CN110128070A - 级配碎石灌入式半柔性复合路面混合料及路面施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及级配碎石灌入式半柔性复合路面混合料，包括如下质量分数的组分：级配碎石100份；水4‑6份；灌浆料6‑10份；所述灌浆料包括水泥、水性丙烯酸树脂、火山灰材料和水，所述罐浆料灌入向所述级配碎石中。采用本发明的半柔性复合路面混合料在常温下即可施工，可有效的解决沥青路面车辙病害问题，改善路面的耐久性能；降低灌入式半柔性路面热拌施工对环境的污染问题；提高灌入式复合路面的施工效率，降低生产成本。

Description

级配碎石灌入式半柔性复合路面混合料及路面施工方法

技术领域

本发明涉及一种复合路面，尤其涉及级配碎石灌入式半柔性复合路面混合料及路面施工方法。

背景技术

我国公路路面以柔性沥青路面为主，柔性沥青路面所采用的沥青胶结料是一种温度敏感性材料，在温度和车辆荷载的共同作用下，沥青会发生蠕变，从而导致路面的车辙、泛油、拥包等一些列病害问题，尤其是在夏天高温季节，严重影响路面的行驶质量和行驶安全性，因此采用半柔性路面对于改善路面的抗车辙性能和耐久性能具有重要意义。

目前的国内外的半柔性路面是以灌入式为主，所谓灌入式半柔性路面即先成型好基体沥青混合料，再灌注灌浆料而形成的复合路面。但是，当前的灌入式半柔性路面的基体沥青混合料在施工时，主要还是采用高温施工、传统沥青路面施工，必须将集料加热到近200℃，沥青加热到160℃以上，不仅消耗大量能源，而且会排放大量有害气体和烟尘，严重污染环境，不符合当前国家推崇的绿色发展理念。此外，在进行灌浆施工时，必须等待基体沥青混合料温度降到常温时才能开展，无形中造成施工能量的浪费，延长了施工的等待时间，降低了施工的效率。

发明内容

本发明的目的是提供一种可常温施工的级配碎石灌入式半柔性复合路面混合料，本发明的半柔性复合路面在常温下即可施工，可有效的解决沥青路面车辙病害问题，改善路面的耐久性能；降低灌入式半柔性路面热拌施工对环境的污染问题；提高灌入式复合路面的施工效率，降低生产成本。

本发明所采取的技术方案为：级配碎石灌入式半柔性复合路面混合料，包括如下质量分数的组分

级配碎石 100份；

级配碎石成型用水4-6份，该水用于级配碎石成型；

灌浆料 6-10份；

所述灌浆料包括水泥、水性丙烯酸树脂、火山灰和灌浆料用水(该水为配置灌浆料用水)，所述罐浆料灌入向所述级配碎石中。级配碎石成型用水和灌浆料用水均可为引用水。

进一步的，所述灌浆料由如下质量分数的组分形成

水泥 2-4份；

水性丙烯酸树脂 2-5份；

火山灰材料 1-3份；

水 1-2份。

进一步的，所述级配碎石各级粒径与质量份数如下：

26.5mm～19mm 90-100％；

9mm～16mm 75-85％；

16mm～13.2mm 66-82％；

9.5mm～4.75mm 44-65％；

9.5mm～4.75mm 31-48％；

4.75mm～2.36mm 25-35％；

2.36mm～0.6mm 18-28％；

0.6mm～0.075mm 8-14％；

0.075mm以下 0-3％。

进一步的，所述的级配碎石根据配比混合后采用重型击实成型，成型后试件空隙率为10％-15％。

进一步的，所述的级配碎石为石灰岩、玄武岩、花岗岩的或多种。

进一步的，所述灌浆料流动度为10s-13s。

本发明还提供了级配碎石灌入式半柔性复合路面施工方法，包括以下步骤

S01配置级配碎石，将配置好的级配碎石铺展在待施工路面上，通过碾压压实或重型击实所述级配碎石；

S02向压实后的级配碎石中灌注灌浆料，所述灌浆料包括水泥、水性丙烯酸树脂、火山灰材料和水；

S03灌注好灌浆料后的级配碎石自然养护，经自然条件下养护2-3小时，检测复合路面混合料性能指标要求后，即：马歇尔稳定度不小于15KN，劈裂强度不小于1.5MPa，肯塔堡飞散损失率不大于15％，车辙动稳定度大于10000mm/次，便可形成级配碎石灌入式半柔性路面，并开放交通通行。

进一步的，所述步骤S01中压实后的级配碎石浸水4天的CBR平均值不低于85％。

本发明所产生的有益效果包括：1、本发明的级配碎石灌入式半柔性复合路面混合料是一种全新的半柔性路面混合料，不需要添加沥青胶结料，具备优异的路用性能，抗车辙能力强，动稳定度高达60000次/mm，是SMA沥青混合料的20倍，有效的解决了沥青路面的车辙病害问题；强度高、增长快、耐久性能好，3h强度高达20MPa，可实现快速开放交通；颜色美观耐久，色泽均一持久，与沥青路面无色差；表面纹理清晰，安全抗滑。2、可实现常温施工，无需将集料加热到200℃，减少了对能源的消耗，降低了对环境的污染，同时减少了混合料对温度的依赖，延长了施工季节保证了工程施工质量，尤其适用于偏远寒冷地区的、以及小面积路段的施工，应用前景广阔。3、施工方便，操作简单，避免了施工等待降温时间，提高了施工效率，同时可就地取材，无需添加沥青胶结料，施工成本低，只有正常沥青路面成本的80％，经济社会效益显著。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明做进一步详细的解释说明，但应当理解为本发明的保护范围并不受具体实施例的限制。

实施例1

本发明提出了一种可常温施工的级配碎石灌入式半柔性复合路面混合料。

所述的混合料组成按重量份数计为：级配碎石100份，饮用水3份，高流动性灌浆料6份；所述的级配碎石采用集料为石灰岩集料，所述的高流动性灌浆料为水泥、水性丙烯酸树脂、火山灰材料和水组成，所述的水泥为2份，所述的水性丙烯酸树脂为2份，所述的火山灰材料为1份，所述的水为1份。级配碎石具有柔性路面的特点，而高流动性灌浆料则具有一定的刚性，将两者复合形成的级配碎石灌入式半柔性复合路面具备了两者的优势。

为了确保级配碎石的柔性路面的特点，通过调整控制特定的级配，配置出骨架空隙型级配碎石混合料，混合料的及级配曲线为间断性级配曲线，即4.75mm以上的粗料子居多，2.36mm以下的细料子居少，所采用的粗集料和细集料都是石灰岩，均为坚硬、干燥、无风化颗粒级配，各档料子从大到小分别为1#(19mm-26.5mm)、2#(9.5-19mm)、3#(4.75mm-9.5mm)和4#(0-4.75mm)，所采用的配合比比例为：12:48:25:15。所得到的合成级配结果见表1所示。

表1级配碎石合成级配结果

对所述的级配碎石按着设计配比采用重型击实成型的试件，并采用真空密封发测定其空隙率为12.5％，并对成型的试件进行浸水4天的CBR试验，得到CBR的平均值为87.9％；满足级配碎石混合料的性能指标要求。

所述的高流动性灌浆料采用室内试验搅拌的方式制作，高速搅拌机的搅拌速度为3000r/s，搅拌时间为5分钟，将搅拌好的高流动性灌浆料浇筑标准试件，进行搅拌后的流动度检测，自然养护3小时的抗压强度和抗折强度，自然养护28天的体积变化率性能检测，所得到的检测结果见表2所示。

表2高流动性灌浆料室内检测结果

检测指标	检测结果	技术要求
			流动度	10.5s	10s-13s
3h抗压强度	63.7MPa	>50MPa
			3h抗折强度	8.5MPa	>6MPa
28d体积变化率	+0.05％	-0.10％～+0.1％

高流动性灌浆料的各项检测结果均能满足技术指标要求，说明灌浆料的各项性能优异。

将制备好的高流动性灌浆料灌注到成型好的级配碎石混合料中，在自然条件下养护3小时后，并进行马歇尔试验、劈裂试验、肯塔堡飞散试验、车辙试验等，检测级配碎石灌入式半柔性复合路面混合料的路用性能，得到的检测结果见表3所示。

表3级配碎石灌入式半柔性复合路面混合料性能检测结果

由此可以看出，该级配碎石灌入式半柔性复合路面混合料具备优异的路用性能，强度高，抗开裂能力强，显著地提高了路面的耐久性能；抗飞散剥落能力强，减少路面产生坑槽水损害的可能性，提高了路面的行驶安全系数；此外，还具备超强的抗车辙性能，动稳定度高达60000次/mm，是SMA沥青混合料的20倍，可以彻底解决沥青路面的车辙病害问题，应用前景广阔。

实施例2

本发明提出了一种可常温施工的级配碎石灌入式半柔性复合路面混合料。

所述的混合料组成按重量份数计为：级配碎石100份，饮用水5份，高流动性灌浆料10份；所述的级配碎石采用集料为玄武岩集料，所述的高流动性灌浆料为水泥、水性丙烯酸树脂、火山灰材料和水组成，所述的水泥为4份，所述的水性丙烯酸树脂为2份，所述的火山灰材料为1份，所述的水为2份。级配碎石具有柔性路面的特点，而高流动性灌浆料则具有一定的刚性，将两者复合形成的级配碎石灌入式半柔性复合路面具备了两者的优势。

为了确保级配碎石的柔性路面的特点，通过调整控制特定的级配，配置出骨架空隙型级配碎石混合料，混合料的及级配曲线为间断性级配曲线，即4.75mm以上的粗料子居多，2.36mm以下的细料子居少，所采用的粗集料和细集料都是玄武岩，均为坚硬、干燥、无风化颗粒级配，各档料子从大到小分别为1#(19mm-26.5mm)、2#(9.5-19mm)、3#(4.75mm-9.5mm)和4#(0-4.75mm)，所采用的配合比比例为：10:52:28:10。所得到的合成级配结果见表4所示。

表4级配碎石合成级配结果

对所述的级配碎石按着设计配比采用重型击实成型的试件，并采用真空密封发测定其空隙率为14.5％，并对成型的试件进行浸水4天的CBR试验，得到CBR的平均值为85.8％；满足级配碎石混合料的性能指标要求。

所述的高流动性灌浆料采用室内试验搅拌的方式制作，高速搅拌机的搅拌速度为3000r/s，搅拌时间为7分钟，将搅拌好的高流动性灌浆料进行性能检测，所得到的检测结果见表5所示。

表5高流动性灌浆料室内检测结果

检测指标	检测结果	技术要求
			流动度	12.2s	10s-13s
抗压强度	51.5MPa	>50MPa
			抗折强度	7.2MPa	>6MPa
体积变化率	+0.08％	-0.10％～+0.1％

高流动性灌浆料的各项检测结果均能满足技术指标要求，说明灌浆料的各项性能优异。

将制备好的高流动性灌浆料灌注到成型好的级配碎石混合料中，并进行马歇尔试验、劈裂试验、肯塔堡飞散试验、车辙试验等，检测级配碎石灌入式半柔性复合路面混合料的路用性能，得到的检测结果见表6所示。

表6级配碎石灌入式半柔性复合路面混合料性能检测结果

检测指标	检测结果	技术要求
			马歇尔稳定度	29.1KN	>15KN
劈裂强度	1.6MPa	>1.5MPa
			肯塔堡飞散损失率	2.3％	<15％
车辙动稳定度	74389次/mm	>10000次/mm

由此可以看出，该级配碎石灌入式半柔性复合路面混合料具备优异的路用性能，各项检测结果均能满足技术指标要求，尤其是抗车辙性能更为突出，可以说该级配碎石灌入式半柔性复合路面混合料是彻底解决路面的车辙病害问题的有效途径。

实施例3

本发明提出了一种可常温施工的级配碎石灌入式半柔性复合路面混合料。

所述的混合料组成按重量份数计为：级配碎石100份，饮用水4份，高流动性灌浆料8份；所述的级配碎石采用集料为石灰岩和玄武岩集料，所述的高流动性灌浆料为水泥、水性丙烯酸树脂、火山灰材料和水组成，所述的水泥为2份，所述的水性丙烯酸树脂为3份，所述的火山灰材料为2份，所述的水为1份。

为了确保级配碎石的柔性路面的特点，通过调整控制特定的级配，配置出骨架空隙型级配碎石混合料，混合料的及级配曲线为间断性级配曲线，即4.75mm以上的粗料子居多，2.36mm以下的细料子居少，所采用的粗集料为玄武岩，细集料为石灰岩，粗细集料均为坚硬、干燥、无风化颗粒级配，各档料子从大到小分别为1#(19mm-26.5mm)、2#(9.5-19mm)、3#(4.75mm-9.5mm)和4#(0-4.75mm)，所采用的配合比比例为：12:50:26:12。所得到的合成级配结果见表7所示。

表7级配碎石合成级配结果

对所述的级配碎石按着设计配比采用重型击实成型的试件，并采用真空密封发测定其空隙率为13.3％，并对成型的试件进行浸水4天的CBR试验，得到CBR的平均值为86.5％；满足级配碎石混合料的性能指标要求。

所述的高流动性灌浆料采用室内试验搅拌的方式制作，高速搅拌机的搅拌速度为3000r/s，搅拌时间为4分钟，将搅拌好的高流动性灌浆料进行性能检测，所得到的检测结果见表8所示。

表8高流动性灌浆料室内检测结果

检测指标	检测结果	技术要求
			流动度	11.5s	10s-13s
抗压强度	57.3MPa	>50MPa
			抗折强度	6.8MPa	>6MPa
体积变化率	+0.04％	-0.10％～+0.1％

高流动性灌浆料的各项检测结果均能满足技术指标要求。

为了验证可常温施工的级配碎石灌入式半柔性复合路面混合料的路用性能，依托实体工程试验段进行应用，该试验段位于高寒偏远地区，由于传统的沥青混合料施工对气候温度依赖性比较大，以往的路面养护施工的可施工季节短，而且常因为沥青温度下降而导致黏度增大难以施工，并且工程施工的质量较差，路面坑槽、龟裂等病害较为严重。

本发明的可常温施工的级配碎石灌入式半柔性复合路面混合料避开了低温气候施工的难题，先在路面成型好调制的级配碎石混合料，采用双钢轮压路机静压5遍，成型好后的级配碎石路面即刻可以进行高流动度灌浆料的灌注施工环节，并不需要像传统的半柔性路面需要等待大孔隙沥青混合料的降温环节，提高每天施工面积30％以上，而且路面施工的材料能耗大大降低，实现了低碳施工，节约了施工成本；待级配碎石路面的空隙率被浆体灌满后，用毛刷将表面多余的灌浆料清除掉，露出凹凸不平的集料即可，待路面养护至强度上来时，即可得到级配碎石灌入式半柔性复合路面。

为了验证本发明提出的可常温施工的级配碎石灌入式半柔性复合路面混合料的铺筑路面的路用性能，在试验段路面开放交通运行1个月后，对路面进行取芯检测各项性能指标，同时对试验路的各项路用性能进行检测，得到的检测结果见表9所示。

表9可常温施工的级配碎石灌入式半柔性复合路面性能检测结果

检测指标	检测结果	技术要求
			空隙率	13.0％	10％-15％
灌满度	93％	>85％
			马歇尔稳定度	25.4KN	>15KN
劈裂强度	1.7MPa	>1.5MPa
			肯塔堡飞散损失率	3.4％	<15％
车辙动稳定度	78252次/mm	>10000次/mm
			平整度	0.9/mm	≤2/mm
摩擦系数	56.7/mm	≥54/mm
			构造深度	0.68/mm	≥0.5/mm

通过试验段工程运行效果来看，目前整个路面运行稳定，基本上未产生病害问题，通过检测数据可以看出，(1)该级配碎石灌入式半柔性复合路面混合料具备优异的路用性能，抗车辙能力强，有效的解决了沥青路面的车辙病害问题；强度高、抗裂耐久性能好，表面纹理清晰，安全抗滑，提高了路面的行驶质量；(2)该级配碎石灌入式半柔性复合路面混合料可实现常温施工，无需将集料加热到200℃，减少了对能源的消耗，降低了对环境的污染，是低碳绿色筑路技术；同时减少了混合料对温度的依赖，延长了施工季节保证了工程施工质量，尤其适用于偏远寒冷地区的、以及小面积路段的施工，应用前景广阔。(3)该级配碎石灌入式半柔性复合路面混合料施工方便，避免了常规半柔性路面施工等待降温时间，提高了施工效率30％以上，同时可就地取材，无需添加沥青胶结料，施工成本低，只有正常沥青路面成本的80％，经济社会效益显著。

本发明主要是通过技术方案调整配置出满足空隙率、强度等技术指标的骨架空隙型级配碎石柔性路面，再灌注高流动性灌浆料而形成的灌入式半柔性复合路面，该路面结合了级配碎石的柔性和灌浆料的刚性，具有超高强的抗车辙性能和耐久性能，此外，该复合路面可实现常温施工，减少了对环境的污染，避免了施工等待降温时间，提高了施工效率；可实现就地取材，施工方便，尤其适用于偏远寒冷地区的施工，延长了施工季节，保证了工程施工质量，经济效益和社会效益显著。

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 (8)

1.级配碎石灌入式半柔性复合路面混合料，其特征在于：包括如下质量分数的组分

级配碎石 100份；

级配碎石成型用水4-6份；

灌浆料 6-10份；

所述灌浆料包括水泥、水性丙烯酸树脂、火山灰和灌浆料用水，所述罐浆料灌入向所述级配碎石中。

2.根据权利要求1所述的级配碎石灌入式半柔性复合路面混合料，其特征在于：所述灌浆料由如下质量分数的组分形成

水泥 2-4份；

水性丙烯酸树脂 2-5份；

火山灰材料 1-3份；

水 1-2份。

3.根据权利要求1所述的级配碎石灌入式半柔性复合路面混合料，其特征在于：所述级配碎石各级粒径与质量份数如下：

26.5mm~19mm 90-100%；

9mm~16mm 75-85%；

16mm~13.2mm 66-82%；

9.5mm~4.75mm 44-65%；

9.5mm~4.75mm 31-48%；

4.75mm~2.36mm 25-35%；

2.36mm~0.6mm 18-28%；

0.6mm~0.075mm 8-14%；

0.075mm以下 0-3%。

4.根据权利要求1所述的级配碎石灌入式半柔性复合路面混合料，其特征在于：所述的级配碎石根据配比混合后采用重型击实成型，成型后试件空隙率为10%-15%。

5.根据权利要求1所述的级配碎石灌入式半柔性复合路面混合料，其特征在于：所述的级配碎石为石灰岩、玄武岩、花岗岩的或多种。

6.根据权利要求1所述的级配碎石灌入式半柔性复合路面混合料，其特征在于：所述灌浆料流动度为10s-13s。

7.级配碎石灌入式半柔性复合路面施工方法，其特征在于：包括以下步骤

S01 配置级配碎石，将配置好的级配碎石铺展在待施工路面上，通过碾压压实成型所述空隙率的级配碎石；

S02 向压实后的级配碎石中灌注灌浆料，所述灌浆料包括水泥、水性丙烯酸树脂、火山灰材料和水；

S03 灌注好灌浆料后的级配碎石养护至达到设定性能指标。

8.根据权利要求7所述的级配碎石灌入式半柔性复合路面施工方法，其特征在于：所述步骤S01中压实后的级配碎石浸水4天的CBR平均值不低于85%。