CN103866667A

CN103866667A - 半柔性重载路面铺装结构

Info

Publication number: CN103866667A
Application number: CN201210529673.7A
Authority: CN
Inventors: 彭煜; 蔺习雄
Original assignee: China Petroleum and Natural Gas Co Ltd
Current assignee: Petrochina Co Ltd; Petrochina Karamay Petrochemical Co
Priority date: 2012-12-10
Filing date: 2012-12-10
Publication date: 2014-06-18
Anticipated expiration: 2032-12-10
Also published as: CN103866667B

Abstract

本发明涉及一种半柔性重载路面铺装结构；包括：表面层：4~6cm SMA-13或SMA-16的高粘度改性沥青混合料，中面层：6~10cmAC-EME14或AC-EME20的高模量沥青混合料，下面层：10~12cm ATB-25或ATB-30的低标号沥青混合料，半柔性基层：6~12cm的骨架密实型水泥—乳化沥青混凝土；表面层与中面层之间、中面层与下面层之间、下面层与半柔性基层之间设有高粘度改性沥青粘结层，其单位面积撒布量为0.6~0.8kg/m²；半柔性基层与底基层之间设有ES-2型改性乳化沥青稀浆封层，其适宜厚度为6mm~10mm；本结构提高了路面抗车辙和耐疲劳性能，延长了路面的使用寿命。

Description

半柔性重载路面铺装结构

技术领域

本发明涉及道路工程领域，具体涉及半柔性重载路面铺装结构。

背景技术

随着我国高等级公路建设的飞速发展，半刚性基层以其优良的承载能力和低成本为优势，逐渐成为路面结构设计的主流模式。但经过几十年的建设施工和行车运营检验，证明这种路面结构脆性大，内部排水性能差，抗变形能力差，对环境温度和湿度变化较为敏感，容易产生裂缝并逐渐向上贯穿，产生反射裂缝。同时，由于目前交通量不断增加，重载超载现象严重，加之大多数沥青面层厚度较薄，致使现役路面在不到设计年限就出现非常严重地早期损坏。在日本、欧美等国的高等级路面设计中，应用比较广泛的是柔性路面基层。这种路面基层结构较半刚性基层具有更优良的平整度，能够提供安全、舒适、耐久的行驶性能，可大幅度减少反射裂缝，消除半刚性路面基层结构的早期损坏现象。然而，柔性路面基层的承载能力较低，其劲度模量会因温度升高而迅速降低，因此，其设计厚度较大，生产成本较高。

为了改善半刚性基层和柔性基层结构的上述缺点，一种半柔性路面结构应运而生。半柔性路面结构正是一种刚柔并济的新型路面结构形式，目前，主要有以下两种结构形式：第一种是灌注式水泥砂浆-沥青混凝土结构：将具有特定级配和含有特殊添加剂的水泥砂浆灌入多孔的开级配沥青混合料的空隙中而形成的一种路面结构；第二种是水泥—乳化沥青混凝土：在冷拌乳化沥青混合料或乳化沥青再生旧沥青混合料母体中掺入水泥或水泥砂浆再经冷拌、冷铺而成的一种路面结构。

CN 101857401A公开的自流入式半柔性复合路面及其施工方法，涉及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。CN101700970A公开的一种应用于半柔性路面的橡胶-水泥灌浆材料，包含水泥、粉煤灰、膨胀剂、橡胶粉、砂、减水剂、早强剂和水等组分。CN 102276199A公开的一种应用于半柔性路面的水泥-乳化沥青自渗透灌浆材料，包括水泥、矿物掺合料、膨胀剂、河沙、减水剂、水、乳化沥青等组分。CN 101581066A公开的一种保水降温半柔性路面及其施工方法，其路面由多孔的基体沥青混合料构成，多孔的基体沥青混合料的孔隙由水泥基保水胶浆填充。CN 101187193A公开的一种半柔性排水防滑降噪路面铺装结构，由半刚性基层、改性乳化沥青稀浆封层、灌注半柔性路面材料结构层、高粘度改性沥青粘结层和排水防滑降噪磨耗层组成。CN 101693611A公开的半柔性路面灌注水泥浆，由普通硅酸盐水泥、水、减水剂，膨胀剂、引气剂等原料制成。CN 101864717A公开的一种半柔性基层材料及制备方法，半柔性基层材料由骨料、水泥、SBS改性乳化沥青等组分组成。US 2004/0101365Al公开的加强的半柔性路面，由孔隙率为20%～40%的多孔沥青混凝土和填充于空隙的包含胶粘剂、添加剂、水、水泥、微硅粉、粉煤灰、沙子或其它细骨料组成的浆状复合材料组成。US 2008/0287570A1公开的重载路面结构的设计与应用方法，重载路面结构包括开级配沥青层和强化加固沥青层的灌浆混合物组成。其灌浆混合物包括水泥、沙子、和水泥粘结剂等。EP 2202359A1公开的半柔性多层摊铺结构，涉及一种由高流动性水泥砂浆灌注开级配大孔隙的沥青混合料多层摊铺结构及其组合设计。

上述半柔性路面结构的共同点都是通过开级配沥青混合料的骨料形成大孔隙嵌挤结构，并与所灌入的水泥胶浆共同作用形成强度。这种路面结构不但具有较强的刚度，而且还具有优良的柔性，能有效抵抗车辙变形。但这种灌入式半柔性路面结构也存在其不足之处：①难以保障开级配母体沥青混合料的空隙保持连续性，因此，开级配母体沥青混合料的空隙难以被水泥砂浆充分填充；②水泥砂浆对母体沥青混合料的矿料只能间接地进行包裹，不能与沥青胶浆很好地交织并最终形成均匀的空间网络结构，从而导致沥青、水泥胶浆、集料三者间的界面粘连性不好。

在国内外，水泥-乳化沥青混凝土半柔性材料均有过相关研究，如在《硅酸盐学报》1998年第26卷第4期《水泥一乳化沥青复合路面材料的研究》一文中，提出了将乳化(橡胶)沥青预裹附于粗集料，并分散于水泥砂浆基体当中，形成三相复合材料，得到乳化(橡胶)沥青水泥混凝土路面材料（RACC）。CN101736675A公开的破损路面冷再生上基层成型方法及冷再生材料组合结构将翻修或废弃的沥青混凝土，回收、破碎、筛分，参用新集料、新沥青材料，经重新拌制，形成再生沥青混合料，经摊铺碾压形成新路面结构层，其中，所述再生沥青混合料，由矿料、水泥、乳化沥青胶结料组成。

水泥—乳化沥青混凝土半柔性材料具有以下优点：乳化沥青中的水分可供水泥硬化凝结，较好地解决了乳化沥青破乳“憎水”和水泥水化“需水”的矛盾；水泥-乳化沥青混凝土施工工艺常采用冷拌、冷铺技术，既能降低能耗，节省能源，还能减少环境污染，降低有毒有害气体的排放。但是由于这种路面基层材料的成分极为复杂，其物料组成及配伍性对水泥—乳化沥青砂浆的破乳速度、凝结快慢以及硬化成型后的性能（抗车辙性能、抗疲劳性能、抗水损坏性能以及对环境温度和湿度变化的适应性）都起着决定性作用。目前公开报道的水泥—乳化沥青混凝土，其水泥和乳化沥青用量普遍偏少，同时或因水泥、乳化沥青、集料的组成，或因各物料间的配伍性影响，致使其性能达不到如下要求：①水泥和乳化沥青在拌和过程中难以充分混合形成均匀的浆状体系，对集料间的空隙不能进行充分填充，进而达不到理想的封水作用；②水泥和乳化沥青没能很好地交织形成空间网络结构，对集料不能形成有效地裹附与粘连，从而造成水泥—乳化沥青混凝土材料整体均匀性差，粘结强度较低、抗压强度偏低、耐久性能不足等。

高速铁路上普遍使用的水泥乳化沥青砂浆主要分为Ⅰ型水泥乳化沥青砂浆(日本技术、低强度砂浆)与II型水泥乳化沥青砂浆(德国技术、高强度砂浆)。而这两种砂浆的流动度偏小，用于半柔性路面基层材料容易产生离析，难以均匀成型，同时，由于这两种砂浆中所含乳化沥青和柔性填料较少，材料成型后抗疲劳性能较低。

发明内容

本发明提供一种半柔性重载路面铺装结构。通过对路面铺装结构设计、原材料组成设计进行改进优化，使其获得理想的刚度和柔性，避免路面基层因温缩或干缩而产生反射裂缝，防止早期水损坏，同时提高路面抗车辙和耐疲劳性能，延长路面使用寿命。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

本发明的半柔性重载路面铺装结构从表层至内层自上而下依次为：

表面层：4~6cm SMA-13或SMA-16的高粘度改性沥青混合料，

中面层：6~10cm AC-EME14或AC-EME20的高模量沥青混合料，

下面层：10~12cm ATB-25或ATB-30的低标号道路沥青密级配沥青稳定碎石，

半柔性基层：6~12cm的骨架密实型水泥-乳化沥青混凝土，

为保障各结构层间有效粘结，在表面层与中面层之间、中面层与下面层之间、下面层与半柔性基层之间撒布高粘度改性沥青作为粘结层，其单位面积撒布量为0.6~0.8kg/m²；同时，在半柔性基层与底基层之间铺设改性乳化沥青稀浆封层作为粘结层，其适宜厚度为6mm~10mm。

所述表面层SMA-13或SMA-16型高粘度改性沥青混合料由以下原料拌和后铺装而成，其中各原料的重量比为：集料：矿粉：纤维：高粘度改性沥青=100:7～10:0.2～0.5:5.5～6.5；中面层AC-EME14或AC-EME20型高模量沥青混合料由以下原料拌和后铺装而成，其中各原料的重量比为：集料：矿粉：低标号道路沥青=100:5.0～6.0:5.5～6.5；下面层ATB-25或ATB-30型低标号道路沥青混合料由以下原料拌和后铺装而成，其中各原料的重量比为：集料：矿粉：低标号道路沥青=100:5.0～6.0:4.0～5.5；ES-2型改性乳化沥青稀浆封层由以下原料拌和后铺装而成，其中各原料的重量比为：集料：普通硅酸盐水泥：水：改性乳化沥青=100：1～2：5～9：9～15。

所述集料为玄武岩或石灰岩或辉绿岩的粗集料和细集料，矿粉为石灰岩石粉。其中粗集料、细集料、矿粉的物理性质应满足JTG F40-2004《公路沥青路面施工技术规范》相应的技术要求。其中，不同结构层的矿料级配范围见下表1

表1矿料通过各筛孔(mm)的质量百分率

所述高粘度改性沥青是由基质沥青、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物SBS 791、废橡胶粉、APAO改性剂、Hersbit858改性剂、碳9石油树脂组成，其中，基质沥青、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物SBS 791、废橡胶粉、APAO改性剂、Hersbit858改性剂、碳9石油树脂的重量比为100:5～10:4～12:3～6:3～8:3～5。其中，基质沥青是满足JTG F40-2004《公路沥青路面施工技术规范》A级50号或70号或90号道路沥青中的一种。高粘度改性沥青的基本性质满足如下表2技术要求：

表2高粘度改性沥青技术要求

试验项目	技术指标	实验项目	技术指标
				针入度(25℃),0.1mm	≥40	薄膜加热质量变化率,%	≤0.6
软化点,°C	≥80	薄膜加热针入度残留率,%	≥65
				延度（15℃）,cm	≥50	粘韧性,N.m	≥15
针入度指数PI	≥+0.2	韧性,N.m	≥20
				闪点,℃	≥260	弹性恢复（25℃），%	≥85
60℃动力粘度,Pa.s	>20000	脆点,℃	<-20
				135℃动力粘度,Pa.s	<3.0

所述低标号道路沥青是针入度为15～25 0.1mm的道路沥青，其中低标号道路沥青的基本性质如下表3技术要求：

表3低标号道路沥青技术要求

所述改性乳化沥青为SBR改性乳化沥青，其主要性质满足：标准粘度C₂₅为30～80s；蒸发残留物含量≥60%；蒸发残留物针入度为40～100/0.1mm；蒸发残留物软化点≥50℃；蒸发残留物15℃延度≥40cm；1天储存稳定性≤1；5天储存稳定性≤5。

所述水泥—乳化沥青混凝土包括如下各组分及各组分的重量百分比：

集料： 40%～75%；

水泥-乳化沥青砂浆：22%～55%；

水： 1%～8%

为保证半柔性路面基层的高承载能力和抗压性能，上述技术方案提供的集料具有其特定的级配及组成，并通过一定排列方式和嵌挤作用，形成第一主体骨架空隙型结构。同时，水泥-乳化沥青砂浆通过凝结、硬化、交织等过程，逐渐形成具有空间网络结构的第二骨架结构，并对第一骨架结构进行填充、包裹，从而形成均一、密实、空隙闭合的整体结构，能有效改善路面基层的柔韧性、抗水损坏性、抗疲劳性和耐久性。其中所述集料为玄武岩或石灰岩或辉绿岩的粗集料和细集料，粗集料、细集料的物理性质应满足JTG F40-2004《公路沥青路面施工技术规范》相应的技术要求，合成配合比对应于筛孔尺寸26.5mm、19.0mm、16.0mm、13.2mm、9.5mm、4.75mm、2.36mm、1.18mm、0.6mm、0.3mm、0.15mm、0.075mm，其通过率依次为：100%、90%～100%、60%～85%、50%～75%、40%～65%、25%～40%、10%～22%、5%～15%、3%～10%、1%～5%、0%～3%、0%～1%。

根据本发明提供的技术方案，所述水泥—乳化沥青砂浆是水泥—乳化沥青混凝土的主要成分，其物料组成及配伍性对水泥—乳化沥青混凝土的破乳速度、凝结快慢以及硬化成型后的性能(抗车辙性能、抗疲劳性能、抗水损坏性能以及对环境温度和湿度变化的适应性)都起着决定性作用。为改善水泥、乳化沥青与集料的粘结状态和成型结构，本发明的水泥—乳化沥青砂浆包括如下各组分及各组分重量百分比：

乳化沥青：30%～50%；

水泥： 30%～50%；

填料： 5%～15%；

水： 5%～15%

助剂： 0.01%～0.05%

纤维： 0.05%～0.5%；

其中乳化沥青包括如下各组分及各组分的重量百分比：

基质沥青：50%~65%

乳化剂： 1%~3%

水： 22%~40%

改性胶浆：3%~10%

所述基质沥青为满足JTG F40-2004《公路沥青路面施工技术规范》A级50号或70号或90号道路沥青中的一种；所述乳化剂为专利CN 101745340A所公开的以单胺或多胺与碳原子数为12～18的直链或支链烷基酸或环烷酸在150～250℃下反应2~10小时，经缩合脱水生成酰胺类或咪唑啉类中间体，并与盐酸反应生成相应的盐酸盐；其中，单胺为三甲胺、十六胺、十八胺的一种或两种以上组分的组合物；多胺为乙二胺、1,4丁二胺、二乙烯三胺、三乙烯四胺、四乙烯五胺的一种或两种以上组分的组合物；碳原子数为12～18的直链或支链烷基酸为十二酸、十六酸、油酸、硬脂酸的一种或两种以上组分的组合物；环烷酸为饱和单脂环羧酸或饱和多脂环羧酸，其重均分子量为200～520，沸点为：160～350°C；所述改性胶浆为丁苯橡胶胶乳、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物胶乳、水性聚氨酯胶乳、水性环氧树脂胶乳、聚丙烯酸酯胶乳中的一种或两种以上组份的组合物，其固含量为40%～60%，其中丁苯橡胶、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物、聚氨酯、环氧树脂、聚丙烯酸酯的重均分子量为5~15万。

所述水泥是满足GB 175-2007/XG1-2009《通用硅酸盐水泥》中硅酸盐水泥P Ⅰ、PⅡ、普通硅酸盐水泥P.O、矿渣硅酸盐水泥P.S、火山灰质硅酸盐水泥P.P、粉煤灰硅酸盐水泥P.F、复合硅酸盐水泥P.C中的一种或两种以上组分的组合物。通过选用不同性质的水泥材料，从而调节水泥对石料、乳化沥青的配伍性、施工和易性和凝结成型时间，提高半柔性路面基层材料对不同施工环境的适应性。

所述纤维是聚丙烯腈纤维、聚乙烯醇纤维、甲基纤维素醚、梭甲基纤维素醚、梭甲基烃乙基纤维素醚、乙基纤维素醚、烃乙基纤维素醚中的一种或两种以上组份的组合物。其中，纤维是聚丙烯腈纤维、聚乙烯醇纤维、甲基纤维素醚、梭甲基纤维素醚、梭甲基烃乙基纤维素醚、乙基纤维素醚、烃乙基纤维素醚的重均分子量为1~10万。在水泥—乳化沥青砂浆中添加纤维，有如下技术优点：①提高半柔性路面基层材料的柔韧性、抗冲击性、抗疲劳性和耐久性；②调节水泥—乳化沥青砂浆的稠度与流动度，避免水泥—乳化沥青砂浆产生沉降分层，避免施工过程中因环境温度低、凝结硬化慢等因素影响而发生泌水现象。其中，优选纤维是亲水性较好的聚丙烯腈纤维、聚乙烯醇纤维。

所述填料包括如下各组分及各组分的重量百分比：

矿粉： 30%～45%

废橡胶粉： 30%～45%

气相二氧化硅：20%～30%

其中矿粉为石灰岩石粉、玄武岩石粉、辉绿岩石粉中的一种或两种以上组分的组合物。其理化性质满足JTG F40-2004《公路沥青路面施工技术规范》相应的技术要求。废橡胶粉为斜交胎胶粉、子午胎胶粉中的一种或两种的混合物，其粒径大小可以为20目、40目、60目、80目中的一种或几种的混合物。气相二氧化硅的主要性质满足：相对密度2.319～2.653g/cm³；二氧化硅含量≥90%；45μm筛上余量≤0.8%。

在水泥—乳化沥青砂浆中添加如石粉、废橡胶粉、气相二氧化硅等填料，其作用是对水泥水化物的空间网络结构进行填充，以调节半柔性路面基层材料的柔性与刚度。

所述助剂包括如下各组分及各组分的重量百分比：

膨胀剂 35%～50%

消泡剂 20～30%

促凝剂 30～40%

其中膨胀剂为铝粉、铁粉、氧化钙、硫铝酸钙中的一种或两种以上组分的混合物；消泡剂为二甲基硅油、GPE10、GPE20、GPE30、磷酸三丁酯中的一种或两种以上组分的混合物；促凝剂为碳酸钠、硅酸钠、氯化钙、无水硫铝酸钙、无水偏铝酸钠中的一种或两种以上组分的混合物。

制备水泥—乳化沥青混凝土的方法包括如下步骤：

a)对矿料进行破碎、筛分，并将粗集料、细集料按照一定比例混合，得到所需的合成级配，堆放待用。

b)将占乳化沥青重量50%～65%的基质沥青加热至130℃～160℃保温待用；将占乳化沥青重量1%～3%沥青乳化剂、3%～10%改性胶浆溶于占乳化沥青重量20%～40%的水中，加热至40℃～60℃，采用盐酸调节其PH值为3～4，制成乳液备用；将上述乳液与基质沥青一并通过胶体磨，经循环剪切制成改性乳化沥青。

c)按照水泥—乳化沥青砂浆各物料的配比，将改性乳化沥青、水泥、纤维、填料、助剂经浆式搅拌机搅拌，制成水泥—乳化沥青砂浆备用。

d)采用带有搅拌的混合器将集料、水泥—乳化沥青砂浆、水充分搅拌均匀，经摊铺机摊铺成6～12cm厚、压实，养生7～15天而达终凝。

本发明的半柔性重载路面铺装结构，其显著特点是：1)以半开级配集料通过嵌挤作用形成第一主体骨架结构，以水泥凝胶通过凝结、硬化逐渐形成空间网络结构的第二骨架结构，同时破乳析出的沥青胶结料、改性胶浆、纤维以及废橡胶粉微粒等柔性材料对水泥凝胶通过凝结、硬化而成的空间网络结构进行填充与交织，最终形成均一、密实、空隙闭合的水泥-乳化沥青混凝土半柔性路面基层材料，不仅具有良好的承载能力和抗压性能，显著降低车辙、推移、拥包等病害的产生，而且具有优越的柔韧性、抗疲劳性和耐久性，能有效消除反射裂缝和早期水损坏；2)采用SMA-13或SMA-16间断级配和高粘度改性沥青胶结料制备骨架密实型沥青混合料作为路面磨耗层结构，不仅可以提供良好的粗糙度，而且可以改善路面的抗疲劳性能，提高其高温稳定性；3)采用AC-EME14或AC-EME20连续性级配和低标号道路沥青胶结料制备高模量沥青混合料作为路面的中面层和下面层结构，能有效提高沥青路面的高温稳定性，显著降低车辙、推移、拥包等病害的产生；4)采用高粘度改性沥青作为上面层、中面层、下面层、半柔性基层间的粘结材料，不但能起到很好的粘结作用，而且能够阻止面层水下渗，起到保护路面结构层的作用；5)在水泥-乳化沥青混凝土半柔性基层与底基层之间设有ES-2型改性乳化沥青稀浆封层作为密封层，防止水分渗透。

附图说明

图1是本发明半柔性重载路面组合铺装结构示意图。图中：1—表面层；2、4、6—高粘度沥青粘结层；3—中面层；5—下面层；7—半柔性基层；8—改性乳化沥青稀浆封层；9—低基层。

具体实施方式

实施例1

1）矿料级配的确定

选用玄武岩矿料进行破碎、筛分，并将各档矿料按照一定比例混合，得到下表4不同结构层的合成级配：

表4路面铺装结构层矿料级配

其中，玄武岩粗集料、细集料和石灰石矿粉的理化性质如下表5：

表5集料与矿粉的理化性质

2）胶结料的制备

①高粘度改性沥青的制备

选用AH-50沥青，加热至熔化后，将SBS791、废橡胶粉、APAO改性剂、Hersbit858、碳9石油树脂按质量比100:7:5:4:5:3参入，在175℃下剪切30min，并在180℃下反应3小时得到高粘度改性沥青胶结料，其中高粘度改性沥青的性质如下表6：

表6高粘度改性沥青的性质

试验项目	技术指标	实验项目	技术指标
				针入度(25℃),0.1mm	53	薄膜加热质量变化率,%	0.1
软化点,℃	85	薄膜加热针入度残留率,%	81
				延度（15℃）,cm	64	粘韧性，N.m	19
针入度指数PI	0.25	韧性,N.m	28
				闪点,℃	365	弹性恢复（25℃），%	92
60℃动力粘度,Pa.s	35000	脆点,℃	-22
				135℃动力粘度,Pa.s	2.9

②低标号道路沥青的选择

所选低标号沥青是针入度为25/0.1mm的道路沥青，其基本性质如下表7：

表7低标号道路沥青的性质

③改性乳化沥青的制备

将占改性乳化沥青质量60%的AH-90沥青加热至150℃保温待用；称量占改性乳化沥青质量30%的自来水，加热至60℃，将占改性乳化沥青质量1.0%的乙二胺硬脂酸酰胺氯化铵、占改性乳化沥青质量1.0%的四乙烯五胺油酸酰胺氯化铵和占改性乳化沥青质量1.0%的1,4丁二胺十六酸咪唑啉氯化铵沥青乳化剂溶于60℃的水中，采用HCl调节其PH值至4；称量占改性乳化沥青质量3%的丁苯橡胶胶乳和占改性乳化沥青质量3%的聚丙烯酸酯胶乳，加入上述乳化剂水溶液中搅拌均匀备用；将上述乳液与加热备好的AH-90沥青一并通过胶体磨，经循环剪切制成改性乳化沥青。

④水泥-乳化沥青砂浆的制备

按照水泥—乳化沥青砂浆各物料的配比及制备方法，将水泥、填料、助剂、纤维、水加入改性乳化沥青中，经浆式搅拌机搅拌，制成水泥-乳化沥青砂浆。

其中，水泥-乳化沥青砂浆各组分的重量百分比：a)改性乳化沥青：42%；b)水泥：37%；c)填料：8%；d)自来水：12%；e)助剂：0.05%；f)纤维：0.5%。

其中，水泥由硅酸盐水泥PI、普通硅酸盐水泥P.O的组成，其质量比为2：1。

其中，填料由石灰岩石粉、斜胶胎废橡胶粉、气相二氧化硅组成，其质量比为2：1：1。

其中，助剂由铝粉、二甲基硅油、GPE10、碳酸钠组成，其质量比为1：1:1：2。

其中，纤维由聚丙烯腈纤维、聚乙烯醇纤维组成，其质量比为3：2。

3）半柔性重载路面铺装结构的施工

①改性乳化沥青稀浆封层的摊铺

在处理好的路基上，按照改性乳化沥青稀浆封层矿料级配设计，将矿料、改性乳化沥青、水按质量比为100：12：7的各物料，经稀浆封层或微表处摊铺机拌和均匀，摊铺成10mm厚，养生12小时形成改性沥青稀浆封层8。

②半柔性基层的摊铺

在上述改性乳化沥青稀浆封层8上，按照水泥—乳化沥青混凝土配合比设计，采用带有搅拌的混合器，将集料、水泥—乳化沥青砂浆、水按质量比为47：50：3的各物料混合，摊铺成12cm厚，养护7～15天形成半柔性路面基层7，下表10是水泥—乳化沥青混凝土的主要性质：

表10水泥—乳化沥青混凝土性质

③粘结层的撒铺

在半柔性基层7上，采用专用高粘度改性沥青喷洒车，喷洒热的高粘度改性沥青形成粘结层6，其中，高粘度改性沥青的撒布量为0.68L/m²；

④中下面层的摊铺

在上述高粘度改性沥青粘结层6上，分别采用低标号道路沥青和ATB-25、AC-EME14级配类型，双层摊铺低标号道路沥青密级配沥青稳定碎石和高模量沥青混合料，形成下面层5和中面层3。其中，下面层5的各物料质量比为集料：矿粉：沥青为100:5.0:4.5；中面层3的各物料质量比是：集料：矿粉：沥青为100:5.5:5.8；同时，在下面层5与中面层3上撒布高粘度改性沥青，形成粘结层4和粘结层2，其高粘度改性沥青的撒布量为0.68L/m²，下表11分别是低标号道路沥青密级配沥青稳定碎石和高模量沥青混合料的主要性质：

表11中下面层沥青混合料的性质

⑤表面层的摊铺

在粘结层2上，按照上述SMA-13矿料级配设计，将集料、矿粉、高粘度改性沥青按质量比为100：10：6.1的各物料进行拌和、摊铺，形成高粘度改性沥青混合料表面层1，其中，聚丙烯纤维用量为0.2%，下表12是高粘度改性沥青混合料的主要性质：

表12高粘度改性沥青混合料性质

试验项目	技术指标	试验项目	技术指标
				孔隙率，%	4.3	小梁弯曲试验，με	2750
浸水马歇尔稳定度，%	88.5	谢伦堡析漏损失，%	0.07
				冻融劈裂强度比，%	85.3	肯特堡飞散，%	3.1
高温稳定度，次/mm	6620

实施例2

1）矿料级配的确定

选用石灰石矿料进行破碎、筛分，并将各档矿料按照一定比例混合，得到下表13不同结构层的合成级配：

表13路面铺装结构层矿料级配

其中，石灰岩粗集料、细集料和石灰石矿粉的理化性质如下表14：

表14集料与矿粉的理化性质

2）胶结料的制备

①高粘度改性沥青的制备

选用AH-70沥青，加热至熔化后，将SBS791、废橡胶粉、APAO改性剂、Hersbit858、碳9石油树脂按质量比100:10:12:3:3:3参入，在175℃下剪切30min，并在180℃下反应3小时得到高粘度改性沥青胶结料，其中高粘度改性沥青的性质如下表15：

表15高粘度改性沥青技术要求

试验项目	技术指标	实验项目	技术指标
				针入度(25℃),0.1mm	62	薄膜加热质量变化率,%	0.1
软化点,℃	82	薄膜加热针入度残留率,%	78
				延度（15℃）,cm	70	粘韧性,N.m	20
针入度指数PI	0.22	韧性,N.m	35
				闪点,℃	360	弹性恢复（25℃），%	95
60℃动力粘度,Pa.s	28000	脆点,℃	-24
				135℃动力粘度,Pa.s	2.8

②低标号道路沥青的选择

所选低标号沥青是针入度为22/0.1mm的道路沥青，其基本性质如下表16：

表16低标号道路沥青的性质

③改性乳化沥青的制备

将占改性乳化沥青质量60%的AH-70沥青加热至150℃保温待用；称量占改性乳化沥青质量40%的自来水，加热至60℃，将占改性乳化沥青质量1.0%的二乙烯三胺环烷酸酰胺氯化铵、占改性乳化沥青质量1.0%的十六烷基三甲基氯化铵和占改性乳化沥青质量1.0%的三乙烯四胺环烷酸咪唑啉氯化铵沥青乳化剂溶于60℃的水中，采用HCl调节其PH值至3；称量占改性乳化沥青质量3%的苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物胶乳、占改性乳化沥青质量3%的水性聚氨酯胶乳和占改性乳化沥青质量4%的丁苯橡胶胶乳，加入上述乳化剂水溶液中搅拌均匀备用；将上述乳液与加热备好的AH-70沥青一并通过胶体磨，经循环剪切制成改性乳化沥青。

④水泥—乳化沥青砂浆的制备

按照水泥—乳化沥青砂浆各物料的配比及制备方法，将水泥、填料、助剂、纤维、水加入改性乳化沥青中，经浆式搅拌机搅拌，制成水泥—乳化沥青砂浆。

其中，水泥—乳化沥青砂浆各组分的重量百分比：a)改性乳化沥青：50%；b)水泥：40%；c)填料：15%；d)自来水：12%；e)助剂：0.05%；f)纤维：0.5%。

其中，水泥由火山灰质硅酸盐水泥P.P、粉煤灰硅酸盐水泥P.F和复合硅酸盐水泥P.C组成，其质量比为1：1：1。

其中，填料由辉绿岩石粉、子午胎胶粉、气相二氧化硅组成，其质量比为:1：2：2。

其中，助剂由硫铝酸钙、GPE20、GPE30、硅酸钠组成，其质量比为1：1:1：2。

其中，纤维由甲基纤维素醚、梭甲基纤维素醚、乙基纤维素醚组成，其质量比为1：1：1。

3）半柔性重载路面铺装结构的施工

①改性乳化沥青稀浆封层的摊铺

在处理好的路基上，按照改性乳化沥青稀浆封层矿料级配设计，将矿料、改性乳化沥青、水按质量比为100：11：5的各物料，经稀浆封层或微表处摊铺机拌和均匀，摊铺成8mm厚，养生12小时形成改性沥青稀浆封层8。

②半柔性基层的摊铺

在上述改性乳化沥青稀浆封层8上，按照水泥-乳化沥青混凝土配合比设计，采用带有搅拌的混合器，将集料、水泥-乳化沥青砂浆、水按质量比为65：30：5的各物料混合，摊铺成6cm厚，养护7～15天形成半柔性路面基层7，下表17是水泥—乳化沥青混凝土的主要性质：

表17水泥—乳化沥青混凝土性质

③粘结层的撒铺

④中下面层的摊铺

在上述高粘度改性沥青粘结层6上，分别采用低标号道路沥青和ATB-30、AC-EME20级配类型，双层摊铺低标号道路沥青密级配沥青稳定碎石和高模量沥青混合料，形成下面层5和中面层3。其中，下面层5的各物料质量比为集料：矿粉：沥青为100:5.5:4.8；中面层3各物料的质量比是：集料：矿粉：沥青为100:6.5:6.5；同时，在下面层5与中面层3上撒布高粘度改性沥青形成粘结层4和粘结层2，其高粘度改性沥青的撒布量为0.68L/m²，下表18分别是低标号道路沥青密级配沥青稳定碎石和高模量沥青混合料的主要性质：

表18中下面层沥青混合料的性质

⑤表面层的摊铺

在粘结层2上，按照上述SMA-16矿料级配设计，将集料、矿粉、高粘度改性沥青按质量比为100：8：6.5的各物料进行拌和、摊铺，形成高粘度改性沥青混合料表面层1，其中，聚丙烯纤维用量为0.5%，下表19是高粘度改性沥青混合料的主要性质检测结果：

表19高粘度改性沥青混合料性质

试验项目	技术指标	试验项目	技术指标
				孔隙率，%	4.0	小梁弯曲试验，με	2800
浸水马歇尔稳定度，%	95.5	谢伦堡析漏损失，%	0.06
				冻融劈裂强度比，%	88.3	肯特堡飞散，%	3.3
高温稳定度，次/mm	5820

实施例3

1）矿料级配的确定

选用辉绿岩矿料进行破碎、筛分，并将各档矿料按照一定比例混合，得到下表20不同结构层的合成级配：

表20路面铺装结构层矿料级配

其中，辉绿岩粗集料、细集料和石灰石矿粉的理化性质如下表21：

表21集料与矿粉的理化性质

2）胶结料的制备

①高粘度改性沥青的制备

选用AH-90沥青，加热至熔化后，将SBS791、废橡胶粉、APAO改性剂、Hersbit858、碳9石油树脂按质量比100:10:12:3:3:3参入，在175℃下剪切30min，并在180℃下反应3小时得到高粘度改性沥青胶结料，其中高粘度改性沥青的性质如下表22：

表22高粘度改性沥青技术要求

试验项目	技术指标	实验项目	技术指标
				针入度(25℃),0.1mm	65	薄膜加热质量变化率,%	0.05
软化点,℃	80	薄膜加热针入度残留率,%	83
				延度（15℃）,cm	90	粘韧性,N.m	21
针入度指数PI	0.21	韧性,N.m	28
				闪点,°C	330	弹性恢复（25℃），%	94
60℃动力粘度,Pa.s	22000	脆点,℃	-25
				135℃动力粘度,Pa.s	2.5

②低标号沥青的选择

所选低标号沥青是针入度为15/0.1mm的道路沥青，其基本性质如下表23：

表23低标号道路沥青的性质

③改性乳化沥青的制备

将占改性乳化沥青质量60%的AH-50沥青加热至160℃保温待用；称量占改性乳化沥青质量30%的自来水，加热至60℃，将占改性乳化沥青质量1.0%的十八烷基三甲基氯化铵、占改性乳化沥青质量1.0%的三乙烯四胺环烷酸咪唑啉氯化铵和占改性乳化沥青质量1.0%的三乙烯四胺油酸酰胺氯化铵沥青乳化剂溶于60℃的水中，采用HCl调节其PH值至4；称量占改性乳化沥青质量2%的苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物胶乳、占改性乳化沥青质量2%的聚丙烯酸酯胶乳和占改性乳化沥青质量4%的丁苯橡胶胶乳，加入上述乳化剂水溶液中搅拌均匀备用；将上述乳液与加热备好的AH-50沥青一并通过胶体磨，经循环剪切制成改性乳化沥青。

④水泥-乳化沥青砂浆的制备

其中，水泥-乳化沥青砂浆各组分的重量百分比：a)改性乳化沥青：30%；b)水泥：30%；c)填料：5%；d)自来水：5%；e)助剂：0.01%；f)纤维：0.05%。

其中，水泥由硅酸盐水泥PII、普通硅酸盐水泥P.O和粉煤灰硅酸盐水泥P.F组成，其质量比为1：1：1。

其中，填料由石灰石石粉、子午胎胶粉、气相二氧化硅组成，其质量比为:1：3：2。

其中，助剂由铁粉、氧化钙、GPE30、磷酸三丁酯、无水偏铝酸钠组成，其质量比为1：1：1：1：2。

其中，纤维由甲基纤维素醚、甲基纤维素醚、梭甲基烃乙基纤维素醚、烃乙基纤维素醚组成，其质量比为1：1：1：1。

3）半柔性重载路面铺装结构的施工

①改性乳化沥青稀浆封层

在处理好的路基上，按照改性乳化沥青稀浆封层矿料级配设计，将矿料、改性乳化沥青、水按质量比为100：12：7的各物料，经稀浆封层或微表处摊铺机拌和均匀，摊铺成6mm厚，养生12小时形成改性沥青稀浆封层8。

②半柔性基层的摊铺

在上述改性乳化沥青稀浆封层8上，按照水泥—乳化沥青混凝土配合比设计，采用带有搅拌的混合器，将集料、水泥—乳化沥青砂浆、水按质量比为40：55：5的各物料混合，摊铺成6cm厚，养护7～15天形成半柔性路面基层7，下表24是水泥-乳化沥青混凝土的主要性质：

表24水泥—乳化沥青混凝土性质

③粘结层的撒铺

④中下面层的摊铺

在上述高粘度改性沥青粘结层6上，分别采用低标号道路沥青和ATB-25、AC-EME14级配类型，双层摊铺低标号道路沥青密级配沥青稳定碎石和高模量沥青混合料，形成下面层5和中面层3。其中，下面层5的各物料质量比为集料：矿粉：沥青为100:5.0:4.6；中面层3各物料的质量比是：集料：矿粉：沥青为100:5.5:5.9；同时，在下面层5与中面层3上撒布高粘度改性沥青形成粘结层4和粘结层2，其高粘度改性沥青的撒布量为0.68L/m²，下表25分别是低标号道路沥青密级配沥青稳定碎石和高模量沥青混合料的主要性质：

表25中下面层沥青混合料的性质

⑤表面层的摊铺

在粘结层2上，按照上述SMA-13矿料级配设计，将集料、矿粉、高粘度改性沥青按质量比为100：8：5.9的各物料进行拌和、摊铺，形成高粘度改性沥青混合料表面层1，其中，聚丙烯纤维用量为0.5%，下表26是高粘度改性沥青混合料的主要性质检测结果：

表26高粘度改性沥青混合料性质

试验项目	技术指标	试验项目	技术指标
				孔隙率，%	4.0	小梁弯曲试验，με	2650
浸水马歇尔稳定度，%	94.5	谢伦堡析漏损失，%	0.05
				冻融劈裂强度比，%	88.3	肯特堡飞散，%	3.0
高温稳定度，次/mm	6680

Claims

1.一种半柔性重载路面铺装结构，其特征在于：所述半柔性重载路面铺装结构包括：

表面层：4~6cm SMA-13或SMA-16的高粘度改性沥青混合料，

中面层：6~10cm AC-EME14或AC-EME20的高模量沥青混合料，

半柔性基层：6~12cm的骨架密实型水泥—乳化沥青混凝土，

其中表面层与中面层之间、中面层与下面层之间、下面层与半柔性基层之间设有高粘度改性沥青粘结层，其单位面积撒布量为0.6~0.8kg/m²；半柔性基层与底基层之间设有ES-2型改性乳化沥青稀浆封层，其适宜厚度为6mm~10mm。

2.根据权利要求1所述的半柔性重载路面铺装结构，其特征在于：所述表面层SMA-13或SMA-16型高粘度改性沥青混合料由以下原料与重量比拌和后铺装而成，集料：矿粉：纤维：高粘度改性沥青=100:7～10:0.2～0.5:5.5～6.5。

3.根据权利要求1所述的半柔性重载路面铺装结构，其特征在于：所述中面层AC-EME14或AC-EME20型高模量沥青混合料由以下原料与重量比拌和后铺装而成，集料：矿粉：低标号道路沥青=100:5.0～6.0:5.5～6.5。

4.根据权利要求1所述的半柔性重载路面铺装结构，其特征在于：所述下面层ATB-25或ATB-30型低标号道路沥青混合料由以下原料与重量比拌和后铺装而成，集料：矿粉：低标号道路沥青=100:5.0～6.0:4.0～5.5。

5.根据权利要求1所述的半柔性重载路面铺装结构，其特征在于：所述ES-2型改性乳化沥青稀浆封层由以下原料与重量比拌和后铺装而成，集料：普通硅酸盐水泥：水：改性乳化沥青=100：1～2：5～9：9～15。

6.根据权利要求2、3、4或5所述的半柔性重载路面铺装结构，其特征在于：所述集料为玄武岩或石灰岩或辉绿岩的粗集料和细集料，所述矿粉为石灰岩石粉，其中粗集料、细集料、矿粉的理化性质应满足JTG F40-2004《公路沥青路面施工技术规范》相应的技术要求；所述不同结构层的集料配合比对应于下列筛孔尺寸37.5、31.5、26.5、19、16、13.2、9.5、4.75、2.36、1.18、0.6、0.3、0.15、0.075mm，

对于沥青马蹄脂SMA-13，其重量百分比通过率依次为：100、100、100、100、100、90~100、50~75、20~34、15~26、14~24、12~20、10~16、9~15、8~12；

对于沥青马蹄脂SMA-16，其重量百分比通过率依次为：100、100、100、100、90～100、65~85、45~65、20~32、15~24、14~22、12~18、10~15、9~14、8~12；

对于高模量沥青混合料AC-EME14，其重量百分比通过率依次为：100、100、100、100、100、90~100、60~85、45~65、28~40、18~30、12~20、8~15、6、5~10、5.5~7.5；

对于高模量沥青混合料AC-EME20，其重量百分比通过率依次为：100、100、100、100、90~100、70~85、55~75、45~63、28~38、18~28、12~18、8~16、6.5~8、5.5~7.5；

对于密级配沥青碎石基层ATB-25，其重量百分比通过率依次为：100、100、100、90~100、70~90、60~82、51~73、40~65、24~48、14~32、10~24、7~18、6~14、4~10、3~7；

对于密级配沥青碎石基层ATB-30，其重量百分比通过率依次为：100、90～100、70～90、53～72、44～66、39～60、31～51、20～40、14～32、10～25、8～18、4～14、3～10、2～6；

对于改性乳化沥青稀浆封层ES-2：100、100、100、100、100、100、100、90～100、65～90、45～70、30～50、18～30、10～21、5～15。

7.根据权利要求2所述的半柔性重载路面铺装结构，其特征在于：所述高粘度改性沥青是由基质沥青、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物SBS 791、废橡胶粉、APAO改性剂、Hersbit858改性剂、碳9石油树脂组成；其中，基质沥青、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物SBS 791、废橡胶粉、APAO改性剂、Hersbit858改性剂、碳9石油树脂的重量比为100:5～10:4～12:3～6:3～8:3～5，基质沥青是满足JTG F40-2004《公路沥青路面施工技术规范》A级50号或70号或90号道路沥青中的一种。

8.根据权利要求2或7所述的半柔性重载路面铺装结构，其特征在于：所述高粘度改性沥青的基本性质满足：25℃针入度≥40/0.1mm；软化点≥80℃；15℃延度≥50cm；25℃弹性恢复≥85%；60℃动力粘度>20000Pa.s；135℃动力粘度<3.0Pa.s；薄膜加热质量变化率≤0.6%；薄膜加热针入度残留率≥65%；粘韧性≥15N.m；韧性≥20N.m；脆点<-20℃。

9.根据权利要求3或4所述的半柔性重载路面铺装结构，其特征在于：所述低标号道路沥青满足：25℃针入度15～25/0.1mm；软化点≥60℃；60℃动力粘度≥2000pa.s；135℃动力粘度≤2.5pa.s；蜡含量≤2.0%；Fraass脆点≤0℃；RTFOT后残留物质量变化≤0.5%；RTFOT后残留物针入度比≥70%。

10.根据权利要求5所述的半柔性重载路面铺装结构，其特征在于：所述改性乳化沥青为SBR改性乳化沥青，其主要性质满足：标准粘度C₂₅为30～80s；蒸发残留物含量≥60%；蒸发残留物针入度为40～100/0.1mm；蒸发残留物软化点≥50℃；蒸发残留物15℃延度≥40cm；1天储存稳定性≤1；5天储存稳定性≤5。