CN114772998B - 复合式路面防反射裂缝用刚性应力吸收层及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及复合式路面防反射裂缝用刚性应力吸收层，采用高延性水泥基复合材料制成；高延性水泥基复合材料包括以下质量份数的原料：水泥300‑350份，粉煤灰800‑1000份，硅灰20‑150份，微珠40‑100份，河砂400‑600份，水300‑450份，外加剂3‑4份，聚乙烯醇纤维10‑30份。本发明还涉及复合式路面防反射裂缝用刚性应力吸收层的制备方法。本发明刚性应力吸收层内部有PVA纤维起到桥接作用，使得材料具有很好的延性，荷载作用下不会迅速开裂并有效吸收底层混凝土板接缝处应力，为复合式路面提供一个抗裂性强、防反性能好的应力吸收层，属于路面材料领域。

Description

复合式路面防反射裂缝用刚性应力吸收层及其制备方法
技术领域
本发明涉及路面材料领域，具体涉及一种复合式路面防反射裂缝用刚性应力吸收层，还涉及一种复合式路面防反射裂缝用刚性应力吸收层的制备方法。
背景技术
上世纪七十年代初，我国的混凝土路面开始大量修筑并投入使用，但随着交通量日益增大，重型车辆的不断碾压，原混凝土路面开始出现不同程度损害，导致路面使用性能快速下降。为了有效处理路面病害，需要对旧混凝土路面进行改造，因此复合式路面也迎来了快速发展。这种路面形式主要是在旧水泥混凝土路面上加铺沥青混合料面层。复合式路面具有整体刚度大，稳定性好，行驶舒适性好等优点，但由于车辆荷载和温度荷载的影响，其上层沥青容易出现裂缝病害，其中以反射裂缝最为突出，反射裂缝不断扩展破坏结构内部，严重影响复合路面的使用寿命。针对反射裂缝这一主要病害，仅通过加厚沥青层无法有效阻止反射裂缝产生，而传统的路面夹层材料如土工布、玻纤格珊等材料铺设达到的防反效果也并不明显。
复合式路面结构多应用在交通量较大、承担运输任务较重的国家高速主干道，道路维修难度较大，时间较长，可能需要进行道路围蔽，严重影响正常交通，造成大面积交通堵塞。因此研究快速有效的复合路面反射裂缝防治材料，具有十分重要的工程意义。
发明内容
针对现有技术中存在的技术问题，本发明的目的是：提供一种具有较好的变形能力和应力吸收能力，以提高复合式路面抗裂、提升疲劳性能的复合式路面防反射裂缝用刚性应力吸收层及其制备方法。
为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
复合式路面防反射裂缝用刚性应力吸收层，采用高延性水泥基复合材料制成；高延性水泥基复合材料包括以下质量份数的原料：水泥300-350份，粉煤灰800-1000份，硅灰20-150份，微珠40-100份，河砂400-600份，水300-450份，外加剂3-4份，聚乙烯醇纤维(PVA)10-30份。
作为一种优选，水泥为普通硅酸盐水泥，28天抗压强度≥42.5MPa，28天抗折强度≥7MPa，比表面积≥300m2/kg；粉煤灰为II级粉煤灰，粒径为5-10μm；硅灰中SiO2质量含量达80％以上，比表面积≥10000m2/kg；微珠的粒径为0.1-1.5μm，比表面积≥3000m2/kg，为完全球状粉末；河砂的粒径为2.36mm以下。采用这种设置后，粉煤灰的和易性好，微珠的填充性极强。
作为一种优选，外加剂为聚合物外加剂，采用聚羧酸类减水剂，固体含量为30-40％。
作为一种优选，聚乙烯醇纤维的直径为30-50μm，长度为10-15mm，长径比＞200，密度为1.0-1.5g/cm3，抗拉强度＞1500MPa，断裂延伸率4-8％。
作为一种优选，复合式路面防反射裂缝用刚性应力吸收层，应用于复合式路面，设置在上层沥青与下层混凝土板之间。
复合式路面防反射裂缝用刚性应力吸收层的制备方法，包括如下步骤：
(1)将称量好的水泥、硅灰、粉煤灰、微珠、河砂倒入至砂浆搅拌机中，对干料进行均匀搅拌得到混合料1；
(2)在相应的重量组份水中加入外加剂，采用玻璃棒搅拌，液体混合均匀；
(3)在步骤(1)的混合料1中倒入1/2的步骤(2)的混合液体，继续慢速搅拌出浆；
(4)将步骤(2)的混合液体的剩余1/2重量组份倒入步骤(3)的浆体中，启动快速搅拌，得到具有一定流动性的混合料2；
(5)将称量好的聚乙烯醇纤维加入步骤(4)的混合料2中，搅拌均匀，得到高延性水泥基复合材料；
(6)将已经搅拌完成的步骤(5)的高延性水泥基复合材料进行装模，振动成型，养护至相应龄期，得到刚性应力吸收层板。
作为一种优选，步骤(1)中，干料搅拌得到混合料1的时间为120s；步骤(3)中，加水湿拌处理的时间为60s；步骤(4)中，搅拌处理得到浆体混合料2的时间为540s；步骤(5)中，添加聚乙烯醇纤维搅拌时间为300s。
作为一种优选，步骤(5)中，制得的高延性水泥基复合材料的流动度值为150-180mm。
作为一种优选，步骤(6)中，材料入模后抹平，采用砂浆搅拌机振动90s，再次抹平应力吸收层材料表面，待材料终凝成型后进行脱模。
作为一种优选，步骤(6)中，试块拆模后，在刚性应力吸收层板下部放置垫块，并采用混凝土塑料薄膜包裹养护，养护条件为20±2℃和60±10％相对湿度。
本发明具有如下优点及创新处：
(1)本发明提供的刚性应力吸收层，不仅具有很好的抗拉伸能力，而且具有很强的抗老化能力，相比传统的应力吸收层材料，本发明能够长期保持较高的力学水平和防反能力，满足复合式路面抗反射裂缝的长期有效性要求。
(2)本发明提供的刚性应力吸收层所使用的微珠组份，具有很好的和易性与填充性，提升复合材料的工作性能；所采用的聚乙烯醇纤维抗拉强度大于1500MPa，充分发挥纤维分散性能和界面粘接性能，改善刚性应力吸收层材料的拉伸变形能力和抗折强度，并使得基体具有良好的微裂缝分布性能，对高延性水泥基复合材料作为复合式路面刚性应力吸收层十分有利。
(3)本发明主要通过在原混凝土层上部涂刷胶黏剂，紧接着铺装本发明材料刚性应力吸收层，然后洒布高粘改性乳化沥青，最后摊铺沥青混合料上面层，层间结合形成一体的复合路面结构，粘结效果良好，利用本发明材料极大地增加了结构的整体强度，在一定程度上为复合式路面的反射裂缝处理提供了一种解决方式，完全符合道路规范有关路用性能要求。
(4)本发明刚性应力吸收层的铺设厚度仅为10-15mm，形成的薄层抗冲击强度好、延性高、抗疲劳性能强、防反效果显著。同时，刚性应力吸收层比普通应力吸收层抗渗能力更好，有效减少路表水侵入到基层内部中引起沉陷、翻浆、唧泥等道路病害，破坏路基稳定等问题出现。
(5)本发明材料在配合比设计阶段，通过拉伸试验和抗折试验测试其材料力学性能。并在室内试验中制作复合式路面组合试件(沥青面层+刚性应力吸收层+普通混凝土层)，利用车辙试验仪进行滚动荷载疲劳试验来验证刚性应力吸收层防反效能，为工程应用提供技术支撑和参考价值。高延性水泥基复合材料达到设计强度时间少于14天，刚性应力吸收层的28天龄期抗压强度为50-60MPa，抗折强度为12-18MPa。
具体实施方式
下面将结合具体实施方式来对本发明做进一步详细的说明。为更加清晰的描述本发明目的、所采用的技术方案和优点，下面将结合本发明其中一部分的实施例作进一步说明，但并不是全部实施例。因此，本领域普通技术人员在本发明实施例基础上进行制作得到的所有其他实施例，若没有创造性劳动和明显区分，都属于本发明保护的范围。
实施例一
复合式路面防反射裂缝用刚性应力吸收层，采用高延性水泥基复合材料制成；高延性水泥基复合材料包括以下质量份数的原料：水泥320份，粉煤灰880份，硅灰60份，微珠60份，河砂480份，水350份，外加剂3.3份，聚乙烯醇纤维(PVA)22份。
其中，水泥为普通硅酸盐水泥，28天抗压强度≥42.5MPa，抗折强度≥7MPa，比表面积≥300m2/kg；粉煤灰为II级粉煤灰，和易性好，粒径为5-10μm；硅灰中SiO2质量含量达80％以上，比表面积≥10000m2/kg；微珠的粒径为0.1-1.5μm，填充性极强，比表面积≥3000m2/kg，为完全球状粉末；所采用细骨料为粒径≤2.36mm的河砂；所采用的聚乙烯醇纤维的直径为30-50μm，长度为10-15mm，长径比＞200，密度为1.0-1.5g/cm3，抗拉强度＞1500MPa，断裂延伸率4-8％；所采用的聚合物外加剂为聚羧酸类减水剂，固体含量为30-40％。
本实施例复合式路面防反射裂缝用刚性应力吸收层的制备方法，包括如下步骤：
(1)将称量好的320份水泥、60份硅灰、60份微珠、880份粉煤灰、480份河砂倒入至砂浆搅拌机中，对干料进行均匀搅拌120s得到混合料1。
(2)在相应的重量组份350份水中加入3.3份减水剂，采用玻璃棒搅拌，液体混合均匀。
(3)在步骤(1)混合料1中倒入1/2的步骤(2)的混合液体继续慢速搅拌60s，混合料出浆。
(4)将步骤(2)的混合液体剩余1/2重量组份倒入步骤(3)的浆体中，启动快速搅拌540s，得到具有一定流动性的混合料2。
(5)将称量好的22份聚乙烯醇纤维加入步骤(4)的混合料2中，慢速搅拌240s，快速搅拌60s，得到高延性水泥基复合材料。
(6)将已经搅拌完成的步骤(5)的高延性水泥基复合材料进行装模，90s振动后抹平，脱模成型后养护至相应龄期，即得到刚性应力吸收层板。
实施例二
复合式路面防反射裂缝用刚性应力吸收层，采用高延性水泥基复合材料制成；高延性水泥基复合材料包括以下质量份数的原料：水泥350份，粉煤灰800份，硅灰110份，微珠40份，河砂480份，水380份，外加剂3.3份，聚乙烯醇纤维(PVA)25份。
其中，水泥为普通硅酸盐水泥，28天抗压强度≥42.5MPa，抗折强度≥7MPa，比表面积≥300m2/kg；粉煤灰为II级粉煤灰，和易性好，粒径为5-10μm；硅灰中SiO2质量含量达80％以上，比表面积≥10000m2/kg；微珠的粒径为0.1-1.5μm，填充性极强，比表面积≥3000m2/kg，为完全球状粉末；所采用细骨料为粒径≤2.36mm的河砂；所采用的聚乙烯醇纤维的直径为30-50μm，长度为10-15mm，长径比＞200，密度为1.0-1.5g/cm3，抗拉强度＞1500MPa，断裂延伸率4-8％；所采用的聚合物外加剂为聚羧酸类减水剂，固体含量为30-40％。
本实施例复合式路面防反射裂缝用刚性应力吸收层的制备方法，包括如下步骤：
(1)将称量好的350份水泥、110份硅灰、40份微珠、800份粉煤灰、480份河砂倒入至砂浆搅拌机中，对干料进行均匀搅拌120s得到混合料1。
(2)在相应的重量组份380份水中加入3.3份减水剂，采用玻璃棒搅拌，液体混合均匀。
(3)在步骤(1)混合料1中倒入1/2的步骤(2)的混合液体继续慢速搅拌60s，混合料出浆。
(4)将步骤(2)的混合液体剩余1/2重量组份倒入步骤(3)的浆体中，启动快速搅拌540s，得到具有一定流动性的混合料2。
(5)将称量好的25份聚乙烯醇纤维加入步骤(4)的混合料2中，慢速搅拌240s，快速搅拌60s，得到高延性水泥基复合材料。
(6)将已经搅拌完成的步骤(5)的高延性水泥基复合材料进行装模，90s振动后抹平，脱模成型后养护至相应龄期，即得到刚性应力吸收层板。
实施例三
复合式路面防反射裂缝用刚性应力吸收层，采用高延性水泥基复合材料制成；高延性水泥基复合材料包括以下质量份数的原料：水泥320份，粉煤灰820份，硅灰60份，微珠100份，河砂480份，水350份，外加剂3.3份，聚乙烯醇纤维(PVA)22份。
其中，水泥为普通硅酸盐水泥，28天抗压强度≥42.5MPa，抗折强度≥7MPa，比表面积≥300m2/kg；粉煤灰为II级粉煤灰，和易性好，粒径为5-10μm；硅灰中SiO2质量含量达80％以上，比表面积≥10000m2/kg；微珠的粒径为0.1-1.5μm，填充性极强，比表面积≥3000m2/kg，为完全球状粉末；所采用细骨料为粒径≤2.36mm的河砂；所采用的聚乙烯醇纤维的直径为30-50μm，长度为10-15mm，长径比＞200，密度为1.0-1.5g/cm3，抗拉强度＞1500MPa，断裂延伸率4-8％；所采用的聚合物外加剂为聚羧酸类减水剂，固体含量为30-40％。
本实施例复合式路面防反射裂缝用刚性应力吸收层的制备方法，包括如下步骤：
(1)将称量好的320份水泥、60份硅灰、100份微珠、820份粉煤灰、480份河砂倒入至砂浆搅拌机中，对干料进行均匀搅拌120s得到混合料1。
(2)在相应的重量组份350份水中加入3.3份减水剂，采用玻璃棒搅拌，液体混合均匀。
(3)在步骤(1)混合料1中倒入1/2的步骤(2)的混合液体继续慢速搅拌60s，混合料出浆。
(4)将步骤(2)的混合液体剩余1/2重量组份倒入步骤(3)的浆体中，启动快速搅拌540s，得到具有一定流动性的混合料2。
(5)将称量好的22份聚乙烯醇纤维加入步骤(4)的混合料2中，慢速搅拌240s，快速搅拌60s，得到高延性水泥基复合材料。
(6)将已经搅拌完成的步骤(5)的高延性水泥基复合材料进行装模，90s振动后抹平，脱模成型后养护至相应龄期，即得到刚性应力吸收层板。
采用车辙试验仪进行滚动荷载疲劳试验，模拟复合式路面在实际车辆荷载作用下的连续受力过程，以橡胶轮的滚动加载次数作为评价指标，分别对设置不同厚度刚性应力吸收层和不设应力吸收层的复合式路面组合试件进行试验研究，以评价刚性应力吸收层的防反效果。滚动荷载疲劳试验结果如表1所示：
表1滚动荷载疲劳试验结果表
从表1可以看出，不设置应力吸收层的复合式试件反射裂缝扩展速度快，平均滚动次数较低，而设置了刚性应力吸收层后，复合式路面试件疲劳寿命有显著提升，尤其厚度为15mm的刚性应力吸收层试件，平均疲劳寿命为190373次，相比对照组提升了12倍以上，有效地降低应力集中，延缓反射裂缝的扩展，增加路面的使用寿命。
由于这种刚性应力吸收层内部有PVA纤维起到桥接作用，使得材料具有很好的延性，荷载作用下不会迅速开裂并有效吸收底层混凝土板接缝处应力，为复合式路面提供一个抗裂性强、防反性能好的应力吸收层，从而有效延缓了反射裂纹的萌生与扩展，避免了早期反射裂缝出现造成沥青面层破坏的问题。
特别说明，以上实施例并非对本发明进行限制，仅用以说明技术方案内容，尽管本发明通过上述实施例进行了详细说明，本领域普通技术人员根据本发明的原理揭示，可以对前述各实施例所描述的技术方案进行一定改进优化，或者对其中部分技术特征进行等同替换，而这些不必经过创造性的修改或者替换，并不使其脱离本发明各实施例技术方案本质的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种复合路面结构，其特征在于：在原混凝土层上部涂刷胶黏剂，紧接着铺装刚性应力吸收层，然后洒布高粘改性乳化沥青，最后摊铺沥青混合料上面层，层间结合形成一体的复合路面结构；所述刚性应力吸收层采用高延性水泥基复合材料制成；高延性水泥基复合材料包括以下质量份数的原料：水泥300-350份，粉煤灰800-1000份，硅灰20-150份，微珠40-100份，河砂400-600份，水300-450份，外加剂3-4份，聚乙烯醇纤维10-30份。
2.按照权利要求1所述的复合路面结构，其特征在于：
水泥为普通硅酸盐水泥，28天抗压强度≥42.5MPa，28天抗折强度≥7MPa，比表面积≥300m2/kg；
粉煤灰为Ⅱ级粉煤灰，粒径为5-10μm；
硅灰中SiO2质量含量达80%以上，比表面积≥10000m2/kg；
微珠的粒径为0.1-1.5μm，比表面积≥3000m2/kg，为完全球状粉末；
河砂的粒径为2.36mm以下。
3.按照权利要求1所述的复合路面结构，其特征在于：外加剂为聚合物外加剂，采用聚羧酸类减水剂，固体含量为30-40%。
4.按照权利要求1所述的复合路面结构，其特征在于：聚乙烯醇纤维的直径为30-50μm，长度为10-15mm，长径比＞200，密度为1.0-1.5g/cm3，抗拉强度＞1500MPa，断裂延伸率4-8％。
5.按照权利要求1至4中任一项所述的复合路面结构，其特征在于：刚性应力吸收层制备方法包括如下步骤：
（1）将称量好的水泥、硅灰、粉煤灰、微珠、河砂倒入至砂浆搅拌机中，对干料进行均匀搅拌得到混合料1；
（2）在相应的重量组份水中加入外加剂，采用玻璃棒搅拌，液体混合均匀；
（3）在步骤（1）的混合料1中倒入1/2的步骤（2）的混合液体，继续慢速搅拌出浆；
（4）将步骤（2）的混合液体的剩余1/2重量组份倒入步骤（3）的浆体中，启动快速搅拌，得到具有一定流动性的混合料2；
（5）将称量好的聚乙烯醇纤维加入步骤（4）的混合料2中，搅拌均匀，得到高延性水泥基复合材料；
（6）将已经搅拌完成的步骤（5）的高延性水泥基复合材料进行装模，振动成型，养护至相应龄期，得到刚性应力吸收层板。
6.按照权利要求5所述的复合路面结构，其特征在于：步骤（1）中，干料搅拌得到混合料1的时间为120s；步骤（3）中，加水湿拌处理的时间为60s；步骤（4）中，搅拌处理得到浆体混合料2的时间为540s；步骤（5）中，添加聚乙烯醇纤维搅拌时间为300s。
7.按照权利要求6所述的复合路面结构，其特征在于：步骤（5）中，制得的高延性水泥基复合材料的流动度值为150-180mm。
8.按照权利要求5所述的复合路面结构，其特征在于：步骤（6）中，材料入模后抹平，采用砂浆搅拌机振动90s，再次抹平应力吸收层材料表面，待材料终凝成型后进行脱模。
9.按照权利要求5所述的复合路面结构，其特征在于：步骤（6）中，试块拆模后，在刚性应力吸收层板下部放置垫块，并采用混凝土塑料薄膜包裹养护，养护条件为20±2℃和60±10%相对湿度。
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