CN106351101B - 一种基于细粒式高性能沥青混凝土的重载交通道路路面铺装结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于细粒式高性能沥青混凝土的重载交通道路路面铺装结构，属于道路路面材料技术领域。其特点是在标准筛的基础上增设孔径为6.3mm的集料筛，所述沥青混凝土采用最大公称粒径小于13.2mm的细集料，且在连续级配曲线中4.75mm筛孔和6.3mm筛孔之间形成微断级配。与现有技术相比，本发明的路面铺装结构解决了传统半刚性基层沥青路面重载作用下路面结构破坏的问题，具有良好高温抗车辙变形、抗水损害、抗疲劳开裂和耐久性能，而且沥青用量低，大大节约了成本，可广泛应用于重载交通道路之中，具有很好的推广应用价值。

Description

一种基于细粒式高性能沥青混凝土的重载交通道路路面铺装 结构

技术领域

本发明涉及一种路面铺装领域，具体地说是一种基于细粒式高性能沥青混凝土的重载交通道路路面铺装结构。

背景技术

世界上不少国家，不少道路路面使用初期即发生严重破坏，如路面局部开裂、凹陷、车辙、唧浆等，其原因是多方面的。在我国，特别是近年来，随着国民经济和公路交通事业的发展，运输车辆中大型货运车辆的比重不断增加。交通量的逐年增加，加上普遍存在着车辆超载和超限的现象，路面结构在车辆荷载尤其是重车荷载的反复作用下，混合料在车轮边缘处发生剪切破坏，沥青面层产生不可恢复的残余变形并迅速累积，或出现开裂并逐渐扩展，导致结构层发生车辙和疲劳等病害，对公路造成了严重的影响，导致了路面早期损坏，路面的使用寿命大大缩短，路面使用性能衰减加快，同时，还危及到桥梁及其他构筑物的安全使用，大大增加了公路部门的维护和改建资金的投入，造成较大的经济损失和不良的社会影响，因此对路面的材料提出了更高的要求。车辙、疲劳开裂已成为我国高等级公路的主要病害。

现有技术中往往是通过粗粒式的沥青混合料，增大集料的粒径，以提高沥青混合料的高温抗车辙能力，但是这种类型的沥青混合料往往存在抗疲劳性比较差，耐久性不强等缺点。

另外，现有技术普遍采用的级配方式有连续级配、间断级配。所述连续级配是某一矿质混合料在标准筛孔配成的套筛中进行筛析时，所得的级配曲线平顺圆滑，具有连续的(不间断的)性质，相邻粒径的粒料之间有一定的比例关系(按质量计)，这种由大到小逐级粒径均有，并按比例互相搭配组成的矿质混合料称为连续级配矿质混合料。常见的沥青混合料类型为AC类，该类型的沥青混合料空隙率小于间断级配的，因此更为密实，用作表面层能够较好的起到防水的作用。但是连续级配的沥青混合料是悬浮密实结构，形成不了嵌挤密实型，很容易在高温条件下形成车辙，同时也导致沥青路面抗滑性能下降。所述间断级配是在连续级配中剔除一个(或几个)粒级，形成一种级配不连续的矿质混合料，这中矿质混合料所具有的级配称为间断级配。其常见的沥青混合料类型为SMA类，该类型的沥青混合料形成嵌挤结构，能更好的抵抗高温车辙变形，也可以用作表面层可以消除路面噪音、提高沥青路面抗滑性能、易于排出路表积水。但是，空隙率大也会导致混合料内部在车辆作用下形成较大的动水压力，如果沥青胶结材料性能不佳，将会导致剥落等水损害现象，而且，空隙也构成了沥青混合料与大气环境相互作用的通道，会加剧沥青的老化，同时该类型的沥青混合料沥青用量较大，造价比较高。

如何在不降低沥青混合料抗疲劳和耐久性能的前提下，提出一种在高温状态下仍具有较高的抗车辙能力，又具有抗疲劳和耐久性能的沥青混合料，增加路面结构的使用寿命，是本领域技术人员长期以来无法解决的技术问题。

发明内容

本发明的技术任务是针对上述现有技术的不足，提供一种基于细粒式高性能沥青混凝土的重载交通道路路面铺装结构。

本发明的技术任务是按以下方式实现的：一种基于细粒式高性能沥青混凝土的重载交通道路路面铺装结构，包括自上而下依次设置的上面层、中面层、下面层及基层，其特点是所述中面层采用下述基于细粒式高性能沥青混凝土铺设而成：

在标准筛的基础上增设孔径为6.3mm的集料筛，所述基于细粒式高性能沥青混凝土采用最大公称粒径小于13.2mm的细集料，且在连续级配曲线中4.75mm筛孔和6.3mm筛孔之间形成微断级配。

所述微断级配指间断范围的筛孔粒径相差小于等于2mm范围形成的级配。申请人发现，细粒式微断级配的引入，能够使沥青混合料既具有连续级配沥青混合料更易压密实的优点，又具有间断级配沥青混合料能够形成嵌挤结构的优点，使沥青混合料的各项性能指标得到全面提升。

所述上面层、下面层和基层均可根据设计要求选择现有技术中相应的铺装材料。如上面层可采用AC-13或者SMA-13沥青混合料；下面层可采用AC-25沥青混合料；基层可采用水泥稳定碎石或者大粒径沥青混合料LSPM，底基层采用水泥稳定碎石或水泥稳定砂砾等。

为了进一步提高中面层混凝土的劲度模量及抗疲劳性能，优选采用针入度不大于30的硬质沥青或复合改性沥青作为沥青胶结料。

作为优选，中面层混凝土设计空隙率不大于2％。

当矿料通过4.75mm筛孔的百分率为44～50％，通过6.3mm筛孔的百分率为50～56％时，中面层沥青混合料均能达到良好的性能指标，尤其当通过4.75mm和6.3mm筛孔的百分率之差不超过6％时，能达到最佳技术效果。

进一步的，矿料通过9.5mm筛孔的百分率优选为72％～65％。

所述沥青混合料的级配以各粒径矿料通过标准尺寸筛孔百分率计，其最佳级配范围为：

13.2mm，90％～100％；9.5mm，72～65％；6.3mm，50～56％(目标值53％)；4.75mm，44～50％(目标值47％)；2.36mm，29％～40％；1.18mm，16％～32％；0.6mm，12％～22％；0.3mm，11％～15％；0.15mm，6％～12％；0.075mm，5.4％～7.7％。

作为优选，当所述硬质沥青或复合改性沥青的指标满足以下要求时，中面层沥青混合料具有更好的性能指标：

标准针入度20-35，1/10mm；

软化点温度不低于62℃；

PG分级82-22。

本发明细粒式高性能沥青混凝土的体积设计和性能验证可采用现有技术的设计及验证方法，但为了达到较好的技术效果，优选采用基于路用性能的沥青混合料配合比设计方法确定最佳沥青用量，具体步骤为：

(a)级配优化和沥青用量的选择

在一定的级配范围内选择2个以上的级配曲线，根据级配分布确定各个级配方案的最低沥青用量，所述沥青用量采用沥青丰度因子≥3.5限制混合料的最小沥青用量，通过旋转压实成型试件的空隙率满足要求选取合适的级配和沥青用量其空隙率控制在0～2％。

b)性能验证

对级配选择和沥青用量选择完毕后的沥青混合料进行性能4个水平验证，

如果测试的性能指标满足其设计要求，则设计完成，如果不是，调整颗粒级配曲线重新进行设计，如此反复迭代，直到满足设计要求为止，

所述水平验证为水敏感性验证、高温抗车辙验证、劲度模量验证和疲劳性能验证。

中面层的厚度优选为2-4cm。

与现有技术相比，本发明的基于细粒式高性能沥青混凝土的重载交通道路路面铺装结构具有以下突出地有益效果：

(一)引入细粒式微断级配，使得类级配的沥青混合料既具有高温抗车辙变形性能，同时其抗疲劳和耐久性能以及低温性能都有所增强，且沥青用量也相应了得到减少，相应路面结构的各项性能指标均得到大幅度提升。

(二)具有更低的渗透性，可以铺设更为平整的表面，还具有较好的表面构造深度，施工速度快和罩面层厚度小(最小厚度可以用到2---2.5cm)等优点。比传统粗粒式的沥青混合料具有较高的抗疲劳性能的同时，可以使路面减薄。能够有效提高路面抗磨耗的能力，及行驶时的舒适感。

(三)采用微间断级配，配合低标号沥青，进行了级配的优化设计和体积指标设计，设计空隙率控制在0％-2％，设计出的沥青混合料具有很高的劲度模量，进一步提高了路面的高温抗车辙效果及抗疲劳性能，能够有效延长路面的寿命。

(四)本发明沥青混合料与现行的细粒式密级配AC-13和粗粒式密级配沥青混合料AC-20沥青混合料相比，不论在高温抗车辙变形和劲度模量方面，还是在抗疲劳性能和耐久性能方面，都具有明显的增强；与现行的断级配SMA-13沥青混合料相比，在达到相同的高温抗车辙性能的同时，沥青用量节省0.7％。

(五)在不添加任何外掺剂的情况下，路面结构依然能达到良好的技术效果。

附图说明

附图1是本发明基于细粒式高性能沥青混凝土的级配曲线图；

附图2是本发明重载交通道路路面铺装结构。

具体实施方式

参照说明书附图以具体实施例对本发明的基于细粒式高性能沥青混凝土的重载交通道路路面铺装结构作以下详细地说明。

实施例一：

本实施例混合料采用细粒式，微间断级配结构。矿料为最大公称粒径小于13.2mm的细集料，在连续级配曲线中4.75mm筛孔和6.3mm筛孔之间形成一个微断级配(如附图1所示)，其筛孔6.3mm通过率为53％，筛孔4.75mm通过率为47％。以各粒径矿料通过标准尺寸筛孔百分率计，其沥青混合料的级配范围为：

13.2mm，90％～100％；9.5mm，72～65％；6.3mm，52～54％(目标值53％)；4.75mm，46～48％(目标值47％)；2.36mm，29％～40％；1.18mm，16％～32％；0.6mm，12％～22％；0.3mm，11％～15％；0.15mm，6％～12％；0.075mm，5.4％～7.7％。

采用满足以下指标要求的硬质沥青：

标准针入度20-35，1/10mm；

软化点温度不低于62℃；

PG分级82-22。

采用以下基于路用性能的沥青混合料配合比设计方法确定最佳沥青用量，具体步骤为：

(a)级配优化和沥青用量的选择

在上述级配范围内选择2个以上的级配曲线，根据级配分布确定各个级配方案的最低沥青用量，所述沥青用量采用沥青丰度因子≥3.5限制混合料的最小沥青用量，通过旋转压实成型试件的空隙率满足要求选取合适的级配和沥青用量，其空隙率控制在1～2％。

b)性能验证

对级配选择和沥青用量选择完毕后的沥青混合料进行性能4个水平验证(水敏感性验证、高温抗车辙验证、劲度模量验证和疲劳性能验证)。

项目	单位	设计要求	试验方法
				动稳定度(70℃，1.0MPa)	次/mm	>3000	T0719
残留马歇尔稳定度	％	>80	T0709
				冻融劈裂残留强度比	％	>80	T0729
复合模量试验(15℃&10Hz)	MPa	≥14000	NF P98-260-2
				疲劳试验(15℃&amp;10Hz，10<sup>6</sup>次应变)	μdef	≥100	NF P 98-261-1
低温抗裂性，破坏应变，-10℃	με	＞2000	T0715

表一

如果测试的性能指标满足表一所示设计要求，则设计完成，如果不是，调整颗粒级配曲线重新进行设计，如此反复迭代，直到满足设计要求为止。

实施例二：

如附图2所示，本发明重载交通道路路面铺装结构由上面层1、中面层2、下面层3及半刚性基层4，底基层5构成。上面层1、中面层2、下面层3、半刚性基层4及底基层5，从上至下铺设于路基6上。

上面层1采用AC-13或者SMA-13沥青混凝土，厚度为4cm。

中面层2采用实施例一所述混合料，厚度3cm。

下面层3采用AC-25沥青混凝土，厚度为7cm。

半刚性基层4采用5％水泥稳定碎石或者混合料公称粒径26.5mm的LSPM-30大粒径沥青混合料，厚度分别为20cm或者40cm。

底基层采5采用水泥稳定砂砾，厚度为20cm。

Claims (6)

1.一种基于细粒式高性能沥青混凝土的重载交通道路路面铺装结构，包括自上而下依次设置的上面层、中面层、下面层及基层，其特征在于：所述中面层采用下述基于细粒式高性能沥青混凝土铺设而成：

在标准筛的基础上增设孔径为6.3mm的集料筛，所述基于细粒式高性能沥青混凝土采用最大公称粒径小于13.2mm的细集料为矿料，且在连续级配曲线中4.75mm筛孔和6.3mm筛孔之间形成微断级配，

所述微断级配指间断范围的筛孔粒径相差小于等于2mm范围形成的级配，

矿料通过9.5mm筛孔的百分率为72％～65％；通过6.3mm筛孔的百分率为50～56％；通过4.75mm筛孔的百分率为44～50％。

2.根据权利要求1所述的基于细粒式高性能沥青混凝土的重载交通道路路面铺装结构，其特征在于，采用针入度不大于30的硬质沥青或复合改性沥青作为沥青胶结料。

3.根据权利要求2所述的基于细粒式高性能沥青混凝土的重载交通道路路面铺装结构，其特征在于，混凝土设计空隙率不大于2％。

4.根据权利要求3所述的基于细粒式高性能沥青混凝土的重载交通道路路面铺装结构，其特征在于，所述硬质沥青或复合改性沥青的指标满足以下要求：

标准针入度20-35，1/10mm；

软化点温度不低于62℃；

PG分级82-22。

5.根据权利要求4所述的基于细粒式高性能沥青混凝土的重载交通道路路面铺装结构，其特征在于，采用基于路用性能的沥青混合料配合比设计方法确定最佳沥青用量。

6.根据权利要求5所述的基于细粒式高性能沥青混凝土的重载交通道路路面铺装结构，其特征在于，中面层的厚度为2-4cm。