CN104846714A - 热反射雾封层材料及用于高温重载条件下抗车辙路面结构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了热反射雾封层材料的高温重载条件下抗车辙路面结构，由以下质量份配比的原料混合而成，中空陶瓷微粒0.5-3份，乳化沥青7-9.5份。用上述的热反射雾封层材料的高温重载条件下抗车辙路面结构，从上至下依次包括上面层、中下面层、基层；所述上面层为SMA-13沥青混合料层，中下面层为HMAC-20高模量沥青混合料层，基层为LSAM大粒径沥青混合料层、水泥稳定碎石层，所述上面层的表面涂覆热反射雾封层材料。
Description
技术领域
本发明涉及土木工程技术领域，具体涉及一种路面用的热反射雾封层材料，以及用该热反射雾封层材料的高温重载条件下抗车辙路面结构。
背景技术
车辙是路基路面在重复行车荷载作用下路面不可恢复应变的累积
变形及行车荷载作用下的压密变形，是沥青路面特有的一种损坏现象。从20 世纪70 年代美国的调查表明，在州 际和主要公路上车辙所致的路面损害约40%； 20 世纪80 年代日本的调查表明，由于车辙引起的路面损害高达80%。在我国，近几年高速公路建设事业迅猛发展，在许多省区沥青路面均不同程度的出现了大面积的早期车辙破坏。沥青路面的车辙是当前最主要的路面结构破坏形式之一，特别是在高温重载作用下沥青路面的车辙发展更快。车辙的形成不仅会导致路面积水，厚度减薄，直接影响行车的舒适性和安全性，而且还会引起路面其它破坏形式的产生和加剧。多年来国内外道路技术工作者从路面结构、材料、混合料组成设计、车辙控制指标等方面进行分析和研究，取得了一定的成果。但由于超载、交通量激增、极端高温天气等原因，车辙目前仍是世界性的难题之一。
目前，针对沥青路面用热反射材料的研究很多，例如申请号2013102474949，专利申请名称为一种沥青路面热反射涂料，公开了路面用热反射材料混合树脂体系，中空微珠，轻质碳酸钙，分散剂，气相二氧化硅，偶氮二异丁晴，成膜助剂组成。这些材料和方法使用后，都在一定程度上降低了沥青路面的表面温度，减少车辙危害，但其不足之处是，该热反射材料有机物质占比较多，不仅污染环境，而且成本较高，影响其推广使用。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种热反射雾封层材料，同时提供用这种材料的高温重载条件下抗车辙路面结构，克服现有技术存在的缺陷。
本发明通过以下技术方案实现：
热反射雾封层材料，由以下质量份配比的原料混合而成，中空陶瓷微粒0.5-3份，乳化沥青7-9.5份。
本发明进一步改进方案是，按质量份配比，中空陶瓷微粒1份，乳化沥青9份。所述中空陶瓷微粒的粒径为45～150μm。
用上述的热反射雾封层材料的高温重载条件下抗车辙路面结构，从上至下依次包括上面层、中下面层、基层；所述上面层为SMA-13 沥青混合料层，中下面层为HMAC-20 高模量沥青混合料层，基层为LSAM 大粒径沥青混合料层、水泥稳定碎石层，所述上面层的表面涂覆热反射雾封层材料。
所述上面层的厚度为4厘米，中下面层的厚度为8厘米，基层中的LSAM 大粒径沥青混合料层厚度为10厘米、水泥稳定碎石层厚度为21厘米。
所述热反射雾封层材料喷涂量为0.23～0.45 L/m2。
所述上面层的SMA-13沥青混合料层为PG82改性沥青和聚酯纤维混合而成，所述聚酯纤维占混合料层重量百分比为0.1-0.5 %。
所述中下面层的HMAC-20 高模量沥青混合料层为A级沥青和PRPLAST.S改性剂混合而成, 所述PRPLAST.S改性剂占混合料层重量百分比为0.2-0.5﹪。模量与抗车辙性能随掺量增加而显著增大，0.2%时经济性较好，0.5%时抗车辙效果好。
所述基层中的LSAM 大粒径沥青混合料层，其粒料粒径为一级。
本发明围绕高温重载区高速公路抗车辙路面结构进行设计研究，对高速公路抗车辙路面结构组合进行设计和相应的厚度计算，设计了新型高温重载公路抗车辙路面结构组合，在上面层的表面涂覆热反射功能路表材料降低路表及路面结构内部温度，配合中、下面层及基层结构，实现路面高温重载抗车辙功能。
根据力学分析，路面不同深度处的各结构层都有其不同的受力特点和损坏特性，因此设计时针对不同结构层所处的位置和受力特点进行材料选择、沥青混合料设计。本发明上面层采用SMA-13 沥青混合料，中下面层采用HMAC-20 高模量沥青混合料，基层采用LSAM 大粒径沥青混合料与水泥稳定碎石。大径沥青混合料基层具有很强的柔和变形能力，作为应力消散层，可减少路面反射裂缝的产生，同时由于其模量与沥青混凝土面层相近，可以使路面结构受力更均匀。
所使用高模量沥青混合料具有以下特点：a)模量(强度)高:提高路面整体强度与承载能力；b)抗车辙:高模量的结构层能够有效的将荷载分散开来向下传播,减小沥青层承受的压力,从而产生了抗车辙的效果；c)抗剪切变形:高模量的沥青结构层与半刚性基层之间的模量比有所减小,使两者界面上所产生的剪切力也大大减小,这使得沥青混凝土不易产生剪切推移或流动变形。本发明所采用的改性剂为法国生产的PRPLAST.S改性剂。PRPLAST.S是一种改善沥青混合料高温性能的专用改性剂,呈深蓝色或者黑色，外观为4mm左右的固体颗粒状,其主要成分为改性的高密度PE及低密度PE,属于热塑性树脂类；仅软化不溶解,燃烧无气味。其组成中95%以上为纤维聚合物,5%以下为填充物。PRPLAST.S在沥青混合料中的作用机理为:该聚合物在沥青混合料中通过部分溶解形成胶结,从而达到降低渗透性,提高软化点温度,降低热敏性的作用；其次,通过聚合物中塑料纤维在集料骨架内搭桥而形成钢筋作用；同时这类聚合物颗粒施工中临时软化,然后在碾压过程中热成型,从而填充集料骨架中的空隙.以上三种综合作用使得沥青混合料的性能显著提高,尤其是抗车辙能力,也提高了混合料的模量。
HMAC-20高模量沥青混合料的抗车辙性能得到显著提高，主要充当中面层的抗车辙功能。掺入PR改性剂的沥青混合料抗高温变形能力也得到很大的提升；其低温性能降低，且随改性剂掺量的增加对混合料的低温性能影响越显著；HMAC的抗水损害能力较普通沥青混合料均有不同程度的改善。改性剂PR及其掺量对提高沥青混合料抗水损害能力显著有效,随改性剂掺量增加抗水损害能力越强。
LSAM大粒径沥青混合料基层与高模量面层组合使用（新型组合）。
对于LSAM大粒径沥青混合料，从沥青混合料组成结构分析，增大粗集料用量，使其形成骨架，这对于沥青混合料的高温稳定性十分有利，对于以高温稳定性和抗水害为主的地区，可以采用骨架稳定度稍低一些的级配。大粒径沥青混合料通过增大粒径，既降低油量，又在不增加造价的情况下，增强了沥青路面的抗车辙能力，减缓了反射裂缝的发生。水泥稳定砂砾层基础上，合理有效使用LSAM并在其上设置高模量层，此新型组合对于减轻沥青路面车辙、剪切破环等病害，提高路面的使用性能，延长路面的使用寿命，具有重要的现实和经济意义。
为了能够设计出更合理的路面结构厚度，本发明在保持相同层底拉应力的情况下，采用控制HMAC-20高模量沥青混合料层厚度的方法，来分析水泥稳定碎石层厚度的变化，以确定两者最佳的厚度。试验结果如图2所示。从图２可知，本发明优选出的高模量沥青混合料层为8cm, 水泥稳定碎石层为 21cm。与传统的路面结构相比，这种组合的设计减小了整体路面的厚度，同时在使用效果上，由于结构厚度得到很好的优化，极大的减少了车辙病害的发生，使得公路路面路用性能得到很大的提高。
综上，本发明与现有技术相比，具有以下明显优点
（1）本发明将热反射路面材料和抗车辙路面结构作为一个整体进行研究，获得的热反射雾封层材料，不仅能够降低路表温度，而且配方简单（仅在乳化沥青中添加陶瓷微粒），对环境及施工现场无污染，同时，本发明从力学角度研究了抗车辙的材料性能、以及路面结构，实现了热反射材料与路面结构耦合作用共同抗车辙的功能。
（2）路用性能好，兼有预防性养护功能。
本发明在目前路面使用较多的常温预防性养护雾封层材料中添加具有低导热系数、高反射率、高辐射率、低蓄热系数等热物理性能的热反射功能材料，在充分保证其路用性能、预防性养护功能，以及耐蚀、耐候、耐久性、颜色与路面相同等良好性能的同时，具有热反射功能，与现有技术中的热反射材料具有显著不同。例如，本发明的热反射雾封层材料只有两个组分，造价合理，施工方便，而目前的热反射材料，大多需要添加高反射填料、颜料、促进剂、增塑剂、溶剂、防沉剂、固化剂等多个组分,不便于施工现场配制施工，且造价高。
（3）使用效果好，适用范围广。
本发明的热反射雾封层材料，经使用证明，最大降温幅度可达7℃，有很好的降温效果，既适用高速公路，同时也适用城市道路，既适用新建道路也适用已建道路夏季防车辙使用，既适用东部高温地区夏季抗车辙使用，也可用于西部多年冻土区减少路表吸热、冻土融化引起的路面病害，可以说本发明具有广阔的应用前景。
附图说明
图1为本发明路面结构示意图。
图2为本发明中的HMAC-20高模量层与水泥稳定碎石层厚度变化示意图。
图3为实施例1与几种路面表层温度对比示意图。
具体实施方式
实施例1
按质量份配比，取中空陶瓷微粒1份，乳化沥青9份，将两者混合均匀，得到热反射雾封层材料，按常规将热反射雾封层材料喷涂于上面层1的表面，形成热反射雾封层4，其喷涂量为0. 35 L/m2。所述陶瓷微粒的粒径为100μm。
在上面层1的表面涂覆有上述热反射雾封层材料的抗车辙路面结构，如图1所示，本发明从上至下依次包括上面层1、中下面层2、基层3。所述上面层1为SMA-13 沥青混合料层，中下面层2为HMAC-20 高模量沥青混合料层，基层3为LSAM 大粒径沥青混合料层31、水泥稳定碎石层32。
上面层1的厚度为4厘米，中下面层2的厚度为8厘米，基层3中的LSAM 大粒径沥青混合料层31厚度为10厘米、水泥稳定碎石层32厚度为21厘米。
在本实施例中，所述SMA-13沥青混合料层为PG82改性沥青和聚酯纤维混合而成，所述聚酯纤维占混合料层重量百分比为0.3 %。
所述基层3中的LSAM 大粒径沥青混合料层，其粒料粒径为一级（粒径最大直径为53厘米）。
所述的HMAC-20 高模量沥青混合料层为A级沥青和PRPLAST.S改性剂混合而成, 所述PRPLAST.S改性剂占混合料层重量百分比为0.3﹪。采用的改性剂为法国生产的PRPLAST.S改性剂。所述PRPLAST.S改性剂是一种改善沥青混合料高温性能的专用改性剂,呈深蓝色或者黑色，外观为4mm左右的固体颗粒状,其主要成分为改性的高密度PE及低密度PE,属于热塑性树脂类；仅软化不溶解,燃烧无气味。其组成中95%以上为纤维聚合物,5%以下为填充物。PRPLAST.S在沥青混合料中的作用机理为:该聚合物在沥青混合料中通过部分溶解形成胶结,从而达到降低渗透性,提高软化点温度,降低热敏性的作用；其次,通过聚合物中塑料纤维在集料骨架内搭桥而形成钢筋作用；同时这类聚合物颗粒施工中临时软化,然后在碾压过程中热成型,从而填充集料骨架中的空隙.以上三种综合作用使得沥青混合料的性能显著提高,尤其是抗车辙能力,也提高了混合料的模量。
本发明中的HMAC-20高模量沥青混合料的抗车辙性能得到显著提高，主要充当中面层的抗车辙功能。掺入PRPLAST.S改性剂的沥青混合料抗高温变形能力也得到很大的提升；其低温性能降低，且随改性剂掺量的增加对混合料的低温性能影响越显著；HMAC的抗水损害能力较普通沥青混合料均有不同程度的改善。改性剂PRPLAST.S及其掺量对提高沥青混合料抗水损害能力显著有效,随改性剂掺量增加抗水损害能力越强。
由图3可知，未添加中空陶瓷微粒的乳化沥青雾封层与原路面温度较接近只有1℃左右温差，添加中空陶瓷微粒的热反射层的温度要远低于普通的乳化沥青雾封层，尤其在高温时段11点到15点之间，外界气温较高，其温度差达到最大，热反射层相比乳化沥青雾封层最大降温幅度可达7℃，这证明了热反射层在高温条件下会有明显优于乳化沥青雾封层和原路面的降温效果。测试方法：在一定时间范围内，每隔15分钟分别测定原路面，乳化沥青雾封层路面和添加中空陶瓷微粒的乳化沥青雾封层路面的温度。
Claims (9)
1.热反射雾封层材料的高温重载条件下抗车辙路面结构，其特征在于：由以下质量份配比的原料混合而成，中空陶瓷微粒0.5-3份，乳化沥青7-9.5份。
2.如权利要求1所述的热反射雾封层材料的高温重载条件下抗车辙路面结构，其特征在于：按质量份配比，中空陶瓷微粒1份，乳化沥青9份。
3.如权利要求1或2所述的热反射雾封层材料的高温重载条件下抗车辙路面结构，其特征在于：中空陶瓷微粒的粒径为45～150μm。
4.用权利要求1-3任一项所述的热反射雾封层材料的高温重载条件下抗车辙路面结构，其特征在于：从上至下依次包括上面层（1）、中下面层（2）、基层（3）；所述上面层（1）为SMA-13 沥青混合料层，中下面层（2）为HMAC-20 高模量沥青混合料层，基层（3）为LSAM 大粒径沥青混合料层、水泥稳定碎石层，所述上面层（1）的表面涂覆热反射雾封层材料。
5.如权利要求4所述的热反射雾封层材料的高温重载条件下抗车辙路面结构，其特征在于：上面层（1）的厚度为4厘米，中下面层（2）的厚度为8厘米，基层（3）中的LSAM 大粒径沥青混合料层厚度为10厘米、水泥稳定碎石层厚度为21厘米。
6.如权利要求4所述的热反射雾封层材料的高温重载条件下抗车辙路面结构，其特征在于：热反射雾封层（4）喷涂量为0.23～0.45 L/m2。
7.如权利要求4所述的热反射雾封层材料的高温重载条件下抗车辙路面结构，其特征在于：所述上面层（1）的SMA-13沥青混合料层为PG82改性沥青和聚酯纤维混合而成，所述聚酯纤维占混合料层重量百分比为0.1-0.5 %。
8.如权利要求4所述的热反射雾封层材料的高温重载条件下抗车辙路面结构，其特征在于：所述中下面层（2）的HMAC-20 高模量沥青混合料层为A级沥青和PRPLAST.S改性剂混合而成, 所述PRPLAST.S改性剂占混合料层重量百分比为0.2-0.5﹪。
9.如权利要求4所述的热反射雾封层材料的高温重载条件下抗车辙路面结构，其特征在于：所述基层（3）中的LSAM 大粒径沥青混合料层，其粒料粒径为一级。
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