CN116145497A - 一种自清孔耐久型排水路面结构及其铺设方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于道路工程技术领域，具体公开了一种自清孔耐久型排水路面结构及其铺设方法，包括路面单元和排水单元，路面单元包括从上至下依次设置的上面层、粘层、中面层、防水黏结层、下面层、应力吸收层和基层；上面层采用超弹多孔混合料，粘层采用聚氨酯改性乳化沥青，中面层采用多孔沥青混合料，防水黏结层采用热洒改性沥青，下面层采用高模量沥青混合料，应力吸收层采用橡胶沥青砂浆，基层采用水泥稳定碎石；排水单元的高度低于防水黏结层的高度。本技术方案的排水路面结构具备自清孔能力，抗堵塞、抗重载能力强，能够实现结构与功能的双重耐久。
Description
技术领域
本发明属于道路工程技术领域，尤其涉及一种自清孔耐久型排水路面结构及其铺设方法。
背景技术
目前，交通基础设施建设已由“高速发展”向“高质量发展”转变。对高速公路的服役舒适性、安全性及耐久性提出了更高的要求。路表抗滑性能不足是引起交通事故的一大原因，从交通安全角度看，雨天易使道路形成水膜甚至积水，降低车辆轮胎与路面的附着性能进而影响路面行车安全，据统计，全国每年40％的交通事故与雨水有关，雨天事故率是晴天的9倍，如何提升雨天路面的抗滑性能是众多研究者关注的热点问题。
排水路面通过其内部发达的连通空隙，可将路表积水快速排出路面外，从而减小路面的水膜厚度和行车水雾，提高路面抗滑性能降低雨天行车事故发生率。然而排水沥青路面在使用过程中承受车辆荷载的作用，沥青混合料会呈现压密的趋势，导致空隙率逐渐变小，加之路表灰尘、环境垃圾进入路面空隙结构造成阻塞，使排水沥青路面排水功能、雨天行车安全性降低。同时随着交通事业的发展，重载交通比例升高，造成排水沥青路面发生松散、剥离、车辙等早期破坏现象愈加严重。
发明内容
针对以上问题，本发明着眼交通安全和结构安全两个方面，旨在提供一种具备自清孔能力，抗堵塞能力、抗重载性能优良，实现排水功能、结构性能双重长效耐久的排水路面结构。
为了达到上述目的，本发明的一种技术方案为：一种自清孔耐久型排水路面结构，包括路面单元和排水单元，所述路面单元包括从上至下依次设置的上面层、粘层、中面层、防水黏结层、下面层、应力吸收层和基层；所述上面层采用超弹多孔混合料，所述粘层采用聚氨酯改性乳化沥青，所述中面层采用多孔沥青混合料，所述防水黏结层采用热洒改性沥青，所述下面层采用高模量沥青混合料，所述应力吸收层采用橡胶沥青砂浆，所述基层采用水泥稳定碎石；所述排水单元的高度低于所述防水黏结层的高度，所述排水单元包括排水沟、盖板和滤网，所述盖板设于所述排水沟的进水口位置，所述盖板上设有泄水孔；所述滤网设于所述盖板上。
进一步，所述上面层的厚度为25-40mm，所述粘层的用量为0.3-0.6L/m2，所述中面层的厚度为40-60mm，所述防水黏结层的用量为1.5-1.8L/m2，所述下面层的厚度为50-70mm。
进一步，所述超弹多孔混合料的孔隙率为18-22％，所述超弹多孔混合料包括级配型石料、橡胶颗粒、聚氨酯或高粘高弹复合改性沥青；聚氨酯或高粘高弹复合改性沥青加入量为级配型石料加入量的4-6％，聚氨酯选用慢反应型单组份聚氨酯胶粘剂，橡胶颗粒加入量为级配型石料加入量的6％-12％。
进一步，所述聚氨酯改性乳化沥青中聚氨酯的加入量：乳化沥青的加入量＝5：95，聚氨酯选用慢反应型单组份聚氨酯胶粘剂。
进一步，所述多孔沥青混合料的孔隙率为20％-25％，所述多孔沥青混合料包括级配型石料、高粘高弹复合改性沥青和玄武岩纤维，高粘高弹复合改性沥青加入量为级配型石料加入量的3％-5％，玄武岩纤维加入量为级配型石料加入量的0.1％-0.5％。
进一步，所述高模量沥青混合料在15℃时的动态模量不小于14000MPa，所述高模量沥青混合料包括级配型石料和低标号沥青，所述低标号沥青加入量为级配型石料加入量的3％-5％。
进一步，所述橡胶沥青砂浆的制备方法为：先撒布橡胶沥青，撒布量为2-3kg/m2，再趁热撒布碎石，碎石最大粒径为9.5mm，粒径为9.5mm的碎石占比大于85％，撒布量17-20kg/m2。
进一步，所述高粘高弹复合改性沥青包括高粘剂与SBS改性沥青，高粘剂的加入量：SBS改性沥青的加入量＝10：90。
进一步，所述排水沟为浆砌片石矩形排水沟，所述排水沟的深度和宽度均为0.4-0.6m；所述盖板为带泄水孔的钢筋混凝土盖板；所述滤网为不锈钢过滤网，所述滤网的丝径为0.12-0.19mm，孔径为0.38-1.08mm。
为了达到上述目的，本发明的另一种技术方案为：一种自清孔耐久型排水路面结构的铺设方法，用于铺设前述的自清孔耐久型排水路面结构，包括以下步骤：
筑建基层，筑建完成后在基层上洒铺应力吸收层；
在应力吸收层上铺筑下面层，铺筑完成后在下面层上洒铺防水黏结层；
在防水黏结层上铺筑中面层和上面层，中面层和上面层之间用粘层粘结；
施工排水单元，排水单元的高度低于防水黏结层的高度。
本技术方案的有益效果在于：
本技术方案的自清孔耐久型排水路面结构抗堵塞、抗重载能力强，安全耐久。在交通安全方面，设计双层排水层(上面层和中面层)通过其内部发达的连通空隙，可将路表积水快速排出路面外，从而减小路面的水膜厚度和行车水雾，提高路面抗滑性能降低雨天行车事故发生率。上面层的超弹多孔混合料抗磨耗能力优于普通排水路面，使面层抗滑能力更耐久。同时从整体结构来看，以超弹多孔混合料作为上面层的双层排水路面具有三点优势，其一上面层超弹多孔混合料依靠其超高的弹性可以提高雨天车辆荷载作用下双层排水路面内部的动水压力,进而产生“虹吸”作用可有效带出堵塞孔道内部的尘土使其有着良好的抗堵塞能力，具有“自洁”作用。其二双层排水结构上面层空隙率低会使阻塞区域向上偏移，便于养护人员采用真空法和冲刷法去除阻塞物。其三上面层空隙较细可以过滤大颗粒杂物，防止下面层阻塞，因此本发明设计的排水路面结构排水功能和抗滑功能更耐久。同时，下面层采用高模量沥青混合料，显著增强路面整体抗剪能力、抗疲劳性能，上面层采用超弹多孔混合料，抗车辙性能优异，采用橡胶沥青砂浆作为应力吸收层，缓解反射裂缝发生，从而综合提高路面的抗重载、抗疲劳能力，延长路面整体耐久性。路面附属排水系统设计为过滤式排水沟，滤网能过滤积水及环境中的杂物，进一步增强排水系统排水效果。
附图说明
图1为本发明一种自清孔耐久型排水路面结构的结构示意图；
图2为PERS-13和PAC-13构造深度随磨损时间的变化图；
图3为PERS-13和PAC-13摆值随磨损时间的变化图；
图4为PERS-13和PAC-13的动稳定度图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式进一步详细说明：
说明书附图中的附图标记包括：上面层1、粘层2、中面层3、防水黏结层4、下面层5、应力吸收层6、基层7、排水管8、盖板9、滤网10。
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，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做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
基本如附图1所示：一种自清孔耐久型排水路面结构，包括路面单元和排水单元，路面单元包括从上至下依次设置的上面层1、粘层2、中面层3、防水黏结层4、下面层5、应力吸收层6和基层7。
上面层1采用超弹多孔混合料PERS-13，上面层1的厚度为25-40mm；超弹多孔混合料的孔隙率为18-22％，超弹多孔混合料包括级配型石料、橡胶颗粒、聚氨酯或高粘高弹复合改性沥青；聚氨酯或高粘高弹复合改性沥青加入量(质量)为级配型石料加入量(质量)的4-6％，橡胶颗粒加入量(质量)为级配型石料加入量(质量)的6％-12％。高粘高弹复合改性沥青包括高粘剂与SBS改性沥青，高粘剂的加入量：SBS改性沥青的加入量＝10：90。聚氨酯为慢反应型单组份聚氨酯胶粘剂。
粘层2采用聚氨酯改性乳化沥青，聚氨酯改性乳化沥青中聚氨酯的加入量：乳化沥青的加入量＝5：95，聚氨酯选用慢反应型单组份聚氨酯胶粘剂；粘层2的用量为0.3-0.6L/m2。
中面层3采用多孔沥青混合料PAC-16，中面层3的厚度为40-60mm；多孔沥青混合料的孔隙率为20％-25％，多孔沥青混合料包括级配型石料、高粘高弹复合改性沥青和玄武岩纤维，高粘高弹复合改性沥青加入量(质量)为级配型石料加入量(质量)的3％-5％，玄武岩纤维加入量(质量)为级配型石料加入量(质量)的0.1％-0.5％。高粘高弹复合改性沥青包括高粘剂与SBS改性沥青，高粘剂的加入量：SBS改性沥青的加入量＝10：90。
防水黏结层4采用热洒改性沥青，防水黏结层4的用量为1.5-1.8L/m2。
下面层5采用高模量沥青混合料HMAC-20，下面层5的厚度为50-70mm。高模量沥青混合料在15℃时的动态模量≥14000MPa，高模量沥青混合料包括级配型石料和低标号沥青，低标号沥青加入量(质量)为级配型石料加入量(质量)的3％-5％，低标号沥青为15-30#基质沥青。
应力吸收层6采用橡胶沥青砂浆，制备方法为：先撒布橡胶沥青，撒布量为2-3kg/m2，再趁热撒布碎石，碎石最大粒径为9.5mm，9.5mm粒径的碎石占比大于85％，撒布量17-20kg/m2。
基层7采用水泥稳定碎石基层7。水泥稳定碎石作用原理：水泥稳定碎石是以级配碎石作骨料，采用一定数量的胶凝材料和足够的灰浆体积填充骨料的空隙，按嵌挤原理摊铺压实。其压实度接近于密实度，强度主要靠碎石间的嵌挤锁结原理，同时有足够的灰浆体积来填充骨料的空隙。
排水单元的高度低于防水黏结层4的高度。排水单元包括排水沟、盖板9和滤网10，盖板9设于排水沟的进水口位置，盖板9上设有泄水孔；滤网10设于盖板9上。排水沟为浆砌片石矩形排水沟，排水沟的深度和宽度均为0.4-0.6m；盖板9为带泄水孔的钢筋混凝土盖板9；滤网10为不锈钢过滤网10，滤网10的丝径为0.12-0.19mm，孔径为0.38-1.08mm。
自清孔耐久型排水路面结构的铺设方法，包括以下步骤：
S1:筑建基层7，筑建完成后在基层7上洒铺应力吸收层6；
S2:在应力吸收层6上铺筑下面层5，铺筑完成后在下面层5上洒铺防水黏结层4；
S3:在防水黏结层4上铺筑中面层3和上面层1，中面层3和上面层1之间用粘层2粘结；
S4:施工排水单元，排水单元的高度低于防水黏结层4的高度。
一、下面来对比不同排水路面结构的抗堵塞能力，验证本发明双层排水路面的排水功能耐久性：
实施例1的方案为(双层排水路面)：上面层采用4cm的超弹多孔混合料PERS-13，中面层采用4cm的多孔沥青混合料PAC-16，粘层采用聚氨酯改性乳化沥青，用量为0.5L/m2。
对比例1的方案为(双层排水路面)：上面层采用4cm的多孔沥青混合料PAC-13，中面层采用4cm的多孔沥青混合料PAC-16，粘层采用乳化沥青，用量为0.5L/m2。
对比例2的方案为(单层排水路面)：采用4cm的多孔沥青混合料PAC-13和4cm的中粒式沥青混凝土AC-16，层间用乳化沥青粘接，用量为0.5L/m2。
PERS-13的级配如表1，级配设计时橡胶颗粒通过等体积置换相同粒径石料的方式掺入，橡胶颗粒掺量为级配型石料的8％，聚氨酯用量为级配型石料的4.9％，空隙率为19％。PAC-13级配如表2，油石比为4.9，空隙率为20％，玄武岩纤维掺量为级配型石料的0.1％。PAC-16级配如表3，油石比为5.0，空隙率为21％，玄武岩纤维掺量为级配型石料的0.1％。
通过室内试验模拟现实条件下排水路面抗堵塞能力，具体为：a、测定试件初始渗水系数；b、对试件加载堵塞剂；c、向试件喷水的同时用施加一定荷载的轮胎反复碾压成型试件，模拟雨天车辆荷载对路面的作用；d、试验完成后测定渗水系数。重复b、c、d，直至渗水系数小于120mL/min，通过循环次数评价抗堵塞能力，实验结果见表4。
表1PERS-13
表2PAC-13
表3PAC-16
表4抗堵塞性能测试
由表可知：本发明双层排水路面结构抗堵塞能力远大于常规的双层排水路面及单层排水路面。这是因为超弹多孔混合料的弹性模量只有常规沥青混合料的1/10，雨天车辆轮胎荷载作用下本发明双层排水沥青路面内部会出现动水压力，进而产生“虹吸”作用，带出堵塞孔道内部的尘土，具有自洁净功能，相比常规排水路面排水能力更耐久，可高效保持车辆雨天行驶的安全性。
二、下面对比超弹多孔混合料PERS-13与常用多孔沥青混合料PAC-13的抗磨耗性能、抗车辙性能：
混合料级配同表1、表2，用混合料飞散仪对超弹多孔混合料PERS-13和常用多孔沥青混合料PAC-13进行抗磨耗性能的测试，荷载施加为2000N，胎压定位200kpa，转速设置为40km/h，总运转时间为8h，分别将试验4h和8h后的试件取出，用铺沙法和摆式摩擦仪测试磨耗前后构造深度和摆值测试，测试结果图2和图3。
由图2和图3知，随着磨耗时间的增加，路面构造深度和摆值逐渐降低，抗滑性能有着不同程度的下降，不同阶段PERS-13构造深度和摆值均大于PAC-13，说明PERS-13的抗滑性能优于PAC-13，经过磨耗后，PERS-13的抗滑性能略有降低，但PAC-13的降低幅度较大，并且二者差值逐渐增大，充分说明本专利以PERS-13作为排水路面上面层相比传统排水沥青路面有着更优的抗滑能力和磨耗能力，可高效保持车辆雨天行驶的安全性。
采用60℃车辙试验测试两种混合料的动稳定度，测试结果如表4所示，PERS-13的动稳定度远超PAC-13，说明采用超弹多孔混合料作为上面层，能显著提高路面结构的抗车辙性能，提升高温重载条件下路面稳定性。
三、下面来对比一种自清孔耐久型排水路面结构的下面层与普通路面的下面层的抗车辙性能。一种自清孔耐久型排水路面结构采用高模量混合料HMAC-20，低标号沥青采用30#基质沥青，油石比为4.5；普通排水沥青路面下面层采用AC-20，沥青采用70#基质沥青，油石比为4.5，两者级配相同，级配见表5，实验数据见表6。
表5下面层级配
表6高温车辙实验数据
高模量混合料HMAC-20的力学性能和高温性能远大于普通沥青混合料AC-20，高模量混合料可提高排水路面的抗重载能力，增强路面整体抗剪能力，延长排水路面耐久性。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，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过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，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过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述，所属领域普通技术人员知晓申请日或者优先权日之前发明所属技术领域所有的普通技术知识，能够获知该领域中所有的现有技术，并且具有应用该日期之前常规实验手段的能力，所属领域普通技术人员可以在本申请给出的启示下，结合自身能力完善并实施本方案，一些典型的公知结构或者公知方法不应当成为所属领域普通技术人员实施本申请的障碍。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。
Claims (10)
1.一种自清孔耐久型排水路面结构，其特征在于：包括路面单元和排水单元，所述路面单元包括从上至下依次设置的上面层(1)、粘层(2)、中面层(3)、防水黏结层(4)、下面层(5)、应力吸收层(6)和基层(7)；所述上面层(1)采用超弹多孔混合料，所述粘层(2)采用聚氨酯改性乳化沥青，所述中面层(3)采用多孔沥青混合料，所述防水黏结层(4)采用热洒改性沥青，所述下面层(5)采用高模量沥青混合料，所述应力吸收层(6)采用橡胶沥青砂浆，所述基层(7)采用水泥稳定碎石；所述排水单元的高度低于所述防水黏结层(4)的高度，所述排水单元包括排水沟、盖板(9)和滤网(10)，所述盖板(9)设于所述排水沟的进水口位置，所述盖板(9)上设有泄水孔；所述滤网(10)设于所述盖板(9)上。
2.根据权利要求1所述的一种自清孔耐久型排水路面结构，其特征在于：所述上面层(1)的厚度为25-40mm，所述粘层(2)的用量为0.3-0.6L/m2，所述中面层(3)的厚度为40-60mm，所述防水黏结层(4)的用量为1.5-1.8L/m2，所述下面层(5)的厚度为50-70mm。
3.根据权利要求1所述的一种自清孔耐久型排水路面结构，其特征在于：所述超弹多孔混合料的孔隙率为18-22％，所述超弹多孔混合料包括级配型石料、橡胶颗粒、聚氨酯或高粘高弹复合改性沥青；聚氨酯或高粘高弹复合改性沥青加入量为级配型石料加入量的4-6％，聚氨酯选用慢反应型单组份聚氨酯胶粘剂，橡胶颗粒加入量为级配型石料加入量的6％-12％。
4.根据权利要求1所述的一种自清孔耐久型排水路面结构，其特征在于：所述聚氨酯改性乳化沥青中聚氨酯的加入量：乳化沥青的加入量＝5：95，聚氨酯选用慢反应型单组份聚氨酯胶粘剂。
5.根据权利要求1所述的一种自清孔耐久型排水路面结构，其特征在于：所述多孔沥青混合料的孔隙率为20％-25％，所述多孔沥青混合料包括级配型石料、高粘高弹复合改性沥青和玄武岩纤维，高粘高弹复合改性沥青加入量为级配型石料加入量的3％-5％，玄武岩纤维加入量为级配型石料加入量的0.1％-0.5％。
6.根据权利要求1所述的一种自清孔耐久型排水路面结构，其特征在于：所述高模量沥青混合料在15℃时的动态模量不小于14000MPa，所述高模量沥青混合料包括级配型石料和低标号沥青，所述低标号沥青加入量为级配型石料加入量的3％-5％。
7.根据权利要求1所述的一种自清孔耐久型排水路面结构，其特征在于：所述橡胶沥青砂浆的制备方法为：先撒布橡胶沥青，撒布量为2-3kg/m2，再趁热撒布碎石，碎石最大粒径为9.5mm，粒径为9.5mm的碎石占比大于85％，撒布量17-20kg/m2。
8.根据权利要求3、5任一项所述的一种自清孔耐久型排水路面结构，其特征在于：所述高粘高弹复合改性沥青包括高粘剂与SBS改性沥青，高粘剂的加入量：SBS改性沥青的加入量＝10：90。
9.根据权利要求1所述的一种自清孔耐久型排水路面结构，其特征在于：所述排水沟为浆砌片石矩形排水沟，所述排水沟的深度和宽度均为0.4-0.6m；所述盖板(9)为带泄水孔的钢筋混凝土盖板(9)；所述滤网(10)为不锈钢过滤网(10)，所述滤网(10)的丝径为0.12-0.19mm，孔径为0.38-1.08mm。
10.一种自清孔耐久型排水路面结构的铺设方法，用于铺设权利要求1-9任一项所述的自清孔耐久型排水路面结构，其特征在于：包括以下步骤：
筑建基层(7)，筑建完成后在基层(7)上洒铺应力吸收层(6)；
在应力吸收层(6)上铺筑下面层(5)，铺筑完成后在下面层(5)上洒铺防水黏结层(4)；
在防水黏结层(4)上铺筑中面层(3)和上面层(1)，中面层(3)和上面层(1)之间用粘层(2)粘结；
施工排水单元，排水单元的高度低于防水黏结层(4)的高度。
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