CN107044079B - 植生海绵型沥青混合料路面结构 - Google Patents

植生海绵型沥青混合料路面结构 Download PDF

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Abstract

一种植生海绵型沥青混合料路面结构，该结构从上至下依次包括细沥青混合料层、粗沥青混合料层、透水布层、净水过滤层、不透水膜层和路基层；所述的净水过滤层底层向外延伸有排水管层；所述的细沥青混合料层厚度为3‑5cm，粗沥青混合料层厚度为8‑12cm，所述的净水过滤层的厚度为12‑25cm；所述的沥青混合料层由沥青料和种植基质构成。此种方法采用液相色谱系统实现三价铬和六价铬的分离，用ICP‑MS测定铬含量，既能保证分析效果，又能简化前处理操作流程，完全能满足欧盟新玩具指令对三价铬和六价铬可迁移量的检测需要。

Description

植生海绵型沥青混合料路面结构
技术领域
本发明涉及透水路面技术领域，具体的涉及一种植生海绵型沥青混合料路面结构。
背景技术
近年来，随着我国社会经济的不断发展，各大、中城市开展的规模庞大、数量空前的土木建筑工程活动给环境造成的负荷是不容忽视的。传统的道路、港湾、护岸等工程构件一般由水泥、石头、钢筋、沙子等材料制备的混凝土构成，封闭而不透水，植物无法生长，彻底破坏了自然水土环境，对生态环境造成显著的负面影响；现代城市被建筑和密不透水的道路和场坪覆盖，封闭混凝土砌材没有透水、透气性，表面温度在夏季可达40～60℃，加剧了城市的“热岛效应”，且极易造成城市雨水的积聚而发生渍涝。此外由于地下水得不到补给，一些城市也出现了地下水位的持续下降，而导致建筑物开裂和倾斜。
植草生态型沥青混合料是一种植物能直接在其中生长的生态友好型沥青混合料，它实质上是一种有着连续孔隙的多孔沥青混合料，水与空气能够很容易通过或存在于其连续通道内，同时也是一种将植物引入到沥青混合料中的新技术。这种植草生态型沥青混合料多适用于房屋、城市市政工程坡面结构以及河流两岸护坡、路基路面工程表面的绿化与保护等方面，是一种能解决现有河道护案环境问题的行之有效的方法，从真正意义上做到改善和修复生态环境、保护水资源以及保持可持续发展。
虽然植草生态型沥青混合料可以引入植物，并且可以使得水和空气通过，但是如果作为路基路面使用时，孔隙很容易堵塞，而且还没有净水水体的作用，且无绿化效果。
发明内容
本发明针对现有技术的上述不足，提供一种孔隙不易堵塞，能多层过滤净化水体、过滤灰尘、得到的雨水能直接用于灌溉或工业用水，改善和修复生态环境、保护水资源的植生海绵型沥青混合料路面结构。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种植生海绵型沥青混合料路面结构，该结构从上至下依次包括细沥青混合料层、粗沥青混合料层、透水布层、净水过滤层、不透水膜层和路基层；所述的净水过滤层底层向外延伸有排水管层；所述的细沥青混合料层厚度为3-5cm，粗沥青混合料层厚度为8-12cm，所述的净水过滤层的厚度为12-25cm；所述的沥青混合料层由沥青料和种植基质构成。
采用上述结构，首先位于最上层的细沥青混合料层中可以种植上植物，植物的根系向下延伸，叶茎向上延伸，当雨水下来后，由于混合沥青料具有透水效果，可以向下渗透，同时植物可以对水体进行第一次净化，而且根系的延伸可以增加水流空间，引导水流进入到下一层结构即粗沥青混合料层；由于粒径的转换，从细颗粒变成粗颗粒，水流加速；且这种细颗粒在上层，粗颗粒在下层的结构，对整个的路面材料的强度进行了提高，能满足行人和车辆的通过，不易坍塌、凹陷，且还利于水份尽快的疏通；然后水流通过透水布层进入到净水过滤层，透水布主要实现透水效果，而其它的不溶于水的物质被截留在沥青混合料层，特别是防止了种植基质中供植物生长的营养成分的流失，使得植物能够健康生长，发挥透水、吸附污染物的效果；水份在净水过滤层中得到充分的净化，去除了其中的污染物质，然后从排水管排出收集再利用；而不透水膜的设置防止水份进入到路基，对路基造成破坏。
作为优选，本发明所述的净水过滤层和不透水膜层之间还设置一层排水板，该设置可以避免排水通道阻塞使孔道排水顺畅。
作为优选，本发明的细沥青混合料的粒径为5-13mm，粗沥青混合料的粒径为14-20mm。
作为优选，本发明所述的细沥青混合料由下述重量份的原料组成：
所述的种植基质由下述重量份的原料组成：
所述的沥青料浸渍于种植基质中或者将种植基质浇注到沥青料上。
作为优选，本发明所述的粗沥青混合料由下述重量份的原料组成：
所述的种植基质由下述重量份的原料组成：
所述的沥青料浸渍于种植基质中或者将种植基质浇注到沥青料上。
本发明的粗沥青中采用了SBS改性沥青，提高了植生海绵型沥青混合料路面结构的抗裂性能。
本发明的亲水性助剂可以选用氨基改性有机硅乳液、聚酯树脂等。
本发明的无土栽培营养液为含有氮、磷、钾的营养液，直接从市售产品购买即可，比如美乐颗营养液。
本发明的营养土为颗粒大小在0.1mm以下的营养土，可以采用市售营养土。
本发明的长效有机复合肥主要指各种动物和植物等，经过一定时期发酵腐熟后形成的肥料；可以采用市售产品，比如玉林市绿涛有机复合肥有限公司销售的微生物有机复合肥料、有机肥料、有机无机复混肥料等。
本发明的硅藻土为比表面积40-58m2/g的硅藻土。
本发明的净水过滤层的构成材料包括：(体积比例)级配碎石50～80％，陶砂5～20％，硅藻土(粒径大于1mm)5～20％，木质粒状活性炭(粒径大于1mm，小于5mm)3～7％，精选无烟煤滤料2～4％，煤渣4～10％，离子交换树脂0.5～1％。
本发明上述的净水过滤层的构成材料还包括：(体积比例)陶粒0.1～20％，蛭石0.1～5％,石英砂0.1～10％,再生骨料(如废弃砖、混凝土等建材的再生骨料)0.1～20％，椰壳活性炭0.1～5％,锰砂滤料0.1～2％。
本发明的净水过滤层中采用了级配碎石，由于这种碎石大小颗粒均有，具有强度高、更加密实不易变形的效果；而且，该石料的压碎指标大于等于35％，防止压碎；本发明级配碎石的粒径小于等于3.15mm。本发明的净水过滤层得压实度大于等于80％。
作为进一步优选，为了改善沥青混合料的油性疏水性能，防止水份不易流动，在细沥青混合料的表面喷涂表面亲水处理剂，使油性沥青表面具有低动态张力，优选的润湿性能，高水溶性，使水份进入毛细管，利于根系的发育生长；本发明采用喷涂HYDRO-300(Hydro300)表面亲水处理剂(上海桑井化工有效公司)。
本发明上述沥青混合料的制备方法，具体的步骤包括：
(1)首先按照配方比例将岩沥青、E-51环氧树脂、甲基六氢邻苯二甲酸酐和亲水性助剂，采用剪切搅拌方式，搅拌速率控制为800-2500r/min，在100～150℃的拌和温度下搅拌60-70分钟，待混合物混合均匀后停止搅拌得到植生型沥青混合料；
(2)将步骤(1)制备好的植生型沥青混合料倒于容器中，在130-150℃的恒温箱中发育0.5-1.5h，取出后在130-150℃的温度下搅拌8-15min，然后将搅拌后的植生型沥青混合料浇筑成块状结构；
(3)按照配方比例的无土栽培营养液、硫酸亚铁颗粒配制成溶液；
(4)按照配方比例将蛭石粉、珍珠岩、营养土、长效有机复合肥、硅藻土和煤渣以及待种植的植物种子混合搅拌均匀，将配制好的混合料分批倒入步骤(3)配制的溶液中并加羧甲基纤维素钠作为增稠剂搅拌至均匀得到含有待种植的植物种子的种植基质；
(5)最后将搅拌均匀的粘性种植基质浇注到沥青混合料表面、种植基质沿着多孔沥青料进入沥青料内部，或者将沥青料置于种植基质中25-35分钟后取出。
制备好的含有种植基质的护坡植生型沥青混合料，依据不同的河道边坡形式进行不同条件下的植物种植。
本发明步骤(3)的溶液还可以加入水，如果加水，则水的用量根据营养液的浓度而定，并非必须加的组分，营养液的浓度为每升水中加入3-10克肥料，如果营养液浓度高于上述的浓度，可以用水适当的稀释至上述浓度。
本发明步骤(4)的种子是高羊茅、结缕草、假俭草等，具体种子在种植基质中的添加量为高羊茅20－35克/平方米，假俭草15－25克/平方米，结缕草10－25克/平方米。
本发明的含有植基质的护坡植生型沥青混合料应用在房屋、城市市政工程坡面结构以及河流两岸护坡等表面的绿化与保护中。
本发明的净水过滤层的具体制备过程包括：将配方比例的各个组分混合搅拌均匀，然后铺设于净水过滤层位置即可。
本发明的优点和有益效果：
1.本发明护坡植生型沥青混合料以高分子材料学、矿物学和无机非金属材料学为依据，首次在混合料制备中引入甲基六氢邻苯二甲酸酐，以实现护坡植生型沥青混合料的大孔隙率，通过沥青充分包裹集料表面、利用集料相互间的点接触构成连续空隙结构并形成一定强度，从而达到供植物生长的目的；加入亲水性助剂可以选用氨基改性有机硅乳液、聚酯树脂等，可以显著提高水稳性、抗剥离性和透水性，满足河水长期浸泡条件下植生型沥青混合料的耐久性能。此外，合理限定沥青料各个原料的密度，使得制备的护坡植生型沥青混合料具有合理的强度和力学性能，同时还能够兼顾空隙结构，使得种植基质的粘附性能强，更加持久。
2.适用于不同植物的种植基质的要求各不相同，其均需具备较好的物理化学和生物学特性，本发明的植基质通过选用蛭石粉和珍珠岩粉，提高基质的保水、排水、通气性和种子发芽率、根系附着力等；而通过添加羧甲基纤维素钠、无土栽培营养液、硫酸亚铁等化学添加剂有利于调节种植基质的酸碱度、导电率、阳离子交换量、养分组成成分，可以有效提高植物的生长速度、高度以及茂盛程度；营养土与长效有机复合复的添加使得种植基质保持良好的生物学特性，能促进植物的茂密生长，增强养分吸收和提高成活率、抗病率等，保证植物的健康生长。该种植基质不必单独为植被供给营养成分，基质和无土栽培营养液均可经渗透的方式充填多孔沥青混合料内部的孔隙，为植物根系的生长和后期发育提供载体和所需营养。
3.本发明的基质中采用了硅藻土和煤渣两种成分，其中硅藻土的比表面积为40-58m2/g，该细度的硅藻土由于为多孔物质、可以进入沥青料的孔隙中，并起到保湿、保水和保存种植基质中的营养成分的目的，使得整体的植生型沥青混合料的作用更加持久，耐用；而煤渣的采用是无土栽培基质的重要营养成分之一，煤渣多孔的结构也可以方便种植的植被的根系的进入、提高植被的栽培牢固性，提高雨水冲刷抗力。
附图说明
附图1本发明植生海绵型沥青混合料路面结构的剖视图结构示意图(无排水管)。
附图2本发明植生海绵型沥青混合料路面结构的剖视图结构示意图(有排水管)。
具体实施方式
本发明的优选实施例说明如下：
附图1所示，本发明的植生海绵型沥青混合料路面结构，该结构从上至下依次包括细沥青混合料层1、粗沥青混合料层2、透水布层3(如透水土工布)、净水过滤层4、不透水膜层6和路基层7所述的净水过滤层底层向外延伸有排水管层5；所述的细沥青混合料层厚度为3-5cm，粗沥青混合料层厚度为8-12cm，所述的净水过滤层的厚度为12-25cm；所述的沥青混合料层由沥青料和种植基质构成；本发明在细沥青混合料层和/或粗沥青混合料层中植入植物8，起到保水、稳固基体的作用。
如附图2所示，在净水过滤层和不透水膜层之间还设置一层排水板9，避免排水通道阻塞使孔道排水顺畅。
实施例：
细沥青混合料层：取：岩沥青、E-51环氧树脂、甲基六氢邻苯二甲酸酐和亲水性助剂，采用剪切搅拌方式，搅拌速率控制为2500r/min，在100～150℃的拌和温度下搅拌60-70分钟待混合物的均匀性较好时停止搅拌；
将制备好的植生型沥青混合料倒于容器中，在150℃的恒温箱中发育1小时左右，取出后再在150℃的温度下普通搅拌10min，即可浇筑成细沥青混合料层的砌块结构，最后控制稳定的环境温度和湿度进行养护。
具体的原料配比如下表1所示：
表1
实施例 1(单位份) 2(单位份) 3(单位份)
岩沥青 80 82 84
E-51环氧树脂 8 7 7.5
甲基六氢邻苯二甲酸酐 4 3 3.5
亲水性助剂 4 3 3
含有种植基质的细沥青混合料层：首先将配方比例的无土栽培营养液、硫酸亚铁颗粒和水配制成溶液；然后将配方比例的蛭石粉、珍珠岩、营养土、长效有机复合肥、硅藻土和煤渣以及待种植的植物种子等混合搅拌均匀、分批倒入溶液中并加如CMC-Na增稠剂搅拌至均匀；最后将搅拌均匀的粘性种植基质渗入大孔隙沥青混合料砌块表面，或者将多孔沥青置于基质溶液30分钟后取出，依据不同的河道边坡形式进行不同条件下的植物种植。
具体的种植基质的成分含量如下表2所示：
表2
实施例 1(单位份) 2(单位份) 3(单位份)
蛭石粉 3 4 5
珍珠岩粉 6 5 4
羧甲基纤维素钠 4 3 2
无土栽培营养液 7 6 5
硫酸亚铁 2 3 2.5
营养土 59 61 63
长效有机复合肥 8 10 11
硅藻土 2 4 3
煤渣 2 4 5
本发明制备的含有种植基质的植生型沥青混合料的性能参数如下：透水系数在1～1.5cm/s范围，孔隙率在11％～20％，稳定度大于等于5kN，动稳定度大于等于1600次·mm-1。从上述参数可知，本发明制备的产品通过沥青充分包裹集料表面、利用集料相互间的点接触构成连续空隙结构并形成一定强度，从而达到供植物生长的目的；加入亲水性助剂可以选用氨基改性有机硅乳液、聚酯树脂等，可以显著提高水稳性、抗剥离性和透水性，满足河水长期浸泡条件下植生型沥青混合料的耐久性能；
本发明的粗沥青混合料层：将其中的岩沥青，替换为SBS改性沥青，其它组分和用量不变化。
本发明实施例保证最终的细沥青混合料的平均粒径在5-13mm，粗沥青混合料的平均粒径为14-20mm。
本发明的净水过滤层的构成材料包括：(体积比例)级配碎石60％，陶砂5％，硅藻土(粒径大于1mm)5％，木质粒状活性炭(粒径大于1mm，小于5mm)4％，精选无烟煤滤料3％，煤渣5％，离子交换树脂1％，陶粒5％，蛭石2％,石英砂5％,再生骨料(如废弃砖、混凝土等建材的再生骨料)5％，椰壳活性炭1％,锰砂滤料1％。
本发明获得的最终植生海绵型沥青混合料路面结构，其性能满足：整个路面的动态稳定度为4500-4800次/mm，即路面结构每1mm下陷对应的车辆通过的次数；粗细沥青混合料层的低温弯曲应变参数为2500-2500(满足该应变参数，冻害不开裂)，孔隙率20-22％(太大强度下降，太小植物的根系无法进入，水份无法透过)，渗透系数0.25-0.35cm/s。

Claims (8)

1.一种植生海绵型沥青混合料路面结构，其特征在于：该结构从上至下依次包括细沥青混合料层、粗沥青混合料层、透水布层、净水过滤层、不透水膜层和路基层；所述的净水过滤层底层向外延伸有排水管层；所述的细沥青混合料层厚度为3-5cm，粗沥青混合料层厚度为8-12cm，所述的净水过滤层的厚度为12-25cm；所述的细沥青混合料层或粗沥青混合料层均由沥青料和种植基质构成；
所述的细沥青混合料层中的沥青料由下述重量份的原料组成：
岩沥青 80-84份，
E-51环氧树脂 7-8份，
甲基六氢邻苯二甲酸酐 1-4份，
亲水性助剂 1-4份；
所述的细沥青混合料层中的种植基质由下述重量份的原料组成：
蛭石粉 3-5份
珍珠岩粉 4-6份
羧甲基纤维素钠 2-4份
无土栽培营养液 4-7份
硫酸亚铁 1-3份
营养土 58-64份
长效有机复合肥 8-11份
硅藻土 1-5份
煤渣 2-6份；
所述的沥青料浸渍于种植基质中或者将种植基质浇注到沥青料上形成细沥青混合料层；
所述的粗沥青混合料层中的沥青料由下述重量份的原料组成：
SBS改性沥青 80-84份，
E-51环氧树脂 7-8份，
甲基六氢邻苯二甲酸酐 1-4份，
亲水性助剂 1-4份；
所述的粗沥青混合料层中的种植基质由下述重量份的原料组成：
蛭石粉 3-5份
珍珠岩粉 4-6份
羧甲基纤维素钠 2-4份
无土栽培营养液 4-7份
硫酸亚铁 1-3份
营养土 58-64份
长效有机复合肥 8-11份
硅藻土 1-5份
煤渣 2-6份；
所述的沥青料浸渍于种植基质中或者将种植基质浇注到沥青料上得到粗沥青混合料层。
2.根据权利要求1所述的植生海绵型沥青混合料路面结构，其特征在于：所述的净水过滤层和不透水膜层之间还设置一层排水板。
3.根据权利要求1所述的植生海绵型沥青混合料路面结构，其特征在于：所述的细沥青混合料的粒径为5-13mm，粗沥青混合料的粒径为14-20mm。
4.根据权利要求3所述的植生海绵型沥青混合料路面结构，其特征在于：所述的亲水性助剂为氨基改性有机硅乳液、聚酯树脂中的一种；所述的硅藻土为比表面积40-58m2/g的硅藻土。
5.根据权利要求1所述的植生海绵型沥青混合料路面结构，其特征在于：所述的净水过滤层的构成材料按照体积比例包括：级配碎石50～80%，陶砂5～20%，硅藻土5～20%，木质粒状活性炭3～7%，精选无烟煤滤料2～4%，煤渣4～10%，离子交换树脂0.5～1%。
6.根据权利要求5所述的植生海绵型沥青混合料路面结构，其特征在于：所述的净水过滤层的构成材料按照体积比例还包括：陶粒0.1～20%，蛭石0.1～5%,石英砂0.1～10%,再生骨料0.1～20%，椰壳活性炭0.1～5%，锰砂滤料0.1～2%。
7.根据权利要求6所述的植生海绵型沥青混合料路面结构，其特征在于：所述的级配碎石的粒径小于等于3.15mm，净水过滤层的压实度大于等于80%。
8.根据权利要求1所述的植生海绵型沥青混合料路面结构，其特征在于：所述的细沥青混合料的表面喷涂有表面亲水处理剂，所述的表面亲水处理剂为HYDRO-300。
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