一种复合式路面结构面层及其施工方法 |
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| 申请号 | CN202410237004.5 | 申请日 | 2024-03-01 | 公开(公告)号 | CN118029221A | 公开(公告)日 | 2024-05-14 |
| 申请人 | 广东盖特奇新材料科技有限公司; | 发明人 | 刘福财; 肖敏; 黄贺明; 崔海波; 聂忆华; | ||||
| 摘要 | 本 发明 涉及复合路面技术领域，更具体地，涉及一种复合式路面结构 面层 及其施工方法。本发明的目的在于解决现有 沥青 路面结构面层机械强度差的问题。本发明的第一目的是提供一种复合式路面结构面层的施工方法：将改性沥青混合物浇筑至模具中，制得改性沥青面层；将超高性能 混凝土 拌合物浇筑到改性沥青面层的上表面形成超高性能混凝土层，同时，部分超高性能混凝土拌合物灌注到改性沥青面层的孔隙中复合形成改性沥青复合层，制得半成品；对半成品依次进行养护处理、脱模，并使改性沥青复合层置于上层，得到复合式路面结构面层。本发明的第二目的是提供基于上述施工方法制得的一种复合式路面结构面层。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种复合式路面结构面层的施工方法，其特征在于，包括以下步骤： |
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| 说明书全文 | 一种复合式路面结构面层及其施工方法技术领域[0001] 本发明涉及复合路面技术领域，更具体地，涉及一种复合式路面结构面层及其施工方法。 背景技术[0002] 沥青是现代高速公路常用的路面铺设材料，具有行车舒适性表现良好的特点。目前沥青公路交通量大，通行的车辆荷载重、刹车启动频繁，容易发生车辙、剪切变形、水损坏等，面层开裂后，雨水对沥青路面的侵蚀也会造成路面使用早期破坏现象严重，提高了维修成本，影响路面的使用性能和使用寿命。因此，亟需开发一种抗车辙性能好、水稳性能好、耐久性能好、承载力高的新型路面结构。 [0003] 超高性能混凝土是继高强度，高性能混凝土之后，于二十世纪末由法国布伊格(Bouygues)公司研究成功的一种由级配良好的细骨料(不含粗骨料)、水泥、石英粉、硅粉、高效减水剂、纤维等组成的具有超高强、低脆性、高韧性、高抗冲击性能、耐久性优异并具有广阔应用前景的新型水泥基复合材料。 [0004] 基于超高性能混凝土本身的性能优势，在针对上述传统沥青路面的不足时，若可以利用超高性能混凝土的超高力学性能、超高致密性能、高耐久性能来提高沥青路面的机械强度，预料将具有广阔的市场应用前景。然而，超高性能混凝土与沥青层之间的结合方式，仍亟需进一步的探究。 发明内容[0006] 本发明的第一目的是提供一种复合式路面结构面层的施工方法，包括以下步骤： [0007] S1、将搅拌好的改性沥青混合物浇筑至模具中，摊平所述改性沥青混合物并进行压实，得到改性沥青面层； [0008] S2、将搅拌好的超高性能混凝土拌合物浇筑到步骤S1得到的改性沥青面层的上表面，收平所述超高性能混凝土拌合物的表面以在所述改性沥青面层的上表面形成超高性能混凝土层，同时，部分所述超高性能混凝土拌合物灌注到所述改性沥青面层的孔隙中复合形成改性沥青复合层，所述超高性能混凝土层和所述改性沥青复合层上下堆叠制得复合式路面结构面层半成品； [0009] S3、对步骤S2得到的所述复合式路面结构面层半成品依次进行养护处理、脱模、翻转，得到所述改性沥青复合层和所述超高性能混凝土层呈上下堆叠形式的复合式路面结构面层。 [0010] 本发明在施工时先浇筑改性沥青混合物形成改性沥青面层，然后在具有孔隙的改性沥青面层上表面即时浇筑超高性能混凝土拌合物，可借助重力作用使超高性能混凝土拌合物自动灌注到改性沥青面层的孔隙中实现两种材料的融合，一方面基于超高性能混凝土的高强特性复合得到性能更加优越的改性沥青复合层，尤其提高沥青面层的抗车辙性能和抗水损性能，另一方面，灌注到改性沥青面层的超高性能混凝土拌合物还作为改性沥青复合层与超高性能混凝土层之间的“连接件”，巧妙实现改性沥青面层与超高性能混凝土层之间进行高强度的结合，省略了施加粘结剂的工序，既节约材料，又提高施工效率。此外，本发明通过将超高性能混凝土层与改性沥青复合层进行堆叠复合，提高复合式路面结构面层承载能力和疲劳使用寿命，且减小面层的整体厚度，大大节约材料用。 [0011] 进一步地，步骤S1中，所述改性沥青混合物为SBS改性沥青混合物。 [0012] 进一步地，步骤S1中，所述改性沥青面层的厚度为20‑50mm。 [0013] 进一步地，步骤S1中，所述改性沥青面层的孔隙率≥30％。 [0014] 基于本方案的孔隙率，有助于提高超高性能混凝土拌合物灌注到改性沥青面层中的比例，从而提升改性沥青复合层的性能。 [0015] 进一步地，步骤S2中，所述超高性能混凝土拌合物采用碎石型超高性能混凝土制备得到。 [0016] 本发明采用碎石型超高性能混凝土制备拌合物，便于灌注到改性沥青面层的孔隙中而制得改性沥青复合层，并在改性沥青复合层和超高性能混凝土层之间建立可靠连接。 [0017] 优选地，所述碎石型超高性能混凝土含有的碎石颗粒的粒径为5‑16mm。 [0018] 进一步地，步骤S2中，所述超高性能混凝土拌合物具有以下参数：抗压强度≥‑5120MPa，和/或，抗弯强度≥13MPa，和/或，收缩值≤400ppm，和/或，热膨胀系数≤1.1*10 /℃。 [0019] 进一步地，步骤S2中，所述超高性能混凝土层的厚度为30‑100mm。 [0020] 进一步地，步骤S3中，养护处理具体采用覆膜保湿养护。 [0021] 优选地，覆膜保湿养护周期≥7天。 [0022] 进一步地，步骤S3中，所述超高性能混凝土层与所述改性沥青复合层之间的结合‑5界面具有以下参数：抗弯强度≥10MPa，和/或，热膨胀系数≤1.3*10 /℃，和/或，抗剪强度≥3MPa，和/或，抗拉强度≥0.6MPa。 [0023] 本发明的第二目的是提供一种复合式路面结构面层，采用上述的施工方法制得。 [0024] 与现有技术相比，本发明的有益效果为：本发明通过在改性沥青上浇筑超高性能混凝土拌合物的施工方式，使部分超高性能混凝土借助重力作用自动灌注到改性沥青中，只需一步操作，既能获得经超高性能混凝土改良的改性沥青复合层，又能实现改性沥青复合层和超高性能混凝土层之间进行高强度堆叠结合，从而高效制得具有高强度的复合式路面结构面层。本发明利用超高性能混凝土的高力学性能、高致密性、高抗疲劳性和高耐久性能，提高复合式沥青路面的承载能力和疲劳使用寿命，减小面层的整体厚度，材料用量减少，同时提高抗车辙性能和抗水损性能，使得本发明的复合式路面结构面层具有复合式面层整体厚度小、耐车辙性能好、耐剪切变形性能好、耐水损性能好、耐久性能好、承载力高、使用寿命长等特点，可以适用于新建公路、临时道路、路面修补等工程，适用范围广。附图说明 [0025] 图1为本发明的复合式路面结构面层制备工艺流程图。 [0026] 图2为本发明的复合式路面结构面层的结构示意图。 [0027] 附图标记：超高性能混凝土层1、改性沥青复合层2。 具体实施方式[0028] 如图1所示，本发明的第一目的是提供一种复合式路面结构面层的施工方法，包括以下步骤： [0029] S1、将搅拌好的改性沥青混合物浇筑至模具中，摊平所述改性沥青混合物并进行压实，得到改性沥青面层； [0030] S2、将搅拌好的超高性能混凝土拌合物浇筑到步骤S1得到的改性沥青面层的上表面，收平所述超高性能混凝土拌合物的表面后以在所述改性沥青面层的上表面形成超高性能混凝土层，同时，部分所述超高性能混凝土拌合物灌注到所述改性沥青面层的孔隙中复合形成改性沥青复合层，所述超高性能混凝土层和所述改性沥青复合层上下堆叠制得复合式路面结构面层半成品； [0031] S3、对步骤S2得到的所述复合式路面结构面层半成品依次进行养护处理、脱模、翻转，得到所述改性沥青复合层和所述超高性能混凝土层呈上下堆叠形式的复合式路面结构面层。 [0032] 本发明在施工时先浇筑改性沥青混合物形成改性沥青面层，然后在具有孔隙的改性沥青面层上表面即时浇筑超高性能混凝土拌合物，可借助重力作用使超高性能混凝土拌合物自动灌注到改性沥青面层的孔隙中实现两种材料的融合，一方面基于超高性能混凝土的高强特性复合得到性能更加优越的改性沥青复合层，尤其提高沥青面层的抗车辙性能和抗水损性能，另一方面，灌注到改性沥青面层的超高性能混凝土拌合物还作为改性沥青复合层与超高性能混凝土层之间的“连接件”，巧妙实现改性沥青面层与超高性能混凝土层之间进行可靠连接，配合改性沥青混合物本身具有的粘性，可使性沥青面层与超高性能混凝土层之间进行高强度的结合，省略了施加粘结剂的工序，既节约材料，又提高施工效率。此外，本发明通过将超高性能混凝土层与改性沥青复合层进行堆叠复合，提高复合式路面结构面层承载能力和疲劳使用寿命，且减小面层的整体厚度，大大节约材料用。 [0033] 在一些实施方式中，为了获得性能更好的改性沥青面层，步骤S1的改性沥青混合物为SBS改性沥青混合物。 [0034] 在一些实施方式中，改性沥青复合层的厚度为20‑50mm，测试结果表明，低于20mm则导致强度不足，高于50mm则会造成不必要的材料浪费；采用该厚度尺寸，有助于压缩复合式路面结构面层的整体厚度，同时还能确保耐车辙性能、耐剪切变形性能、耐水损性能和耐久性能均较优。 [0035] 在一些实施方式中，为了提高超高性能混凝土拌合物灌注到改性沥青面层中的效率，步骤S1的改性沥青面层的孔隙率≥30％，基于该孔隙率，可确保超高性能混凝土在改性沥青面层中的灌注量，从而提升超高性能混凝土层和改性沥青复合层之间的界面结合性能。 [0036] 在一些实施方式中，步骤S1的超高性能混凝土拌合物采用碎石型超高性能混凝土制备得到，通过碎石型超高性能混凝土制备拌合物，提升灌注到改性沥青面层的孔隙中的效率，确保足量的超高性能混凝土改良改性沥青面层的性能，且使改良沥青复合层与超高性能混凝土层之间的界面具有可靠的结合强度。 [0037] 在一些实施方式中，为了进一步提升灌注到改性沥青面层中的效率，碎石型超高性能混凝土含有的碎石颗粒的粒径为5‑16mm。 [0038] 在一些实施方式中，为了使制得的复合式沥青路面结构面层获得更好的机械强度，步骤S2的超高性能混凝土拌合物具有以下参数：抗压强度≥120MPa，和/或，抗弯强度≥‑513MPa，和/或，收缩值≤400ppm，和/或，热膨胀系数≤1.1*10 /℃。 [0039] 在一些实施方式中，步骤S2中，超高性能混凝土层的厚度为30‑100mm。测试结果表明，采用该厚度尺寸，可使制得的超高强复合式沥青路面结构面层较为轻薄，且还能确保具有好的机械性能。 [0040] 在一些实施方式中，为了确保制得的超高强复合式沥青路面结构面层具有好的机械强度，步骤S3养护处理具体采用覆膜保湿养护的方式，较优的，养护周期≥7天。 [0041] 在一些实施方式中，步骤S3中，超高性能混凝土层与改性沥青复合层之间的结合‑5界面具有以下参数：抗弯强度≥10MPa，和/或，热膨胀系数≤1.3*10 /℃，和/或，抗剪强度≥3MPa，和/或，抗拉强度≥0.6Mpa。 [0042] 如图2所示，本发明的第二目的是提供一种复合式路面结构面层，采用上述的施工方法制得，超高强复合式沥青路面结构面层包括自下而上堆叠设置的超高性能混凝土层1和改性沥青复合层2。 [0043] 在一些实施方式中，超高性能混凝土层1的厚度为30‑100mm，测试结果表明，采用该厚度尺寸，可使制得的超高强复合式沥青路面结构面层较为轻薄，且还能确保具有好的机械性能。 [0044] 在较优的实施方式中，为了使制得的超高强复合式沥青路面结构面层具有好的机械强度，超高性能混凝土层1具有以下参数：抗压强度≥120MPa，和/或，抗弯强度≥13MPa，‑5和/或，收缩值≤400ppm，和/或，热膨胀系数≤1.1*10 /℃。 [0045] 在一些实施方式中，改性沥青面复合层2的厚度为20‑50mm，测试结果表明，采用该厚度尺寸，有助于压缩超高强复合式沥青路面结构面层的整体厚度，同时还能确保耐车辙性能、耐剪切变形性能、耐水损性能和耐久性能均较优。 [0046] 在一些实施方式中，为了提高结合强度，超高性能混凝土层1与改性沥青复合层2‑5之间的结合界面具有以下参数：抗弯强度≥10MPa，和/或，热膨胀系数≤1.3*10 /℃，和/或，抗剪强度≥3MPa，和/或，抗拉强度≥0.6MPa。 [0047] 下面将结合本发明实施例，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。 [0048] 下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明均为常规方法。所用材料、试剂、方法和仪器，未经特殊说明，均为本领域常规材料、试剂、方法和仪器，本领域技术人员均可通过商业渠道获得。 [0050] 实施例1 [0051] 本实施例提供一种复合式路面结构面层，超高强复合式沥青路面面层包括底部的超高性能混凝土层和上部的改性沥青复合层。超高性能混凝土层抗压强度不低于120MPa、‑5抗弯强度不低于13MPa、收缩值不大于400ppm、热膨胀系数不大于1.1*10 /℃。沥青层为SBS改性沥青混合物。超高性能混凝土与沥青复合层的组合面层抗弯强度不低于10MPa、热膨胀‑5 系数不大于1.3*10 /℃，超高性能混凝土层与沥青复合层的结合界面抗剪强度不低于 3MPa、抗拉强度不低0.6MPa。 [0052] 底部超高性能混凝土层为碎石型超高性能混凝土，碎石粒径为5‑16mm，厚度为30mm，可减小面层的整体厚度，减少材料用量，提高复合式沥青路面结构的抗水损性能、承载力和抗疲劳寿命。上部的SBS改性沥青层，提高面层的耐磨性能、抗变形车辙能力及抗高温剪切变形性能；SBS改性沥青层的厚度为20mm，从而减小面层沥青层的厚度。 [0053] 本实施例的复合式路面结构面层通过以下施工方法得到： [0054] 1)按照设计的尺寸，准备模具，将搅拌好的SBS改性沥青混合物浇筑到模具中，将改性沥青混合物摊平，采用压实设备压实到设计厚度，得到改性沥青面层； [0055] 2)将搅拌好的碎石型超高性能混凝土拌合物浇筑到步骤1得到的改性沥青面层上表面，将超高性能混凝土拌合物表面收平，从而在改性沥青面层上表面形成超高性能混凝土层，同时，部分超高性能混凝土拌合物灌注到沥青层孔隙中复合形成改性沥青复合层，使得超高性能混凝土层和改性沥青复合层呈现上下堆叠的形式，得到复合式路面结构面层半成品； [0056] 3)将步骤2得到的复合式路面结构面层半成品进行覆膜保湿养护7天以上，然后脱模，使改性沥青复合层置于上方，从而得到改性沥青复合层和超高性能混凝土层呈上下堆叠的复合式沥青路面结构面层，最后根据实际需要进行切割，减小现场施工时间。 [0057] 实施例2 [0058] 本实施例提供一种复合式路面结构面层，超高强复合式沥青路面面层包括底部的超高性能混凝土层和上部的改性沥青复合层。超高性能混凝土层抗压强度不低于120MPa、‑5抗弯强度不低于13MPa、收缩值不大于400ppm、热膨胀系数不大于1.1*10 /℃。沥青层为SBS改性沥青混合物。超高性能混凝土与沥青层的组合面层抗弯强度不低于10MPa、热膨胀系数‑5 不大于1.3*10 /℃，超高性能混凝土层与沥青层的结合界面抗剪强度不低于3MPa、抗拉强度不低0.6MPa。 [0059] 底部超高性能混凝土层为碎石型超高性能混凝土，碎石粒径为5‑16mm，厚度为100mm，减小面层的整体厚度，减少材料用量，提高复合式沥青路面结构的抗水损性能、承载力和抗疲劳寿命。上部的SBS改性沥青层，提高面层的耐磨性能、抗变形车辙能力及抗高温剪切变形性能；SBS改性沥青层的厚度为50mm，减小面层沥青层的厚度。 [0060] 本实施例的复合式路面结构面层的施工方法与实施例1相同。 [0061] 实施例3 [0062] 本实施例提供一种复合式路面结构面层，超高强复合式沥青路面面层包括底部的超高性能混凝土层和上部的改性沥青复合层。超高性能混凝土层抗压强度不低于120MPa、‑5抗弯强度不低于13MPa、收缩值不大于400ppm、热膨胀系数不大于1.1*10 /℃。沥青层为SBS改性沥青混合物。超高性能混凝土与沥青层的组合面层抗弯强度不低于10MPa、热膨胀系数‑5 不大于1.3*10 /℃，超高性能混凝土层与沥青层的结合界面抗剪强度不低于3MPa、抗拉强度不低0.6MPa。 [0063] 底部超高性能混凝土层为碎石型超高性能混凝土，碎石粒径为5‑16mm，厚度为65mm，减小面层的整体厚度，减少材料用量，提高复合式沥青路面结构的抗水损性能、承载力和抗疲劳寿命。上部的SBS改性沥青层，提高面层的耐磨性能、抗变形车辙能力及抗高温剪切变形性能；SBS改性沥青复合层的厚度为35mm，减小面层沥青层的厚度。 [0064] 本实施例的复合式路面结构面层的施工方法与实施例1相同。 [0065] 对比例1 [0066] 本对比例提供一种复合式路面结构面层，以下参数与实施例1完全相同：本对比例的超高强复合式沥青路面面层包括底部的超高性能混凝土层和上部的改性沥青复合层。超高性能混凝土层抗压强度不低于120MPa、抗弯强度不低于13MPa、收缩值不大于400ppm、热‑5膨胀系数不大于1.1*10 /℃。沥青层为SBS改性沥青混合物。超高性能混凝土与沥青复合层‑5 的组合面层抗弯强度不低于10MPa、热膨胀系数不大于1.3*10 /℃，超高性能混凝土层与沥青复合层的结合界面抗剪强度不低于3MPa、抗拉强度不低0.6MPa。底部超高性能混凝土层为碎石型超高性能混凝土，碎石粒径为5‑16mm，厚度为30mm，可减小面层的整体厚度，减少材料用量，提高复合式沥青路面结构的抗水损性能、承载力和抗疲劳寿命。上部的SBS改性沥青层，提高面层的耐磨性能、抗变形车辙能力及抗高温剪切变形性能；SBS改性沥青层的厚度为20mm，从而减小面层沥青层的厚度。 [0067] 本对比例与实施例1的区别点在于施工工艺不同，对比例1的复合式路面结构面层的施工工艺如下： [0070] 3)用高压水枪冲刷超高性能混凝土层，表面露出碎石骨料，使得超高性能混凝土层表面形成凹凸的粗糙表面； [0071] 4)将搅拌好的SBS改性沥青混合物浇筑到步骤3经过高压水枪冲刷的超高性能混凝土层表面，浇筑到设计厚度，并将改性沥青混合物压平整；将搅拌好的超高性能灌注浆灌注到改性沥青面层的孔隙里，覆膜保湿养护7天以上，得到超高强复合式沥青路面结构面层。 [0072] 其中，超高性能灌注浆采用与上述碎石型超高性能混凝土拌合物相同来源的超高性能混凝土制备得到。 [0073] 测试例 [0074] 对实施案例1‑3、对比案例1制得的复合式沥青路面结构面层进行切割，测试抗弯、抗拉、抗剪强度，实验数据见表1。 [0075] 表1 [0076] 编号 抗弯强度(MPa) 抗拉强度(MPa) 抗剪强度(MPa)实施例1 11.6 1.5 5.2 实施例2 11.9 1.7 6.0 实施例3 12.8 2.1 6.5 对比例1 11.5 1.3 5.5 [0077] 从表1来看，实施例1‑3以及对比例1制得的复合式沥青路面结构面层均具有良好的物理性能，均可表现出优越的抗弯强度、抗拉强度和抗剪强度。然而，对比具体的施工工艺可知，对比例1至少增加了“在超高性能混凝土拌合物表面喷涂缓凝剂，然后覆膜保湿养护16‑24h”、“高压水枪冲刷超高性能混凝土层，表面露出碎石骨料”以及“将搅拌好的超高性能灌注浆灌注到改性沥青面层的孔隙里”三道工序，导致施工时间比实施例1‑3至少延长24h，造成工期冗长，推高施工成本。 [0078] 因此，本发明的复合式沥青路面结构面层的施工工艺可显著缩短施工工期，且与现有的常规沥青面层结构相比，本发明通过在改性沥青上浇筑超高性能混凝土拌合物的施工方式，使部分超高性能混凝土借助重力作用自动灌注到改性沥青中，只需一步操作，既能获得经超高性能混凝土改良的改性沥青复合层，又能实现改性沥青复合层和超高性能混凝土层之间进行高强度堆叠结合，从而高效制得具有高强度的复合式路面结构面层。此外，本发明利用超高性能混凝土的高力学性能、高致密性、高抗疲劳性和高耐久性能，提高复合式沥青路面的承载能力和疲劳使用寿命，减小面层的整体厚度，材料用量减少，同时提高抗车辙性能和抗水损性能，使得本发明的复合式路面结构面层具有复合式面层整体厚度小、耐车辙性能好、耐剪切变形性能好、耐水损性能好、耐久性能好、承载力高、使用寿命长等特点，可以适用于新建公路、临时道路、路面修补等工程，适用范围广。 |
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