一种机场调头坪沥青道面的抗扭剪结构 |
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| 申请号 | CN201710775977.4 | 申请日 | 2017-08-31 | 公开(公告)号 | CN107386045A | 公开(公告)日 | 2017-11-24 |
| 申请人 | 西北民航机场建设集团有限责任公司; 长安大学; | 发明人 | 戴征; 王春; 王建党; 张玲燕; 张晓辉; 翟瑞鑫; 张帆; 王鸿军; 张明辉; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开了一种机场调头坪 沥青 道面的抗扭剪结构，包括铺设在路面 基层 上的下 面层 、中面层和上面层所述上面层和中面层之间铺设有由环 氧 粘结剂制成的第一粘结层，所述中面层和下面层之间铺设有由基质沥青制成的第二粘结层，所述下面层和路面基层之间铺设有由 乳化沥青 制成的透层；所述上面层由AC-13级配的环氧沥青混合料制成，中面层由AC-20级配的环氧沥青混合料制成，下面层由AC-20级配的基质沥青混合料制成。本发明的抗扭剪结构适用于机场高温高胎压环境的沥青道面，减少道面养护维修时间和 费用 ，保证飞机运行安全，达到民航对于机场道面的要求。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种机场调头坪沥青道面的抗扭剪结构，其特征在于，包括铺设在路面基层(7)上的下面层(3)、中面层(2)和上面层(1)，所述上面层(1)和中面层(2)之间铺设有由环氧粘结剂制成的第一粘结层(4)，所述中面层(2)和下面层(3)之间铺设有由基质沥青制成的第二粘结层(5)，所述下面层(3)和路面基层(7)之间铺设有由乳化沥青制成的透层(6)；所述上面层(1)由AC-13级配的环氧沥青混合料制成，中面层(2)由AC-20级配的环氧沥青混合料制成，下面层(3)由AC-20级配的基质沥青混合料制成。 |
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| 说明书全文 | 一种机场调头坪沥青道面的抗扭剪结构技术领域[0001] 本发明属于机场道面工程技术领域，具体涉及一种机场调头坪沥青道面的抗扭剪结构。 背景技术[0002] 随着近几年机场建设的迅速发展，机场规模及数量不断增大，民用机场的道面类型逐渐由水泥混凝土道面向沥青混凝土道面转变。沥青混凝土道面具有优良的使用性能及可快速施工特点，能满足道面改扩建工程不停航施工的要求。但是由于道面所承受飞机荷载远大于公路路面，飞机胎压在1.0MPa～1.5MPa，除较大的垂直荷载外飞机在加速运行及调头转弯过程中还会产生较大的水平荷载，增大道面受力；另外民用机场道面还要经受现代飞机发动机在运行时产生的高温气流作用，尤其在滑行道、等待区、联络道等部位飞机低速运行时，道面经受热气流作用时间较长，在较高轮胎压力作用下往往造成机场道面的剪切推移病害，严重时更会影响机场道面的使用寿命及飞机的运行安全。 [0003] 鉴于此，如何提高机场沥青道面抗扭剪性能已成为当前亟需解决的问题，尤其是在机场调头坪等转弯位置。 发明内容[0004] 本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供了一种机场调头坪沥青道面的抗扭剪结构。该抗扭剪结构适用于机场高温高胎压环境的沥青道面，能承受飞机的垂直载荷和水平载荷，并且减少道面养护维修时间和费用，保证飞机运行安全，该机场调头坪沥青道面的各项技术指标符合国家对于机场调头坪沥青道面的标准。 [0005] 为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种机场调头坪沥青道面的抗扭剪结构，其特征在于，包括铺设在路面基层上的下面层、中面层和上面层所述上面层和中面层之间铺设有由环氧粘结剂制成的第一粘结层，所述中面层和下面层之间铺设有由基质沥青制成的第二粘结层，所述下面层和路面基层之间铺设有由乳化沥青制成的透层；所述上面层由AC-13级配的环氧沥青混合料制成，中面层由AC-20级配的环氧沥青混合料制成，下面层由AC-20级配的基质沥青混合料制成。 [0006] 上述的一种机场调头坪沥青道面的抗扭剪结构，其特征在于，所述AC-13环氧沥青混合料中的环氧沥青由环氧剂与SBS改性沥青混合制备而成，所述环氧沥青中环氧剂的质量含量为20％～30％。 [0007] 上述的一种机场调头坪沥青道面的抗扭剪结构，其特征在于，所述SBS改性沥青中SBS的质量含量为4％～6％。 [0008] 上述的一种机场调头坪沥青道面的抗扭剪结构，其特征在于，所述AC-20基质沥青混合料中的环氧沥青与SBS改性沥青混合制备而成，所述环氧沥青中环氧剂的质量含量为10％～20％。 [0009] 上述的一种机场调头坪沥青道面的抗扭剪结构，其特征在于，所述SBS改性沥青中SBS的质量含量为4％～6％。 [0010] 上述的一种机场调头坪沥青道面的抗扭剪结构，其特征在于，所述环氧粘结剂由主剂和固化剂按照3:2的质量比加热后混合而成。 [0011] 上述的一种机场调头坪沥青道面的抗扭剪结构，其特征在于，所述环氧粘结剂由主剂S-653A和固化剂S-653B组成，或者由主剂S-666A和固化剂S-666B组成，或者由主剂805-A和固化剂805-B组成。 [0012] 上述的一种机场调头坪沥青道面的抗扭剪结构，其特征在于，所述基质沥青为70号沥青。 [0013] 上述的一种机场调头坪沥青道面的抗扭剪结构，其特征在于，所述上面层的厚度为4cm～6cm，中面层的厚度为5cm～7cm，下面层的厚度为6cm～8cm。 [0014] 本发明与现有技术相比具有以下优点： [0015] 1、本发明提供的机场沥青道面调头坪抗扭剪结构能有效解决沥青道面在调头坪处的剪切推移病害，提高道面质量，减少养护维修次数，保证飞机运行安全。 [0016] 2、本发明在设计机场调头坪沥青道面前先采用BISAR软件，针对目前机场典型沥青道面结构，以昆明长水机场为代表，5cmSMA-13+6.5cm AC-20I+6.5cmAC-20II，进行有、无水平荷载的两种工况下道面力学计算模拟，得出机场道面剪应力最大值出现在上面层层内或中上面层层间处，而且水平荷载会导致剪力大幅增加。本发明通过对不同温度(25℃和60℃)下不同环氧剂掺量进行室内剪切试验(直剪试验、扭剪试验、贯入剪切试验)，得出环氧剂掺量越大，抗剪性能越好结论。因此，综合考虑沥青混合料性能和成本造价，上面层采用较大剂量的环氧剂掺量而中面层环氧剂掺量相对减少。 [0017] 3、本发明的上面层由AC-13级配的环氧沥青混合料制成的，中面层由AC-20级配的环氧沥青混合料制成，而AC-13级配的环氧沥青混合料和AC-20级配的环氧沥青混合料中都含有环氧沥青，该环氧沥青均由环氧剂和SBS改性沥青混合制备而成，既保证经济性的同时能最大程度发挥各自优势，实现机场调头坪沥青道面的高性能高耐久性抗剪性能。其中用于制备上面层的环氧剂的质量含量不小于制备中面层的环氧剂的质量含量。这是由于上面层对道面的抗剪性能起主要作用决定的。 [0018] 4、本发明所采用的环氧沥青混合料是一种半柔性路面铺装用沥青混合料，既具有沥青混合料的柔性特点，又因添加了环氧剂而具有热固性特点，因此是一种高耐久性铺装材料，非常适合应用于铺设机场调头坪沥青道面。 [0019] 5、本发明解决了现有规范对道面设计指标的不足和缺陷，通过模拟试验、力学计算和试验验证提出了道面层内和层间抗扭剪强度指标，从机场道面常见病害入手从根本上提出提高道面性能的关键技术，尤其对于调头坪存在的扭剪力提出相应指标。本发明提出的道面结构和材料组成相对于目前现有的机场调头坪沥青道面结构和材料有很大提升，能满足机场道面尤其是调头坪部分产生的巨大扭剪力，有效防止早期轮辙和推移等病害发生。 附图说明[0021] 图1是本发明的结构示意图。 [0022] 附图标记说明： [0023] 1—上面层； 2—中面层； 3—下面层； [0024] 4—第一粘结层； 5—第二粘结层； 6—透层； [0025] 7—路面基层。 具体实施方式[0026] 实施例1 [0027] 如图1所示，本实施例包括自下而上铺设在路面基层7上的下面层3、中面层2和上面层1，所述上面层1和中面层2之间铺设有由环氧粘结剂制成的第一粘结层4，所述中面层2和下面层3之间铺设有由基质沥青制成的第二粘结层5，所述下面层3和路面基层7之间铺设有由乳化沥青制成的透层6；所述上面层1由AC-13级配的环氧沥青混合料制成，中面层2由AC-20级配的环氧沥青混合料制成，下面层3由AC-20级配的基质沥青混合料制成。 [0028] 本实施例中，根据BISAR软件模拟的实验，得出上面层1、第一粘结层4和中面层2在机场调头坪沥青道面中对抗剪和抗扭性能起到至关重要的作用，而本实施例的中上面层1由AC-13级配的环氧沥青混合料制成，中面层2均由AC-20级配的环氧沥青混合料制成，第一粘结层4由环氧粘结剂制成，由于上面层1和中面层2的混合料中均含有环氧剂树脂，铺设时使得上面层1和中面层2在环氧粘结剂(第一粘结层4)的粘结作用下，相邻的层面之间有所渗透，结合强度更大，不易分层，使该道面的抗剪能力和抗扭能力显著提高，解决了现有机场调头坪道面垂直载荷和水平载荷能力差，易于受损的问题。 [0029] 本实施例中，所述上面层1的厚度为5cm，中面层2的厚度为6cm，下面层3是的厚度为7cm。 [0030] 本实施例中，所述AC-13级配的环氧沥青混合料中环氧沥青由环氧剂与SBS改性沥青混合制备而成，AC-20级配的环氧沥青混合料中所用的环氧沥青与SBS改性沥青混合制备而成，其中经贯入剪切试验和直剪试验来探讨环氧剂掺量对沥青混合料的抗剪强度的影响，试验结果如表1所述。 [0031] 表1环氧剂掺量对沥青混合料的抗剪强度的影响 [0032] [0033] 由表1可知，随着环氧掺量增加，沥青混合料抗剪强度增大，当环氧剂掺量在10wt％时已满足本发明经计算提出的抗剪强度指标，因此中面层的AC-20级配的环氧沥青混合料中环氧剂的质量含量优选为10％～20％，而上面层对道面抗剪力贡献相对较大，为保证机场道面有足够的强度，将可靠度考虑在内，上面层AC-13级配的环氧沥青混合料中环氧剂的质量含量优选为20％～30％，以保证整个道面结构性能良好。 [0034] 本实施例中，进一步优选地，所述AC-13级配的环氧沥青混合料中环氧剂的质量含量为25％，AC-20级配的环氧沥青混合料中环氧剂的质量含量为15％，所述SBS改性沥青中SBS的质量含量为5％。SBS改性沥青具有耐高温、抗车辙能力，而且粘结能力特别强，而环氧剂具有很好的粘结性，将两者混合制成环氧沥青混合料，即能保证经济性的同时能最大程度发挥各自优势，实现机场调头坪沥青道面的高性能高耐久性抗剪性能。 [0035] 本实施例中，所述AC-13级配的环氧沥青混合料的最大公称粒径为13.2mm，所述AC-20级配的环氧沥青混合料的最大公称粒径为19mm， [0036] 本实施例中，所述SBS改性沥青中SBS的质量含量为5％。 [0037] 本实施例中，所述环氧粘结剂由主剂S-653A和固化剂S-653B按照3:2的质量比加热至60℃然后混合而成，采用该质量比的主剂S-653A和固化剂S-653B的好处为：一方面便于铺设第一粘结层4，另一方面经室内力学模拟试验发现由所述环氧粘结剂铺设的第一粘结层4的抗扭性能和抗剪性能最高，对于道面的抗剪和抗扭性能具有很大的贡献。 [0038] 本实施例中，AC-20级配的基质沥青混合料的最大公称粒径为19mm，所述基质沥青为70号沥青。 [0039] 本发明针对现有典型道面结构，5cmSMA-13+6.5cmAC-20I+6.5cm AC-20II+基层，选取空中客机A380-800为代表机型，水平应力系数取0.3，采用BISAR软件结合典型道面结构分析道面材料常温25℃和高温60℃下水平荷载对道面内部及层间剪应力的影响。经模拟分析可知：上面层、第一粘结层和中面层对于道面的抗剪性能起到关键的作用。并计算了现有应用在机场调头坪位置的道面(5cmSMA-13+6.5cmAC-20I+6.5cmAC-20II+基层)的抗剪强度等测试结果，将其作为标准，表2中的数据为本发明提出的机场沥青道面的抗剪强度指标，用于评述本发明机场调头坪沥青道面的抗剪和抗扭性能。 [0040] 表2机场道面沥青混合料抗剪强度指标 [0041] [0042] 表2中“-”表示未做该测试。 [0043] 对本实施例的机场调头坪沥青道面的抗扭剪结构上面层和第一粘结层进行检测，检测得到的各项技术指标如表3所示。 [0044] 表3本实施例的机场调头坪沥青道面的各项技术指标数据 [0045] [0046] [0047] 将表3中的抗剪切强度的实验结果与表2中的数据进行对比，说明该实施例的抗扭剪结构性能符合使用要求，符合表2中提出的抗剪强度指标值。同时由表3中其他技术指标测试数据可知，本实施例的机场调头坪沥青道面的各项技术指标符合现行《民用机场沥青混凝土道面施工技术规范》。 [0048] 对比例1 [0049] 本对比例与实施例1相同，不同之处在于：所述第一粘结层4由基质沥青制成。 [0050] 对比例2 [0051] 本对比例与实施例1相同，不同之处在于：所述第一粘结层4由SBS改性沥青制成。 [0052] 对比例3 [0053] 本对比例与实施例1相同，不同之处在于：所述第一粘结层4由SBR改性乳化沥青制成。 [0054] 对实施例1和对比例1～对比例3中第一粘结层进行直剪试验和扭剪试验，测试结果如表4所示。 [0055] 表4实施例1和对比例1～对比例3中第一粘结层的直剪试验和扭剪试验结果[0056] [0057] [0058] 对比例1～3中第一粘结层4均采用最佳剂量。表4中的数据说明采用环氧剂粘结剂对于机场调头坪沥青道面的抗扭剪结构具有积极的意义，环氧剂因其具有热固性特点，不会因温度升高发生流动变形，可以改善普通基质沥青热塑性的这一缺点，因此抗剪性能更加。从扭剪结果看，本实施例抗扭剪强度同样最大，尤其在调头坪等位置使用，能有效抵抗高温高压荷载。同时，本实施例环氧粘结剂制成的第一粘结层4受温度影响最小，抗扭剪强度在高温下降幅度最小，能保持较好层间粘结性能。为考虑造价并结合道面实际受力情况，上中面层采用环氧粘结剂，而在剪力相对薄弱的中下面层选用基质沥青作为粘结层，通过合理搭配可得到高性能道面结构同时降低造价。 [0059] 同时模拟实施例1和对比例1～对比例3中的道面结构所能受力的情况，得到实施例1的抗扭剪结构的抗扭剪性能最好。 [0060] 实施例2 [0061] 如图1所示，本实施例包括自下而上铺设在路面基层7上的下面层3、中面层2和上面层1，所述上面层1和中面层2之间铺设有由环氧粘结剂制成的第一粘结层4，所述中面层2和下面层3之间铺设有由基质沥青制成的第二粘结层5，所述下面层3和路面基层7之间铺设有由乳化沥青制成的透层6；所述上面层1由AC-13级配的环氧沥青混合料制成，中面层2由AC-20级配的环氧沥青混合料制成，下面层3由AC-20级配的基质沥青混合料制成。 [0062] 本实施例中，所述AC-13环氧沥青混合料中环氧沥青由环氧剂与SBS改性沥青混合制备而成，所述环氧沥青中环氧剂的质量含量为30％，所述AC-13环氧沥青混合料中SBS改性沥青中SBS的质量含量为5％。 [0063] 本实施例中，所述AC-20基质沥青混合料中所用的环氧沥青与SBS改性沥青混合制备而成，所述环氧沥青中环氧剂的质量含量为20％，所述AC-20基质沥青混合料中SBS改性沥青中SBS的质量含量为4.5％。 [0064] 本实施例中，所述上面层1的厚度为4cm，中面层2的厚度为5cm，下面层3的厚度为6cm。 [0065] 本实施例中，所述环氧粘结剂由主剂S-666A和固化剂S-666B按照3:2的质量比加热到60℃后混合而成，采用该质量比的主剂S-666A和固化剂S-666B的好处为：一方面便于铺设第一粘结层4，另一方面经室内力学模拟试验发现由该质量比配成的环氧粘结剂铺设成的第一粘结层4的抗扭性能和抗剪性能最高，对于道面的抗剪和抗扭性能具有很大的贡献。 [0066] 本实施例中，AC-20级配的基质沥青混合料的最大公称粒径为19mm，所述基质沥青为70号沥青。 [0067] 对本实施例的机场调头坪沥青道面的抗扭剪结构进行检测，检测得到的各项技术指标如表5所示。 [0068] 表5本实施例的机场调头坪沥青道面的各项技术指标数据 [0069] [0070] [0071] 将表5中的抗剪切强度的实验结果与表1中的数据进行对比，说明该实施例的抗扭剪结构性能符合使用要求，符合表2中提出的抗剪强度指标值。同时由表5中其他技术指标测试数据可知，本实施例的机场调头坪沥青道面的各项技术指标符合国家对于机场调头坪沥青道面的标准。 [0072] 实施例3 [0073] 如图1所示，本实施例包括自下而上铺设在路面基层7上的下面层3、中面层2和上面层1，所述上面层1和中面层2之间铺设有由环氧粘结剂制成的第一粘结层4，所述中面层2和下面层3之间铺设有由基质沥青制成的第二粘结层5，所述下面层3和路面基层7之间铺设有由乳化沥青制成的透层6；所述上面层1由AC-13级配的环氧沥青混合料制成，中面层2由AC-20级配的环氧沥青混合料制成，下面层3由AC-20级配的基质沥青混合料制成。 [0074] 本实施例中，所述AC-13级配的环氧沥青混合料中环氧沥青由环氧剂与SBS改性沥青混合制备而成，所述环氧沥青中环氧剂的质量含量为20％，所述AC-20级配的环氧沥青混合料中所用的环氧沥青与SBS改性沥青混合制备而成，所述环氧沥青中环氧剂的质量含量为10％，所述AC-13级配的环氧沥青混合料或AC-20级配的环氧沥青混合料中所述SBS改性沥青中SBS的质量含量为均4％。 [0075] 本实施例中，所述环氧粘结剂由主剂805-A和固化剂805-B按照3:2的质量比加热至60℃后混合而成，采用该质量比的主剂805-A和固化剂805-B的好处为：一方面便于铺设第一粘结层4，另一方面经室内力学模拟试验发现铺设的第一粘结层4的抗扭性能和抗剪性能最高，对于道面的抗剪和抗扭性能具有很大的贡献。 [0076] 本实施例中，AC-20级配的基质沥青混合料的最大公称粒径为19mm，所述基质沥青为70号沥青。 [0077] 本实施例中，所述上面层的厚度为6cm，中面层的厚度为7cm，下面层的厚度为8cm。 [0078] 对本实施例的机场调头坪沥青道面的抗扭剪结构进行检测，检测得到的各项技术指标如表6所示。 [0079] 表6本实施例的机场调头坪沥青道面的各项技术指标数据 [0080] [0081] 将表6中的抗剪切强度的实验结果与表1中的数据进行对比，说明该实施例的抗扭剪结构性能符合使用要求，符合表2中提出的抗剪强度指标值。同时由表6中其他技术指标测试数据可知，本实施例的机场调头坪沥青道面的各项技术指标符合国家对于机场调头坪沥青道面的标准。 |
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