CN104074115A - 一种基于高劲度模量沥青混合料的重载交通道路路面铺装结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于高劲度模量沥青混合料的重载交通道路路面铺装结构，属于道路路面铺装技术领域。该铺装结构由抗磨耗层、抗车辙变形层、抗疲劳层和半刚性基层组成，抗磨耗层、抗车辙变形层、抗疲劳层、半刚性基层从上至下铺设于路基上，所述抗磨耗层、抗车辙变形层、抗疲劳层为高劲度模量沥青混合料功能层。与现有技术相比，本发明的路面铺装结构解决了传统半刚性基层沥青路面重载作用下路面结构破坏的问题，具有抗疲劳开裂、抗车辙永久变形、抗水损害等特点，而且寿命周期费用较低，可广泛应用于重载交通道路之中，具有很好的推广应用价值。

Description

一种基于高劲度模量沥青混合料的重载交通道路路面铺装结构

 

技术领域

本发明涉及一种道路路面铺装技术，具体地说是一种基于高劲度模量沥青混合料的重载交通道路路面铺装结构。

背景技术

近年来我国公路建设在有力地推动社会和经济的发展，同时也使交通运输结构发生了巨大的变化，伴随着公路交通量的急剧增加，超载、重载现象严重，路面结构的损坏也加剧，许多沥青路面在通车不久就发生了不同类型的破坏，例如车辙、断裂、拥包以及路面深陷等，使其性能迅速恶化，严重影响了道路的服务质量。因此对路面的结构与材料提出了更高的要求。随着交通量的逐年增加，车辙、疲劳开裂已成为我国高等级公路的主要病害。在车辆荷载尤其是重车荷载的反复作用下，混合料在车轮边缘处发生剪切破坏，沥青面层产生不可恢复的残余变形并迅速累积，或出现开裂并逐渐扩展，导致结构层发生车辙和疲劳等病害。

由于车辙、拥包等病害与沥青混合料自身的劲度模量有较强的相关性，因此，本领域技术人员在进行路面设计时，往往通过提高沥青混合料的模量来降低病害发生机率。现有技术中提高沥青混合料模量的有效途径主要有两种：一、在普通沥青混合料中加入外掺剂来提高其模量；二、采用低标号的硬质沥青或改性沥青。上述方法虽然可以在一定程度上提高沥青混合料的劲度模量，但仍存在以下不足：一、在提高沥青混合料的同时，低温性能相对下降，沥青混合料容易出现低温开裂，而导致沥青路面出现病害。二、没有考虑针对沥青混合料进行级配设计和体积指标的设计，只是简单的添加添加剂和改变沥青胶结料，导致沥青混合料的抗疲劳性能大大的降低。三、没有考虑路面结构的组合设计，不同的路面材料和结构组合的不同，其反应出的沥青路面的整个路用性能就相差很远。

因此在这种条件下，如何在不降低沥青混合料低温性能前提下，提出一种适合重载与复杂气候条件下，在高温状态下仍具有较高模量的新型高劲度模量和较高抗疲劳性能的沥青混合料结构，成为本领域技术人员长期以来无法解决的技术问题。

 

发明内容

本发明的技术任务是针对上述现有技术的不足，提供一种基于高劲度模量沥青混合料的重载交通道路路面铺装结构。

本发明的技术任务是按以下方式实现的：一种基于高劲度模量沥青混合料的重载交通道路路面铺装结构，由抗磨耗层、抗车辙变形层、抗疲劳层和半刚性基层组成，抗磨耗层、抗车辙变形层、抗疲劳层、半刚性基层从上至下铺设于路基上，所述抗磨耗层、抗车辙变形层、抗疲劳层为高劲度模量沥青混合料功能层，

抗磨耗层厚度3-4cm，混合料公称粒径9.5mm，采用断级配结构；

抗车辙变形层厚度5-10cm，混合料公称粒径13.2mm，采用骨架密实级配结构；

抗疲劳层厚度4-6cm，混合料公称粒径13.2mm，采用连续悬浮级配；

半刚性基层厚度30-40cm，混合料公称粒径26.5mm，采用骨架密实级配。

所述抗磨耗层、抗车辙变形层、抗疲劳层采用硬质沥青或复合改性沥青，设计空隙率低于4%。

抗磨耗层和抗车辙变形层的最佳空隙率均为3.5%-4%，抗疲劳层的最佳空隙率为0%-3%。

所述硬质沥青或复合改性沥青的指标满足以下要求：

标准针入度20-35，1/10mm；

软化点温度不低于62℃；

PG分级82-22。

所述半刚性基层优选分两层连续摊铺，7天无侧限抗压强度大于3.5Mpa。

路基劲度模量大于120Mpa。普通土基不满足模量要求，可通过掺加集料或无机结合料进行改善。

抗磨耗层、抗车辙变形层和抗疲劳层混合料体积设计和性能验证可采用现有技术的设计及验证方法，但为了达到较好的技术效果，优选按照以下步骤进行混合料体积设计和性能验证：

（a）级配优化和沥青用量的选择

在一定的级配范围内选择2个以上的级配曲线，根据级配分布确定各个级配方案的最低沥青用量，所述沥青用量采用沥青丰度因子限制混合料的最小沥青用量，通过旋转压实成型试件的空隙率满足要求选取合适的级配和沥青用量（抗磨耗层和抗车辙变形层的最佳空隙率均为3.5%-4%，抗疲劳层的最佳空隙率为0%-3%）。

b)性能验证

对级配选择和沥青用量选择完毕后的沥青混合料进行性能4个水平验证，

如果测试的性能指标满足其设计要求，则设计完成，如果不是，调整颗粒级配曲线重新进行设计，如此反复迭代，直到满足设计要求为止，

所述水平验证为水敏感性验证、高温抗车辙验证、劲度模量验证和疲劳性能验证。

经过大量试验验证，抗磨耗层、抗车辙变形层和抗疲劳层混合料级配范围在以下范围时均能够达到较好的高低温使用效果。

抗滑磨耗层沥青混合料的级配以各粒径矿料通过标准尺寸筛孔百分率计，最佳的级配范围为：

9.5mm，90%~100%；4.75mm，28%~60%；2.36mm，20%~32%；1.18mm，14%~26%；0.6mm，12%~22%；0.3mm，10%-18%；0.15mm，9%-16%；0.075mm，8%~13%。

抗车辙变形层沥青混合料的级配以各粒径矿料通过标准尺寸筛孔百分率计，最佳的级配范围为：

16mm，95 %~100%；13.2mm，88%~96%；9.5mm，72%~83%；4.75mm，42%~55%；2.36mm，28%~38%1.18mm，20%~28%；0.6mm，15%~20%；0.3mm，10%-14%；0.15mm，6%-10%；0.075mm，4%~6%。

抗疲劳层沥青混合料的级配以各粒径矿料通过标准尺寸筛孔百分率计，最佳的级配范围为：

16mm，95%~100%；13.2mm，80%~90%；9.5mm，58%~65%；4.75mm，47%~60%；2.36mm, 25%~38%;0.075mm，5.4%~7.7%。

本发明结构根据重载作用下路面结构内不同区域受力特点，设计成适应不同应力区的功能结构，由从上至下的抗磨耗层、抗车辙变形层、抗疲劳层三层沥青混合料功能层和半刚性基层组成。该铺装结构在不降低沥青混合料低温性能前提下，减少了沥青混合料在荷载作用下的应变，大大提高了沥青混合料的高温稳定性和抗疲劳能力，增大中面层沥青混合料向下传递荷载的扩散角，减少底面层的弯拉应变，从而达到充分发挥路面各结构层功能，减少路面结构病害的目的。

与现有技术相比，本发明的铺装结构具有以下突出地有益效果：

（一）抗磨耗层采用断级配的结构，采用细粒式的沥青混合料（现有技术通常采用粗粒式的沥青混合料达到抗车辙的效果），具有较高的劲度模量，能够有效提高路面抗磨耗的能力，及行驶时的舒适感。

（二）抗车辙变形层采用骨架密实级配结构，也采用细粒式的沥青混合料，同时对该层的沥青混合料进行了级配设计和体积指标的要求，设计出的沥青混合料具有很高的劲度模量，能够大幅度提高路面的高温抗车辙变形能力。

（三）增加抗疲劳层：其一，其沥青混合料是连续悬浮级配，采用低标号沥青，进行了级配的优化设计和体积指标设计，设计空隙率控制在0%-3%，设计出的沥青混合料具有很高的劲度模量，进一步提高了路面的高温抗车辙效果；其二，这种类型的沥青混合料具有显著的抗疲劳性能，能够有效延长路面的寿命。

（四）在相同的沥青混合料类型，相同的沥青用量，相同的体积指标下，抗磨耗层、抗车辙变形层、抗疲劳层沥青混合料的劲度模量比现行普通沥青混合料高1.4倍以上。

（五）在不添加外掺剂的情况下，通过该发明提出的合理的结构组合设计使路面同时具有良好的高低温路用性能，铺装成本低，整体使用效果好。

附图说明

附图1是本发明基于高劲度模量沥青混合料的重载交通道路路面铺装结构的结构示意图。

具体实施方式

参照说明书附图以具体实施例对本发明的基于高劲度模量沥青混合料的重载交通道路路面铺装结构作以下详细地说明。

实施例：

本发明以抗磨耗层1、抗车辙变形层2、抗疲劳层3、半刚性基层4构成完整的重载交通道路路面铺装结构。抗磨耗层1、抗车辙变形层2、抗疲劳层3、半刚性基层4从上至下铺设于路基5上。

抗磨耗层1采用断级配结构，混合料公称粒径9.5mm，空隙率3.5%-4%，厚度3-4cm。以各粒径矿料通过标准尺寸筛孔百分率计，抗滑磨耗层沥青混合料的级配范围为：

9.5mm，90%~100%；4.75mm，28%~60%；2.36mm, 20%~32%;1.18mm，14%~26%；0.6mm，12%~22%；0.3mm，10%-18%；0.15mm，9%-16%；0.075mm，8%~13%。

抗车辙变形层2采用骨架密实级配结构，混合料公称粒径13.2mm，空隙率3.5%-4%，厚度5-10cm。以各粒径矿料通过标准尺寸筛孔百分率计，抗车辙变形层沥青混合料的级配范围为：16mm，95 %~100%；13.2mm，88%~96%；9.5mm，72%~83%；4.75mm，42%~55%；2.36mm, 28%~38%1.18mm，20%~28%；0.6mm，15%~20%；0.3mm，10%-14%；0.15mm，6%-10%；0.075mm，4%~6%。

抗疲劳层3采用连续悬浮级配，混合料公称粒径13.2mm，空隙率0%-3%，厚度4-6cm。以各粒径矿料通过标准尺寸筛孔百分率计，抗疲劳层沥青混合料的级配范围为：16mm，95%~100%；13.2mm，80%~90%；9.5mm，58%~65%；4.75mm，47%~60%；2.36mm, 25%~38%;0.075mm，5.4%~7.7%。

半刚性基层4采用骨架密实级配，混合料公称粒径26.5mm，厚度30-40cm，分两层连续摊铺，7天无侧限抗压强度大于3.5Mpa。

半刚性基层4混合料所用沥青为满足以下要求的硬质沥青：

标准针入度20-35，1/10mm ；

软化点温度不低于62℃；

PG分级82-22。

路基5劲度模量大于120Mpa。

Claims (9)

1.一种基于高劲度模量沥青混合料的重载交通道路路面铺装结构，其特征在于：由抗磨耗层、抗车辙变形层、抗疲劳层和半刚性基层组成，抗磨耗层、抗车辙变形层、抗疲劳层、半刚性基层从上至下铺设于路基上，所述抗磨耗层、抗车辙变形层、抗疲劳层为高劲度模量沥青混合料功能层，

抗磨耗层厚度3-4cm，混合料公称粒径9.5mm，采用断级配结构；

抗车辙变形层厚度5-10cm，混合料公称粒径13.2mm，采用骨架密实级配结构；

抗疲劳层厚度4-6cm，混合料公称粒径13.2mm，采用连续悬浮级配；

半刚性基层厚度30-40cm，混合料公称粒径26.5mm，采用骨架密实级配。

2.根据权利要求1所述的重载交通道路路面铺装结构，其特征在于，抗磨耗层、抗车辙变形层、抗疲劳层采用硬质沥青或复合改性沥青，设计空隙率低于4%。

3.根据权利要求2所述的重载交通道路路面铺装结构，其特征在于，抗磨耗层和抗车辙变形层空隙率均为3.5%-4%，抗疲劳层空隙率为0%-3%。

4.根据权利要求2所述的重载交通道路路面铺装结构，其特征在于，所述硬质沥青或复合改性沥青的指标满足以下要求：

标准针入度20-35，1/10mm ；

软化点温度不低于62℃；

PG分级82-22。

5.根据权利要求1所述的重载交通道路路面铺装结构，其特征在于，半刚性基层分两层连续摊铺，7天无侧限抗压强度大于3.5Mpa。

6.根据权利要求1所述的重载交通道路路面铺装结构，其特征在于，路基劲度模量大于120Mpa。

7.根据权利要求1所述的重载交通道路路面铺装结构，其特征在于，所述抗滑磨耗层沥青混合料的级配以各粒径矿料通过标准尺寸筛孔百分率计，其级配范围为：

9.5mm，90%~100%；4.75mm，28%~60%；2.36mm，20%~32%；1.18mm，14%~26%；0.6mm，12%~22%；0.3mm，10%-18%；0.15mm，9%-16%；0.075mm，8%~13%。

8.根据权利要求1所述的重载交通道路路面铺装结构，其特征在于，所述抗车辙变形层沥青混合料的级配以各粒径矿料通过标准尺寸筛孔百分率计，其级配范围为：

16mm，95 %~100%；13.2mm，88%~96%；9.5mm，72%~83%；4.75mm，42%~55%；2.36mm，28%~38%1.18mm，20%~28%；0.6mm，15%~20%；0.3mm，10%-14%；0.15mm，6%-10%；0.075mm，4%~6%。

9.根据权利要求1所述的重载交通道路路面铺装结构，其特征在于，所述抗疲劳层沥青混合料的级配以各粒径矿料通过标准尺寸筛孔百分率计，其级配范围为：

16mm，95%~100%；13.2mm，80%~90%；9.5mm，58%~65%；4.75mm，47%~60%；2.36mm, 25%~38%;0.075mm，5.4%~7.7%。