技术领域
[0001] 本
发明涉及沥青路面的结构及建造方法，具体是一种拼装式抗剪沥青路面及其铺装方法。
背景技术
[0002] 沥青
混凝土是一种柔性材料，在重载负荷及强剪应
力反复作用下，轮迹处沥青层厚度逐渐变薄，永久性
变形积累后道路表面出现车辙，削弱了
面层及路面结构的整体强度，并易诱发其他病害。尤其是城市红绿灯十字路口、公交车站台、道路交叉口及高速公路收费站，由于频繁受车辆起步、
加速、减速、
制动等垂直和
水平荷载作用下，沥青路面极易出现严重的波浪、拥抱、车辙等剪切变形或垂直变形病害。
[0003] 目前，治理沥青路面车辙病害一般在全路段采用改良的混合料级配兼用
软化点或
粘度较高的基质沥青或改性沥青。这些方案可以提高路面的抗永久变形能力，但对于强剪
应力频频出现的路段或局部区域，效果虽有改善，但持久性依然不尽人意，车辙病害已经成为影响我国沥青路面行车安全性和舒适性的顽疾。
[0004] 近几年，为治理局部车辙，以
水泥灌浆
沥青混凝土为典型代表的半柔性复合路面这一新型结构形式应运而生。它是指以开级配大
空隙率基体沥青混合料作为母体，在其空隙中灌入水泥
砂浆复合而成的一种路面。该路面综合了沥青混凝土和水泥混凝土各自的优点，具有高于水泥混凝土路面的柔性和高于沥青混凝土路面的刚性，对处理路面车辙病害效果显著。然而，这种复合路面是由沥青混合料(柔性
框架)和水泥砂浆(刚性填充料)两种不同相态的材料构成，经频繁
车轮剪应力、温缩变化和动力水作用后，柔性框架和刚性填充料会发生剥离，复合结构的整体力学特性、水
稳定性和疲劳寿命会大幅降低；另外，复合路面的柔性取决于大空隙沥青混合料所承受的应变，而大空隙沥青混合料中粗
骨料含量高达百分之九十以上，决定混合料最大弯拉应变由细集料和沥青组成的胶浆含量低，在
温度应力和路面
基层反射病害的作用下，复合路面极易出现疲劳开裂；还有，这种复合路面采用现场法施工，而水泥砂浆强度的形成需要较长的养生周期和繁琐的养生条件，造成路面正常通车受阻和工期大幅延迟。
发明内容
[0005] 本发明所要解决的技术问题是，提供一种整体强度和柔韧性好、疲劳寿命长、抗裂性能好、施工和养护方便、施工周期短、施工污染小的拼装式抗剪沥青路面及其铺装方法。
[0006] 本发明的拼装式抗剪沥青路面包括由上至下依次铺设的下述结构层：
[0007] (3.5-4.5)cm的磨耗层，为废轮胎胶粉与SBS复合改性沥青
马蹄脂碎石混合料SMA-13；
[0008] 防水粘结层；
[0009] (6-10)cm的承重层，为改性
乳化沥青与水泥复合灌浆沥青混合料SFC-20。
[0010] 作为优选，所述废轮胎胶粉与SBS复合改性
沥青马蹄脂碎石混合料SMA-13磨耗层由以下按重量百分比计的原材料拌和而成：集料83％～85％，矿粉9％～11％，废轮胎胶粉与SBS复合改性沥青5.8％～6.3％，各种原材料
质量百分比合计100％；所述废轮胎胶粉与SBS复合改性沥青技术指标满足：针入度(25℃，100g，5s)为50～70(0.1mm)，延度(5cm/min，5℃)不小于20cm，软化点不小于75℃，60℃动力粘度不小于40000Pa.s，160℃动力粘度为
1.5～4(Pa.s)，弹性恢复(25℃)不小于85％。
[0011] 作为优选，所述防水粘结层采用快裂型PCR改性乳化沥青，
蒸发残留物含量不低于55％，喷洒量为0.5m2-0.7Kg/m2。
[0012] 作为优选，所述改性乳化沥青与水泥复合灌浆沥青混合料SFC-20承重层是由水泥改性乳化沥青砂浆灌入空隙率为22％～28％的PAC-20大空隙沥青混合料的骨架空隙构成；所述PAC-20大空隙沥青混合料由以下按重量百分比计的原材料拌和而成：集料94％～
96％，矿粉1％～3％，废轮胎胶粉与SBS复合改性沥青2.9％～3.2％，各种原材料质量百分比合计100；所述废轮胎胶粉与SBS复合改性沥青技术指标满足：针入度(25℃，100g，5s)为
50～70(0.1mm)，延度(5cm/min，5℃)不小于20cm，软化点不小于75℃，60℃动力粘度不小于
40000Pa.s，160℃动力粘度为1.5～4(Pa.s)，弹性恢复(25℃)不小于85％。
[0013] 作为优选，所述水泥改性乳化沥青砂浆由以下按重量百分比计的原材料拌和而成：河砂25％～30％，矿粉15％～20％，水泥20％～25％，改性乳化沥青25％～30％，拌和水2％～10％，
减水剂0.2％～0.4％，各种原材料质量百分比合计为100％；所述河砂最大粒径为0.6mm；所述矿粉为
石灰岩矿粉；所述改性乳化沥青为慢裂快凝型BCR改性乳化沥青，蒸发残留物含量不小于60％；所述拌和水为
饮用水；所述水泥为PC42.5复合
硅酸盐水泥；所述减水剂为聚羟酸减水剂。
[0014] 本发明的拼装式抗剪沥青路面结构层模
块的工厂化预制方法，包括以下步骤：
[0015] (1)承重层预
制模具拼装，承重层预制模具是由底模、侧模及端模拼装而成的长方
体模具；
[0016] (2)在拼装完成后的模具内预埋吊装件；
[0017] (3)用食用油作为隔离剂，均匀的涂抹在底模、侧模及端模上；
[0018] (4)PAC-20大空隙沥青混合料的制备，包括以下步骤：a、将加热至185℃～195℃的集料称重后投入拌和缸中；b、将称重后的矿粉加入到步骤a所得产物中，拌和5s～10s；c、将加热至165℃～175℃的废轮胎胶粉与SBS复合改性沥青称重后添加到步骤b所得产物中，拌和30s～45s，得到PAC-20大空隙沥青混合料；
[0019] (5)采用热拌沥青混合料
摊铺机，将步骤(4)所获得的PAC-20大空隙沥青混合料均匀的摊铺在步骤(3)所得的模具内，所述摊铺速度为2.0m/min～3.0m/min，混合料摊铺温度不低于170℃；
[0020] (6)摊铺结束后紧跟其后采用双
钢轮压路机和胶轮压路机进行碾压；
[0021] (7)水泥改性乳化沥青砂浆的制备，包括以下步骤：a、将称重后的河砂及矿粉投入
搅拌机中；b、将称重后的拌和水加入到步骤a所得产物中，搅拌60s；c、将称重后的减水剂添加到步骤b所得产物中，搅拌30s；d、将称量好的改性乳化沥青添加到步骤c所得产物中，搅拌90s，得到成品水泥改性乳化沥青砂浆；
[0022] (8)将步骤(7)所得产物一边倒在冷却至常温的步骤(5)所得PAC-20大空隙沥青混合料上，一边人工使用
橡胶路耙或刮刀让水泥改性乳化沥青砂浆分散，自然填充基体沥青混合料的空隙；未渗入大空隙沥青混凝土路面的砂浆采用平板夯振动促使砂浆灌满空隙；
[0023] (9)水泥改性乳化沥青砂浆灌入完成后扫除表面多余的浆料；
[0024] (10)将步骤(9)灌浆完成后的结构层在25℃±5℃下
覆盖塑料
薄膜养生7天；
[0025] (11)将承重层模具的侧模和端模统一加高4cm用于成型磨耗层；
[0026] (12)在步骤(10)所得结构层表面喷洒快裂型PCR改性乳化沥青，喷洒量为0.5kg/m2～0.7kg/m2；
[0027] (13)SMA-13废轮胎胶粉与SBS复合改性马蹄脂碎石混合料的制备，包括以下步骤：a、将加热至190℃～200℃的集料称重后投入拌和缸中；b、将称重后的矿粉加入到步骤a所得产物中，拌和5s～10s；c、将加热至165℃～170℃的废轮胎胶粉与SBS复合改性沥青称重后添加到步骤b所得产物中，拌和30s～45s，得到SMA-13沥青马蹄脂碎石混合料；
[0028] (14)采用热拌沥青混合料摊铺机，将步骤(13)所获得的SMA-13沥青马蹄脂碎石混合料均匀的摊铺在步骤(12)的模具内，摊铺速度为2.0m/min～3.0m/min，混合料摊铺温度不低于175℃；
[0029] (15)摊铺结束后紧跟其后采用双钢轮压路机进行碾压；
[0030] (16)步骤(15)所得结构层冷却至常温后，拆除所有侧模和端模，即完成抗剪沥青路面结构层的工厂化预制。
[0031] 本发明的拼装式抗剪沥青路面结构层模块的现场铺设方法，包括以下步骤：
[0032] (1)测量单车道路面车辙病害的分部长度、宽度及面积，运用钻孔取样的方法检测车辙病害对原路面结构层的平均影响深度；
[0033] (2)按照步骤(1)的测量、检测结果，计算原路面的铣刨长度、宽度及深度，并进行铣刨处理，对平均影响深度以下的局部病害进行结构补强；
[0034] (3)检测步骤(2)铣刨后工作面的平整度，最大间隙的标准差不得大于1.2mm，对于局部平整度不满足要求的
位置采用精铣刨机进行找平处理；
[0035] (4)对步骤(3)所得工作面进行吹扫，清扫完成后喷洒快裂型PCR改性乳化沥青粘结层，喷洒量控制在0.7Kg/m2～0.9Kg/m2；
[0036] (5)按照步骤(4)所得工作面的深度H，选择厚度与之对应的抗剪切沥青路面结构层模块；根据工作面的宽度W确定抗剪切沥青路面结构层模块的切割宽度；单个模块的切割长度为2m；根据工作面的长度和单个模块的切割长度，确定所需模块的数量；
[0037] (6)按照步骤(5)所选择的参数，进行抗剪切沥青路面结构层模块的切割、编号，然后缓慢起吊，使预制模块与底模脱离；
[0038] (7)将步骤(6)所得模块运输到施工现场，按照编号吊装，依次紧密、平整的拼装在作业面上，其中相邻模块之间的接缝采用PCR改性乳化沥青粘结；预制模块与原路面之间的纵向接缝采用废轮胎胶粉与SBS复合改性沥青灌缝；预制模块拼装结束后将吊装件沿磨耗层表面切割平即可通车。
[0039] 本发明同
现有技术相比，具有以下优点和有益效果：
[0040] (1)采用与大空隙沥青混合料相态和
热膨胀系数相近的水泥改性乳化沥青砂浆取代水泥砂浆作为灌浆料，可有效提高灌浆料与大空隙沥青混合料之间的粘结强度，尽而提高了复合路面的水稳定性和整体性；通过水泥改性乳化沥青砂浆的粘、弹、劲、柔及
刚度平衡实现了复合路面的“刚”、“柔”平衡，提高了复合路面的疲劳寿命和抗裂性能。
[0041] (2)工厂化预制抗剪沥青路面结构层模块，质量更可靠、工艺更可控；现场拼装法修复车辙病害可大幅度缩短工期，开放交通快。
[0042] (3)本发明提供了一种热拌沥青混合料冷铺施工的新思路，可有效改善热拌热铺沥青混合料施工对现场环境的污染，尤其适用于隧道路面等通
风较差的施工面，同时在保障路面质量的前提下可实现全年不间断施工。
具体实施方式
[0044] 某一沥青路面，双向4车道，单车道宽3.75m，原路面结构层为：上面层4cm的改性沥青马蹄脂碎石混合料SMA-13、中面层为6cm的改性沥青混凝土Sup-20、下面层为8cm的重交沥青混合料Sup-25。根据交通量的统计结果，其每车道每日平均大型客车及中型以上各种货车的交通量在2300(辆/日*每车道)，属于重载交通，路面车辙病害严重。采用三米直尺对该路段的车撤深度、作用宽度及长度进行了测量，车辙深度为0.8cm～2.0cm，作用宽度为3.6m，长度为46m。对原路面进行了钻孔取样，车辙病害主要集中在中、上面层，下面层结构完整未出现病害。
[0045] 根据该工程的条件和特点，车辙病害处理采用本发明所述方案，进行如下设计：
[0046] 一、抗剪沥青路面结构层设计
[0047] 磨耗层:4cm的废轮胎胶粉与SBS复合改性沥青马蹄脂碎石混合料SMA-13，
压实沥青混合料的的动稳定度不小于6000次/mm、低温弯曲试验最大破坏应变(-10℃)不小于3000με、残留稳定度不小于80％、冻融劈裂强度比不小于80％、构造深度不小于0.8mm；混合料中废轮胎胶粉与SBS复合改性沥青的质量百分比为6.0％，其余94％全部为矿料。
[0048] 防水粘结层：采用快裂型PCR改性乳化沥青，喷洒量为0.5kg/m2～0.7kg/m2。
[0049] 承重层：6cm的改性乳化沥青与水泥复合灌浆沥青混合料SFC-20，养生7天的混合料动稳定不小于10000次/mm、低温弯曲试验最大破坏应变(-10℃)不小于3000με、马歇尔稳定度不小于8KN；PAC-20大空隙沥青混合料中废轮胎胶粉与SBS复合改性沥青的质量百分比为2.9，其余97.1％全部为矿料；水泥改性乳化沥青砂浆中各组分的质量百分比为：河砂(27.81％)、矿粉(18.05％)、改性乳化沥青(26.7％)、水泥(22.7％)、减水剂(0.23％)、拌和水(4.51％)。
[0050] 二、材料设计
[0051] 1、沥青
[0052] 表2本实施例中废轮胎胶粉与SBS复合改性沥青技术要求及检测结果[0053]
[0054] 表3本实施例中快裂型PCR改性乳化沥青技术要求及检测结果
[0055]
[0056] 表4本实施例中慢裂快凝型BCR改性乳化沥青技术要求及检测结果
[0057]
[0058]
[0059] 2、矿料级配
[0060] 表5各沥青混合料结构层中集料与矿粉组成的矿料合成级配结果
[0061]
[0062] 3、水泥
[0063] 水泥改性乳化沥青砂浆中采用复合
硅酸盐水泥PC42.5，技术指标满足GB175-2007的规定。
[0064] 4、矿粉
[0065] 矿粉采用石灰岩矿粉，技术指标满足《公路沥青路面施工技术规范》(JTGF40-2004)要求。
[0066] 6、河砂
[0067] 河砂中0.6mm筛孔通过率为100％，0.075mm筛孔通过率为0.6％。
[0068] 8、减水剂
[0069] 采用聚羟酸减水剂，技术指标满足GB8076的规定。
[0070] 三、拼装式抗剪沥青路面结构层模块预制及现场铺装
[0071] 1、拼装式抗剪沥青路面结构层模块预制
[0072] (1)承重层预制模具的选择与拼装
[0073] 承重层预制模具是由底模、侧模及端模拼装而成的长方体模具，根据本实施例中路面车辙病害的现场检测数据，选用厚1.5cm高
碳钢板预埋在坚实的
钢筋混凝土
基础中构成的底模，宽度4m，长度47m；侧模采用2cm厚的高
碳钢板，每段长5m，高6cm，每段侧模之间及侧模与底模之间均采用扣件
螺栓连接，侧模每隔30cm设置与底模呈45°
角的
支撑件；端模采用2cm厚的高弹钢板，长3.8m，端模与侧模、底模之间采用扣件螺栓连接，且每隔30cm设置与底模呈45°角的支撑件。拼装完成的承重层预制模具底面内径为长46.96m、宽3.8m、高6cm。
[0074] (2)在拼装完成后的模具内预埋吊装件，以底模长度方向每2m为单元，每个单元设置a、b、c、d、e共5个吊装件，其中a与b沿模具纵向布置在一条直线上，距离侧模50cm；c与d同样沿模具纵向布置在一条直线上，并与a、b两点所成直线平行，距离另一侧模50cm；同时a、c两点所成直线与切割缝距离50cm，b、d两点所成直线距离端模50cm，且两条直线平行；吊装件e布置在a、b、c、d所构成的长方形中心点上。
[0075] (3)用食用油作为隔离剂，均匀的涂抹在底模、侧模及端模上，预埋吊装件上不得涂抹。
[0076] (4)PAC-20大空隙沥青混合料的制备，包括以下步骤：a、将加热至185℃的集料称重后投入拌和缸中；b、将称重后的矿粉加入到步骤a所得产物中，拌和8s；c、将加热至170℃的废轮胎胶粉与SBS复合改性沥青称重后添加到步骤b所得产物中，拌和40s，得到PAC-20大空隙沥青混合料。
[0077] (5)采用热拌沥青混合料摊铺机，将步骤(4)所获得的PAC-20大空隙沥青混合料均匀的摊铺在步骤(3)所得的模具内，摊铺速度为2.3m/min，混合料摊铺温度175℃。
[0078] (6)一边摊铺混合料，一边采用双钢轮压路机和胶轮压路机进行初压、复压和终压。初压开始温度158℃，采用双钢轮压路机碾压2遍；复压开始温度125℃，采用双钢轮压路机碾压3遍；终压温度56℃，采用胶轮压路机碾压1遍。
[0079] (7)水泥改性乳化沥青砂浆的制备，包括以下步骤：a、将称重后的河砂及矿粉投入搅拌机中；b、将称重后的拌和水加入到步骤a所得产物中，搅拌60s；c、将称重后的减水剂添加到步骤b所得产物中，搅拌30s；d、将称量好的改性乳化沥青添加到步骤c所得产物中，搅拌90s，得到成品水泥改性乳化沥青砂浆。
[0080] (8)将步骤(7)所得产物一边倒在冷却至常温的步骤(5)所得PAC-20大空隙沥青混合料上，一边人工使用橡胶路耙或刮刀让水泥改性乳化沥青砂浆分散；未渗入大空隙沥青混凝土路面的砂浆可以采用平板夯振动促使砂浆灌满空隙，平板夯行进速度为3m/min。
[0081] (9)水泥改性乳化沥青砂浆灌入完成后用竹扫把分两次扫除表面多余的浆料，第一次约为灌浆后15分钟，第二次约为灌浆后1小时(改性乳化沥青破乳后)，扫除浆料后露出了沥青混凝土。
[0082] (10)将步骤(9)灌浆完成后的结构层在25℃±5℃下覆盖塑料薄膜养生7天。
[0083] (11)将承重层模具的侧模和端模统一加高4cm用于成型磨耗层，每段侧模及侧模与端模之间均采用扣件螺栓连接，上、下侧模及端模之间采用间隔30cm的垂直钻孔螺栓连接，侧模及端模的加高部分每隔30cm设置与底模呈30°的支撑件，并在侧模和端模上均匀涂抹食用油隔离剂。
[0084] (12)在步骤(10)所得结构层表面喷洒快裂型PCR改性乳化沥青，喷洒量为0.63kg/m2。
[0085] (13)SMA-13废轮胎胶粉与SBS复合改性马蹄脂碎石混合料的制备，包括以下步骤：a、将加热至195℃的集料称重后投入拌和缸中；b、将称重后的矿粉加入到步骤a所得产物中，拌和5s；c、将加热至172℃的废轮胎胶粉与SBS复合改性沥青称重后添加到步骤b所得产物中，拌和35s，得到SMA-13沥青马蹄脂碎石混合料。
[0086] (14)采用热拌沥青混合料摊铺机，将步骤(13)所获得的SMA-13沥青马蹄脂碎石混合料均匀的摊铺在步骤(12)的模具内，摊铺速度为2.5m/min，混合料摊铺温度为178℃。
[0087] (15)摊铺结束后紧跟其后采用双钢轮压路机进行初压、复压和终压。初压开始温度170℃，采用双钢轮压路机碾压2遍；复压开始温度155℃，采用双钢轮压路机碾压4遍；终压结束温度85℃，采用双钢轮压路机碾压2遍。
[0088] (16)步骤(15)所得结构层冷却24h后，至常温，拆除所有侧模和端模，即完成抗剪沥青路面结构层的工厂化预制。
[0089] 2、拼装式抗剪沥青路面结构层模块的铺装
[0090] (1)采用3m直尺测量单车道路面车辙病害的分部长度为46m、宽度为3.6m及面积为165.6m2，车辙最大深度为2mm，采用钻孔取样的方法检测车辙病害对原路面结构层的平均影响深度为10cm。
[0091] (2)按照步骤(1)的测量、检测结果，计算原路面的铣刨长度为46m、宽度为3.6m及深度10cm，并进行铣刨处理，铣刨深度以下的结构层完整，无需进行局部补强。
[0092] (3)采用3m直尺检测步骤(2)铣刨后工作面的平整度，最大间隙的标准差为0.8mm，具备铺装的条件，无需找平处理。
[0093] (4)对步骤(3)所得工作面进行吹扫，清扫完成后喷洒快裂型PCR改性乳化沥青粘结层，喷洒量为0.85Kg/m2。
[0094] (5)按照长2.0m、宽3.6m的尺寸将养生后的抗剪切沥青路面结构层预制块切割成23个单元，然后缓慢起吊，使预制模块与底模脱离。
[0095] (6)将步骤(5)所得每个单元模块进行编号，运输到施工现场，按照编号吊装，依次紧密、平整的拼装在作业上，其中相邻模块之间的接缝采用PCR改性乳化沥青粘结；预制模块与原路面之间的纵向接缝采用废轮胎胶粉与SBS复合改性沥青灌缝；预制模块拼装结束后将吊装件沿磨耗层表面切割平即可通车。
[0096] 三、工程检测结果
[0097] 1、拼装式抗剪沥青路面结构层预制模块的检测结果
[0098] (1)磨耗层:4cm的废轮胎胶粉与SBS复合改性沥青马蹄脂碎石混合料SMA-13，压实沥青混合料的的动稳定度为8420次/mm、低温弯曲试验最大破坏应变(-10℃)为3195με、残留稳定度为93.1％、冻融劈裂强度比为85.9％、构造深度为1.1mm。
[0099] (2)承重层：6cm的改性乳化沥青与水泥复合灌浆沥青混合料SFC-20，养生7天的混合料动稳定为13821次/mm、低温弯曲试验最大破坏应变(-10℃)为3326με、马歇尔稳定度为18.7KN。
[0100] 2.拼装式抗剪沥青路面结构层现场检测结果
[0101] 现场铺装施工结束后，对铺装工程进行了现场质量检测，检测结果为路面渗水系数为24.5ml/min(要求小于50ml/min)、路面平整度为0.9mm(要求小于1.2mm)、构造深度为1.1mm(要求不小于0.8mm)、
摩擦系数为62BPN(要求不小于45BPN)，均满足设计要求。
