CN112878131B - 一种排水路面结构 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种排水路面结构。该排水路面结构包括:第一沥青层,所述第一沥青层包括排水沥青混合料,所述第一沥青层的空隙率为11‑18%;应力消散层,所述应力消散层包括高粘沥青层;以及防水联结层,所述防水联结层包括玄武岩纤维土工格栅;其中,所述排水沥青混合料包括以下组分:聚合物改性沥青、级配型集料以及复合纤维;所述复合纤维包括玻璃纤维和粒状木质素纤维,所述玻璃纤维和粒状木质素纤维的质量比为1:0.3~3。本发明的排水路面结构能够兼顾排水、降噪性能和抗裂、耐久性能,能够满足道路工程建设的需求。
Description
技术领域
本发明涉及一种排水路面结构,属于道路工程材料领域。
背景技术
随着经济的发展和交通量的迅猛增长,“绿色交通”与“交通安全”的理念也逐渐成为道路工程建设的重要发展趋势。排水降噪路面凭借其大空隙结构具有排水、降噪功能,一方面能有效排除雨天路表水膜,提高行车的安全性;另一方面能大幅降低交通所产生的噪音,起到绿色环保的作用。因此,排水降噪沥青路面已经引起了极大地关注。
现有技术中,普遍采用的是单层排水降噪路面,在密集配结构层上铺筑一层大空隙开级配排水沥青面层(OGFC),虽然具有一定的排水性能,但是效果并不显著。同时,一般大空隙沥青混合料面层因具有空隙较大的特点,其铺筑而成的沥青路面容易出现车辙、松散、裂缝等病害,影响路面的使用寿命。
近年来,基于大空隙开级配排水沥青面层(OGFC)的单层排水降噪路面结构受到了道路科研工作者的关注。大量研究表明,沥青面层的排水降噪性能与其空隙率的大小呈正相关,为了达到好的排水降噪效果,可增大沥青面层的空隙率。但是随着空隙率增大,沥青混合料中集料与集料的接触面积减小,连结强度减弱,形成的沥青路面的连接层强度降低、耐久性变差,且更容易受到环境因素的影响。一般的单层排水降噪沥青路面不能解决大空隙率带来的难题,难以兼顾排水、降噪性能和抗裂、耐久性能,无法满足目前道路工程建设的需求。
另外,单层的排水降噪沥青路面虽然具有一定的排水功能,但是在实际工程应用中,施工工艺复杂,由于空隙率较大导致混合料的耐久性较差,雨水、空气及紫外线老化都会影响沥青胶结料的粘附性,路面容易出现松散及掉粒,缩短使用寿命。
研究表明,在施工及使用过程中,单层的排水降噪沥青路面受到轮胎反复碾压后,部分自由沥青会向上迁移,部分空隙被堵塞,导致排水层的有效厚度小于原本设计厚度,造成路面排水、降噪的效果变差。另外,目前常用的排水降噪路面结构是大空隙开级配排水沥青面层,考虑到大空隙开级配排水沥青面层的大空隙的特点,沥青混合料的强度变差,直接影响路面的耐久性,导致疲劳开裂的病害。
在现有技术中,在排水降噪路面的大空隙排水层和密集配结构层中设置防水联结层,可以阻止水渗透到密集配结构层中,避免结构层出现水损害等早期损坏的问题。常用的防水联结层为橡胶改性沥青碎石封层等,抗压及抗拉强度小,无法达到抗裂的效果。在沥青路面中加入玻璃纤维土工格栅、玄武岩纤维土工格栅等可以增强路面的层间粘结性能,有效提高路面的抗压强度。但是,市场上普遍使用的玄武岩纤维土工格栅是将玄武岩纤维片材相互编制而成,其断裂强力、断裂伸长率不能满足排水降噪沥青路面的要求,如果直接使用市面上的玄武岩纤维土工格栅铺筑于排水降噪沥青路面中,达不到好的抗裂效果。
引用文献1公开了一种排水降噪混凝土路面,包括至下而上依次铺叠的水泥稳定碎石层、中粒式沥青混凝土层、SMA-13层和排水降噪路上面层,水泥稳定碎石层为两层,集料由通过31.5mm-0.075mm方孔筛的矿料组成,中粒式沥青混凝土层是密级配沥青混凝土混合料结构,SMA-13层中原加有木质纤维,上面层是排水降噪路面层,排水降噪路面层由粗集料、细集料和沥青组成,集料级配的配比以抗磨耗要求及目标空隙率确定。但是该排水降噪混凝土的施工组织难度大、配合比不易确定、结构层间连接强度低、结合料随时间的老化速度快、耐久性低。
引用文献2公开了一种玄武岩纤维土工格栅混凝土及其制备方法,混凝土的基体中的增强体以玄武岩纤维土工格栅的形式进行铺设,所述玄武岩纤维土工格栅的径向玄武岩纤维束由束纤维均分两等份加一个黏度卷取而成,纬向玄武岩纤维束由与径向等细度的束纤维穿过径向加捻孔交织而成。但是该玄武岩纤维土工格栅混凝土不能用于排水降噪路面,容易造成应力集中,且无法达到优异的抗裂效果。
引用文献:
引用文献1:CN102134825A
引用文献2:CN109437731A
发明内容
发明要解决的问题
鉴于现有技术中存在的技术问题,本发明的目的在于提供一种排水路面结构。本发明的排水路面结构具有优异的排水、降噪的性能,同时,其还具有优异的抗裂性能,从而可提高排水路面结构的使用寿命。
用于解决问题的方案
本发明提供了一种排水路面结构,其包括:
第一沥青层,所述第一沥青层包括排水沥青混合料,所述第一沥青层的空隙率为11-18%;
应力消散层,所述应力消散层包括高粘沥青层;以及
防水联结层,所述防水联结层包括玄武岩纤维土工格栅;其中,
所述排水沥青混合料包括以下组分:聚合物改性沥青、级配型集料以及复合纤维;所述复合纤维包括玻璃纤维和粒状木质素纤维,所述玻璃纤维和粒状木质素纤维的质量比为1:0.3~3。
根据本发明所述的排水路面结构,其中,以所述聚合物改性沥青和级配型集料的总质量计,所述复合纤维的加入量为0.1-1%。
根据本发明所述的排水路面结构,其中,所述排水沥青混合料中,所述级配型集料的级配范围为:
通过13.2mm筛孔的质量百分比为100%;通过9.5mm筛孔的质量百分比为90-100%;通过4.75mm筛孔的质量百分比为19-28%;通过2.36mm筛孔的质量百分比为16-21%;通过0.6mm筛孔的质量百分比为10-14%;通过0.075mm筛孔的质量百分比为6-8%。
根据本发明所述的排水路面结构,其中,所述粒状木质素纤维呈柱状结构,所述粒状木质素纤维底面的平均直径为2.5-4.5mm;所述粒状木质素纤维的平均长度为5-7mm。
根据本发明所述的排水路面结构,其中,所述玻璃纤维呈丝状结构,单根所述玻璃纤维的平均直径为1-5μm,平均长度为5-7mm。
根据本发明所述的排水路面结构,其中,以所述级配型集料的总质量为100%计,所述聚合物改性沥青的加入量为2-10%。
根据本发明所述的排水路面结构,其中,所述聚合物改性沥青包括SBS改性沥青,其中,以所述SBS改性沥青的总质量计,SBS改性剂的加入量为3%-5%。
根据本发明所述的排水路面结构,其中,所述应力消散层中还包含有碎石层,至少部分所述碎石嵌入至所述高粘沥青层中;其中,所述碎石的粒径为9.5mm-13.2mm。
根据本发明所述的排水路面结构,其中,所述高粘沥青中高粘沥青的软化点不小于80℃,闪点不小于260℃,在60℃的粘度不小于20000Pa·s。
根据本发明所述的排水路面结构,其中,所述防水联结层包括至少一层玄武岩纤维土工格栅,其中,所述玄武岩纤维土工格栅由经线片材和纬线片材编织而成。
发明的效果
本发明的排水路面结构能够兼顾排水、降噪性能和抗裂、耐久性能,能够满足道路工程建设的需求。
进一步地,本发明的排水路面结构由于有一层单一粒径碎石洒布在高粘沥青上形成的应力消散层2,能保证排水孔隙层的有效厚度,能够确保排水能力,且可以很好的克服抗剪切力差的问题,另外排水路面结构的抗断裂性能优异,可起到加固沥青路面,延长沥青路面使用寿命的效果。
进一步地,本发明可有效提高排水降噪路面的耐久性能,为多雨地区的实际工程应用奠定基础。
附图说明
图1示出了本发明的排水路面结构的纵向截面示意图,其中:
1:第一沥青层(排水沥青层);2:应力消散层;
22:高粘沥青层;21:碎石层;3:防水联结层。
图2示出了本发明的防水联结层的结构示意图,其中:
11:经线片材;12:纬母片材;
A:第一玄武岩纤维土工格栅;B:第二玄武岩纤维土工格栅。
具体实施方式
以下,针对本发明的内容进行详细说明。以下所记载的技术特征的说明基于本发明的代表性的实施方案、具体例子而进行,但本发明不限定于这些实施方案、具体例子。需要说明的是:
本说明书中,使用“数值A~数值B”表示的数值范围是指包含端点数值A、B的范围。
本说明书中,如没有特殊声明,则“多”、“多种”、“多个”等中的“多”表示2或以上的数值。
本说明书中,所述“基本上”、“大体上”或“实质上”表示于相关的完美标准或理论标准相比,误差在5%以下,或3%以下或1%以下。
本说明书中,如没有特别说明,则“%”均表示质量百分含量。
本说明书中,使用“可以”表示的含义包括了进行某种处理以及不进行某种处理两方面的含义。
本说明书中,“任选的”或“任选地”是指接下来描述的事件或情况可发生或可不发生,并且该描述包括该事件发生的情况和该事件不发生的情况。
本说明书中,所提及的“一些具体/优选的实施方案”、“另一些具体/优选的实施方案”、“实施方案”等是指所描述的与该实施方案有关的特定要素(例如,特征、结构、性质和/或特性)包括在此处所述的至少一种实施方案中,并且可存在于其它实施方案中或者可不存在于其它实施方案中。另外,应理解,所述要素可以任何合适的方式组合在各种实施方案中。
本发明的第一方面提供一种排水路面结构,其包括:
第一沥青层1,所述第一沥青层1包括排水沥青混合料,所述第一沥青层1的空隙率为11-18%;
应力消散层2,所述应力消散层2包括高粘沥青;以及
防水联结层3,所述防水联结层3包括玄武岩纤维土工格栅;其中,
所述排水沥青混合料包括以下组分:聚合物改性沥青、级配型集料以及复合纤维;所述复合纤维包括玻璃纤维和粒状木质素纤维,所述玻璃纤维和粒状木质素纤维的质量比为1:0.3~3。
本发明的排水路面结构能够兼顾排水、降噪性能和抗裂、耐久性能,能够满足道路工程建设的需求。进一步地,本发明的排水路面结构不仅能够确保排水率,且可以很好的克服抗剪切力差的问题,另外排水路面结构的抗断裂性能优异,可起到加固沥青路面,延长沥青路面使用寿命的效果。进一步地,本发明可有效提高排水降噪路面的耐久性能,为多雨地区的实际工程应用奠定基础。
第一沥青层
本发明的第一沥青层1包括排水沥青混合料,所述第一沥青层1的空隙率为11-18%。
对于排水沥青混合料,所述排水沥青混合料包括以下组分:聚合物改性沥青、级配型集料以及复合纤维;所述复合纤维包括玻璃纤维和粒状木质素纤维,所述玻璃纤维和粒状木质素纤维的质量比为1:0.3~3。
本发明的排水沥青混合料可以作为面层铺设在不透水结构层上,能够提高综合路用性能,特别是所形成的沥青路面具有良好的排水性能、抗滑性能和降低行车噪音等优点,在多雨地区具有极广泛的发展前景。
本发明提供的排水路面结构,其结构可以如图1所示。该特殊的排水路面结构采用本发明的排水沥青混合料,该排水沥青混合料采用聚合物改性沥青代替高粘改性沥青,从而可以降低工程造价。该排水路面结构中第一沥青层1的空隙率为11-18%,其铺筑而成的上面层不仅具有排水、降噪功能,且由于空隙率较小,抗疲劳开裂性能和耐久性显著优于大空隙开级配排水沥青面层,还具有较低的建造成本。
本发明中的第一沥青层1的空隙率为11-18%,例如第一沥青层1的空隙率可以是11.5、12、12.5、13、13.5、14、14.5、15、15.5,16,16.5,17,17.5等。当第一沥青层1的空隙率为11-18%时,使用该排水沥青混合料制得的沥青路面在排水、降噪功能以及耐久性均优异。本发明的空隙率的检测方法为《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTG E20-2011)T0705-2011压实沥青混合料密度试验(表干法)进行检测的。
<复合纤维>
本发明采用粒状木质素纤维和玻璃纤维作为复合纤维使用。本发明的排水沥青混合料具有能够使排水沥青层的空隙大,且沥青用量较高的特点。一方面,排水沥青层的空隙率较高使得裹附有沥青的集料颗粒会更易受到空气、日光及外界粉尘的老化作用,混合料的强度降低,路面耐久性差,易出现松散散及开裂等病害;另一方面,沥青用量较高使得沥青混合料在拌和及路面服役期间会出现泛油和失稳等病害。因此,在沥青混合料中添加本发明的复合纤维能够改善上述问题。其中,粒状木质素纤维可以起到稳定沥青的作用;玻璃纤维可以起到增韧的效果,提高混合料的强度,从而改善其耐久性差以及排水性能差的问题。
由于本发明的第一沥青层1具有空隙大,沥青用量较高的特点,一方面,空隙率较高使得裹附有沥青的集料颗粒会更易受到空气、日光及外界粉尘的老化作用,混合料的强度降低,路面耐久性差,易出现松散散及开裂等病害;另一方面,沥青用量较高使得混合料在拌和及路面服役期间会出现泛油和失稳等病害。因此,在混合料中添加本发明的复合纤维可以起到稳定沥青的作用,同时提高混合料的强度,从而改善其耐久性差以及排水性能差的问题。
本发明的粒状木质素纤维价格低廉,具有良好的韧性、分散性和化学稳定性,吸油能力极强,具有优秀的增稠抗裂功能,但由于纤维自身模量低,加筋作用不明显。但是,本发明使用的粒状木质素纤维,因其良好的持油性使得排水沥青混合料形成的路面不易泛油。
玻璃纤维是一种矿物纤维,有较高的弹性模量、强度和硬度,且具有明显的加筋、增韧作用,具有力学性能优异、化学稳定性好、抗老化性能好的优点,可以增强黏结、提升沥青路面的整体性、通过连接裂缝两端来缓和裂缝尖端的应力集中现象,能有效防止裂缝的扩展,明显提高沥青混合料的抗拉强度、疲劳性能等,从而可以提升沥青路面的整体性、延缓裂缝反射。本发明将两种纤维复配后掺入排水沥青混合料中,可以发挥其各自的优势,显著提高排水沥青混合料的路用性能。
在一些具体的实施方案中,在本发明中,所述玻璃纤维和粒状木质素纤维的质量比为1:0.3~3。当所述玻璃纤维和粒状木质素纤维的质量比为1:0.3~3时,两种纤维能有效发挥各自的优势,可提高排水沥青混合料的高温稳定性和水稳定性;具体地,所述玻璃纤维和粒状木质素纤维的质量比为1:0.5、1:0.8、1:1、1:1.2、1:1.5、1:1.8、1:2、1:2.2、1:2.5、1:2.8等。
本发明人发现,粒状木质素纤维和玻璃纤维复掺起到增强与沥青之间的界面粘结效应,两种纤维与沥青互相搭接,可以形成结构网发挥其各自的优势,稳定沥青性能,增粘阻裂,延长使用寿命,协同提升混合料的路用性能。
进一步,在本发明中,所述粒状木质素纤维呈颗粒柱状结构,所述木质素纤维底面的平均直径为2.5-4.5mm;所述粒状木质素纤维的平均长度为5-7mm。所述玻璃纤维呈丝状结构,单根所述玻璃纤维的平均直径为1-5μm,平均长度为5-7mm。使用上述特定结构的粒状木质素纤维和玻璃纤维能够更加有效的发挥其功能。
在一些具体的实施方案中,以所述聚合物改性沥青和级配型集料的总质量计,所述复合纤维的加入量为0.1-1%。当复合纤维的加入量为0.1-1%时,能够有效改善排水沥青混合料的高温稳定性和水稳定性,且不会影响原本沥青混合料的性能;具体地,所述复合纤维的加入量可以是0.2%、0.3%、0.4%、0.5%、0.6%、0.7%、0.8%、0.9%等。
<聚合物改性沥青>
在本发明的排水沥青混合料中,使用价格低廉的聚合物改性沥青代替常用的高粘沥青。在一些具体的实施方案中,以所述级配型集料的总质量为100%计,所述聚合物改性沥青的加入量为2-10%。当聚合物改性沥青的加入量为2-10%时,可以使其功能得到最有效的发挥。具体地,所述聚合物改性沥青的加入量可以是3%、4%、5%、6%、7%、8%、9%等。
一般而言,聚合物改性沥青可以是以热塑性弹性体(SBS)、丁苯橡胶(SBR)、乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)以及聚乙烯(PE)为改性外掺材料制作的聚合物改性沥青。
其中,热塑性弹性体(SBS)为苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物,为热塑性弹性体,有线型(非交联型)和星型(交联型)两大类,均可用于沥青改性。丁苯橡胶(SBR)是丁二烯和苯乙烯共聚的、链节为无规分布的非结晶型弹性体,硫化后具有弹性。在本发明中,所使用的丁苯橡胶(SBR)是指乳液法合成的且未硫化的生胶。乙烯-醋酸乙烯共聚物是乙烯和醋酸乙烯共聚而成的树脂。聚乙烯是高压聚合的低密度聚乙烯。
作为优选,在本发明中,所述聚合物改性沥青是以热塑性弹性体(SBS)为改性外掺材料制作的聚合物改性沥青,即SBS改性沥青。本发明通过使用价格低廉的SBS改性沥青代替高粘沥青,仍然能够改善排水沥青混合料的高温稳定性和水稳定性。
具体地,在本发明中,以所述SBS改性沥青的总质量计,SBS改性剂的加入量为3%-5%。具体地,所述SBS改性剂的加入量可以是3.2%、3.5%、3.8%、4%、4.2%、4.5%、4.8%等。当SBS改性剂的加入量为3%-5%时,更加适合制备本发明的第一沥青层1。
<级配型集料>
在本发明中,使用级配型集料作为排水沥青混合料的骨架结构。在一些具体的实施方案中,所述级配型集料的级配范围为:通过13.2mm筛孔的质量百分比为100%;通过9.5mm筛孔的质量百分比为90-100%;通过4.75mm筛孔的质量百分比为19-28%;通过2.36mm筛孔的质量百分比为16-21%;通过0.6mm筛孔的质量百分比为10-14%;通过0.075mm筛孔的质量百分比为6-8%。
本发明的级配型集料属于半开级配型的,从而有利于获得空隙率为11-18%的排水沥青层。较高沥青用量,在保持排水、降噪功能条件下沥青路面柔性好,疲劳性能好,使用寿命长,耐久性显著提高。
进一步,在本发明中,将粒径大于2.36mm的集料称为粗集料,将粒径小于等于2.36mm且大于等于0.075mm的集料称为细集料,将粒径小于0.075mm的集料称为矿粉。具体地,在本发明中,所述矿粉通过0.6mm筛孔的质量百分率为100%;通过0.15mm筛孔的质量百分率为90-100%;通过0.075mm筛孔的质量百分率为75-100%。
进一步,本发明的矿粉的表观密度不小于2.5t/m3,含水量不大于1%,无团粒结块,且塑性指数小于4。
进一步地,在本发明中,所述第一沥青层1的厚度为3-7cm。且当所述第一沥青层1的厚度为3-7cm时,能够有效改善本发明的排水路面结构排水、降噪性能以及抗裂、耐久性能。
进一步地,本发明还提供了一种排水路面结构中的所述排水沥青混合料的制备方法,其包括将排水沥青混合料的各组分混合的步骤。
具体地,本发明的排水沥青混合料的制备方法包括以下步骤:先将复合纤维混合,然后与级配型集料中的粗集料和细集料进行干拌,再加入SBS改性沥青混合,继续加入矿粉拌和后,得到所述排水沥青混合料。
进一步,分别称取粒状木质素纤维和玻璃纤维,将两种纤维在常温下搅拌均匀后,与粗集料、细集料一起干拌50-150s,最后在150-200℃的温度下加入SBS改性沥青搅拌80-160s,最后加入矿粉后迅速拌和。搅拌过程中尽量使复合纤维在沥青混合料中均匀分布。
对于粗集料和细集料,可以将其洗净干燥后进行干拌,所述干燥的温度一般为90-120℃。
应力消散层
本发明的应力消散层2包括高粘沥青层22。本发明中,本发明的高粘沥青层22中的高粘沥青具有较强的黏度及内聚力,可以有效提高层间粘结强度。
具体地,所述高粘沥青的软化点不小于80℃,闪点不小于260℃,在60℃的粘度不小于20000Pa·s。进一步地,所述高粘沥青在25℃的针入度为40-50(0.1mm),所述高粘沥清在5℃的延度不小于30cm;所述高粘沥青薄膜加热质量变化率不大于0.6%,弹性恢复不小于85%,薄膜加热针入度残留率不小于65%,该高粘沥青符合各项性能指标。
进一步地,本发明的应力消散层2还包含有碎石层21,至少部分所述碎石嵌入至所述高粘沥青中,其中,所述碎石的粒径为9.5mm-13.2mm。并且,本发明的应力消散层2中的碎石均匀分布,可以防止离析,碎石层21的空隙与上排水层相互连通,碎石可防止高粘沥青上渗至第一沥青层1,从而可以保证第一沥青层1的厚度,确保排水降噪性能。
进一步地,在本发明中,所述高粘沥青层22的厚度为1-2cm,例如:1.2cm、1.5cm、1.8cm等;碎石层21的厚度为10mm-30mm,例如:12mm、15mm、18mm、20mm、22mm、25mm、28mm等。
对于应力消散层2的制备方法,一般是在高粘沥青层22上面铺筑一层碎石层21,并使得碎石层21中的至少部分碎石嵌入高粘沥青层22中。
防水联结层
本发明的所述防水联结层3具有较高的断裂强度、断裂伸长率,能够有效改善对提排水路面结构的抗疲劳开裂和耐久性能。
具体地,本发明的防水联结层3包括至少一层玄武岩纤维土工格栅,其中,所述土工格栅由经线片材11和纬线片材12编织而成。具体地,如图2所示,本发明的防水联结层3包括由两片层叠粘附的第一玄武岩纤维土工格栅A以及第二玄武岩纤维土工格栅B。所述第一玄武岩纤维土工格栅A和所述第二玄武岩纤维土工格栅B由经线片材11和纬线片材12编织形成。对于同一土工格栅本体,相邻的经线片材11与纬线片材12的接触表面不同;对于第一玄武岩纤维土工格栅A以及第二玄武岩纤维土工格栅B,经线片材和纬线片材粘结的相同位置10处,经线片材11与纬线片材12的接触表面不同。
本发明的第一玄武岩纤维土工格栅A和第二玄武岩纤维土工格栅B之间经纬片材之间交织牢固,能够进一步增强防水联结层3的断裂强力、断裂伸长率。当将本发明的第一玄武岩纤维土工格栅A和第二玄武岩纤维土工格栅B应用于防水联结层3中,能够进一步提高排水路面结构的抗疲劳开裂和耐久性能。
另外,对于本发明的排水路面结构的铺装方式,本发明不作特别限定,可以是本领域常用的一些铺装方式。
实施例
下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述,但是本领域技术人员将会理解,下列实施例仅用于说明本发明,而不应视为限定本发明的范围。实施例中未注明具体条件者,按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者,均为可以通过市售获得的常规产品。
实施例和对比例中,木质素纤维以及玻璃纤维的性能指标如下表1和表2所示:
表1:木质素纤维性能指标
表2玻璃纤维性能指标
项目 | 玻璃纤维 |
单丝直径,μm | 2.5 |
平均颗粒长度,mm | 6 |
密度,g/cm<sup>3</sup> | 2.547 |
单股纱线密度,tex | 98 |
可燃物含量,% | 1.6 |
含水率,% | 0.13 |
实施例以及对比例中,级配型集料的级配组成如下表3所示,级配型集料中,矿粉的性能指标如下表4所示:
表3
表4
检测项目 | 检测值 | 指标要求 | 执行标准 |
表观密度,不小于,t/m3 | 2.837 | 2.50 | T 0352-2000 |
含水量,不大于,% | 0.2 | 1 | T 0103-1993 |
外观 | 无团粒结块 | 无团粒结块 | / |
亲水系数 | 0.9 | <1 | T 0353-2000 |
塑性指数,% | 3.1 | <4 | T 0354-2000 |
加热安定性 | 无明显变色 | 实测记录 | T 0355-2000 |
0.6mm筛通过量,% | 99.9 | 100 | T 0351-2000 |
0.3mm筛通过量,% | 99.4 | / | T 0351-2000 |
0.15mm筛通过量,% | 98.7 | 90~100 | T 0351-2000 |
0.075mm筛通过量,% | 91.8 | 75~100 | T 0351-2000 |
实施例1
按照设计级配,在级配型集料总质量的7%沥青用量条件下制备排水沥青混合料,其中级配型集料总质量约为1121.5g:第一沥青层1为排水沥青层,采用排水沥青混合料,第一沥青层1的空隙率为11%;施工厚度为4cm。具体制备方法如下:
将粗集料、细集料洗净后于105℃的温度下干燥,分别称取重量1.8g的粒状木质素纤维和1.8g的玻璃纤维(即:粒状木质素纤维与玻璃纤维的质量比为1:1),将两种纤维在常温下搅拌均匀后,然后与洗净干燥的粗集料、细集料一起干拌90s,然后在180℃的温度下加入78.5g的SBS改性沥青搅拌120s,最后加入矿粉后迅速拌和。搅拌过程中尽量使复合纤维在沥青混合料中均匀分布,得到排水沥青混合料。其中,SBS改性沥青中,SBS改性剂的加入量为3.1g。
应力消散层2包括两层:0.3kg/m2高粘沥青层22,施工厚度为1.5cm;然后在高粘沥青层22上面铺筑一层粒径为9.5mm-13.2mm的碎石层21,施工厚度为10mm,并使得碎石层21中的至少部分碎石嵌入高粘沥青层22中。
防水联结层3主要由玄武岩土工格栅A和B组成铺设土工格栅前,先采用乳化沥青洒布车或沥青洒布车洒布0.3kg/m2的SBR改性乳化沥青,以起到粘结作用。将第一玄武岩纤维土工格栅平铺于基层上,然后将第二玄武岩纤维土工格栅按照搭接方法铺筑于前一幅上,两幅玄武岩纤维土工格栅间通过水溶性物质粘粘在一起。在铺筑的格栅上,每隔1.5m用U型钉固定于基层。固定完毕后用压路机碾压,使得格栅与路面基层表面稳定牢固。
另外,在铺筑防水联结层3前,先检查基层或下卧沥青层的质量或进行相关处理,去除表面的水渍、油脂、油漆等污物,确保格栅和基层的结合强度。
实施例2
按照设计级配,在级配型集料总质量的7%沥青用量条件下制备排水沥青混合料,其中级配型集料总质量约为1121.5g。第一沥青层1为排水沥青层,采用排水沥青混合料,第一沥青层1的空隙率为11%;施工厚度为4cm。
将粗集料、细集料洗净后于105℃的温度下干燥,分别称取重量2.4g的粒状木质素纤维和1.2g的玻璃纤维(即:粒状木质素纤维与玻璃纤维的质量比为2:1,将两种纤维在常温下搅拌均匀后,然后与洗净干燥的粗集料、细集料一起干拌90s,然后在180℃的温度下加入78.5g的SBS改性沥青搅拌120s,最后加入矿粉后迅速拌和。搅拌过程中尽量使复合纤维在沥青混合料中均匀分布,得到排水沥青混合料。其中,SBS改性沥青中,SBS改性剂的加入量为3.1g。
应力消散层2包括两层:0.3kg/m2高粘沥青层22,施工厚度为1.5cm;然后在高粘沥青层22上面铺筑一层粒径为9.5mm-13.2mm的碎石层21,施工厚度为10mm,并使得碎石层21中的至少部分碎石嵌入高粘沥青层22中。
防水联结层3主要由玄武岩土工格栅A和B组成铺设土工格栅前先采用乳化沥青洒布车洒布0.3kg/m2的SBR改性乳化沥青,以起到粘结作用。将第一玄武岩纤维土工格栅平铺于基层上,然后将第二玄武岩纤维土工格栅按照搭接方法铺筑于前一幅上,两幅玄武岩纤维土工格栅间通过水溶性物质粘粘在一起。在铺筑的格栅上,每隔1.5m用U型钉固定于基层。固定完毕后用压路机碾压,使得格栅与路面基层表面稳定牢固。
另外,在铺筑防水联结层3前,先检查基层或下卧沥青层的质量或进行相关处理,去除表面的水渍、油脂、油漆等污物,确保格栅和基层的结合强度。
实施例3
按照设计级配,在级配型集料总质量的7%沥青用量条件下制备排水沥青混合料,其中级配型集料总质量约为1121.5g。第一沥青层1为排水沥青层,采用排水沥青混合料,第一沥青层1的空隙率为11%;施工厚度为4cm。
将粗集料、细集料洗净后于105℃的温度下干燥,分别称取重量1.8g的粒状木质素纤维和1.8g的玻璃纤维(即:粒状木质素纤维与玻璃纤维的质量比为1:1),将两种纤维在常温下搅拌均匀后,然后与洗净干燥的粗集料、细集料一起干拌90s,然后在180℃的温度下加入78.5g的SBS改性沥青搅拌120s,最后加入矿粉后迅速拌和。搅拌过程中尽量使复合纤维在沥青混合料中均匀分布,得到排水沥青混合料。其中,SBS改性沥青中,SBS改性剂的加入量为3.1g。
第二沥青层采用0.3kg/m2高粘沥青层22,施工厚度为1.5cm。
防水联结层3主要由玄武岩土工格栅A和B组成,铺设土工格栅前先采用乳化沥青洒布车洒布0.3kg/m2的SBR改性乳化沥青以起到粘结作用。将第一玄武岩纤维土工格栅平铺于基层上,然后将第二玄武岩纤维土工格栅按照搭接方法铺筑于前一幅上,两幅玄武岩纤维土工格栅间通过水溶性物质粘粘在一起。在铺筑的格栅上,每隔1.5m用U型钉固定于基层。固定完毕后用压路机碾压,使得格栅与路面基层表面稳定牢固。
另外,在铺筑防水联结层3前,先检查基层或下卧沥青层的质量或进行相关处理,去除表面的水渍、油脂、油漆等污物,确保格栅和基层的结合强度。
实施例4
按照设计级配,在级配型集料总质量的7%沥青用量条件下制备排水沥青混合料,其中级配型集料总质量约为1121.5g:第一沥青层1为排水沥青层,采用排水沥青混合料,第一沥青层1的空隙率为11%;施工厚度为4cm。
将粗集料、细集料洗净后于105℃的温度下干燥,分别称取重量1.8g的粒状木质素纤维和1.8g的玻璃纤维(即:粒状木质素纤维与玻璃纤维的质量比为1:1),将两种纤维在常温下搅拌均匀后,然后与洗净干燥的粗集料、细集料一起干拌90s,然后在180℃的温度下加入78.5g的SBS改性沥青搅拌120s,最后加入矿粉后迅速拌和。搅拌过程中尽量使复合纤维在沥青混合料中均匀分布,得到排水沥青混合料。其中,SBS改性沥青中,SBS改性剂的加入量为3.1g。
应力消散层2包括两层:0.3kg/m2高粘沥青层22,施工厚度为1.5cm;然后在高粘沥青层22上面铺筑一层粒径为9.5mm-13.2mm的碎石层21,施工厚度为10mm,并使得碎石层21中的至少部分碎石嵌入高粘沥青层22中。
防水联结层3主要由单层玄武岩土工格栅组成。铺设土工格栅前先采用乳化沥青洒布车洒布0.3kg/m2的SBR改性乳化沥青,以起到粘结作用。将玄武岩纤维土工格栅平铺于基层上,格栅上每隔1.5m用U型钉固定于基层。固定完毕后用压路机碾压,使得格栅与路面基层表面稳定牢固。
另外,在铺筑防水联结层3前,先检查基层或下卧沥青层的质量或进行相关处理,去除表面的水渍、油脂、油漆等污物,确保格栅和基层的结合强度。
对比例1
按照级配设计组成,在级配型集料总质量的6.4%沥青用量条件下制备SMA-AR-13沥青混合料,其中级配型集料总质量约为1127.8g:
第一沥青层1为沥青混合料上面层,采用橡胶改性沥青混合料SMA-AR-13,空隙率为4.9%,复掺纤维为颗粒木质素纤维及玻璃纤维,质量比颗粒木质素纤维:玻璃纤维=1:1;施工厚度为4cm。
将粗集料、细集料洗净后于105℃的温度下干燥,然后在180℃的温度下加入72.2g橡胶改性沥青搅拌120s,最后加入矿粉后迅速拌和,得到橡胶改性沥青混合料SMA-AR-13。
SMA-AR-13根据相关技术规范和试验规程级配设计组成见表5。
表5 SMA-AR-13型橡胶改性沥青混合料级配
应力消散层2包括两层:0.3kg/m2高粘沥青层22,施工厚度为1.5cm;然后在高粘沥青层22上面铺筑一层粒径为9.5mm-13.2mm的碎石层21,施工厚度为10,并使得碎石层21中的至少部分碎石嵌入高粘沥青层22中。
防水联结层3主要由玄武岩土工格栅A和B组成,铺设土工格栅前先采用乳化沥青洒布车或沥青洒布车洒布0.3kg/m2的SBR乳化沥青,以起到粘结作用。将第一玄武岩纤维土工格栅平铺于基层上,然后将第二玄武岩纤维土工格栅按照搭接方法铺筑于前一幅上,两幅玄武岩纤维土工格栅间通过水溶性物质粘粘在一起。在铺筑的格栅上,每隔1.5m用U型钉固定于基层。固定完毕后用压路机碾压,使得格栅与路面基层表面稳定牢固。
另外,在铺筑防水联结层3前,先检查基层或下卧沥青层的质量或进行相关处理,去除表面的水渍、油脂、油漆等污物,确保格栅和基层的结合强度。
对比例2
按照级配设计组成,在级配型集料总质量的4.6%沥青用量条件下制备OGFC-13沥青混合料,其中级配型集料总质量约为1147.2g:
第一沥青层1为排水降噪沥青上面层,采用排水降噪沥青混合料OGFC-13,空隙率为24%,复掺纤维为颗粒木质素纤维及玻璃纤维,质量比颗粒木质素纤维:玻璃纤维=1:1;施工厚度为4cm。
将粗集料、细集料洗净后于105℃的温度下干燥,然后在180℃的温度下加入52.8g高粘改性沥青搅拌120s,最后加入矿粉、水泥以及抗剥落剂后迅速拌和,得到OGFC-13高粘改性沥青混合料。其中,抗剥落剂为脂肪酸酰胺类化合物,生产厂家为德国JRS公司,用量为OGFC-13沥青混合料总质量的0.3%。
OGFC-13根据相关技术规范和试验规程级配设计组成见表6。
表6 OGFC-13型沥青混合料级配
应力消散层2包括两层:0.3kg/m2高粘沥青层22,施工厚度为1.5cm;然后在高粘沥青层22上面铺筑一层粒径为9.5mm-13.2mm的碎石层21,施工厚度为10mm,并使得碎石层21中的至少部分碎石嵌入高粘沥青层22中。
防水联结层3主要由玄武岩土工格栅A和B组成,铺设土工格栅前先采用乳化沥青洒布车洒布0.3kg/m2的SBR改性乳化沥青,以起到粘结作用。将第一玄武岩纤维土工格栅平铺于基层上,然后将第二玄武岩纤维土工格栅按照搭接方法铺筑于前一幅上,两幅玄武岩纤维土工格栅间通过水溶性物质粘粘在一起。在铺筑的格栅上,每隔1.5m用U型钉固定于基层。固定完毕后用压路机碾压,使得格栅与路面基层表面稳定牢固。
另外,在铺筑防水联结层3前,先检查基层或下卧沥青层的质量或进行相关处理,去除表面的水渍、油脂、油漆等污物,确保格栅和基层的结合强度。
对比例3
按照设计级配,在级配型集料总质量的7%沥青用量条件下制备排水沥青混合料,其中级配型集料总质量约为1121.5g。第一沥青层1为排水沥青层,采用排水沥青混合料,第一沥青层1的空隙率为11%;施工厚度为4cm。
将粗集料、细集料洗净后于105℃的温度下干燥,分别称取重量1.8g的粒状木质素纤维和1.8g的玻璃纤维(即:粒状木质素纤维与玻璃纤维的质量比为1:1),将两种纤维在常温下搅拌均匀后,然后与洗净干燥的粗集料、细集料一起干拌90s,然后在180℃的温度下加入78.5g的SBS改性沥青搅拌120s,最后加入矿粉后迅速拌和。搅拌过程中尽量使复合纤维在沥青混合料中均匀分布,得到排水沥青混合料。其中,SBS改性沥青中,SBS改性剂的加入量为3.1g。
防水联结层3主要由玄武岩土工格栅A和B组成,铺设土工格栅前先采用乳化沥青洒布车洒布0.3kg/m2的SBR改性乳化沥青,以起到粘结作用。将第一玄武岩纤维土工格栅平铺于基层上,然后将第二玄武岩纤维土工格栅按照搭接方法铺筑于前一幅上,两幅玄武岩纤维土工格栅间通过水溶性物质粘粘在一起。在铺筑的格栅上,每隔1.5m用U型钉固定于基层。固定完毕后用压路机碾压,使得格栅与路面基层表面稳定牢固。
性能测试
1、水稳定性检验
为检验排水路面结构的抗水损害能力,按照设计要求分别进行了冻融劈裂试验和浸水马歇尔试验。具体按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTG E20-2011)中的T0729测定残留稳定度(%)以及残留强度比(%)。
2、高温稳定性检验
按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTG E20-2011)中的T 0719测定车辙试验动稳定度(次/mm)。具体试验条件为:在60±1℃,0.7±0.05MPa条件下进行车辙试验以检验排水路面结构的高温稳定性。
3、低温抗裂性检验
按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTG E20-2011)中的T 0715测定破坏应变。具体在温度-10℃,速率50mm/min的条件下进行低温弯曲试验以检验排水路面结构的低温性能。
4、动态模量
排水路面结构动态模量试验按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTGE20-2011)中T 0738方法进行测定,取平均值;试验温度选用20℃,考虑到复掺纤维排水沥青混合料用作面层,加载频率采用10Hz。
5、排水性能
采用新型路面渗水仪用于评价多空隙沥青混凝土的透水能力。具体按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTG E20-2011)中的T 0730检测其排水性能。
6、离析性能
按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTG E20-2011)中的T 0732检测其析漏损失(%)。
7、散失性能
按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTG E20-2011)中的T 0733检测其飞散损失(%)。
8、降噪性能
通过室内的模拟实验,评价铺装材料的声学或力学特征,从而间接评价铺装路面的噪声水平,辅助噪声测量方法主要分为路面构造测试、吸声系数、力阻抗测量。选取不同对比例及实施例里的排水路面结构,在最佳油石比条件下成型马歇尔试件,进行性能测试,分析排水路面结构的降噪效果。
采用驻波管法(室内)测垂直入射吸声系数,表征路面降噪效果。采用室内马歇尔成型制件,测量试件分别在250、500、1000、2000Hz四个频率的声压级的极大值Lpmax和极小值Lpmin,计算出不同频率下吸声系数α的平均值然后按照公式(2)得到评价对路面噪声的衰减效果Lp。
不同实施例中排水路面结构的性能试验结果如表6所示。
表7不同实施例中排水路面结构的路用性能试验结果
由表7可以看出,本发明的排水路面结构的各项性能均较为优异。其中,实施例1和实施例2的各项性能优异实施例3和实施例4。
不同对比例中排水路面结构的性能试验结果见表7所示。
表8不同对比例中排水路面结构的性能试验结果
表1中,“—”表示未检出。
由表8可以看出,对比例1的排水路面结构的高温性能、渗水性能均比实施例1-4差,无法实现排水。
对比例2的排水路面结构的高温性能较差,渗水系数过高,导致离析性能和散失性能较差,且降噪性能也不如本申请实施例1-4。
对比例3的排水路面结构的高温性能较差。
需要说明的是,尽管以具体实例介绍了本发明的技术方案,但本领域技术人员能够理解,本发明应不限于此。
以上已经描述了本发明的各实施例,上述说明是示例性的,并非穷尽性的,并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下,对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择,旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术改进,或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。
Claims (9)
1.一种排水路面结构,其特征在于,包括:
第一沥青层,所述第一沥青层包括排水沥青混合料,所述第一沥青层的空隙率为11-18%;
应力消散层,所述应力消散层包括高粘沥青层;以及
防水联结层,所述防水联结层包括玄武岩纤维土工格栅;其中,
所述排水沥青混合料包括以下组分:聚合物改性沥青、级配型集料以及复合纤维;所述复合纤维包括玻璃纤维和粒状木质素纤维,所述玻璃纤维和粒状木质素纤维的质量比为1:0.3~3;以所述聚合物改性沥青和级配型集料的总质量计,所述复合纤维的加入量为0.1-1%。
2.根据权利要求1所述的排水路面结构,其特征在于,所述排水沥青混合料中,所述级配型集料的级配范围为:
通过13.2mm筛孔的质量百分比为100%;通过9.5mm筛孔的质量百分比为90-100%;通过4.75mm筛孔的质量百分比为19-28%;通过2.36mm筛孔的质量百分比为16-21%;通过0.6mm筛孔的质量百分比为10-14%;通过0.075mm筛孔的质量百分比为6-8%。
3.根据权利要求1或2所述的排水路面结构,其特征在于,所述粒状木质素纤维呈柱状结构,所述粒状木质素纤维底面的平均直径为2.5-4.5mm;所述粒状木质素纤维的平均长度为5-7mm。
4.根据权利要求1或2所述的排水路面结构,其特征在于,所述玻璃纤维呈丝状结构,单根所述玻璃纤维的平均直径为1-5μm,平均长度为5-7mm。
5.根据权利要求1或2所述的排水路面结构,其特征在于,以所述级配型集料的总质量为100%计,所述聚合物改性沥青的加入量为2-10%。
6.根据权利要求1或2所述的排水路面结构,其特征在于,所述聚合物改性沥青包括SBS改性沥青,其中,以所述SBS改性沥青的总质量计,SBS改性剂的加入量为3%-5%。
7.根据权利要求1或2所述的排水路面结构,其特征在于,所述应力消散层中还包含有碎石层,至少部分碎石嵌入至所述高粘沥青层中;其中,所述碎石的粒径为9.5mm-13.2mm。
8.根据权利要求7所述的排水路面结构,其特征在于,所述高粘沥青层中高粘沥青的软化点不小于80℃,闪点不小于260℃,在60℃的粘度不小于20000Pa·s。
9.根据权利要求1或2所述的排水路面结构,其特征在于,所述防水联结层包括至少一层玄武岩纤维土工格栅,其中,所述玄武岩纤维土工格栅由经线片材和纬线片材编织而成。
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