CN107761502A - 一种长寿命沥青路面结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种铺设于土基上方的长寿命沥青路面结构，包括沥青面层(1)、基层(2)和底基层(3)，沥青面层(1)包括表面磨耗层(11)、中面层(12)和下面层(13)，表面磨耗层(11)采用SMA‑13级配沥青混合料，中面层(12)采用Superpave‑20级配沥青混合料，下面层采用Superpave‑25级配沥青混合料(13)；基层(2)为抗裂性刚柔组合基层，包括柔性上基层(21)和半刚性下基层(22)，柔性上基层(21)采用ATB‑25沥青稳定碎石，半刚性下基层(22)为水泥稳定粒料；底基层(3)为稳定类土。本发明的长寿命沥青路面结构，能大幅提高路面质量、延长道路使用寿命。

Description

一种长寿命沥青路面结构

技术领域

本发明属于柔性路面结构技术领域，特别是一种减缓沥青路面产生的疲劳开裂和基层传到沥青面层的反射裂缝，避免出现反射裂缝的长寿命沥青路面结构。

背景技术

现有高等级公路通常采用沥青路面。沥青路面铺设于土基上方，其结构通常包括自上面向下依次设置的沥青面层、基层和底基层。

现有沥青路面的结构如中国发明专利“低造价环保长寿命路面结构”(申请号：201611085143.2，申请日：2016.1130)所述，包括表面层、上封层、中面层、粘层、下面层、下封层、半刚性基层和级配碎石底基层。

上述专利中使用的是半刚性基层，半刚性基层具有许多优点的同时,存在排水不良、反射裂缝等缺陷。

这样的结构使得现有沥青路面容易产生疲劳开裂和基层传到沥青面层的反射裂缝，路面质量不够高，道路使用寿命不够长，使得沥青路面往往在较短的时间内就产生严重的破坏，如裂缝、水损害、车辙等，远没有达到道路的设计年限。

而单一的柔性基层又具有较大的变形,其自身的破坏主要在反复荷载作用下,当累计残余变形达到一定值,路面会产生沉陷或车辙的缺陷。

发明内容

本发明的目的在于提供一种长寿命沥青路面结构，减缓沥青路面产生的疲劳开裂和基层传到沥青面层的发射裂缝，避免出现反射裂缝，初始投资增大合理、大幅提高路面质量、延长道路使用寿命。

本发明采用的技术方案为：

一种长寿命沥青路面结构，铺设于土基上方，包括自上面下依次设置的沥青面层1、基层2和底基层3，所述沥青面层1包括表面磨耗层11、中面层12和下面层13，所述表面磨耗层11采用SMA-13级配沥青混合料，所述中面层12采用Superpave-20级配沥青混合料，所述下面层采用Superpave-25级配沥青混合料13；所述基层2为抗裂性刚柔组合基层，包括柔性上基层21和半刚性下基层22，所述柔性上基层21采用ATB-25沥青稳定碎石，所述半刚性下基层22为水泥稳定粒料；所述底基层3为稳定类土。

本发明与现有技术相比，其显著优点为：

1、抗疲劳开裂：早期裂缝的主要原因是沥青路面疲劳性能不足，在重载条件下过早的产生裂缝，进一步形成水损害等其他病害，在骨架密实型级配SMA-13沥青混合料中掺加玄武岩纤维提高其疲劳寿命；沥青路面结构的中面层主要发生高温车辙变形病害，在Superpave-20级配沥青混合料中掺加玄武岩纤维提高其高温稳定性，抗疲劳开裂性能显著；

2、避免出现反射裂缝：将柔性基层设置在刚度较大的半刚性基层之上,由于半刚性基层的变形较小,对柔性基层的变形起到了约束作用,同时通过级配的调整、施工工艺的提高等,使其强度参数得以较大的增加,则路面结构的应力分布、受力等与传统的柔性基层结构受力状态有所不同，有效的阻止了反射裂缝的发生、解决了排水不畅等问题。

总之，本发明通过合理增大初始投资，可大幅提高路面质量、延长道路使用寿命。

下面结合附图和具体实施方式对本发明作详细说明。

附图说明

图1为本发明长寿命沥青路面结构的结构示意图。

图中，1沥青面层，2基层，3底基层，11表面磨耗层，12中面层，13下面层，

21柔性上基层，22半刚性下基层。

具体实施方式

如图1所示，本发明长寿命沥青路面结构，铺设于土基上方，包括自上面下依次设置的沥青面层1、基层2和底基层3；

所述沥青面层1包括表面磨耗层11、中面层12和下面层13，所述表面磨耗层11采用SMA-13级配沥青混合料，所述中面层12采用Superpave-20级配沥青混合料，所述下面层采用Superpave-25级配沥青混合料13；

所述基层2为抗裂性刚柔组合基层，包括柔性上基层21和半刚性下基层22，所述柔性上基层21采用ATB-25沥青稳定碎石，所述半刚性下基层22为水泥稳定粒料；

所述底基层3为稳定类土。

优选地，所述表面磨耗层11的厚度为50～70mm，所述中面层12的厚度为70～100mm，所述下面层13的厚度为100～130mm，所述抗柔性上基层21的厚度为100～150mm，所述半刚性下基层22的厚度为200～300mm。

优选地，所述表面磨耗层11采用的SMA-13级配沥青混合料的组成及质量比为：

SBS改性沥青：第一矿料：玄武岩纤维＝5.8～6.0：100：0.3～0.4，公称最大粒径尺寸为13.2mm。

优选地，所述玄武岩纤维呈金褐色或深褐色、表面光滑平直、无污染，纤维短切公称长度为5～15mm，单根纤维直径为9～25μm，玄武岩纤维的公称长度偏差应在生产厂所控制值相对量的±10％之内，密度2.60～2.80g/cm3，断裂强度≥1200MPa，弹性模量≥7500MPa，断裂伸长率≤3.1％，吸油率≥50％，含有可燃物0.1％～1.0％。

优选地，所述第一矿料包括分别占矿料总质量41％、32％、0％、20％和7％的1号料、2号料、3号料、4号料和矿粉，所述1号料、2号料和3号料为玄武岩，4号料为石灰岩，矿粉为磨细的石灰岩。

优选地，所述中面层12采用的Superpave-20级配沥青混合料的组成及质量比为：

SBS改性沥青：第二矿料：玄武岩纤维＝4.2～4.4：100：0.2～0.3，公称最大粒径尺寸为19.0mm。

优选地，所述第二矿料包括分别占矿料总质量22％、39％、13％、25％和1％的1号料、2号料、3号料、4号料和矿粉；所述1号料、2号料和4号料为石灰岩，3号料为玄武岩，矿粉为磨细的石灰岩。

优选地，所述下面层采用的Superpave-25级配沥青混合料的组成及质量比为：

SBS改性沥青：第三矿料：玄武岩纤维＝4.1～4.3：100：0.3～0.4，公称最大粒径尺寸为26.5mm。

优选地，所述第三矿料包括分别占矿料总质量30％、35％、14％、18％和3％的1号料、2号料、3号料、4号料和矿粉；所述1号料、2号料和4号料为石灰岩，3号料为玄武岩，矿粉为磨细的石灰岩。

优选地，所述柔性上基层21采用的ATB-25沥青稳定碎石的公称最大粒径尺寸为26.5mm。

为验证本发明的有效性，下面以实施例进一步说明。

实施例1

如图1所示的一种长寿命沥青路面结构，

该沥青路面结构自上而下依次包括沥青面层，抗裂性刚柔组合基层和底基层；其中，沥青面层包括表面磨耗层，中面层和下面层；柔性上基层采用沥青稳定碎石，半刚性下基层为水泥稳定粒料；底基层为稳定类土。

其中，表面表面磨耗层采用SMA-13级配沥青混合料，厚度为50～70mm，材料质量比为：SBS改性沥青：第一种矿料：玄武岩纤维＝5.8～6.0:100:0.3～0.4，公称最大粒径尺寸为13.2mm。

其中，中面层采用Superpave-20级配沥青混合料，厚度为70～100mm，材料质量比为：SBS改性沥青：第二种矿料：玄武岩纤维＝4.2～4.4:100:0.2～0.3，公称最大粒径尺寸为19.0mm。

其中，下面层采用Superpave-25级配沥青混合料，厚度为100～130mm，材料质量比为：SBS改性沥青：第三种矿料：玄武岩纤维＝4.1～4.3:100:0.3～0.4，公称最大粒径尺寸为26.5mm。

其中，柔性上基层为ATB-25沥青稳定碎石，厚度为100～150mm，公称最大粒径尺寸为26.5mm。

其中，半刚性下基层为水泥稳定粒料，厚度为200～300mm。

其中，玄武岩纤维呈金褐色或深褐色、表面光滑平直、无污染，纤维短切公称长度为5～15mm，单根纤维直径为9～25μm，玄武岩纤维的公称长度偏差应在生产厂所控制值相对量的±10％之内，密度2.60～2.80g/cm3，断裂强度≥1200MPa，弹性模量≥7500MPa，断裂伸长率≤3.1％，吸油率≥50％，含有可燃物0.1％～1.0％，含水率≤0.2％，外观合格率≥90，耐热性、断裂强度保留率≥85％，耐碱性、断裂强度保留率≥75％。

针对我国半刚性基层沥青路面结构与本发明提出对应的路面结构进行对比试验研究，分析两种常规路面结构材料与长寿命沥青路面结构在不同微应变下(450微应变,650微应变,850微应变)对比，为便于比较路面结构材料性能的区别，每个结构层取相同的厚度，体现本发明实施例沥青路面结构高疲劳寿命的能力。

表1沥青路面结构方案

经查阅文献及实践经验表明沥青面层结构中中下面层为抗疲劳层，因此主要对中下面层疲劳性能研究。采用四点弯曲疲劳试验对中面层材料Superpave-20沥青混合料、下面层材料Superpave-25沥青混合料疲劳性能进行评价，试验结果见表2。

表2不同类型沥青混合料疲劳试验结果

从表中可以看出，不同沥青混合料在不同应变水平下的疲劳寿命的变化，随着应变水平的提高疲劳寿命降低。并且发现掺玄武岩纤维的沥青混合料疲劳作用次数明显高于不掺玄武岩纤维的青混合料。

在450微应变条件下，掺玄武岩纤维的沥青混合料疲劳寿命是其他两种沥青混合料的6～9倍。

在650微应变条件下，掺玄武岩纤维的沥青混合料疲劳寿命是其他两种沥青混合料的5～8倍

在850微应变条件下，掺玄武岩纤维的沥青混合料疲劳寿命是其他两种沥青混合料的2～3倍。

综上，本发明一种长寿命沥青路面结构沥青混合料承受外界车辆荷载重复作用时，因玄武岩纤维分散在沥青混合料中，成三维空间网状分布，而这种空间网状结构可以传递应力和抵消相应的应力，纤维与沥青胶浆间形成很好地粘结性，削弱集料颗粒间的相对位移起到加筋的作用，从而减缓裂纹的产生，提高其疲劳寿命，延长道路使用寿命

以上所举例子对本发明进行了详细说明介绍，但本发明不限于上述具体实施实例，凡基于本发明所做的任何改动或变型均属于本发明要求保护的范围。

Claims (10)

1.一种长寿命沥青路面结构，铺设于土基上方，包括自上面下依次设置的沥青面层(1)、基层(2)和底基层(3)，其特征在于：

所述沥青面层(1)包括表面磨耗层(11)、中面层(12)和下面层(13)，所述表面磨耗层(11)采用SMA-13级配沥青混合料，所述中面层(12)采用Superpave-20级配沥青混合料，所述下面层采用Superpave-25级配沥青混合料(13)；

所述基层(2)为抗裂性刚柔组合基层，包括柔性上基层(21)和半刚性下基层(22)，所述柔性上基层(21)采用ATB-25沥青稳定碎石，所述半刚性下基层(22)为水泥稳定粒料；

所述底基层(3)为稳定类土。

2.根据权利要求1所述的长寿命沥青路面结构，其特征在于：

所述表面磨耗层(11)的厚度为50～70mm，所述中面层(12)的厚度为70～100mm，所述下面层(13)的厚度为100～130mm，所述抗柔性上基层(21)的厚度为100～150mm，所述半刚性下基层(22)的厚度为200～300mm。

3.根据权利要求1或2所述的长寿命沥青路面结构，其特征在于，所述表面磨耗层(11)采用的SMA-13级配沥青混合料的组成及质量比为：

SBS改性沥青：第一矿料：玄武岩纤维＝5.8～6.0：100：0.3～0.4，公称最大粒径尺寸为13.2mm。

4.根据权利要求3所述的长寿命沥青路面结构，其特征在于：

所述玄武岩纤维呈金褐色或深褐色、表面光滑平直、无污染，纤维短切公称长度为5～15mm，单根纤维直径为9～25μm，玄武岩纤维的公称长度偏差应在生产厂所控制值相对量的±10％之内，密度2.60～2.80g/cm3，断裂强度≥1200MPa，弹性模量≥7500MPa，断裂伸长率≤3.1％，吸油率≥50％，含有可燃物0.1％～1.0％。

5.根据权利要求3所述的长寿命沥青路面结构，其特征在于：

所述第一矿料包括分别占矿料总质量41％、32％、0％、20％和7％的1号料、2号料、3号料、4号料和矿粉，所述1号料、2号料和3号料为玄武岩，4号料为石灰岩，矿粉为磨细的石灰岩。

6.根据权利要求1或2所述的长寿命沥青路面结构，其特征在于，所述中面层(12)采用的Superpave-20级配沥青混合料的组成及质量比为：

SBS改性沥青：第二矿料：玄武岩纤维＝4.2～4.4：100：0.2～0.3，公称最大粒径尺寸为19.0mm。

7.根据权利要求6所述的长寿命沥青路面结构，其特征在于：

所述第二矿料包括分别占矿料总质量22％、39％、13％、25％和1％的1号料、2号料、3号料、4号料和矿粉；所述1号料、2号料和4号料为石灰岩，3号料为玄武岩，矿粉为磨细的石灰岩。

8.根据权利要求1或2所述的长寿命沥青路面结构，其特征在于，所述下面层采用的Superpave-25级配沥青混合料的组成及质量比为：

SBS改性沥青：第三矿料：玄武岩纤维＝4.1～4.3：100：0.3～0.4，公称最大粒径尺寸为26.5mm。

9.根据权利要求8所述的长寿命沥青路面结构，其特征在于：

所述第三矿料包括分别占矿料总质量30％、35％、14％、18％和3％的1号料、2号料、3号料、4号料和矿粉；所述1号料、2号料和4号料为石灰岩，3号料为玄武岩，矿粉为磨细的石灰岩。

10.根据权利要求1或2所述的长寿命沥青路面结构，其特征在于：

所述柔性上基层(21)采用的ATB-25沥青稳定碎石的公称最大粒径尺寸为26.5mm。