CN111549607A - 一种环保型高性能长寿命路面结构及施工方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种环保型高性能长寿命路面结构及施工方法,涉及公路和市政工程技术领域,能够减少材料用量,降低造价,提高抗裂性能,延长路面使用寿命;该路面结构为层状结构,从上往下依次包括厚度为0.5‑3cm的磨耗层、厚度为8‑20cm的承重层以及厚度为32‑40cm的半刚性基层;所述磨耗层和所述承重层之间的粘结层为改性乳化沥青粘层;磨耗层为AC沥青混凝土、SMA沥青混凝土、OGFC排水路面材料、微表处、极薄磨耗层和NovaChip中的任意一种;半刚性基层为低裂水泥稳定碎石半刚性基层;承重层的材料为粗粒式沥青混凝土和/或中粒式沥青混凝土。本发明提供的技术方案适用于路面铺筑的过程中。

Description

一种环保型高性能长寿命路面结构及施工方法
【技术领域】
本发明涉及公路和市政工程技术领域,尤其涉及一种环保型高性能长寿命路面结构及施工方法。
【背景技术】
长寿命沥青路面(Long-lifeAsphaltPavements)或者永久性路面(PerpetualPavements)是指采用较厚的沥青层柔性路面,以降低传统的沥青层底部开裂和避免结构性车辙,使路面的损坏仅限于顶部(25~l00mm),因此只需要定期的表面铣刨、罩面修复,在使用年限内不需要大的结构性重建的路面结构。长寿命路面结构设计要求考虑设计标准轴次、荷载、轮胎压力、维修难度、施工适应性、施工速度、安全性、耐久性及可再生性等多方面因素,并最大限度降低对环境的影响。
通常,长寿命沥青路面结构包括但不限于防渗、耐久、耐磨的上部磨耗层,抗车辙、结构强度硬的厚中间承重层和稳定及高强度的基础层。层厚依据交通荷载、环境位置和材料/混合料设计而变。一般中间层为承重层,目前使用的AC粗中粒式沥青混凝土已经相当成熟,在厚度设置和施工控制上也基本上已经形成特有的规定。反而是最上面的磨耗层和承重层下面的水泥稳定碎石层才是长寿命路面中的薄弱环节。
上部磨耗层由于路面板的温度变化和大挠度从而产生较大的拉应力,使得沥青混凝土产生裂缝,在渗水和车辆的作用下出现坑槽以及松散;内剪应力较大,容易产生剪切变形,又由于磨耗层与承重层间粘结力不足,从而在水平方向上产生相对位移导致剪切破坏,就会出现拥包、推移等病害。
下部的水泥稳定类基础层由于单纯强调了半刚性基层的抗压强度和模量,水泥用量偏大,加之施工、经济投入和交通量增长过快等诸多因素,已经建成的许多道路出现了开裂、冲刷唧浆等早期损坏现象,其中收缩裂缝问题最为突出,并已成为水泥稳定类基层的主要缺陷。
现有的长寿命沥青路面结构,形式单一,且仅考虑路面结构的使用寿命,通常以提高混合料的路用性能或增加结构层的厚度作为技术手段,如采用高性能的SMA混合料代替AC混合料,或者将传统路面结构的底面层由6~7cmAC-25沥青混凝土置换为1或2层8~12cmATB-25或ATB-30沥青稳定碎石。上述措施虽能有效延长路面结构的使用寿命,但工程造价增加显著(如以SMA作为表面层时,因直接承受行车和气候荷载,需要采用高品质的玄武岩并添加纤维稳定剂,以满足磨耗要求;增加沥青结构层厚度,将显著提升工程造价),使得很多项目对长寿命路面结构望而却步。
由于使用了大量石料,矿山开采成了典型的环境破坏形式,减少石料用量,实现绿水青山,同时在道路施工中采用钢渣、矿渣等废弃材料,才能实现环保的目标。
因此,有必要研究一种环保型高性能长寿命路面结构及施工方法来应对现有技术的不足,以解决或减轻上述一个或多个问题。
【发明内容】
有鉴于此,本发明提供了一种环保型高性能长寿命路面结构及施工方法,能够减少材料用量,降低造价,提高抗裂性能,延长路面使用寿命。
一方面,本发明提供一种环保型高性能长寿命路面结构,其特征在于,所述路面结构为层状结构,从上往下依次包括厚度为0.5-3cm的磨耗层、厚度为11-15cm的承重层以及厚度为32-40cm的半刚性基层;所述磨耗层和所述承重层之间的粘结层为改性乳化沥青粘层,用于提高粘结性。
如上所述的方面和任一可能的实现方式,进一步提供一种实现方式,所述磨耗层为AC沥青混凝土、SMA沥青混凝土、OGFC排水路面材料、微表处、极薄磨耗层和NovaChip中的任意一种;
所述磨耗层为微表处时,去除所述改性乳化沥青粘层,使微表处磨耗层直接摊铺在所述承重层上。
如上所述的方面和任一可能的实现方式,进一步提供一种实现方式,所述承重层的材料为粗粒式沥青混凝土和/或中粒式沥青混凝土。
如上所述的方面和任一可能的实现方式,进一步提供一种实现方式,所述承重层为两层或一层。
如上所述的方面和任一可能的实现方式,进一步提供一种实现方式,所述承重层为两层时,上层为厚度5-7cm的中粒式沥青混凝土层,下层为厚度6-8cm的粗粒式沥青混凝土层。
如上所述的方面和任一可能的实现方式,进一步提供一种实现方式,改性乳化沥青粘层施工时的喷洒量为0.6-1kg/m2
如上所述的方面和任一可能的实现方式,进一步提供一种实现方式,所述半刚性基层为低裂水泥稳定碎石半刚性基层;所述低裂水泥稳定碎石半刚性基层的材料包括钢渣水泥或矿渣水泥、碎石材料和水;
矿渣水泥为矿渣硫铝酸盐水泥和/或矿渣铁铝酸盐水泥;
钢渣水泥为钢渣硫铝酸盐水泥。
如上所述的方面和任一可能的实现方式,进一步提供一种实现方式,所述低裂水泥稳定碎石半刚性基层的材料还包括加筋材料;所述加筋材料为有机纤维、聚合物纤维、玄武岩纤维中的任意一种或多种。
另一方面,本发明提供一种环保型高性能长寿命路面结构的施工方法,其特征在于,用于铺筑如上任一所述的环保型高性能长寿命路面结构;所述施工方法的步骤包括:
S1、在符合要求的下基层上分两层铺筑半刚性基层,铺筑时每层厚度不超过20cm;
S2、在半刚性基层上铺筑承重层;
S3、在承重层上喷洒改性乳化沥青粘层,并在改性乳化沥青粘层上铺筑磨耗层。
如上所述的方面和任一可能的实现方式,进一步提供一种实现方式,采用同步摊铺工艺或分步施工的方法进行所述改性乳化沥青粘层的喷洒和所述磨耗层的铺筑。
与现有技术相比,本发明可以获得包括以下技术效果:通过对磨耗层的性能优化和厚度的减薄、沥青结构层层间部位(即粘结层)的加强、对水泥稳定类基层抗裂性能和强度改进和提高,从而得到一种路用性能优异、造价低的长寿命路面结构;具有显著的经济、环境和社会效益。
当然,实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有技术效果。
【附图说明】
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案,下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1是本发明一个实施例提供的路面结构示意图。
图中,
1-磨耗层;2-承重层;3-半刚性基层;4-粘结层。
【具体实施方式】
为了更好的理解本发明的技术方案,下面结合附图对本发明实施例进行详细描述。
应当明确,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例,都属于本发明保护的范围。
在本发明实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的,而非旨在限制本发明。在本发明实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式,除非上下文清楚地表示其他含义。
针对现有技术的不足,本发明提供一种新的路面结构,针对长寿命路面的薄弱环节进行强化,即通过对磨耗层的性能优化和厚度的减薄、沥青结构层层间部位的加强、对水泥稳定类基层抗裂性能和强度提高,从而得到一种路用性能优异、造价低的长寿命路面结构。具有显著的经济、环境和社会效益。
本发明是一种低成本高性能长寿路面结构,由上往下主要包括厚度较薄的上面层、改性乳化沥青粘层、普通沥青混凝土承重层和建立在稳固土基上的低裂高强水泥稳定类基层。通过如上的结构组合达到低造价、高性能、长寿命的一种路面结构。该路面结构适用于新建道路、改扩建道路及路面大中修等。通过将最上面磨耗层厚度由原来的4-6cm减少到0.5-3cm,减少材料用量,节能环保,降低造价。采用改性乳化沥青粘层(分为普通和不粘轮乳化沥青)作为磨耗层和承重层的粘结层,增加粘结效果,防水高粘,减少层间破坏,延长路面寿命。通过对下面水泥稳定基层抗裂性能的提高,延长路面寿命。普通和不粘轮乳化沥青的指标为固含量大于等于60%。
本发明长寿命路面最上层磨耗层主要选择0.5-3cm的沥青面层材料,比如AC沥青混凝土、SMA沥青混凝土、OGFC排水路面材料、微表处、极薄磨耗层、NovaChip等材料。超薄磨耗层是指厚度在2-2.5cm的沥青混凝土薄层。极薄磨耗层指厚度在1-2cm的沥青混凝土薄层。选用薄层铺装材料,在降低造价的同时,还可以获得更好的路用性能,抗滑、防水雾、低噪音、抗车辙表面、耐久性好。
微表处薄层的使用方法具体为乳化沥青加砂石冷拌,直接用稀浆封层车直接喷洒后通车,属于冷拌冷铺沥青面层。铺筑时,将石料、乳化沥青、水加入稀浆封层车,利用稀浆封层车进行拌合,无需粘结层,直接在承重层上摊铺。厚度一般为0.6cm-1.0cm。
NovaChip厚度一般为1.5-2.5cm。采用5-10mm硬质石料和0-3石屑,比例一般大于7:3,再加适量矿粉与沥青拌合而成。一般采取同步摊铺机施工,也可以采用普通摊铺机施工。
极薄磨耗层的施工工艺与NovaChip基本相同,采用热拌热铺开断级配沥青混合料和同步摊铺工艺,厚度一般为1cm-2cm。厚度大于1.5cm时,采用5cm-10cm硬质石料和0-3石屑,比例一般大于7:3,还有矿粉与沥青拌合而成。当薄层厚度小于1.5cm时,采用5cm-8cm硬质石料和0-3石屑,比例一般大于7:3,还有矿粉与沥青拌合而成。一般采取同步摊铺机施工,如果配合不粘轮的改性乳化沥青(固含量在60%以上)也可以采用普通的分步摊铺工艺。
各种类型的薄层参数如表1所示。
表1各薄层性能及工艺参数对比
Figure BDA0002459847240000071
粘结层所用的改性乳化沥青粘层材料主要指高固含量的乳化沥青材料,这种材料一般粘结性能好,分为普通乳化沥青粘层和不黏轮乳化沥青粘层。施工时根据上面磨耗层的性能采用同步或者分步摊铺工艺,同步摊铺工艺时,将改性乳化沥青加入到同步沥青摊铺机中,边喷洒改性乳化沥青边摊铺沥青混合料(即铺筑上层的磨耗层)。分步施工时,先将不粘轮乳化沥青喷洒或喷涂在已经准备好的沥青路面承重层上,待乳化沥青干燥后,再利用常规沥青摊铺设备铺筑磨耗层。一般乳化沥青粘层喷洒量为0.6-1kg/m2。
中间承重层主要由11-15cm厚的粗中粒式沥青混凝土组成。一般高等级公路分两层施工,其中上层主要铺筑5-7cm的中粒式沥青混凝土,下层主要铺筑6-8cm的粗粒式沥青混凝土。对于低等级公路,可以采取铺筑1层5-7cm的粗中粒式沥青混凝土即可。施工方法同常规施工沥青混凝土施工方案。
下面的基础层为低裂水泥稳定碎石半刚性基层。低裂水泥稳定碎石半刚性基层一般设置在已经准备好的复合规范要求的土基或者碎石稳定基层上,厚度一般为32-40cm,一般情况分两层施工,每层厚度不超过20cm。
低裂水泥稳定级配碎石半刚性基层材料,其主要由矿渣硫(铁)铝酸盐水泥和/或钢渣水泥、碎石材料、水组成。低裂水泥稳定级配碎石半刚性基层材料组分配比为:碎石2100-2300份、矿渣硫(铁)铝酸盐水泥70-110份,饮用水100-115份。为提高性能,也可适当掺加1.5-2.2份的加筋材料。如果特殊需要还可加入加筋材料(如:有机纤维,聚合物纤维,玄武岩纤维等),从而得到一种强度高、干缩系数小的高强低裂水泥稳定碎石材料。其水泥用量小,所以造价相对较低,同时抗裂性能好,强度也优于一般水泥稳定碎石基层类材料。
钢渣水泥可以是钢渣硫铝酸盐水泥,代替矿渣硫铝酸盐水泥和矿渣铁铝酸盐水泥用于低裂半钢性基层材料中,其所占组分也与矿渣水泥相同。钢渣硫铝酸盐水泥的组分包括:粒化高炉钢渣75-90质量份、硫铝酸盐水泥熟料3-5质量份、石膏3-15质量份。
本发明是一种环保型高性能长寿路面结构,由上往下主要包括厚度较薄的上面层、普通沥青混凝土承重层和建立在稳固土基上的低裂高强水泥稳定类基层。主要通过对最上面磨耗层厚度的减少和性能的优化,并加入改性乳化沥青粘层增强沥青材料层间结合力、通过采用低裂高强水泥稳定碎石半钢性基层等方法,上下共同优化所形成的低造价、高性能、长寿命的一种路面结构。该发明思路简明清晰,可操作性强。
现有的长寿命沥青路面结构,形式单一,且仅考虑路面结构的使用寿命,通常以提高混合料的路用性能或增加结构层的厚度作为技术手段。而本发明反其道行之,减薄沥青层厚度的同时,加强下部水泥稳定碎石基层的性能和强度,再优化长寿命路面性能和延长寿命的同时,减少造价。
实施例:
某高等级公路,计划采用本方案相关思路进行路面结构的设计。主要结构从上到下分别为:
上面层为2cm厚NovaChip,使用的乳化沥青为固含量大于65%的高粘乳化沥青。采用NovaChip同步摊铺机进行摊铺,使用12吨双钢轮进行碾压。
承重层分两层。其中,上承重层为AC-16,采用SBS改性90号沥青,厚度6cm。下承重层为AC-20,采用SBS改性90号沥青,厚度8cm。
基层采用两层18cm厚的低裂高性能水泥稳定碎石半钢性基层。主要材料构成按质量配比如下:矿料2100-2300份、矿渣硫(铁)铝酸盐水泥70-110份,饮用水100-115份、1.5-2.2份的加筋材料(有机纤维,聚合物纤维,玄武岩纤维等)。利用专业水泥稳定碎石设备拌合后进行施工。
下基层为石灰土和土基,技术指标符合本领域相关规范要求。
以上对本申请实施例所提供的一种环保型高性能长寿命路面结构及施工方法,进行了详细介绍。以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想;同时,对于本领域的一般技术人员,依据本申请的思想,在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处,综上所述,本说明书内容不应理解为对本申请的限制。
如在说明书及权利要求书当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可理解,硬件制造商可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求书并不以名称的差异来作为区分组件的方式,而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求书当中所提及的“包含”、“包括”为一开放式用语,故应解释成“包含/包括但不限定于”。“大致”是指在可接收的误差范围内,本领域技术人员能够在一定误差范围内解决所述技术问题,基本达到所述技术效果。说明书后续描述为实施本申请的较佳实施方式,然所述描述乃以说明本申请的一般原则为目的,并非用以限定本申请的范围。本申请的保护范围当视所附权利要求书所界定者为准。
还需要说明的是,术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含,从而使得包括一系列要素的商品或者系统不仅包括那些要素,而且还包括没有明确列出的其他要素,或者是还包括为这种商品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下,由语句“包括一个……”限定的要素,并不排除在包括所述要素的商品或者系统中还存在另外的相同要素。
应当理解,本文中使用的术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系,表示可以存在三种关系,例如,A和/或B,可以表示:单独存在A,同时存在A和B,单独存在B这三种情况。另外,本文中字符“/”,一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
上述说明示出并描述了本申请的若干优选实施例,但如前所述,应当理解本申请并非局限于本文所披露的形式,不应看作是对其他实施例的排除,而可用于各种其他组合、修改和环境,并能够在本文所述申请构想范围内,通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本申请的精神和范围,则都应在本申请所附权利要求书的保护范围内。

Claims (10)

1.一种环保型高性能长寿命路面结构,其特征在于,所述路面结构为层状结构,从上往下依次包括厚度为0.5-3cm的磨耗层、厚度为11-15cm的承重层以及厚度为32-40cm的半刚性基层;所述磨耗层和所述承重层之间的粘结层为改性乳化沥青粘层。
2.根据权利要求1所述的环保型高性能长寿命路面结构,其特征在于,所述半刚性基层为低裂水泥稳定碎石半刚性基层;所述低裂水泥稳定碎石半刚性基层的材料包括钢渣水泥或矿渣水泥、碎石材料和水;
矿渣水泥为矿渣硫铝酸盐水泥和/或矿渣铁铝酸盐水泥;
钢渣水泥为钢渣硫铝酸盐水泥。
3.根据权利要求2所述的环保型高性能长寿命路面结构,其特征在于,所述低裂水泥稳定碎石半刚性基层的材料还包括加筋材料;所述加筋材料为有机纤维、聚合物纤维、玄武岩纤维中的任意一种或多种。
4.根据权利要求1所述的环保型高性能长寿命路面结构,其特征在于,所述磨耗层为AC沥青混凝土、SMA沥青混凝土、OGFC排水路面材料、微表处、极薄磨耗层和NovaChip中的任意一种;
所述磨耗层为微表处时,去除所述改性乳化沥青粘层。
5.根据权利要求1所述的环保型高性能长寿命路面结构,其特征在于,所述承重层的材料为粗粒式沥青混凝土和/或中粒式沥青混凝土。
6.根据权利要求5所述的环保型高性能长寿命路面结构,其特征在于,所述承重层为两层或一层。
7.根据权利要求6所述的环保型高性能长寿命路面结构,其特征在于,所述承重层为两层时,上层为厚度5-7cm的中粒式沥青混凝土层,下层为厚度6-8cm的粗粒式沥青混凝土层。
8.根据权利要求1所述的环保型高性能长寿命路面结构,其特征在于,改性乳化沥青粘层施工时的喷洒量为0.6-1kg/m2。
9.一种环保型高性能长寿命路面结构的施工方法,其特征在于,用于铺筑如权利要求1-8任一所述的环保型高性能长寿命路面结构;所述施工方法的步骤包括:
S1、在符合要求的下基层上分两层铺筑半刚性基层,铺筑时每层厚度不超过20cm;
S2、在半刚性基层上铺筑承重层;
S3、在承重层上喷洒改性乳化沥青粘层,并在改性乳化沥青粘层上铺筑磨耗层。
10.根据权利要求9所述的环保型高性能长寿命路面结构的施工方法,其特征在于,采用同步摊铺工艺或分步施工的方法进行所述改性乳化沥青粘层的喷洒和所述磨耗层的铺筑。
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