CN103882787B - 基于酶土固化基底层的改性碾压混凝土面层的路面结构 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于生物酶土壤（简称酶土）固化基层、底基层（简称基底层）和生物酶、胶粉、纤维（简称多元）三次（多次）改性碾压混凝土面层的路面结构，包括底基层（3）、基层（2）和面层（1），基层（2）铺设于底基层（3）之上，面层（1）铺设于基层（2）之上，其中，底基层（3）和基层（2）为通过生物酶土壤固化形成的稳定层（简称酶土固化基底层）；面层（1）为通过多元多次改性碾压水泥混凝土形成的层。本发明的目的在于提供一种新型路面结构，使由该种路面结构构成的公路路面具有高韧性、抗冲击、抗裂、抗滑、耐磨损、阻燃、降噪、易维护等性能优势，可有效提高行车舒适性、改善行车环境，提高公路的使用性能。

Description

基于酶土固化基底层的改性碾压混凝土面层的路面结构

技术领域

本发明涉及道路工程路面工程领域，尤其是一种基于酶土固化基底层的改性碾压混凝土面层的路面结构。

背景技术

路面设计的目的在于提供技术先进、经济合理、安全可靠、经久耐用的路面结构，从而使之在预定的设计期内在行车荷载和环境因素作用下，具有符合使用要求的功能。如何设计更加科学合理的公路路面，不断提高路面的使用性能和耐久性一直是路面技术研究的主要课题。尽管我国目前已经有一套较为完善的路面结构设计和施工技术规范来指导路面设计，但是它只是理论分析和有限经验总结基础上得出的路面设计和施工的一般原则。事实上，中国幅员辽阔，各地自然条件差异悬殊，交通荷载、经济条件、材料性质、技术水平千差万别，仅仅依据规范规定的原则和方法进行设计参数取值和路面结构计算，难以充分反映各地区的具体情况，在某些情况下设计结果与实际难免会产生脱节。

按照我国公路建设规划，未来的二十年仍将面临大量的公路建设和养护管理任务。目前，公路工程建设的路面结构相对单一，公路面层结构主要有沥青混凝土及水泥混凝土两种材料型式，基层、底基层的厚度及材料也很相似，除少量公路采用柔性级配碎石基层外，绝大多数均采用水泥稳定碎石。

沥青路面相对水泥混凝土路面而言，具有表面平整、无接缝、行驶舒适、耐磨、噪音小、维修速度快、对新建路基变形的适应性较强等优势，我国已建成的高速公路路面约75％采用了沥青路面，我国95％以上的高等级公路沥青路面的基层均采用了半刚性材料，半刚性基层沥青路面，是我国目前应用最广泛的路面结构形式。半刚性基层具有较高的强度与承载力、良好的整体稳定性和耐久性，为实现“强基薄面”的结构提供了可靠保证。然而，随着半刚性基层沥青路面在高速公路上的大量使用，同时也造成了目前我国高速公路沥青路面结构形式单一，破坏类型相似的情况。这种单一的路面结构形式很难适应在不同气候环境下的使用要求。半刚性基层沥青路面早期损坏现象也比较普遍，而且有些还比较严重，特别是在多雨地区、重载交通的高速公路上，主要表现为裂缝和车辙严重、耐久性不足。但是在这种路面的使用过程当中，我们发现了很多路面破坏现象：冲刷、卿浆、局部网裂和坑洞；路面裂缝；辙槽、推挤和拥包；沥青面层从基层表面脱落等。在半刚性路面所产生的破坏中，尤为严重的是由半刚性材料本身的干缩和温缩等特性导致沥青路面出现的反射裂缝。另外，半刚性材料水稳定性差、结构排水性能差，遇水后易产生浮浆，导致承载能力下降。

水泥混凝土路面通常称为刚性路面。包括普通水泥混凝土、钢筋混凝土、连续配筋混凝土、预应力混凝土、装配式混凝土、钢纤维混凝土等面层板和基层所组成的路面。混凝土板的弹性模量和强度远远大于基层和土基的弹性模量和强度，路面具有“刚性”。水泥混凝土路面具有强度高、稳定性好、耐磨性强、耐腐蚀、使用寿命长等特点，因而获得了较广泛的应用，是适应载重大、速度高、密度大车辆运输需要的高等级路面。但水泥混凝土路面有接缝、噪音大、行车舒适性较差、维修成本高、维修周期长；面层与基层变形协调能力差，容易破坏，超载运行对刚性路面极为不利，极易形成断板、断边、断角等结构性破坏；在交通量大、重载车多的路面上，对基层的抗冲刷性要求较高，否则将在接缝部位出现唧泥、错台和啃边，造成路面行车颠簸；养护修复困难，混凝土路面破坏后，挖掘和修补工作都很费事，且影响交通，施工后经过15～20d的湿治养生，才能开放交通；水泥混凝土路面面层厚度较大，一般均在20cm以上，对水泥和水的需要量大；阳光下反光太强，汽车驾驶员感觉不舒服。

由此可见，如何综合沥青混凝土和水泥混凝土的特点，有效提高道路的使用性能，使其适应不断提升的使用要求，已成为目前公路建设者亟需解决的重大课题。通过技术创新，开发既具有水泥混凝土路面的高强度，又具有沥青路面的柔性，综合水泥混凝土路面与沥青路面的优点的新型路面结构，这是公路工作者多年来在实际应用中探索选择的路面结构形式。基于生物酶土壤固化基底层和多元多次改性碾压混凝土面层的新型道路结构技术，适应新形势要求，推动了我国公路建设技术的新进步。

发明内容

针对相关技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种路面结构，使由该种路面结构构成的公路具有高韧性、抗冲击、抗裂、耐磨损、阻燃、抗滑、降噪等性能优势，可有效提高行车舒适性、改善行车环境，提高公路的使用性能。

为实现上述目的，本发明提供了一种基于酶土固化基底层的改性碾压混凝土面层的路面结构，包括底基层、基层和面层，底基层铺设于路基之上，基层铺设于底基层之上，面层铺设于基层之上，其中，底基层和基层为通过生物酶土壤固化形成的层；面层为通过多元多次改性碾压水泥混凝土形成的层。

根据本发明，底基层和基层是由生物酶、碎石、土、添加剂和水按设计比例拌合并经碾压后形成，其中碎石比例约为30％-70％，土比例为20％-80％，其中用于形成底基层和基层的混合料中的生物酶的用量小于等于0.4L/每立方。

根据本发明，底基层和基层中还包括粘土、废弃渣、建筑渣及风化岩。

根据本发明，面层至少由生物酶、胶粉、纤维、水泥、碎石、砂、水及外加剂经拌合后互相粘结形成混合料，混合料通过碾压并经由生物酶、胶粉、水泥、水高速搅拌后的混合改性液喷洒定型后形成面层。

根据本发明，在混合料中，纤维在0.5～0.9kg/每立方的范围内；生物酶、胶粉在2.5～3.5kg/每立方的范围内；水泥在150～300kg/每立方的范围内；碎石在1000～2000kg/每立方的范围内；砂在150～850kg/每立方的范围内；水在100～400kg/每立方的范围内。

根据本发明，纤维为改性聚丙烯柔性纤维，生物酶、胶粉为高分子有机聚合物改性胶粉。

根据本发明，面层经摊铺、碾压形成在基层之上。

本发明的有益技术效果在于：

本发明是一种既不同于传统的水泥混凝土路面结构又不同于沥青混凝土路面结构的新型路面结构，本发明在保持水泥混凝土路面高强度的同时，克服了水泥混凝土的脆性，路面变形能力强，承载能力高，能适应面层与基层之间的变形与非均匀支撑，具有优良的抗裂性能；同时，具有沥青路面的柔性特点，具有更高的强度，优良的粘结性，热稳定性、水稳定性、抗老化性、耐久性，行车舒适性高、取材方便、施工工艺简单、养护期短的优点；在保证优良的路用性能的前提下，大幅降低路面面层的厚度，减少水泥的掺量，大量减少临时用地，极大的保护生态环境，具有显著的经济效益。另外，相比于现有技术，本发明的新型路面结构具有很强的实用性，具有广阔的推广、应用前景。

附图说明

图1是本发明路面结构的截面示意图。

具体实施方式

现参照附图，描述本发明的路面结构。图1示出的是本发明路面结构的截面示意图，其中，该路面结构包括底基层3、基层2和面层1。底基层3铺设于路基4之上，基层2铺设于底基层3之上，面层1铺设于基层2之上。

更具体地，底基层3和基层2为通过生物酶土壤固化形成的层；而面层1为通过多元多次改性碾压水泥混凝土形成的层。其中，本文所述“多元多次改性”指的是通过添加生物酶、胶粉、有机纤维三次对以水泥混凝土为基质的混合料进行的改性。

在一个优选的实施例中，底基层3和基层2为由生物酶、碎石、土、添加剂和水按设计比例拌合形成混合料并经碾压后的层。其中，用于形成底基层和基层的混合料中的生物酶的用量小于等于0.4L/每立方。添加剂例如可以使用水泥或胶液。其中，上述的设计比例指的是形成混合料的各种原料之间的比例关系，可以根据不同路面、不同环境、不同地理位置来设定，即，本发明中上述设计比例不局限于某一特定比例，本发明不局限于此。当然应当理解，上述各组成部分之间的比例可根据具体使用情况而定，例如，在不同城市、不同环境、或不同气候条件下，上述比例可能会发生改变。此外，生物酶的用量也是可以根据具体使用情况而定，本发明并不局限于此。另外，在本发明中所使用的生物酶为TerraZyme(泰然酶)产品。应当理解，其他适当的生物酶也可应用在本发明中。

在一个可选的实施例中，本发明路面结构中的底基层3和基层2除了包括上述的各组成部分之外，还可以在底基层3和基层2中添加其他物料，这例如可以包括粘土、废弃渣、建筑渣及风化岩。

在一个优选的实施例中，面层1可以至少由纤维、生物酶、胶粉、水泥、碎石、砂、水及外加剂经拌合后互相粘结形成混合料，该混合料通过碾压并经由生物酶、胶粉、水泥、水高速搅拌后的混合改性液喷洒定型后形成本发明中的面层1。其中，上述的外加剂为本领域所公知的在搅拌混凝土过程中所添加的外加剂。在一个实施例中，上述形成面层1的混合料中，纤维可以在0.5～0.9kg/每立方的范围内；生物酶、胶粉可以在2.5～3.5kg/每立方的范围内；水泥可以在150～300kg/每立方的范围内；碎石可以在1000～2000kg/每立方的范围内；砂可以在150～850kg/每立方的范围内；水可以在100～400kg/每立方的范围内。当然应当理解，上述各组成部分也可以在其他适宜的范围内，这可以根据路面铺设的具体地理位置、周边环境、气候条件来决定，而外加剂在本发明中的使用量也可以根据具体使用情况而定，本发明并不局限于此。

进一步，在一个优选的实施例中，形成面层1的组成材料中的纤维可以为改性聚丙烯柔性纤维，生物酶、胶粉可以为高分子有机聚合物改性胶粉。

在另一个可选的实施例中，面层1可以经摊铺、碾压形成在基层2之上。

更具体地，在本发明中，底基层3和基层2对原材料的选择比传统技术更加宽松广泛。面对众多选择，设计不同原材料的配合比，也更加灵活。具体地，本发明中的底基层3和基层2的配比设计的目的，是在满足强度要求的诸多原材料中，在兼顾质量性能、建设成本、取用方便、环境保护、减少土地占用等因素的前提下，获取最佳的综合建设效果的原材料配合比。

另外，在本发明的一个实施例中，底基层3和基层2可包括广泛存在且价格低廉的土、废弃渣、建筑渣及风化岩等材料。当土中含有骨料时，可少掺或不掺碎石。形成底基层3和基层2的混合料的配比应形成稳定的骨架密实结构，一定数量的粗集料形成骨架结构，又有足够的细集料填充粗集料之间的空隙。

综上所述，本发明是一种既不同于传统的水泥混凝土路面结构又不同于沥青混凝土路面结构的新型路面结构，本发明在保持水泥混凝土路面高强度的同时，克服了水泥混凝土的脆性，路面变形能力强，承载能力高，能适应结构层与基层之间的变形与非均匀支撑，具有优良的抗裂性能；同时，又具有沥青路面的柔性特点，具有更高的强度，优良的粘结性，热稳定性、水稳定性、抗老化性、耐久性好，行车舒适性高、取材方便、施工工艺简单、养护期短、节约资源、造价低等优点；在保证优良的路用性能的前提下，大幅降低路面面层的厚度，减少水泥的掺量，带来显著的经济性。另外，相比于现有技术，本发明的新型路面结构具有很强的实用性，具有广阔的推广、应用前景。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种基于酶土固化基底层的改性碾压混凝土面层的路面结构，其特征在于，包括底基层(3)、基层(2)和面层(1)，所述基层(2)铺设于所述底基层(3)之上，所述面层(1)铺设于所述基层(2)之上，

其中，所述底基层(3)和基层(2)为通过生物酶土壤固化形成的稳定层；所述面层(1)为通过多元多次改性碾压水泥混凝土形成的层，

其中，所述面层(1)至少由生物酶、胶粉、纤维、水泥、碎石、砂、水及外加剂经拌合后互相粘结形成混合料，所述混合料通过碾压并经由生物酶、胶粉、水泥、水高速搅拌后的混合改性液喷洒定型后形成所述面层(1)，

其中，所述多元多次改性为通过添加生物酶、胶粉、有机纤维三次对以水泥混凝土为基质的混合料进行的改性，

其中，所述底基层(3)和基层(2)是由生物酶、碎石、土、添加剂和水按设计比例拌合并经碾压后形成，其中所述碎石比例为30％-70％，土比例为20％-80％，其中用于形成所述底基层(3)和基层(2)的混合料中的所述生物酶的用量小于等于0.4L/每立方。

2.根据权利要求1所述的路面结构，其特征在于，所述底基层(3)和基层(2)中还包括粘土、废弃渣、建筑渣及风化岩。

3.根据权利要求1所述的路面结构，其特征在于，所述面层(1)经摊铺、碾压形成在所述基层(2)之上。