CN105696435A - 基于沥青路面的刚柔复合基层路段的设计方法及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种沥青路面的刚柔复合基层设计方法，其设计方法是在常规的沥青路面的半刚性基层设计方法中，在粗骨料中表面喷洒油脂类，使粗骨料与填充料之间呈柔性基层特征，以阻断粗骨料与填充料之间的粘结力作为微裂缝源，使基层路面达到设计的弹性模量阙值。本发明能减薄沥青面层厚度，节约大量建设资金；大幅延长道路使用寿命，减少大修次数和日常维修频率；保持良好的道路使用品质；大幅降低道路寿命周期费用。

Description

基于沥青路面的刚柔复合基层路段的设计方法及其应用

技术领域

本发明属于道路建筑材料的设计领域，具体涉及基于沥青路面的刚柔复合基层路段的设计方法。

背景技术

沥青路面是指在矿质材料中掺入路用沥青材料铺筑的各种类型的路面。沥青结合料提高了铺路用粒料抵抗行车和自然因素对路面损害的能力，使路面平整少尘、不透水、经久耐用。因此，沥青路面是道路建设中一种被最广泛采用的高级路面。

现有的沥青路面结构从下到上依次为垫层、底基层、基层以有最上面的面层。

面层是直接承受车轮荷载反复作用和自然因素影响的结构层，可由1~3层组成。表面层应根据使用要求设置抗滑耐磨、密实稳定的沥青层;中面层、下面层应根据公路等级、沥青层厚度、气候条件等选择适当的沥青结构层。

基层是设置在面层之下，并与面层一起将车轮荷载的反复作用传布到底基层、垫层、土基，起主要承重作用的层次。基层材料的强度指标应有较高的要求。基层视公路等级或交通量的需要可设置一层或两层。当基层较厚需分两层施工时，可分别称为上基层、下基层。

底基层是设置在基层之下，并与面层、基层一起承受车轮荷载反复作用，起次要承重作用的层次。底基层材料的强度指标要求可比基层材料略低。底基层视公路等级或交通量的需要可设置一层或两层。底基层较厚需分两层施工时，可分别称为上底基层、下底基层。垫层是设置在底基层与土基之间的结构层，起排水、隔水、防冻、防污等作用。

现有的公路沥青路面基层分为半刚性基层和柔性基层。半刚性基层为无机结合处治材料，如：水泥稳定碎石，我国广泛性使用半刚性基层；柔性基层没有无机结合料，如：级配碎石，国外使用较多。

半刚性基层的最大优点是板体性强，具有很高的承载力，在国外普遍用于交通量不很大的公路。其主要缺点：1.反射裂缝；2.透水性差；3.对重载敏感；4.没有愈合能力。尤其是反射裂缝问题，严重影响道路使用寿命，被称为半刚性基层沥青路面的“癌症”。我国高速公路普遍采用较厚沥青面层（一般18厘米以上）来延缓裂缝的反射，成本高，效果差。普通干线公路沥青面层较薄（一般10厘米以下），反射裂缝一般2到3年开始出现，发生早起破坏，其修补也比较困难，公路使用品质衰减较快。

柔性基层的优点是无反射裂缝，透水性好，对重载不敏感，缺点是易产生水平推移、网裂下沉、车辙，尤其是渠化交通路段更明显。国外大多采用全厚式沥青层（20—40厘米）来克服网裂下沉等。

如何集合半刚性基层和柔性基层路面两者的优点，而克服两者的缺点，是一个亟待解决的问题，国内外都没有一个完整的方案解决此技术问题。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种基于沥青路面的刚柔复合基层路段的设计方法。该基层结构抗压回弹模量在900MPa左右,介于半刚性和柔性基层之间(柔性基层一般在300MPa左右,半刚性基层在1800MPa左右。回弹模量大,承载能力强),是一种刚柔相济的新型基层结构。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明提供的基于沥青路面的刚柔复合基层路段的设计方法，其设计方法是在常规的沥青路面的半刚性基层设计方法中，在粗骨料中表面喷洒油脂类，以阻断粗骨料与填充料之间的粘结力作为微裂缝源，随机分散的微裂缝，松弛了半刚性基层的板体应力，使应力不传递，应变不叠加。粗骨料与填充料之间呈柔性基层（级配碎石）特征，弱化了半刚性基层的板体性，以达到克服收缩裂缝和荷载裂缝的目的。通过调整喷洒粗骨料的数量比例，使路面基层达到设计的回弹模量和抗裂效果的综合平衡。其他步骤与常规水稳碎石基层相同。

进一步地，所述主料骨采用粒径大于9.5mm粗碎石，所述喷洒油脂类的粗骨料为粒径大于9.5mm粗碎石，优选粒径为37.5mm~19mm粗碎石，喷洒的粗碎石喷洒顺序由大到小，直至达到规定的设计比例。

进一步地，弹性模量阈值为300~1800MPa之间，这时的这种结构的基层属于刚柔复合基层。

优选地，所述喷洒油脂类的粗碎石的量根据路面弹性模量实际需求计算，喷洒油脂类的粗碎石占全部粗碎石的10~100%。

优选地，所述油脂类包括石油产品类、植物油产品类、人工合成油脂类，其中一种或者多种。

优选地，所述油脂类用量占所喷洒石料的总重量不超过3%。

根据上述的基于沥青路面的刚柔复合基层路段的设计方法的应用，现有的废弃沥青面层往往作为建筑垃圾丢弃，通过本技术方案作用机理，可以将旧有废弃的沥青面层分块打碎成2~5厘米的粗颗粒后作为喷油后的粗骨料直接使用,当沥青老化较重时，可在沥青混合料碎块表面喷洒少量石油类溶剂。

本发明通过在粗骨料中表面喷洒油脂类，以阻断粗骨料与填充料之间的粘结力作为微裂缝源，作为承载面层所带来的压力缓冲空间，由于填料为水泥等固结，给粗石料的缓冲空间有限，并不会出现柔性基层所出现的易产生水平推移、网裂下沉等的现象，也不会出现半刚性基层没有缓冲空间造成反射裂缝、没有愈合能力等现象。

有益效果：本发明相对现有技术而言，具有以下优点：

1）本发明应用于新改建公路，可大幅度延长使用寿命，降低寿命周期费用。

我国沥青路面因半刚性基层结构性破坏，一般使用寿命为10~15年。且恢复性大修难度大、成本高。该发明技术应用于沥青面层与半刚性基层之间，作为弹性过度，使路面结构组成更加合理，减少结构层自身破坏，延长沥青路面整体的使用寿命。

2）本发明能够降低沥青面层的铺设厚度，大大减少了道路建设成本。

在路面结构设计时，将现有常规设计的2~3层水稳碎石中的上基层，变更设计为刚柔复合基层，比水稳基层造价增加20%左右，占新改建总投资1%左右，可以延长使用寿命1倍以上。

若用于高速公路新改建，可以将目前普遍采用厚沥青层减薄，由18厘米降为10厘米，实现“强基薄面”，不仅节省了大量投资，还减少了沥青面层车辙变形等病害。

由于延长使用寿命，减少了日常维护，不仅保持常态良好的公路使用品质，还降低了寿命周期费用，经济效益和社会效益显著。

本发明应用于半刚性沥青路面加铺大修，克服原有路面的反射裂缝，使之进入良性循环，其寿命的延长、节约寿命周期费用与新改建公路相同。

除此之外，本发明还可以利用沥青路面废弃沥青混合料碎块（粒径大于2厘米），作为喷油后的粗骨料直接使用，有利于环保和节能减排，循环经济效果好。

3）本发明可以作为探索我国长寿命沥青路面的技术途径。

长寿命沥青路面一直是国外广泛关注和讨论的问题，美国长寿沥青路面主要采取全厚式，由于我国石油资源缺乏，不可能像美国那样把沥青面层做得足够厚。要做到路面长寿命，基层必须保证长寿命。

交通部沙庆林院士提出的“强基薄面”理论，长期以来被我国公路路面结构广泛采用，但现实中最大的障碍是反射裂缝问题。由于刚柔复合基层结构有效解决了半刚性基层开裂的顽疾，给我国研究非全厚式长寿命沥青路面提供了新的技术途径。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作更进一步的说明。

一种基于沥青路面的刚柔复合基层路段的设计方法，其设计方法是在常规的沥青路面的基层设计方法中，在粗骨料中表面喷洒油脂类，以阻断粗骨料与填充料之间的粘结力作为微裂缝源，使基层路面达到设计的弹性模量阙值。

根据路面的实际情况，比如车辆主体、车流量等制定一条最适合的弹性模量刚柔基层，比如最适合的基层为弹性模量为800Mpa的基层，现设计方案如下：

某新建一级公路，原设计水稳碎石三层，共54厘米厚，每层厚度18厘米，其中：下底基层为3%低剂量水稳,沥青面层厚为18厘米。

1.优化设计

基层18厘米水稳碎石变更为刚柔复合基层，下底基层水泥剂量3%调为5%，结构层的承载能力基本不变。沥青面层由18厘米调整为10厘米。

2.刚柔复合基层回弹模量按800MPa设计，采用《公路沥青路面设计规范》，按骨架密实型水泥稳定碎石设计，石料级配范围的19.0mm方筛孔通过率取值为72%。初步测算：19.0mm以上骨料为28%，表面喷洒油膜，测算符合设计要求。

3.施工配合比由四种规格石料组成，其中：1号规格石料为19mm以上粗骨料，用量占总量的28%，将1号粗骨料全部喷洒乳化沥青，纯沥青用量占喷洒粗骨料的重量的1.2%，水泥剂量调整为6%，经试验：回弹模量近900MPa，满足设计要求。

4.拌合站建一个喷洒专用场地，用设备喷洒，油膜厚度要喷洒均匀，多余乳化沥青回收循环使用，喷洒48小时后转运至堆料场备用。

5.7天无侧限抗压强度，按照常规水稳碎石控制。

6.其他施工与常规水稳碎石相同。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于沥青路面的刚柔复合基层路段的设计方法，其特征在于：其设计方法是在常规的沥青路面的半刚性基层设计方法中，在粗骨料中表面喷洒油脂类，以阻断粗骨料与填充料之间的粘结力作为微裂缝源，使基层路面达到设计的弹性模量阙值。

2.一种根据权利要求1所述的基于沥青路面的刚柔复合基层路段的设计方法，其特征在于：所述粗骨料采用粒径大于9.5mm粗集料。

3.一种根据权利要求1所述的基于沥青路面的刚柔复合基层路段的设计方法，其特征在于：所述主料骨采用粒径为90mm~37.5mm或37.5mm~9.5mm粗集料。

4.一种根据权利要求1所述的基于沥青路面的刚柔复合基层路段的设计方法，其特征在于：所述弹性模量阙值为300~1800MPa。

5.一种根据权利要求4所述的基于沥青路面的刚柔复合基层路段的设计方法，其特征在于：所述喷洒油脂类的粗集料占全部粗集料的5%~100%。

6.一种根据权利要求4或5所述的基于沥青路面的刚柔复合基层路段的设计方法，其特征在于：所述喷洒的粗集料喷洒顺序由大颗粒到小颗粒，直至达到规定的设计比例。

7.一种根据权利要求4或5所述的基于沥青路面的刚柔复合基层路段的设计方法，其特征在于：所述油脂类包括石油产品类、植物油产品类、人工合成油脂类，其中的一种或者多种。

8.一种根据权利要求7所述的基于沥青路面的刚柔复合基层路段的设计方法，其特征在于：所述油脂类用量占所喷洒集料的总重量不超过3%。

9.一种根据权利要求4所述的基于沥青路面的刚柔复合基层路段的设计方法，其特征在于：所述喷洒油脂类的粗集料的量根据路面弹性模量实际需求计算，喷洒油脂类的粗集料占全部粗细集料的10~50%。

10.一种根据权利要求1~9所述的基于沥青路面的刚柔复合基层路段的设计方法的应用，其特征在于：将旧有废弃的沥青面层破碎成2厘米以上的粗颗粒后作为喷油后的粗骨料直接使用。