一种超薄抗滑磨耗层以及具有该磨耗层的路面
阅读：458发布：2020-05-08
专利汇可以提供一种超薄抗滑磨耗层以及具有该磨耗层的路面专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 提出一种开级配排 水 型环 氧 沥青 超薄抗滑磨耗层，该抗滑磨耗层由孔隙率为15％-20％之间的开级配环氧沥青混合料构成，总厚度约为1cm。该发明的抗滑磨耗层采用环氧沥青取代普通沥青和热塑性改性沥青，解决因循环荷载、 温度 应 力 和水的综合作用引发的热塑性沥青混合料力学强度和耐久性降低的问题；使用孔隙率为15％-20％之间的开级配沥青混合料，起到表层排水的作用，减少 汽车 高速行驶时产生的水漂现象，增加轮胎和路表的 接触 面积，提高沥青磨耗层的抗滑能力；集料最大公称粒径为4.75mm，将开级配沥青表层的厚度控制在1cm左右，形成超薄抗滑磨耗层，减少施工的成本，加快施工恢复的时间。，下面是一种超薄抗滑磨耗层以及具有该磨耗层的路面专利的具体信息内容。
1.一种开级配排水型环氧沥青超薄抗滑磨耗层，其特征在于，由以下重量比的各组分组成，分别为占表层重量比94％～95％的集料、占表层重量比5％～6％的环氧沥青；所述环氧沥青由组分A和组分B构成，其中组分A为环氧树脂，组分B由98～99％的石油沥青、0.2～
0.5％的固化剂、0.7～1％的高黏改性剂组成；组分A的掺量为环氧沥青总成分的20％～
25％，其余为组分B。
2.根据权利要求1所述的开级配排水型环氧沥青超薄抗滑磨耗层，其特征在于，所述集料的最大公称粒径为4.75mm。
3.根据权利要求1所述的开级配排水型环氧沥青超薄抗滑磨耗层，其特征在于，所述开级配排水型环氧沥青超薄抗滑磨耗层为PEAM-4，混合料的级配范围如下表所示：
筛孔尺寸(mm) 16 13.2 9.5 4.75 2.36 1.18 0.6 0.3 0.15 0.075
PEAM-4通过率(％) 100 100 100 90 15 13 9 7 6 5
4.根据权利要求1所述的开级配排水型环氧沥青超薄抗滑磨耗层，其特征在于，混合料的制备方法包括以下步骤：
(1)组分A在50-60℃下预热，组分B混合加热至165～175℃左右；
(2)按比例将组分A和B混合，搅拌均匀，得到环氧沥青胶结料；
(3)将环氧沥青胶结料和按级配筛选的基料拌合均匀即可。
5.根据权利要求1所述的开级配排水型环氧沥青超薄抗滑磨耗层，其特征在于，所述开级配排水型环氧沥青超薄磨耗层厚度为1～1.2cm，孔隙率为15％-20％。
6.一种具有权利要求1所述超薄抗滑磨耗层的路面，其特征在于，所述路面呈斜面，中间高边缘低，路拱横坡为2％～2.5％；所述路面从上到下依次设置磨耗层、隔水层和底层。
7.根据权利要求6所述的路面，其特征在于，所述磨耗层为1cm～1.2cm的多孔环氧沥青超薄抗滑磨耗层，路面边缘两侧设有排水装置；隔水层为2～3cm的密级配沥青混凝土层，下部设有防水的土工织布；底层为路面常规底层设计。
一种超薄抗滑磨耗层以及具有该磨耗层的路面
技术领域
背景技术
[0002] 随着我国经济的快速发展，我国交通事业进一步发展，对道路建设提出了更新更高的要求。人们不仅重视路面结构的强度，同时也追求道路的使用性能和安全性。表层抗滑作为道路安全性的重要指标，成为人们十分关注的方面。良好的沥青路面表层应该具备很好的抗滑能力。同时为了修护破损的沥青路面表层，重新加铺一种施工简单，使用性能良好，通车时间短的沥青磨耗层将成为十分有效的措施。
[0003] 沥青表层抗滑取决于微观纹理和宏观纹理。微观纹理主要和集料的微观构造有关，决定了车辆低速行驶时路面的抗滑性能。而如果车辆在有雨水的道路上高速行驶时，由于过快的车速，会产生水漂现象，大大降低了路面的抗滑性能，所以车辆高速行驶时路面的抗滑性能主要取决于路面的宏观纹理。宏观纹理和混合料的孔隙有关，当沥青混合料为开级配，孔隙率比较大时，雨水可以从孔隙中排出，减少水漂现象，增加车辆和路面间的抗滑能力。
[0004] 另外，在修护破损的沥青路面表层时，为了减少成本，加快施工，尽早通车，沥青表面磨耗层的厚度成为了一个关键性问题。超薄沥青磨耗层因为其节省材料，施工时间短，被人们在沥青路面的修护工程中广泛使用。但是因为大部分是密水型的单一粒径，所以车辆高速行驶时路面的抗滑性能成为一个很大的问题。
[0005] 目前，沥青路面表层大多采用普通沥青或者改性沥青，然而循环荷载、温度应力和水的综合作用容易引发热塑性沥青混合料力学强度和耐久性降低。所以使用环氧沥青作为黏结剂，制配出大孔隙环氧沥青混合料不仅具有良好的路用性能，还具有优秀的排水性能和抗滑性能。
发明内容
[0006] 发明目的：针对以上现有技术存在的问题，本发明提出一种开级配排水型环氧沥青超薄抗滑磨耗层，其能够综合利用环氧沥青高强度、优良的抗疲劳性能、良好的耐久性及抗老化性能。开级配排水型的沥青混合料能有效排除路表的雨水，提高车辆高速行驶时路面的抗滑能力。1cm厚的超薄磨耗层更有利于节约材料，减少施工时间，为沥青路面表层提供更有效的修护手段。
[0007] 技术方案：本发明所述的一种开级配排水型环氧沥青超薄抗滑磨耗层，由以下重量比的各组分组成，分别为占表层重量比94％～95％的集料、占表层重量比5％～6％的环氧沥青；所述环氧沥青由组分A和组分B构成，其中组分A为环氧树脂，组分B由98～99％的石油沥青、0.2～0.5％的固化剂、0.7～1％的高黏改性剂组成；组分A的掺量为环氧沥青总成分的20％～25％，其余为组分B。
[0008] 其中，所述集料的最大公称粒径为4.75mm。
[0009] 进一步优选的，所述开级配排水型环氧沥青超薄抗滑磨耗层为PEAM-4，混合料的级配范围如下表所示：
[0010] 筛孔尺寸(mm) 16 13.2 9.5 4.75 2.36 1.18 0.6 0.3 0.15 0.075 PEAM-4通过率(％) 100 100 100 90 15 13 9 7 6 5
[0011] 所述混合料的制备方法包括以下步骤：
[0012] (1)组分A在50-60℃下预热，组分B混合加热至165～175℃左右；
[0013] (2)按比例将组分A和B混合，搅拌均匀，得到环氧沥青胶结料；
[0014] (3)将环氧沥青胶结料和按级配筛选的基料拌合均匀即可。
[0015] 所述开级配排水型环氧沥青超薄磨耗层厚度为1～1.2cm，混合料孔隙率为15％-20％。
[0016] 该抗滑磨耗层由孔隙率为15％-20％之间的开级配环氧沥青混合料构成，总厚度约为 1cm。该发明的抗滑磨耗层采用环氧沥青取代普通沥青和热塑性改性沥青，解决因循环荷载、温度应力和水的综合作用引发的热塑性沥青混合料力学强度和耐久性降低的问题；使用孔隙率为15％-20％之间的开级配沥青混合料，起到表层排水的作用；集料最大公称粒径为4.75mm，将开级配沥青表层的厚度控制在1cm左右，形成超薄抗滑磨耗层。
[0019] 在透水表层和底层之间设置隔水层，防止下渗的水对底部结构造成水损害；该排水型沥青磨耗层中央高度高于边缘高度，使下渗的雨水可以侧向传输，汇集在道路两侧；在路表两侧设置统一的排水装置，将横向传输汇集在路表两侧的雨水排放至指定的区域。
[0020] 有益效果：与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下有益的技术效果：
[0021] (1)本发明提供的一种开级配排水型环氧沥青超薄磨耗层，采用环氧沥青作为大孔隙沥青混合料的粘结剂，取代普通沥青和热塑性改性沥青，解决因循环荷载、温度应力和水的综合作用引发的热塑性沥青混合料力学强度和耐久性降低的问题。
[0022] (2)本发明提供的一种开级配排水型环氧沥青超薄磨耗层，不仅采用开级配排水型沥青混合料，有利于排走路表雨水，减少汽车高速行驶时产生的水漂现象，增加轮胎和路表的接触面积，提高沥青磨耗层的抗滑能力；同时控制最大公称粒径为4.75mm，保证沥青磨耗层厚度为1cm，显著节省了材料，加快施工时间，尽早恢复通车，是沥青路面一种有效地修护手段。附图说明
[0023] 图1为本发明的具有开级配排水型环氧沥青超薄抗滑磨耗层的路面结构示意图。
具体实施方式
[0024] 下面结合附图和实施例对本发明的技术方案作进一步的说明。
[0025] 本发明公开一种开级配排水型环氧沥青超薄抗滑磨耗层，以下实施例用于说明本发明公开的开级配排水型环氧沥青超薄抗滑磨耗层：
[0026] 实施例1
[0027] 参见图1，本发明的开级配排水型环氧沥青超薄抗滑磨耗层总体结构如图所示。使用最大公称粒径4.75mm，孔隙率为15％-20％之间的开级配环氧沥青混合料铺筑厚度为 1cm的开级配排水型超薄抗滑磨耗层。解决热塑性沥青因循环荷载、温度应力和水的综合作用引发的热塑性沥青混合料力学强度和耐久性降低的问题。开级配大孔隙率沥青混合料利于排走路表雨水，减少汽车高速行驶时产生的水漂现象，增加轮胎和路表的接触面积，提高沥青磨耗层的抗滑能力。4.75mm的最大公称粒径保证沥青表层为1cm的超薄磨耗层，减少施工成本，加快施工通车时间。
[0028] 本实施例，还包括在透水表层和底层之间设置隔水层，防止下渗的水对底部结构造成水损害。
[0029] 本实施例，还包括在路表两侧设置统一的排水装置，将横向传输汇集在路表两侧的雨水排放至指定的区域。
[0030] 为了更好地将下渗的雨水汇集到路表两侧，该排水型沥青磨耗层中央高度高于边缘高度，使下渗的雨水可以侧向传输，集中到路两侧的统一排水装置中。
[0031] 实施例2
[0032] 本发明所述的抗滑超薄磨耗层还提供了一种最大公称粒径为4.75mm的开级配排水型环氧沥青混合料，该抗滑表层不仅能够提升表层的高温性能和抗疲劳性能，同时有利于表层排水，增加了车辆高速行驶时的抗滑性能。以下为该沥青混合料的具体介绍：
[0033] (1)矿料级配
[0034] 针对开级配环氧沥青超薄抗滑磨耗层的特点，本发明的一种开级配排水型环氧沥青超薄抗滑磨耗层混合料(PEAM-4)，集料最大公称粒径为4.75mm，能够使得表层厚度控制为1cm，有利于减少施工成本，加速通车，主要包括下列质量百分比的矿料组合物：
[0035] 表1 PEAM-4级配范围
[0036] 筛孔尺寸(mm) PEAM-4通过率(％) OGFC-13通过率(％)16 100 100
13.2 100 92
9.5 100 83
4.75 90 32
2.36 15 12
1.18 13 6
0.6 9 5
0.3 7 4
0.15 6 3
0.075 5 2
13.2 100 92
9.5 100 83
4.75 90 32
2.36 15 12
1.18 13 6
0.6 9 5
0.3 7 4
0.15 6 3
0.075 5 2
[0037] 适当降低孔隙率，控制最大公称粒径为4.75mm，保证抗滑磨耗层厚度为1cm左右，形成超薄磨耗层，减少施工成本，加快通车。
[0038] (2)集料技术要求
[0040] (3)孔隙率和最佳沥青用量
[0041] 目前普遍的排水型沥青混合料的孔隙率为20％-25％。为了减小沥青抗滑磨耗层的厚度，降低混合料的最大公称粒径至4.75mm，导致混合料的孔隙率下降至15％-20％。实验证明，15％-20％的沥青混合料也具备良好的排水效果；
[0042] 按照相应的计算公式和规定计算混合料的初始沥青用量，成型马歇尔试件，采用体积法测定沥青混合料的毛体积密度。通过最大理论密度、孔隙率、矿料间隙率和饱和度确定最佳沥青用量，环氧沥青用料为5.5％(最佳油石比)。
[0043] (4)制备步骤
[0044] 本发明采用的环氧沥青是环氧树脂、固化剂与基质沥青在一定条件下经复杂的化学反应所得的聚合物，由组分A的环氧树脂和组分B组成。本次试验中组分B的具体组成为98.5％的石油沥青、0.5％的固化剂和1％的高黏改性剂，其中，组分A的掺量为环氧沥青总成分的25％，其余为组分B。根据其特点，其A、B组分混合后会发生固化反应，且反应速度随着温度的升高而迅速加快。在环氧沥青混合料拌合过程中，要严格控制温度、拌合时间。本发明的开级配环氧沥青混合料拌合方法如下：组分A(环氧树脂) 在50-60℃下预热，组分B加热至165～175℃左右。按比例将一定量的组分A和B混合，搅拌均匀，得到环氧沥青胶结料。将环氧沥青胶结料和按级配筛选的矿料拌合至均匀，成型马歇尔试件和车辙板。成型好的马歇尔试件放入120℃烘箱养生4h，令其完全固化。
[0045] (5)混合料性能测试
[0046] 1)马歇尔稳定度
[0047] 根据确定的级配和油石比成型马歇尔试件，进行马歇尔稳定度试验，试件放入60℃水中30min测定其马歇尔稳定度。由试验得到PEAM-4的稳定度达到8.8kN,远大于大孔隙沥青混合料技术要求的3.5Kn。
[0048] 2)飞散试验
[0049] 为了评价大孔隙排水沥青混合料的抗松散能力，采用西班牙肯塔堡大学设计的肯塔堡飞散试验(Cantabro Test)进行评价。试验过程如下:将标准的马歇尔试件放入20℃恒温水槽中浸泡20h，取出试件擦干后称取试件质量m0，放入洛杉矶磨耗机中，不加钢球，以30～33r/min的速度旋转300r，称取试件损失量m1。飞散损失率由试件损失量m1与试件质量m0的比值确定。根据多次实验结果得到PEAM-4的平均飞散率为15％，小于规范技术要求的20％，防止使用过程中出现剥落和松散，满足路面的耐久性要求。
[0050] 3)高温车辙性能
[0051] 为了评价混合料的高温稳定性能，采用车辙试验进行评价，试验规程按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTG E20-2011)进行。为达到马歇尔标准密实度和设计目标孔隙率，经多次压实，测得孔隙率为18％。根据车辙试验结果可知，PEAM-4的车辙动稳定度达到8000次/mm以上，远远满足规范对大孔隙沥青混合料的动稳定≥3000 次/mm的技术要求。说明开级配环氧沥青混合料PEAM-4具有良好的高温抗车辙能力。
[0052] 4)低温小梁弯曲试验
[0053] 环氧沥青不同于其他沥青材料，其在低温条件下接近于弹性材料，容易发生脆性破坏。为了全面考察环氧沥青混合料的低温性能，本发明采用低温弯曲试验评价混合料的低温弯曲性能，试验按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTG E20-2011)进行，试验温度为-10℃，加载速率为50mm/min。由试验结果可知，开级配环氧沥青混合料PEAM-4的抗弯拉强度达到4.00MPa，具有良好的低温抗裂性能。
[0054] 5)抗水损害测试
[0055] 本发明结合AASHTO T 283与ASTM D 7064试验规程，进行冻融劈裂试验，采用残留强度比的指标对大孔隙混合料抗水损害性能进行评价。试验采用标准马歇尔试件，试件分为2组:一组在23℃水浴保温2h后测定试件的间接拉伸强度；另一组试件，首先在87.8kPa压力容器中抽真空10h，而后浸泡水中，放置于－18℃冰箱16h，再采用塑料套膜套住试件放入60℃水浴24h，塑料套膜的作用是避免大孔隙混合料在高温下发生混合料松散剥落等情况，最后将试件放到23℃水中浸泡2h后，测试其间接拉伸强度。本次试验只进行一次冻融循环，而没有按照ASTM D 7064所规定的进行5次冻融循环，主要是因为Watson的研究成果显示1次、2次或3次冻融循环对大孔隙混合料的间接拉伸强度并无影响。由试验结果可得开级配环氧沥青混合料的冻融劈裂强度为400kPa，残留强度比为85％，满足规范要求的≥80％的技术要求，环氧沥青改善了沥青混合料的抗水损能力。
[0056] 6)排水性能
[0057] 本发明采用柔性壁渗透仪(Flexible WallPermeameter)对环氧沥青混合料进行了变水头渗透试验(Falling Head Permeability Test)，试验严格按照ASTM PS 129的规定进行。试验采用直径100mm、高80mm的圆柱形试件，用旋转压实方式成型取芯。试验前，将试件放入高于表面25mm以上的水中，在70kPa的压力下抽真空5min，使试件处于饱和状态。而后，将试件放入柔性壁渗透仪中进行试验，分别记录试验开始时刻 t1和结束时刻t2的水头刻度h1和h2。试件的渗透系数利用达尔西定律计算得出。由试验结果得知该开级配环氧沥青混合料的渗水系数高于0.15cm/s，具有很好的渗水能力。
[0058] 7)抗滑性能
[0059] 利用成型好的车辙试件，用摆式摩擦仪测定沥青混合料在潮湿条件下的摩擦系数，评价其路面的抗滑性能。测试结果显示，抗滑磨耗层PEAM-4的摩擦摆值达到65，满足《公路沥青路面设计规范》(JTG D50-2017)中对摩擦摆值＞54的技术要求。开级配环氧沥青PEAM-4具有良好的抗滑性能。
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