CN110219217B

CN110219217B - 一种沥青稳定粉土基层小交通量路面结构

Info

Publication number: CN110219217B
Application number: CN201910529761.9A
Authority: CN
Inventors: 孙兆云; 韦金城; 王林; 李夏; 马士杰; 樊亮; 闫翔鹏; 韩文扬; 张晓萌; 孙强; 张正超; 侯佳林
Original assignee: Shandong Transportation Institute
Current assignee: Shandong Transportation Institute
Priority date: 2019-06-19
Filing date: 2019-06-19
Publication date: 2021-03-02
Anticipated expiration: 2039-06-19
Also published as: CN110219217A

Abstract

本发明公开了一种沥青稳定粉土基层小交通量路面结构，属于道路工程领域，其结构包括沥青稳定粉土基层，所述沥青稳定粉土基层由粉土和活性沥青粉拌和均匀后压实而成，所述活性沥青粉为赤泥沥青粉。与现有技术相比，本发明的沥青稳定粉土基层小交通量路面结构可就地取材，具有节约石料、施工简单、造价低等优点，适用于农村公路、厂区园区通道、施工便道等小交通量轻载道路铺装。

Description

一种沥青稳定粉土基层小交通量路面结构

技术领域

本发明涉及道路工程领域，具体提供一种沥青稳定粉土基层小交通量路面结构。

背景技术

农村公路、厂区园区通路、施工便道等轻载道路具有分布范围广、里程长、数量大、交通量小、工程造价低等特点，在建设过程中经常面临取材困难、成本过高、自然资源浪费等问题。使用传统的石灰、水泥无机稳定类或粒料类基层和水泥或沥青混凝土路面结构，虽然具有良好的路用性能，但是实际应用中会消耗大量符合路用标准的土、碎石材料，配套复杂施工机械设备，使筑路成本不断增加，不适宜于小交通量条件下的道路设计与施工。尤其在粉质土广泛分布地区，不能充分利用最低廉的粉土材料，实现就地取材，进一步造成资源浪费和生态破环。

在交通行业及国家标准中，粉质土因具有黏粒含量低、颗粒级配较差、渗透性高、水敏感性显著等不良工程特性，而不能直接用于路基、路面底基层和基层。粉土填筑道路对自然降水和地下毛细水上升的影响敏感性高，路面结构内部进水后会导致强度严重衰减、耐久性不足，呈现出沉陷变形、翻浆、坍塌、冻融、纵裂等严重病害。

申请人在公开号为CN107285694A的专利文献中公开了一种利用乳化沥青复合固化粉质土的方法。该方法以乳化沥青、水泥和粉质土为原料，虽然能够实现一种可用的路面材料，但在应用范围、工程造价以及路面结构的强度、水稳定性及抗冻等长期、耐久性能方面仍有较大提升空间。

发明内容

本发明是针对上述现有技术的不足，提供一种沥青稳定粉土基层小交通量路面结构。该结构以成本低、微损伤自愈补强、耐久性好的粉质土为基层材料，尤其适用于小交通量轻载路况。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种沥青稳定粉土基层小交通量路面结构，包括沥青稳定粉土基层，所述沥青稳定粉土基层由粉土和活性沥青粉拌和均匀后压实而成，所述活性沥青粉为赤泥沥青粉。

所述的粉质土指粒径小于0.075mm的颗粒含量大于50％，有机质含量小于10％，液限小于50％，塑性指数小于17的天然土。其黏聚力低、抗剪强度差、级配不良、浸水强度损失严重(软化崩解)，单独使用时无法满足道路填料的基本性能要求。所述赤泥沥青粉，以赤泥作为载体，改变沥青在常温下的存在状态，形成较大的比表面积，同时赤泥附带碱性能够提高沥青与粉质土间的粘附性。沥青以固体细分状态分散于粉质土颗粒间，在夏季路面温度升高时不断软化填充材料孔隙及微裂缝，与硬化团聚结构融合，进一步提高材料抗压强度和抗剪强度，并实现对微损伤的补强。最终形成半柔性、微损伤自愈补强、耐久性好的基层材料。

粉土和活性沥青粉的质量比优选为86～92:8～14，最佳为86～90:20～14。

作为优选，所述活性沥青粉中还可以添加活性剂，所述活性剂为氢氧化钙与火山灰或浮石粉混合而成，氢氧化钙与火山灰或浮石粉的质量比为65～75:25～35。所述氢氧化钙纯度大于95％，细度小于200目。所述火山灰中三氧化硫含量小于3.5％，细度小于320目。

活性剂中含有活性二氧化硅、氧化铝等成分，在氢氧化钙激发作用下反应形成水化胶凝性产物，包裹粉质土颗粒形成三维团聚结构形成早期硬化强度，可进一步提升基层材料的筑路性能。特别当活性剂选用质量比为68～72:28～32的氢氧化钙与火山灰的混合物时，效果最佳。

作为优选，活性沥青粉中赤泥沥青粉与活性剂的质量比优选为55～60:40～45。

本发明所述赤泥沥青粉可以是沥青粉和赤泥粉的混合物，优选由沥青与赤泥经加热搅拌、冷却研磨而成，沥青与赤泥的质量比为1:2.0～2.6，最佳为1:2.3～2.6。研磨后赤泥沥青粉的细度小于120目，含水量小于3％。所述沥青优选为70号或90号沥青；所述赤泥优选为烧结法赤泥或拜耳法赤泥。

将赤泥与加热至140～160℃的沥青混合均匀，冷却后研磨至细度小于120目即可。

作为优选，本发明的沥青稳定粉土基层小交通量路面结构可以由薄层沥青混凝土面层、上联结阻水层、沥青稳定粉土基层、下联结阻水层和路基构成，薄层沥青混凝土面层、上联结阻水层、沥青稳定粉土基层、下联结阻水层自上而下依次铺筑在路基上。

所述路基层位要求填土或填石材料，成型后具有一定的刚度和稳定性，顶面回弹模量值大于30MPa，CBR值大于5％。

所述沥青稳定粉土基层的厚度不小于30cm，压实度大于95％。压实后抗压强度大于2.0MPa，顶面回弹模量值大于120MPa，软化系数大于0.85。

所述薄层沥青混凝土面层可采用沥青表面处治或沥青贯入式路面。由于沥青稳定粉土基层具有抗压、抗剪力学特点及强度增长与自愈补强性能，薄层沥青混凝土面层厚度可减薄至3～5cm，骨料公称最大粒径为13.2mm，设计弯沉值不大于26(0.01mm)。

所述上联结阻水层和/或下联结阻水层采用公称粒径10～15mm的单级配碎石与活性沥青粉混合而成，单级配碎石与活性沥青粉的质量比为75～80：20～25。单级配碎石与活性沥青粉拌和均匀后分别撒布、碾压嵌于路基和沥青稳定粉土基层表面。碎石与活性沥青粉混合物的撒布量为4～7m³/1000m²。

薄层沥青混凝土施工完毕后，联结阻水层嵌挤于基层与面层、基层与路基的层间处，使路面作用荷载在整体结构中均匀连续传递，减少应力集中和弯拉破环。同时，联结阻水层材料中的活性沥青粉吸附于碎石表面，随夏季路面温度升高，软化以胶体形态不断填充界面孔隙，形成碎石-沥青膜结构，有效阻断自然降水和地下毛细水上升对路面基层内部结构的影响。

与现有技术相比，本发明的沥青稳定粉土基层小交通量路面结构具有以下突出的有益效果：

(一)实现了对不良道路材料粉质土的性能改良，通过添加活性沥青粉后的复杂化学反应和长期温度累积影响，形成高强耐久的半柔特性材料，可就地取材用于道路工程基层或底基层。沥青稳定粉土基层材料可以替代传统水泥、二灰稳定碎石基层，同时，基层的良好性能可以优化面层厚度，使面层厚度较常规减薄20～40％，具有明显价格优势。

(二)所述联结阻水层能够有效降低自然降水及毛细水上升对基层材料性能的影响，提高整体水稳性和耐候性，并随夏季温度升高和工作周期增长，沥青不断渗透与面层、路基结构形成连续受力整体结构，延长路面使用寿命。

(三)所述沥青稳定粉土基层，在赤泥沥青粉和活性剂的共同作用下，激发产生胶凝物质与粉土颗粒形成团聚结构，高度分散的沥青粉在夏季高温条件软化渗透结构内部孔隙和微裂缝，形成微损伤修复和自愈补强，克服传统半刚性无机稳定类基层材料易收缩开裂的缺陷。

(四)赤泥沥青粉的载体材料为工业废弃物赤泥，实现了高附加值利用，同时规模化利用粉土分布地区的不良土质，将资源节约和循环再生利用结合统一，具有显著的环保、社会和经济效益，尤其适用于农村公路、厂区园区通路、施工便道等小交通量轻载道路。

附图说明

附图1是本发明沥青稳定粉土基层小交通量路面结构的结构示意图。

附图中的标记分别表示：

1、薄层沥青混凝土面层，2、上联结阻水层，3、沥青稳定粉土基层，4、下联结阻水层，5、路基。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为对本发明的限定。

如无特别说明，下述所用各成分的含量为重量百分比含量。

【实施例】

如图1所示，本发明的沥青稳定粉土基层小交通量路面结构自上至下由薄层沥青混凝土面层1、上联结阻水层2、沥青稳定粉土基层3、下联结阻水层4和路基5共同构成。

1、路基5

根据道路设计标高，清表后采用重型压路机对原有素土进行压实填筑，完毕后测试顶面回弹模量值为31MPa，CBR值为9.4％。

2、下联结阻水层4

下联结功能层4采用质量比为80:20的公称粒径10～15mm的单级配碎石与活性沥青粉混合物，均匀撒布于路基5的表面，用18T单钢轮压路机稳压1遍使其嵌在路基5表面中。碎石与活性沥青粉混合物的撒布量为5～7m³/1000m²。

所述活性沥青粉由赤泥沥青粉和活性剂混合而成，赤泥沥青粉与活性剂的质量比为60:40。

将烧结法赤泥与加热至150℃左右的70号沥青混合均匀，冷却后进行研磨，即可得到所述赤泥沥青粉。赤泥沥青粉细度小于120目，含水量小于3％。70号沥青和烧结法赤泥的质量比为1:2.6。

所述活性剂采用氢氧化钙和火山灰的混合物，两者质量比为68:32。

3、沥青稳定粉土基层3

沥青稳定粉土基层3设计总厚度为32cm，分2层(每层16cm)进行铺筑。粉质土、活性沥青粉按质量比88:12进行掺配，现场使用路拌机拌和2遍，用重型压路机初始静压2遍、振动压实4遍、终压静压1遍。现场实测压实度为96.2％，顶面回弹模量值为128Mpa，抗压强度大于2.0MPa，软化系数大于0.85。

所述活性沥青粉与下联结阻水层4中使用的活性沥青粉相同。

4、上联结阻水层2

上联结阻水层2采用与下联结阻水层4相同材料，均匀撒布于沥青稳定粉土基层3的表面，用18T单钢轮压路机稳压1遍使其嵌在沥青稳定粉土基层3表面中。碎石与活性沥青粉混合物的撒布量为4～6m³/1000m²。

所述活性沥青粉与下联结阻水层4中使用的活性沥青粉相同。

5、薄层沥青混凝土面层1

薄层沥青混凝土面层1沥青表面处治路面，骨料公称最大粒径为13.2mm，厚度为4cm，实测顶面弯沉值为22.4(0.01mm)。

【实验例】

按下表层结构铺筑实验路：

对上述实验路进行性能测定，得出以下测定结果：

由上测定结果可以看出经赤泥沥青粉和活性剂处理的粉质土用于基层铺筑时，基层的整体承载能力(强度、模量)、耐水性能(软化系数)和阻裂能力等均优于现有技术。应用于联结阻水层，可以使路面基层与面层、路基形成有效联结，有利于路面工作荷载的连续传递，同时可以阻隔地下毛细水与大气降水渗透对基层整体强度与刚度的衰减影响，长期使用性能和耐候性优于现有技术，具有很好的推广应用价值。

以上所述的实施例，只是本发明较优选的具体实施方式，本领域的技术人员在本发明技术方案范围内进行的通常变化和替换都应包含在本发明的保护范围内。

Claims

1.一种沥青稳定粉土基层小交通量路面结构，其特征在于，包括沥青稳定粉土基层，所述沥青稳定粉土基层由粉土和活性沥青粉拌和均匀后压实而成，所述活性沥青粉为赤泥沥青粉，所述赤泥沥青粉由沥青与赤泥经加热搅拌、冷却研磨而成。

2.根据权利要求1所述的沥青稳定粉土基层小交通量路面结构，其特征在于，粉土和活性沥青粉的质量比为86～92:8～14。

3.根据权利要求1或2所述的沥青稳定粉土基层小交通量路面结构，其特征在于，所述活性沥青粉中添加有活性剂，所述活性剂为氢氧化钙与火山灰或浮石粉混合而成，氢氧化钙与火山灰或浮石粉的质量比为65～75:25～35。

4.根据权利要求3所述的沥青稳定粉土基层小交通量路面结构，其特征在于，赤泥沥青粉与活性剂的质量比为55～60:40～45。

5.根据权利要求4所述的沥青稳定粉土基层小交通量路面结构，其特征在于，沥青与赤泥的质量比为1:2.0～2.6。

6.根据权利要求1所述的沥青稳定粉土基层小交通量路面结构，其特征在于，所述路面结构由薄层沥青混凝土面层、上联结阻水层、沥青稳定粉土基层、下联结阻水层和路基构成，薄层沥青混凝土面层、上联结阻水层、沥青稳定粉土基层、下联结阻水层自上而下依次铺筑在路基上。

7.根据权利要求6所述的沥青稳定粉土基层小交通量路面结构，其特征在于，所述沥青稳定粉土基层的厚度不小于30cm，压实度大于95％。

8.根据权利要求6所述的沥青稳定粉土基层小交通量路面结构，其特征在于，所述薄层沥青混凝土面层采用沥青表面处治或沥青贯入式路面，厚度为3～5cm，骨料公称最大粒径为13.2mm。

9.根据权利要求6所述的沥青稳定粉土基层小交通量路面结构，其特征在于，所述上联结阻水层和/或下联结阻水层采用公称粒径10～15mm的单级配碎石与活性沥青粉混合而成，单级配碎石与活性沥青粉的质量比为75～80：20～25。

10.根据权利要求9所述的沥青稳定粉土基层小交通量路面结构，其特征在于，上联结阻水层和/或下联结阻水层的碎石与活性沥青粉混合物的撒布量为4～7m³/1000m²。