CN116312883A - 一种聚氨酯路面结构设计方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种聚氨酯路面结构设计方法，具体涉及道路工程技术领域。本发明设计的聚氨酯路面结构自下而上依次为基层、多功能层、聚氨酯混合料层和抗滑磨耗层，聚氨酯混合料层中设置有抗疲劳承重层和抗车辙层，通过获取聚氨酯路面结构的交通荷载设计参数，利用动态模量试验获得铺设区域路表最高温度下聚氨酯路面结构中各结构层的动态模量，并根据聚氨酯路面结构中聚氨酯混合料层的拟定厚度，基于弹性层状体系理论，根据计算得到聚氨酯混合料层底应变刚刚小于极限应变阈值时的厚度，确定聚氨酯混合料层的设计厚度。本发明利用聚氨酯在高温环境下不变形的特性，全面提升了路面结构的服役性能，延长了路面结构的使用寿命，具有良好的应用推广价值。

Description

一种聚氨酯路面结构设计方法
技术领域
本发明涉及道路工程技术领域，具体涉及一种聚氨酯路面结构设计方法。
背景技术
沥青路面受到重载和高温等多重不利因素的影响，多种病害频发，严重影响了道路的服役性能和行车安全，同时沥青路面的频繁维修也严重阻碍了社会车辆的通行和经济发展，消耗了大量的维修资金，造成了不良的社会影响。
为了解决传统沥青路面面临的结构性病害，道路工作者围绕路面结构层材料进行了大量研究，例如，采用高模量沥青混合料在一定程度上缓解了沥青路面所面临的车辙问题。但是，随着车辆载荷的增加和极端高温天气的频发，为了满足路面结构作为基础设施的耐久性要求，现阶段针对沥青路面结构的设计提出了更高的要求。因此，亟需提出一种新的路面结构设计方法，用于全面提升路面结构的服役性能以及延长路面结构的使用寿命，从而减少路面维修对交通运行的影响以及对维修费用的消耗。
发明内容
本发明旨在解决传统沥青路面易于发生结构性病害的问题，提出了一种聚氨酯路面结构设计方法，以聚氨酯混合料应变值作为设计指标，以实际交通荷载和路表最高温度下聚氨酯路面结构中各结构层的动态模量作为设计参数，准确确定了聚氨酯路面结构中各结构层的厚度，全面提升路面结构的服役性能，为路面结构的设计方法提供了新思路。
本发明采用以下的技术方案：
一种聚氨酯路面结构设计方法，具体包括以下步骤：
步骤1，设计聚氨酯路面结构；
所述聚氨酯路面结构设置有多个结构层，自下而上依次为基层、多功能层、聚氨酯混合料层和抗滑磨耗层，其中，聚氨酯混合料层设置为两层，底层设置为抗疲劳承重层，顶层设置为抗车辙层；
步骤2，获取聚氨酯路面结构的交通荷载设计参数；
步骤3，确定聚氨酯路面结构中各结构层的动态模量；
获取聚氨酯路面结构铺设区域的路表最高温度，在路表最高温度下对聚氨酯路面结构进行动态模量试验，利用动态模量试验获得路表最高温度下聚氨酯路面结构中各结构层的动态模量；
步骤4，确定聚氨酯路面结构中聚氨酯混合料层的设计厚度；
根据聚氨酯混合料层的拟定厚度，结合聚氨酯混合料层的动态模量和泊松比，基于弹性层状体系理论，计算得到聚氨酯混合料层底应变刚刚小于极限应变阈值时的厚度，得到聚氨酯混合料层的设计厚度。
优选地，所述多功能层的设计厚度为4～6cm，采用细粒式沥青混合料铺设而成，细粒式沥青混合料的级配为AC-13F或AC-10，沥青等级为PG64-22或PG76-22，设计空隙率为1％～3％；
所述聚氨酯混合料层的拟定厚度均根据路面结构的实际荷载、动态模量以及层底应变设计值所确定，抗疲劳承重层和抗车辙层均采用聚氨酯混合料铺设而成，聚氨酯混合料的级配AC-20或AC-16，采用单组分湿固型聚氨酯胶结料，设计空隙率为5％～7％；
所述抗滑磨耗层的设计厚度为3～5cm，采用沥青混合料铺设而成，沥青混合料的级配为SMA-10或SMA-13，沥青等级不低于PG76-22。
优选地，所述交通荷载设计参数包括服役期间聚氨酯路面结构上行驶的各类车辆的轴载；
若所设计的聚氨酯路面结构用于铺设新建道路时，则选取位于新建道路附近的相邻道路，获取相邻道路的车辆轴载统计数据，利用相邻道路的车辆轴载统计数据替代聚氨酯路面结构的车辆轴载统计数据，根据相邻道路车辆轴载统计数据中车辆轴载的上限值作为交通荷载设计参数；
若所设计的聚氨酯路面结构用于铺设已有道路时，则获取已有道路的车辆轴载统计数据，根据已有道路车辆轴载统计数据中车辆轴载的上限值作为交通荷载设计参数。
优选地，所述车辆轴载的上限值为车辆轴载统计数据中各类车辆荷载轴载值在累积百分率区间95％～99％内所对应的轴载值。
优选地，所述聚氨酯混合料的极限应变阈值为250～280με。
本发明具有的有益效果为：
1、本发明利用聚氨酯混合料铺设抗疲劳承重层和抗车辙层，利用聚氨酯混合料在高温环境下不变形的特性，避免了抵抗高温和重载作用下路面结构的车辙变形，有效解决了路面结构中易受车辙损伤变形的问题。
2、本发明以路面结构的实际荷载轴载作为交通荷载设计参数，使得设计的聚氨酯路面结构更符合实际路况要求，更能抵抗车辆荷载的影响。同时，本发明在设计聚氨酯路面结构时还充分考虑了服役期间路面结构的路表最高温度，充分还原了真实温度下路面结构的真实状态，有效避免了高温作用下路面结构的变形。
3、本发明以聚氨酯混合料层的层底应变作为路面结构层厚度的设计指标，并将聚氨酯混合料层设置为采用抗疲劳承重层和抗车辙层的双层结构，有效避免了路面结构的疲劳损伤，全面提升路面结构的服役性能，延长了路面结构的使用寿命。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进行具体的说明：
本发明提出了一种聚氨酯路面结构设计方法，具体包括以下步骤：
步骤1，设计聚氨酯路面结构。
本实施例中聚氨酯路面结构设置有多个结构层，自下而上依次为基层、多功能层、聚氨酯混合料层和抗滑磨耗层，其中，聚氨酯混合料层设置为两层，底层设置为抗疲劳承重层，顶层设置为抗车辙层。
本实施例中，多功能层的设计厚度为4cm，采用细粒式沥青混合料铺设而成，细粒式沥青混合料的级配为AC-13F，沥青等级为PG64-22，设计空隙率为1％～3％。
抗车辙层的拟定厚度为4cm，采用聚氨酯混合料铺设而成，聚氨酯混合料的级配为AC-16，采用单组分湿固型聚氨酯胶结料，设计空隙率为5％～7％。
抗疲劳承重层的拟定厚度为6cm，采用聚氨酯混合料铺设而成，聚氨酯混合料的级配为AC-20，采用单组分湿固型聚氨酯胶结料，设计空隙率为5％～7％。
抗滑磨耗层的设计厚度为3～5cm，采用细粒式沥青混合料铺设而成，细粒式沥青混合料的级配为SMA-10或SMA-13，沥青等级不低于PG76-22。
步骤2，获取聚氨酯路面结构的交通荷载设计参数。
本实施例中所述交通荷载设计参数包括服役期间聚氨酯路面结构上行驶的各类车辆的轴载。
若所设计的聚氨酯路面结构用于铺设新建道路时，则选取位于新建道路附近的相邻道路，采用人工调查法或动态称重法等现有技术获取相邻道路的车辆轴载统计数据，利用相邻道路的车辆轴载统计数据替代聚氨酯路面结构的车辆轴载统计数据，根据相邻道路车辆轴载统计数据中车辆轴载的上限值作为交通荷载设计参数。
若所设计的聚氨酯路面结构用于铺设已有道路时，则获取已有道路的车辆轴载统计数据，根据已有道路车辆轴载统计数据中车辆轴载的上限值作为交通荷载设计参数。
本实施例中车辆轴载的上限值为车辆轴载统计数据中各类车辆荷载轴载值在累积百分率区间95％～99％内所对应的轴载值。
步骤3，确定聚氨酯路面结构中各结构层的动态模量。
获取聚氨酯路面结构铺设区域的路表最高温度，在路表最高温度下对聚氨酯路面结构进行动态模量试验，利用动态模量试验获得路表最高温度下聚氨酯路面结构中各结构层的动态模量。
本实施例中，利用动态模量试验测试路面结构的动态模量为本领域的现有技术，利用动态模量试验测试聚氨酯路面结构中多功能层、聚氨酯混合料层和抗滑磨耗层的动态模量时，将动态模量试验的加载波形设置为连续半正弦波、加载频率设置为10Hz；利用动态模量试验测试聚氨酯路面结构中基层的动态模量时，将动态模量试验的加载波形设置为加载0.1s间歇0.9s的间歇半正弦波，对应基层的弯沉不大于0.01mm。
步骤4，确定聚氨酯路面结构中聚氨酯混合料层的设计厚度；
根据聚氨酯混合料层的拟定厚度，结合聚氨酯混合料层的动态模量和泊松比，基于弹性层状体系理论，计算得到聚氨酯混合料层底弯拉应变刚刚小于极限应变阈值时的厚度，得到聚氨酯混合料层的设计厚度。本实施例中聚氨酯混合料的极限应变阈值为250～280με。
由此可见，本实施例中提出的聚氨酯路面结构设计方法，将实际交通荷载和路表最高温度下聚氨酯路面结构中各结构层的动态模量作为设计参数，以聚氨酯混合料应变值作为设计指标，准确确定了聚氨酯路面结构中各结构层的厚度，有效增强了路面结构的抗疲劳损伤性能，将路面结构的设计寿命延长至30年以上，为全面提升路面结构的服役性能提供了技术支持。
当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种聚氨酯路面结构设计方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
步骤1，设计聚氨酯路面结构；
所述聚氨酯路面结构设置有多个结构层，自下而上依次为基层、多功能层、聚氨酯混合料层和抗滑磨耗层，其中，聚氨酯混合料层设置为两层，底层设置为抗疲劳承重层，顶层设置为抗车辙层；
步骤2，获取聚氨酯路面结构的交通荷载设计参数；
步骤3，确定聚氨酯路面结构中各结构层的动态模量；
获取聚氨酯路面结构铺设区域的路表最高温度，在路表最高温度下对聚氨酯路面结构进行动态模量试验，利用动态模量试验获得路表最高温度下聚氨酯路面结构中各结构层的动态模量；
步骤4，确定聚氨酯路面结构中聚氨酯混合料层的设计厚度；
根据聚氨酯混合料层的拟定厚度，结合聚氨酯混合料层的动态模量和泊松比，基于弹性层状体系理论，计算得到聚氨酯混合料层底应变刚刚小于极限应变阈值时的厚度，得到聚氨酯混合料层的设计厚度。
2.根据权利要求1所述的聚氨酯路面结构设计方法，其特征在于，所述多功能层的设计厚度为4～6cm，采用细粒式沥青混合料铺设而成，细粒式沥青混合料的级配为AC-13F或AC-10，沥青等级为PG64-22或PG76-22，设计空隙率为1％～3％；
所述聚氨酯混合料层的拟定厚度均根据路面结构的实际荷载、动态模量以及层底应变设计值所确定，抗疲劳承重层和抗车辙层均采用聚氨酯混合料铺设而成，聚氨酯混合料的级配AC-20或AC-16，采用单组分湿固型聚氨酯胶结料，设计空隙率为5％～7％；
所述抗滑磨耗层的设计厚度为3～5cm，采用沥青混合料铺设而成，沥青混合料的级配为SMA-10或SMA-13，沥青等级不低于PG76-22。
3.根据权利要求1所述的聚氨酯路面结构设计方法，其特征在于，所述交通荷载设计参数包括服役期间聚氨酯路面结构上行驶的各类车辆的轴载；
若所设计的聚氨酯路面结构用于铺设新建道路时，则选取位于新建道路附近的相邻道路，获取相邻道路的车辆轴载统计数据，利用相邻道路的车辆轴载统计数据替代聚氨酯路面结构的车辆轴载统计数据，根据相邻道路车辆轴载统计数据中车辆轴载的上限值作为交通荷载设计参数；
若所设计的聚氨酯路面结构用于铺设已有道路时，则获取已有道路的车辆轴载统计数据，根据已有道路车辆轴载统计数据中车辆轴载的上限值作为交通荷载设计参数。
4.根据权利要求3所述的聚氨酯路面结构设计方法，其特征在于，所述车辆轴载的上限值为车辆轴载统计数据中各类车辆荷载轴载值在累积百分率区间95％～99％内所对应的轴载值。
5.根据权利要求1所述的聚氨酯路面结构设计方法，其特征在于，所述聚氨酯混合料的极限应变阈值为250～280με。
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