束后用刮板抹平。全部孔隙灌注砂浆结束后洒水养护28天，然后进行中面层施工。
3.中间层高粘度改性沥青洒布量为1.5kg/m2，并撒布规格为4.75～9.5mm的玄武岩碎石8.8kg/m2；高粘度改性沥青粘度为88000Pa·s，针入度为4.2mm。
4.上层多孔沥青混凝土厚度4.5cm，设计公称最大粒径为13.2mm、目标空隙率为20％的掺加融雪剂的多孔沥青混合料。沥青加热温度为170℃，矿料加热温度210℃，沥青混合料出厂温度190℃，摊铺温度168℃，碾压结束表面温度92℃。搅拌过程中矿料首先干拌20s，然后加入沥青和融雪剂进行湿拌40s，总拌和时间1分钟。
掺加融雪剂的多孔沥青混凝土由以下原料组成，各原料重量比例为，矿料∶沥青∶融雪剂∶纤维＝100∶5.0∶2.5∶0.3；所述的矿料由粗集料、细集料和填料组成，粗集料∶细集料∶填料＝100∶10∶2.8；粗集料为粒径大于2.36mm的玄武岩碎石，细集料为粒径小于2.36mm的石灰岩机制砂，填料为粒径小于0.075mm的石灰岩矿粉，矿料的最大公称粒径为13.2mm；沥青为高粘度改性沥青，其粘度为66000Pa·s，针入度为7.5mm；纤维为聚酯纤维。
融雪剂由以下原料组成，各原料重量比例为，氯化镁∶NH4CNS∶水泥∶醋酸丁脂＝100∶24∶64∶14；所述水泥为P.O42.5普通硅酸盐水泥。
掺加融雪剂的多孔沥青混合料矿料级配见表6：
表6上层多孔沥青混合料矿料级配设计范围
效果：降低路面冰点7.5℃，马歇尔稳定度6.2kN，飞散损失率13％，车辙动稳定度6360次/mm，浸水残留稳定度93％，冻融劈裂强度比91％，渗水系数2477ml/min，宏观构造深度1.7mm，摆值摩擦系数(BPN)64。
实施例三：
1.下层6cm厚、公称最大粒径为13.2mm、空隙率为30％的多孔基体沥青混合料。沥青加热温度为168℃，矿料加热温度205℃，沥青混合料出厂温度185℃，摊铺温度为170℃，碾压结束表面温度为94℃。搅拌过程中矿料首先干拌20s，然后加入沥青进行湿拌40s，总拌和时间1分钟。
多孔基体沥青混合料由以下原料组成，各原料重量比例为，矿料∶沥青＝100∶3.0；所述的矿料由粗集料、细集料和填料组成，粗集料∶细集料∶填料＝100∶4.0∶2.8；粗集料为粒径大于2.36mm的辉绿岩碎石，细集料为粒径小于2.36mm的石灰岩机制砂，填料为粒径小于0.075mm的石灰岩矿粉，矿料的最大公称粒径为13.2mm；沥青为高粘度改性沥青，其粘度为68000Pa·s，针入度为7.8mm。多孔基体沥青混合料矿料级配见表7：
表7下层多孔基体沥青混合料矿料级配
2.下层碾压结束1天后，将聚合物改性砂浆分三次撒布在下面层表面，聚合物改性砂浆由以下原料组成，各原料重量比例为，水泥∶粉煤灰∶乳化沥青∶膨胀剂∶减水剂∶砂∶水＝100∶80∶85∶55∶1.1∶90∶55；所述水泥为P.O52.5普通硅酸盐水泥，粉煤灰为二级粉煤灰，乳化沥青为阳离子慢裂乳化沥青，膨胀剂为UEA普通膨胀剂，砂为普通河沙，细度模数为2.1，减水剂为聚羧酸减水剂。
灌入的聚合物改性砂浆性能为初始流动度13.3S，半小时后流动性14.8S，泌水率0.7％，分层度0.4％，28天抗压强度17MPa，28天抗折强度8.7MPa，60d干缩率1.6/万，与沥青粘附等级达到4。每次砂浆撒布量按下层总孔隙率的0.3-0.4控制，每次撒布结束后用刮板抹平。全部孔隙灌注砂浆结束后洒水养护保持湿度28天，然后进行中面层施工。
3.中间层高粘度改性沥青洒布量为2.0kg/m2，并撒布规格为9.5～13.2mm的玄武岩碎石10.8kg/m2；高粘度改性沥青粘度为92000Pa·s，针入度为5.1mm。。
4.上层多孔沥青混凝土厚度5cm，设计公称最大粒径为13mm、目标空隙率为22％的掺加融雪剂的多孔沥青混合料。沥青加热温度为168℃，矿料加热温度205℃，沥青混合料出厂温度185℃，摊铺温度169℃，碾压结束表面温度95℃。搅拌过程中矿料首先干拌20s，然后加入沥青和融雪剂进行湿拌40s，总拌和时间1分钟。
掺加融雪剂的多孔沥青混凝土由以下原料组成，各原料重量比例为，矿料∶沥青∶融雪剂∶纤维＝100∶5.5∶3∶0.35；所述的矿料由粗集料、细集料和填料组成，粗集料∶细集料∶填料＝100∶8∶2.7；粗集料为粒径大于2.36mm的玄武岩碎石，细集料为粒径小于2.36mm的石灰岩机制砂，填料为石灰岩矿粉，矿料的最大公称粒径为13.2mm；沥青为高粘度改性沥青，其粘度为68000Pa·s，针入度为7.8mm；纤维为聚酯纤维。
融雪剂由以下原料组成，各原料重量比例为，氯化镁∶NH4CNS∶水泥∶醋酸丁脂＝100∶26∶66∶16；所述水泥为P.O42.5普通硅酸盐水泥。
掺加融雪剂的多孔沥青混合料矿料级配见表8：
表8上层多孔沥青混合料矿料级配设计范围
效果：降低路面冰点8℃，马歇尔稳定度6.3kN，飞散损失率13％，车辙动稳定度6220次/mm，浸水残留稳定度92％，冻融劈裂强度比92％，渗水系数2460ml/min，宏观构造深度1.8mm，摆值摩擦系数(BPN)65。
本发明所列举的各具体原料，以及各原料的上下限、区间取值，以及工艺参数(如温度、时间等)的上下限、区间取值都能实现本发明，在此不一一列举实施例。
Claims (3)
1.一种自融雪、抗滑、排水、降噪多功能沥青路面，其特征在于该路面结构形式如下：
路面结构分为三层，下层是多孔基体沥青混合料，并灌入聚合物改性砂浆，中间层是改性沥青加撒布碎石作为黏结层和防水层；上层是内部掺加融雪剂的多孔沥青混凝土；
所述下层多孔基体沥青混合料厚度为4～6cm，空隙率为28～32%；
聚合物改性砂浆由以下原料组成，各原料重量比例为，水泥：粉煤灰：乳化沥青：膨胀剂：减水剂：砂：水=100:60～120：60～120:40～60:0.8～1.2:20～100:20～60；所述水泥为P.O42.5或者P.O52.5硅酸盐水泥，粉煤灰为二级粉煤灰，乳化沥青为阳离子慢裂乳化沥青，膨胀剂为UEA膨胀剂，砂为河沙，细度模数为1.9～2.2，减水剂为萘系减水剂或者聚羧酸减水剂；
多孔基体沥青混合料由以下原料组成，各原料重量比例为，矿料：沥青=100:2.5～4.0；所述的矿料由粗集料、细集料和填料组成，粗集料：细集料：填料=100:5～10:1～4；粗集料为粒径大于2.36mm的玄武岩或辉绿岩碎石，细集料为粒径小于2.36mm的石灰岩机制砂，填料为石灰岩矿粉，矿料的最大公称粒径为13.2mm；沥青符合公路沥青路面施工技术规范JTG F40-2004中表D.2.2高粘度改性沥青的要求，且其粘度应控制在60000～80000Pa·s，针入度控制在7～9mm；
所述中间层的改性沥青洒布量为0.7～2.2kg/m2，其性能符合公路沥青路面施工技术规范JTG F40-2004中表D.2.2高粘度改性沥青的要求，且其粘度控制在85000、88000或92000Pa·s，针入度控制在4～7mm；碎石撒布量为6～13kg/m2；
所述掺加融雪剂的多孔沥青混凝土由以下原料组成，各原料重量比例为，矿料：沥青：融雪剂：纤维=100：4.5～5.5:1～4：0.2～0.4；所述的矿料由粗集料、细集料和填料组成，粗集料：细集料：填料=100:8～15:2～6；粗集料选用玄武岩或辉绿岩，细集料为石灰岩机制砂，填料为石灰岩矿粉，矿料的最大公称粒径为13.2mm，沥青与制备多孔基体沥青混合料所用的高粘度改性沥青一致，纤维为聚酯纤维；掺加融雪剂的多孔沥青混凝土厚度为4～5cm，空隙率为18～22%。
2.根据权利要求1中所述路面，其特征在于：融雪剂由以下原料组成，各原料重量比例为，氯化镁：NH4CNS：水泥：醋酸丁脂=100：20～26：60～70:10～20；所述水泥为P.O42.5硅酸盐水泥。
3.根据权利要求1中所述路面的施工工艺，其特征在于：
对于上、下层：沥青加热温度为165-175℃，矿料加热温度200-210℃，沥青混合料出厂温度180-190℃，摊铺温度不低于165℃，碾压结束表面温度不低于90℃；搅拌过程中矿料首先干拌20s，然后加入沥青与融雪剂进行湿拌40s，总拌和时间1分钟；
下层碾压结束1天后，将符合指标要求的聚合物改性砂浆分三次撒布在下层表面，每次聚合物改性砂浆撒布量按下层总孔隙率的0.3～0.4控制，每次撒布结束后用刮板抹平；全部孔隙灌注砂浆结束后洒水养护28天，然后进行中间层施工；
中间层高粘度改性沥青的洒布温度为180～190℃，并在其上撒布规格为4.75～9.5mm或者9.5～13.2mm的碎石，碎石撒布量为6～13kg/m2。
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