CN107476162A - 一种公路超低模量水泥砼路面及其施工工艺 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种公路超低模量水泥砼路面及其施工工艺，属于公路建设领域，采用的技术方案一是一种公路超低模量水泥砼路面，所述水泥砼路面的混合料中包括以下质量份数的组分：石料60‑80、水泥12‑20、废旧橡胶粉5‑10，改性沥青乳液2‑6。通过采用石料和水泥为主要材料，配合废旧橡胶粉及改性沥青乳液，有效降低水泥路面的抗压弹性模量，实现了水泥砼路面刚柔并济，不留缩、胀缝，极端高温环境下不软化、不变形、负温下不脆不裂，耐水性强，不推移，行车舒适感高；废物利用，生态环保，又大大降低了工程成本，经济效益高；施工工艺简单、工程造价低，进程快，适宜大规模推广应用。

Description

一种公路超低模量水泥砼路面及其施工工艺

技术领域

本发明涉及公路建设领域，具体涉及一种公路超低模量水泥砼路面及其施工工艺。

背景技术

随着社会经济的迅速发展，作为基础设施之一的公路也在迅猛发展，随着人们对高品质、高服务性能的公路要求日益提高，行车的安全、舒适要求也日渐提高，目前，我国高等级公路路面的主要结构类型多采用沥青路面，然而，该类路面工程造价昂贵，由于其硬度较差限制了车速提升，且在高温阳光下易会发难闻气体，造成施工成本高且体验感较差。作为较经典的水泥砼路面在我国曾一度被广泛使用，部分省市的高速公路路面也采用水泥砼路面，由于其刚性大、硬度高、行车噪音大、行车舒适性较差、断板严重、维护维修困难、维修费用高等缺陷，逐步在高等级公路建设中被淘汰，然而其抵抗水泡性能好，高温下稳定，高温太阳直射下有害物质挥发量小，对空气污染相对较小，且建造成本低，材料本身的耐久性好等，深受专业人员的喜爱，这些优良的本质属性及社会需求更是促进了进一步研究开发高质量的水泥砼路面，对建设经济、环保的高级公路具有重大意义。

发明内容

为解决水泥砼路面刚性大、易断板和水损坏、硬度高、行车噪音大、行车舒适性较差的技术问题，本发明提供一种公路超低模量水泥砼路面及其施工工艺，通过采用石料和水泥为主要材料，配合废旧橡胶粉及改性沥青乳液，有效降低水泥路面的抗压弹性模量，从而使得水泥砼路面刚柔并济，不留缩胀缝，极端高温环境下不软化、不变形、负温下不脆不裂，不漏水，行车舒适感大大提升，施工进度快，路面综合质量远远高于沥青路面而施工成本大大降低，经济效益和社会效益显著。

本发明采用的技术方案一：

一种公路超低模量水泥砼路面，所述水泥砼路面的混合料中包括以下质量份数的组分：石料60-80、水泥12-20、废旧橡胶粉5-10，改性沥青乳液2-6。

优选的，所述水泥砼路面的混合料中还包括0.3-6质量份的废旧塑料乳液或丙烯酸和0.1-0.3质量份的无机纤维，所述废旧塑料乳液中固含量不低于45wt.%。

优选的，所述废旧橡胶粉为依次经过表面活化、软化、乳化的可再分散性水基橡胶粉。

优选的，所述改性沥青乳液中固含量不低于45 wt.%。

优选的，所述无机纤维为短切钢纤维、玻璃纤维或玄武岩纤维，所述玻璃纤维或玄武岩纤维具有碱性界面。

所述水泥砼路面抗压弹性模量为1000Mpa—2500Mpa。

本发明还提供一种公路超低模量水泥砼路面的施工工艺，所述工艺包括以下步骤：

（1）按照以下质量份数备料：石料60-80、水泥12-20、废旧橡胶粉5-10，改性沥青乳液2-6；

（2）施工：将步骤（1）中备料拌合均匀后，摊铺机摊铺，压路机压实，并养生7天以上。

优选的，所述备料时还包括0.3-6质量份的废旧塑料乳液或丙烯酸和0.1-0.3质量份的无机纤维，所述废旧塑料乳液、改性沥青乳液中固含量不低于45wt.%。

优选的，所述备料时各组分质量比例按照以下原则控制：首先根据路基变形量确定欲施工水泥砼路面的控制抗压弹性模量，设计路基弯沉值＜100（0.01mm）时，其水泥砼路面的抗压弹性模量控制在1500-2500 MPa；路基弯沉值在100-200（0.01mm）时，水泥砼路面的抗压弹性模量控制在1000-1800MPa；然后进行实验室配合比试配，配合比试配方法是将所备料混匀后采用重型击实仪成型，养生七天，测其实际抗压弹性模量，根据实际抗压弹性模量比控制抗压弹性模量的高低，调高或调低废旧橡胶粉量5%-15%，重新进行配合比试配，直至实际抗压弹性模量处于控制抗压弹性模量的范围之内，此备料比例即为施工时的备料比例。

优选的，所述步骤（1）中备料时对废旧橡胶粉依次经过表面活化、软化、乳化处理为可再分散性水基橡胶粉。

上述技术方案中，首次提出以降低路面材料的抗压弹性模量来降低路面脆性、硬度、刚性的措施和途径。路面材料中，石料是路面的骨架材料，是密实性结构中的主要受力材料，在结构中起支撑作用；废旧橡胶粉代替了目前普通水泥砼中的砂，填充碎石之间的空隙，其表面粘性能与石料及固化后的水泥石粘在一起，使结构中的碎石颗粒之间形成了柔性、弹性接触，从而降低水泥砼的抗压弹性模量，提高了路面的弹性；改性沥青乳液是水性的水乳液，乳液中固含量一般应不低于45 wt.%，由于上述混合料为水性材质，拌合时很容易拌合均匀。利用改性沥青乳液中的水，水化水泥，水泥将混合料中乳液破乳后的水分吸收掉，沥青、橡胶粉颗粒还原成油性状态，成型后的路面具有了油性，不吸水；同时利用沥青的粘合作用对材料颗粒形成粘连强度，与结构中的水泥胶体形成两种粘合材料协调配合，从而调节路面的强度，同时进一步降低混合料模量。通过调节上述组分共混并以科学的比例协同配合，降低了路面的刚度、脆性、硬度，降低水泥路面的抗压弹性模量，形成既不硬脆、又不柔软的刚柔并济新型韧性路面，是一种具有显著的社会和经济价值及效益的新产品。

施工工艺中，除具有上述原料配合科学的优势外，更是首次提出以沥青路面工艺中的摊铺机摊铺水泥砼从而形成无切缝路面。

本发明的有益效果是：（1）本发明所提供的公路超低模量水泥砼路面抗压弹性模量大大低于目前的普通水泥砼路面，同时大大高于沥青路面，刚性上比普通水泥砼路面低，比沥青路面硬，是既不硬脆，又不柔软的刚柔并济的新型韧性路面；（2）路面不留缩、胀缝，极端高温环境下不软化、不变形、负温下不脆不裂，耐水性强，不推移，行车舒适感高；（3）原料中大量利用废旧橡胶、塑料等材料，废物利用，生态环保，又大大降低了工程成本，经济效益高；（4）改进的技术方案中，添加废旧塑料乳液或丙烯酸，进一步降低水泥砼路面的模量，提高水泥砼路面的韧性，添加短切纤维，与石料及水泥配合能增强水泥砼路面的抗裂性能；（5）本发明提供的施工工艺简单、工程造价低，进程快，适宜大规模推广应用，经济效益和社会效益显著。

具体实施方式

以下通过具体实施例详细说明本发明公路超低模量水泥砼路面及其施工工艺以便于理解，但不以任何形式限制本发明，实施例中所涉及的原料及施工设备，如无特殊说明，均可通过商业途径获得。

实施例1

本实施例以建设一段高速公路为例，说明本超低模量水泥砼路面混合料的配合比及其施工方法。

首先，进行现场勘察。施工段高速公路的路基处理比较好，整体强度较好，弯沉值控制比较均匀且值较小，路基的设计弯沉值小于100（0.01mm），确定欲施工的水泥砼路面的控制抗压弹性模量控制在1500—2500MPa之间。

第二，备料：根据施工量采购质量标准符合国家标准或规范要求的水泥、碎石、废旧橡胶粉、改性沥青乳液、废旧塑料乳液或丙烯酸及无机纤维。

其中，碎石粒径控制在10-20mm，该粒径的碎石作为骨架材料，支撑效果好，硬度性质更优良；废旧橡胶粉优先选择粒度60-150目的，对其性能要求上，优先有用经过表面活化、软化后又乳化的橡胶粉乳液或膏状，可通过购买获得，也可厂家定制，借助常用的环保活化剂、软化剂及乳化剂处理，所用的橡胶粉乳液为水性，能使废旧橡胶粉混溶于水中，从而与其它水性材料很好的结合，如与改性乳化的沥青和水泥砼的结合。乳化改性沥青的选择遵循以下两点：首先是依据施工项目地50年中出现的极端高、低气温值所确定，选用脆点低于项目地最低温度的改性沥青，控制乳化改性沥青在负温下的技术指标，保证了在负温下时路面板体内的沥青仍为软膜，从而保证了结构材料颗粒之间的软连接，抵抗负温下水泥砼路面变脆，使路面在负温下仍能保持低模量下的弹韧性，不脆不硬；第二是乳化改性沥青量的控制是根据水泥用量计算所得，根据路面混合料中水泥用量，结合其它选用料如废旧塑料乳液，控制乳液中总含水量等于水泥水化过程中的总需水量，使得成型后的结构不产生水泡，水量，一般控制选用的乳化改性沥青中固含量不低于45%（记作浓度45wt.%）。废旧塑料乳液可购买获得，本发明是将废旧塑料袋、塑料布粉碎分散形成均匀的分散液，再加入乳化剂搅拌分散均匀成为水基塑料乳液，其中乳化剂可采用常规的乳化剂，优先选用与乳化改性沥青中相同的乳化剂，与水泥混合后，其中的水参与水泥的水化、固化，乳液中的固体成分借助表面活性基团与水泥反应粘结为一体，打破了常规使用中的塑料在常温下无粘性，在水泥中为独立颗粒降低水泥砼性能，本发明中废旧塑料乳液中的塑料成分与水泥形成均匀的、一体结构，降低了混合料的弹性模量，同时增强了抗剪切能力，有效防止路面开裂等缺陷。无机纤维优选2-5cm的短切钢纤维、玻璃纤维或玄武岩纤维，更优先选用的是经过表面处理形成具有碱性界面的玻璃纤维或玄武岩纤维，可通过购买获得，短切钢纤维、玻璃纤维或玄武岩纤维的加入，能有效提高路面混合料的抗压强度，同时还具有防开裂、抗冻抗渗性能。

具体的，本实施例中，每一方低模量水泥砼路面混合料准备425标号的水泥260kg，碎石1m³、80目废旧橡胶粉160kg、脆点为-30℃或更低的50wt.% 乳化改性沥青110-130kg（本实施例中项目地50年中出现的极端高、低气温值分别为35℃、-25℃，水泥水化需要用水55-65kg）。

第三，对步骤二中的备料进行实验室配合比试配，具体操作是混合均匀后采用重型击实仪成型，并养生七天，测定试配样品混合料的实际抗压弹性模量，并与步骤一中确定的控制抗压弹性模量比较，若实际抗压弹性模量模量小于1500Mpa，则减少废旧橡胶粉添加量的8%，重新进行实验室配合比试配，直至实际抗压弹性模量模量处于1500-2500Mpa的范围；若实际抗压弹性模量模量大于2500Mpa时，则加大废旧橡胶粉添加量的8%，重新进行实验室配合比试配，直至实际抗压弹性模量模量处于180-240Mpa的范围，通过试验找到最佳配合比，固定各种材料用量如下：425标号水泥260kg、10-20mm碎石1m³、废旧橡胶粉160kg、和50wt.%乳化改性沥青120kg。

第四，现场施工，按照上述试验确定的各种材料用量输入电脑，采用自动控制拌合楼拌合，具体可采用沥青拌合楼或水稳碎石连续式拌合站，进一步借用翻斗车运输，摊铺机摊铺，压路机压实，最后养化7天以上，从而形成超低模量水泥砼路面。

实施例2

经过多例实验室配合比试配发现，本发明的水泥砼路面性质优良，以下表1示例性列举混合料配合比。

表1 超低模量水泥砼路面混合料组分及配比示例

上述水泥砼路面的混合料中包括以下质量份数比的组分：石料60-80、水泥12-20、废旧橡胶粉5-10，改性沥青乳液2-6、0.3-6质量份的废旧塑料乳液和/或丙烯酸和0.1-0.3质量份的无机纤维，上述比例下，优选石料70-80质量份、水泥12-15质量份、改性沥青乳液4-6质量份、废旧塑料乳液和/或丙烯酸为3-4质量份。通过各组分的比例调节，其弹性模量可在一定范围内调节，该比例广泛适用于各地的公路，能普遍满足承层工作，不开裂、不变形，不易出车辙，形车舒适，可大范围推广。

目前常见的普通水泥砼路面以水泥、碎石和砂为主材，其弹性模量一般大于30000，硬度大，但脆性也大，易开裂；而沥青混合料的弹性模量一般在300-600，弹性模量过低造成路面软，易出车辙，影响行车速度。上述配合比形成的混合料，使水泥砼路面的弹性模量控制在1000Mpa—2500Mpa之间，相比于普通水泥砼路面，弹性模量大大下降，约下降90%，而同时抗压强度大大高于沥青路面，使路面的柔韧程度能永远满足路基工作要求，又满足下承层工作，不会断板，保证结构安全。配合比中含有大量纤维，进一步保证了路面在负温下不脆，也不会出现大裂缝，防止漏水损坏基层，保证了路面的完整性和性能的优良保持。

本发明中的路面配合料通过巧妙选择处理用料，并科学配比用量，采用沥青混合料抗压弹性模量测试方法及仪器测试后发现，本发明首次将水泥砼路面的抗压弹性模量降低至2500Mpa以下，同时保证路面的抗压强度，还使得路面的层底不会出现拉应力，降低了满足性能要求所需的路面厚度，一般12cm—15cm足以，材料用量大大减少，本路面集中了水泥砼路面和沥青路面的优点，又克服了两种路面的缺点，保持了水泥砼路面的优良性质，有效解决普通水泥砼路面刚性大、硬度高、行车噪音大的缺陷，同时具有了沥青路面给行驶车辆的舒适度，结构安全有保障，是一种全新的路面结构层！更值得说明的是，本路面中原料来源广泛，成本低，工程建造成本大大降低，而质量保证了水泥砼路面的品质。成本低，必将产生巨大的经济效益和社会效益。

Claims (10)

1.一种公路超低模量水泥砼路面，其特征在于，所述水泥砼路面的混合料中包括以下质量份数的组分：石料60-80、水泥12-20、废旧橡胶粉5-10，改性沥青乳液2-6。

2.根据权利要求1所述的公路超低模量水泥砼路面，其特征在于，所述水泥砼路面的混合料中还包括0.3-6质量份的废旧塑料乳液或丙烯酸和0.1-0.3质量份的无机纤维，所述废旧塑料乳液中固含量不低于45wt.%。

3.根据权利要求1或2所述的公路超低模量水泥砼路面，其特征在于，所述废旧橡胶粉为依次经过表面活化、软化和乳化的可再分散性水基橡胶粉。

4.根据权利要求1或2所述的公路超低模量水泥砼路面，其特征在于，所述改性沥青乳液中固含量不低于45 wt.%。

5.根据权利要求2所述的公路超低模量水泥砼路面，其特征在于，所述无机纤维为短切钢纤维、玻璃纤维或玄武岩纤维，所述玻璃纤维或玄武岩纤维具有碱性界面。

6.根据权利要求1或2所述的公路超低模量水泥砼路面，其特征在于，所述水泥砼路面抗压弹性模量为1000Mpa—2500Mpa。

7.一种公路超低模量水泥砼路面的施工工艺，其特征在于，所述工艺包括以下步骤：

按照以下质量份数备料：石料60-80、水泥12-20、废旧橡胶粉5-10，改性沥青乳液2-6；

施工：将步骤（1）中备料拌合均匀后，摊铺机摊铺，压路机压实，并养生7天以上。

8.根据权利要求7所述的施工工艺，其特征在于，所述备料时还包括0.3-6质量份的废旧塑料乳液或丙烯酸和0.1-0.3质量份的无机纤维，所述废旧塑料乳液、改性沥青乳液中固含量不低于45wt.%。

9.根据权利要求7所述的施工工艺，其特征在于，所述备料时各组分质量比例按照以下原则控制：首先根据路基变形量确定欲施工水泥砼路面的控制抗压弹性模量，设计路基弯沉值＜100（0.01mm）时，其水泥砼路面的抗压弹性模量控制在1500-2500MPa；路基弯沉值在100-200（0.01mm）时，水泥砼路面的抗压弹性模量控制在1000-1800 MPa；然后进行实验室配合比试配，配合比试配方法是将所备料混匀后采用重型击实仪成型，养生七天，测其实际抗压弹性模量，根据实际抗压弹性模量比控制抗压弹性模量的高低，调高或调低废旧橡胶粉量5%-15%，重新进行配合比试配，直至实际抗压弹性模量处于控制抗压弹性模量的范围之内，此备料比例即为施工时的备料比例。

10.根据权利要求7所述的施工工艺，其特征在于，所述步骤（1）中备料时对废旧橡胶粉依次经过表面活化、软化、乳化处理为可再分散性水基橡胶粉。