CN103787618B - 一种基于振动成型的微沥青碎石裂缝消散层及其成型方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于道路工程技术领域，公开了一种基于振动成型的微沥青碎石裂缝消散层及其成型方法。该基于振动成型的微沥青碎石裂缝消散层，其特征在于，其原材料包括作为微沥青碎石裂缝消散层矿料的石灰岩，作为微沥青碎石裂缝消散层粘结剂的沥青，其中油石比为1.4%～2.6%；所述微沥青碎石裂缝消散层矿料级配为：粒径小于26.5mm的集料占级配集料总质量的100%；粒径小于16mm的集料占级配集料总质量的75%～95%；粒径小于9.5mm的集料占级配集料总质量的48%～64%；粒径小于4.75mm的集料占级配集料总质量的30%～38%；粒径小于2.36mm的集料占级配集料总质量的14%～24%；粒径小于0.6mm的集料占级配集料总质量的5%～15%；粒径小于0.075mm的集料占级配集料总质量的0%～5%。

Description

一种基于振动成型的微沥青碎石裂缝消散层及其成型方法

技术领域

本发明属于道路工程技术领域，特别是一种基于振动成型的微沥青碎石裂缝消散层及其成型方法。

背景技术

在我国公路建设不断快速发展的过程中,半刚性基层沥青路面作为一种主要的路面结构形式被广泛应用。据不完全统计，我国目前的高等级公路90%以上采用的是半刚性基层。然而，半刚性基层路面在广泛应用的同时也存在着许多问题，裂缝类病害是半刚性结构路面病害的主要形式。调查表明，我国绝大多数公路在通车后一、二年就会出现大量裂缝。半刚性基层沥青路面现场钻芯取样表明，在诸多引发半刚性基层沥青路面裂缝的因素中，半刚性基层的反射裂缝占有比例超过50%。因此，反射裂缝是半刚性基层沥青路面最主要的缺陷之一。半刚性基层反射裂缝的产生，将对道路结构和行车舒适与安全产生很大危害，主要概括为以下几方面：①危害道路结构稳定性；②影响行车舒适性，危害行车安全；③影响道路正常使用，不利于公路建设事业可持续发展。

基于以上半刚性基层沥青路面反射裂缝导致的严重后果，目前国内外工程中为解决半刚性基层材料开裂问题，应用较广泛的具体措施主要包括增加沥青面层的厚度、基层预切缝、加铺土工织物或格栅、在面层与基层之间增加级配碎石层。通过工程实践发现，以上措施达到了一定的防裂效果，但是各种防裂措施存在自身的局限性：①增加沥青面层厚度，在夏季高温时面层更易产生车辙，而且必将增加工程预算；②基层预切缝施工时间难以控制，如锯缝太早，因强度不足，缝槽处强度被锯缝机破坏，造成不规则的破碎；如锯缝太晚，基层在早期温度变化下裂缝已经形成；③加铺土工织物或格栅，由于排水性差、防裂效果短暂，而且对较大裂缝抑制效果不佳，因此不能算作一种理想的夹层材料。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于振动成型的微沥青碎石裂缝消散层及其成型方法，以及具有微沥青碎石裂缝消散层的半刚性沥青路面。该微沥青碎石裂缝消散层成型方法基于振动成型，通过对微沥青碎石裂缝消散层材料的组成、成型方式、级配设计及配合比设计，得到更为优化的配合比设计，采用本方法得到的微沥青碎石裂缝消散层具有强度高、不易松散、施工方便的优点，其作为半刚性沥青路面的裂缝消散层能够有效抑制反射裂缝的产生。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术技术方案予以实现。

（1）一种基于振动成型的微沥青碎石裂缝消散层，其特征在于，其原材料包括作为微沥青碎石裂缝消散层矿料的石灰岩，作为微沥青碎石裂缝消散层粘结剂的沥青，其中油石比为1.4%～2.6%；所述微沥青碎石裂缝消散层矿料级配为：粒径小于26.5mm的集料占级配集料总质量的100%；粒径小于16mm的集料占级配集料总质量的75%～95%；粒径小于9.5mm的集料占级配集料总质量的48%～64%；粒径小于4.75mm的集料占级配集料总质量的30%～38%；粒径小于2.36mm的集料占级配集料总质量的14%～24%；粒径小于0.6mm的集料占级配集料总质量的5%～15%；粒径小于0.075mm的集料占级配集料总质量的0%～5%。

（2）上述基于振动成型的微沥青碎石裂缝消散层的成型方法，其特征在于，包括以下步骤：

首先，在微沥青碎石裂缝消散层矿料中添加沥青作为粘结剂，油石比为1.4%～2.6%，经混合料拌合机拌合，制得微沥青碎石裂缝消散层混合料；然后，摊铺微沥青碎石裂缝消散层混合料进行振动击实，其激振力7.6kN，振动频率为38Hz±2Hz，振动时间为60～80s。

（3）一种半刚性沥青路面，包括基层和面层，其特征在于，所述基层与面层之间设置有基于振动成型的微沥青碎石裂缝消散层。

上述技术方案中，微沥青碎石裂缝消散层的原材料包括作为微沥青碎石裂缝消散层矿料的石灰岩，作为微沥青碎石裂缝消散层粘结剂的沥青，其中油石比为1.4%～2.6%；所述微沥青碎石裂缝消散层矿料级配为：粒径小于26.5mm的集料占级配集料总质量的100%；粒径小于16mm的集料占级配集料总质量的75%～95%；粒径小于9.5mm的集料占级配集料总质量的48%～64%；粒径小于4.75mm的集料占级配集料总质量的30%～38%；粒径小于2.36mm的集料占级配集料总质量的14%～24%；粒径小于0.6mm的集料占级配集料总质量的5%～15%；粒径小于0.075mm的集料占级配集料总质量的0%～5%。

上述技术方案中，所述微沥青碎石裂缝消散层的成型方法，包括以下步骤：首先，在微沥青碎石裂缝消散层矿料中添加沥青作为粘结剂，油石比为1.4%～2.6%，经混合料拌合机拌合，制得微沥青碎石裂缝消散层混合料；然后，摊铺微沥青碎石裂缝消散层混合料进行振动击实，其激振力7.6kN，振动频率为38Hz±2Hz，振动时间为60～80s。

本发明在基层与面层之间设置有基于振动成型的微沥青碎石裂缝消散层，防止和减少半刚性路面反射裂缝方面有很好效果；具体说明如下：

（1）本发明通过对微沥青碎石裂缝消散层材料的组成、成型方式、级配设计及配合比设计，达到了如下目的：得到更为优化的微沥青碎石裂缝消散层矿料配合比设计，采用本设计方法得到的微沥青碎石裂缝消散层具有强度高、不易松散、施工方便的特点。其应用于半刚性沥青路面的裂缝消散层，能够有效抑制反射裂缝的产生，大幅度降低因基层开裂导致的路面早期破坏，延长路面使用寿命，降低养护费用。

（2）采用本发明振动成型方式设计的微沥青碎石裂缝消散层，其半刚性基层沥青路面与传统的半刚性基层沥青路面相比，采用振动法延长了使用寿命，减少了沥青面层的维修费用，对提高我国半刚性基层沥青路面质量有积极作用。

（3）采用本发明所制得的微沥青碎石裂缝消散层混合料应用于现场施工，具有良好的路用性能，根据试验工程检测结果，本发明提出优化的微沥青碎石裂缝消散层混合料更容易在振动作用下被压实。

（4）采用本发明所制得的微沥青碎石裂缝消散层，不仅能够有效地抑制反射裂缝的产生，还能在够抑制面层发生车辙、基层产生水损害起到积极的作用，提高道路使用品质及服务水平，确保行车安全与交通通畅，具有重要的工程应用价值及巨大的社会经济价值。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。

本发明的基于振动试验方法的微沥青碎石裂缝消散层，其具体步骤为：

（1）原材料的选择：

选择微沥青碎石裂缝消散层原料：裂缝消散层矿料中矿料采用石灰岩。石灰岩中粗集料具有一定的韧性，而且石灰岩与沥青的粘结性较好，细集料具有一定的塑性，施工的和易性较好，易于碾压成型，不易离析；微沥青碎石采用反击式破碎机轧制，粗集料技术参数如表1所示，细集料技术参数如表2所示。选择沥青作为微沥青碎石混合料的粘结剂。

表1粗集料技术参数表

表2细集料技术参数表

选择粘结剂原料：裂缝消散层混合料的粘结剂采用90号A级道路石油沥青，产地为新疆克拉玛依油田。沥青技术参数如表3所示。

表3沥青技术参数表

（2）配置优化的微沥青碎石裂缝消散层的矿料；

该优化的微沥青碎石裂缝消散层矿料级配为：粒径小于26.5mm的集料占级配集料总质量的100%；粒径小于16mm的集料占级配集料总质量的75%～95%；粒径小于9.5mm的集料占级配集料总质量的48%～64%；粒径小于4.75mm的集料占级配集料总质量的30%～38%；粒径小于2.36mm的集料占级配集料总质量的14%～24%；粒径小于0.6mm的集料占级配集料总质量的5%～15%；粒径小于0.075mm的集料占级配集料总质量的0%～5%。矿料筛分结果及配合比计算结果如表4中所示。

表4矿料筛分及配合比计算结果

（3）在步骤（2）的裂缝消散层矿料中逐级添加粘结剂，将油石比为1.4%、1.7%、2.0%、2.3%与2.6%的沥青加入集料中。制得多组微沥青碎石裂缝消散层混合料，进行马歇尔试件成型测定马歇尔稳定度。建立马歇尔试件与振动成型试件密度关系，通过数据分析，振动时间为75s时，两者密度接近，因此，在以后进行试验分析时采用振动时间为75s。

（4）将步骤（3）所得多组微沥青碎石裂缝消散层混合料按着以下确定的振动时间进行振动击实，在振动击实试验方式下，制备多组尺寸为Φ150mm×150mm圆柱形试件，测定45℃试件CBR与无侧限抗压强度。振动击实机参数如表5所示。

表5振动击实机参数

(5)采用45℃试件CBR最大值对应的油石比a1，45℃无侧限抗压强度最大值对应的油石比a2，计算微沥青碎石裂缝消散层混合料的最佳油石比取为取二者的平均值A1，即A1=（a1+a2）/2。

（6）性能比较验证：在步骤（5）确定的最佳沥青用量条件下，按压实度98%，采用振动成型试验法和静压成型方法各制备的6个微沥青碎石裂缝消散层混合料圆柱形试件。该混合料圆柱形试件的Φ150mm×150mm，微沥青碎石裂缝消散层混合料满足表6的技术要求。

表6微沥青碎石裂缝消散层混合料技术要求

振动成型试验法制备微沥青碎石裂缝消散层混合料圆柱形试件参数为：振动频率30-40Hz，偏心块夹角30°，激振力7610-7650N，静面压力140-180KPa，振幅1.4-2.0mm，以马歇尔试件密度为标准确定试件振动成型时间60-80s。表7为振动成型微沥青碎石裂缝消散层混合料性能检验结果。

表7微沥青碎石裂缝消散层混合料性能检验结果

由表7可知，在本发明的最优级配下，振动成型方式下的CBR值要大于静压成型方式，从铺筑试验路的效果来看，用作基层与面层之间的微沥青碎石裂缝消散层满足25℃CBR值不应小于300%，45℃CBR值不应小于180%。振动成型条件下的CBR值大于静压成型方式，两种成型方式下的联结型级配碎石CBR均满足要求。而振动台设计微沥青碎石裂缝消散层混合料能够得到较高的抗剪强度，根据CBR与回弹模量同步增长的规律，说明了振动台设计微沥青碎石裂缝消散层混合料能得到较高的回弹模量值，这大大提升了微沥青碎石裂缝消散层混合料的抗压强度，提高了其承载力，有效减少了反射裂缝的产生，延长路面使用年限，降低了养护成本。

本实施例的振动成型试件25℃CBR值大于300%，45℃CBR值大于180%,45℃无侧限抗压强度值大于2.2Mpa，马歇尔稳定度大于3.0KN,满足要求。振动成型与击实成型相比，粗集料之间相互嵌挤较好，能够发挥骨架的强度，细集料作为填料能充分填充骨架的空隙，沥青作为粘结剂。振动成型的方式与现场施工的方式相近。在振动压实后，由于集料之间的相对位置发生了变化，出现了相互填充现象，颗粒之间的间隙相对减小，使沥青与集料之间接触的更加紧密，使联结型级配碎石不易松散，提高了整体稳定性。沥青起到集料粘结剂的作用，减少了细集料的用量，在整体承载能力达到要求的同时也提高了联结型级配碎石的空隙率，能够有效的吸收基层应力，抑制了反射裂缝的产生。

Claims (4)

1.一种基于振动成型的微沥青碎石裂缝消散层，其特征在于，其原材料包括作为微沥青碎石裂缝消散层矿料的石灰岩，作为微沥青碎石裂缝消散层粘结剂的沥青，其中油石比为1.4％～2.6％；所述微沥青碎石裂缝消散层矿料级配为：粒径小于26.5mm的集料占级配集料总质量的100％；粒径小于16mm的集料占级配集料总质量的75％～95％；粒径小于9.5mm的集料占级配集料总质量的48％～64％；粒径小于4.75mm的集料占级配集料总质量的30％～38％；粒径小于2.36mm的集料占级配集料总质量的14％～24％；粒径小于0.6mm的集料占级配集料总质量的5％～15％；粒径小于0.075mm的集料占级配集料总质量的0％～5％。

2.根据权利要求1所述的基于振动成型的微沥青碎石裂缝消散层的成型方法，其特征在于，包括以下步骤：

首先，在微沥青碎石裂缝消散层矿料中添加沥青作为粘结剂，油石比为1.4％～2.6％，经混合料拌合机拌合，制得微沥青碎石裂缝消散层混合料；然后，摊铺微沥青碎石裂缝消散层混合料进行振动击实，其激振力7.6kN，振动频率为38Hz±2Hz，振动时间为60～80s。

3.一种半刚性沥青路面，包括基层和面层，其特征在于，所述基层与面层之间设置有基于振动成型的微沥青碎石裂缝消散层；

所述微沥青碎石裂缝消散层的原材料包括作为微沥青碎石裂缝消散层矿料的石灰岩，作为微沥青碎石裂缝消散层粘结剂的沥青，其中油石比为1.4％～2.6％；所述微沥青碎石裂缝消散层矿料级配为：粒径小于26.5mm的集料占级配集料总质量的100％；粒径小于16mm的集料占级配集料总质量的75％～95％；粒径小于9.5mm的集料占级配集料总质量的48％～64％；粒径小于4.75mm的集料占级配集料总质量的30％～38％；粒径小于2.36mm的集料占级配集料总质量的14％～24％；粒径小于0.6mm的集料占级配集料总质量的5％～15％；粒径小于0.075mm的集料占级配集料总质量的0％～5％。

4.根据权利要求3所述的半刚性沥青路面，其特征在于，所述微沥青碎石裂缝消散层的成型方法，包括以下步骤：首先，在微沥青碎石裂缝消散层矿料中添加沥青作为粘结剂，油石比范围为1.4％～2.6％，经混合料拌合机拌合，制得微沥青碎石裂缝消散层混合料；然后，摊铺微沥青碎石裂缝消散层混合料进行振动击实，其激振力7.6kN，振动频率为38Hz±2Hz，振动时间为60～80s。