CN108570899A - 一种道路路面基层结构 - Google Patents
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Abstract
本发明的目的在于提供一种道路路面基层结构，包括基层和底基层，其特征在于，所述底基层由以下质量百分比的组分组成：PCSB固化剂2～7.5%、沥青废粉15～28%、细集料35～50%、粗集料25～40%，上述各组分的质量百分比之和为100%；所述基层由以下质量百分比的组分组成：PCSB固化剂2.5～8%、沥青废粉18～30%、细集料35～50%、粗集料25～40%，上述各组分的质量百分比之和为100%。本发明能够减少收缩裂纹，提高路面基层质量，同时降低道路工程造价。
Description
技术领域
本发明属于道路领域，具体涉及一种道路路面基层结构。
背景技术
道路路面结构一般由面层、基层、底基层、垫层组成。由于水泥稳定碎石在强度、整体性、耐久性等方面具有一定优越性，是以往的道路路面基层最常用结构组成。水泥稳定碎石是以级配碎石做骨料，采用一定数量水泥作为胶凝剂，用足够的灰浆体积填充骨料的空隙，按嵌挤原理摊铺压实形成的路面基层结构。水泥用量一般为混合料的4.5%～6%，强度一般只能达到4.0MPa，无法满足新的《公路路面基层施工技术细则》（JTG/T F20～2015）对路面基层强度的要求。而对于水泥稳定碎石来说，提高强度的唯一方法是增加水泥用量，但是，提高水泥用量后，其硬化过程中不可避免的会产生不规则收缩裂纹。为了解决不规则裂纹问题，只好人为的锯缝，这不仅加大了工程投资成本，而且给路面质量埋下灾难性质量隐患，裂纹渗水将加速路面的损坏，破坏路面基层的整体性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种道路路面基层结构，能够减少收缩裂纹，提高路面基层质量，同时降低道路工程造价。
本发明的技术方案是：
一种道路路面基层结构，包括基层和底基层，其特征在于，所述底基层由以下质量百分比的组分组成：PCSB固化剂2～7.5%、沥青废粉15～28%、细集料35～50%、粗集料25～40%，上述各组分的质量百分比之和为100%；所述基层由以下质量百分比的组分组成： PCSB固化剂2.5～8%、沥青废粉18～30%、细集料35～50%、粗集料25～40%，上述各组分的质量百分比之和为100%；所述沥青废粉为沥青混凝土拌合生产过程中产生的粉尘废弃物。
进一步的，上述底基层各组分的质量百分比为： PCSB固化剂2.5～6.5%、沥青废粉18～25%、细集料40～50%、粗集料27～38%，上述各组分的质量百分比之和为100%；所述基层各组分的质量百分比为：PCSB固化剂2.8～6.6%、沥青废粉20～25%、细集料38～50%、粗集料26～33%，上述各组分的质量百分比之和为100%。
进一步的，上述底基层各组分的质量百分比为： PCSB固化剂3.5%、沥青废粉22%、细集料46.5%、粗集料30%；所述基层各组分的质量百分比为：PCSB固化剂4.5%、沥青废粉22%、细集料45.5%、粗集料30%。
PCSB固化剂（英文名Polymer Cement Soil Binder 的缩写）是一种含有聚合物的砂土固化剂，其基本组成以ZL201110291183.3专利公开的内容为准。沥青废粉是指沥青混凝土拌合站回收废粉，目前属于毫无直接利用价值、只能堆放处理的废弃物，大部分颗粒的粒径都≤0.075mm，成分复杂、泥含量高、难处理。PCSB固化剂与被固化材料颗粒混合后，经混合作用、聚合作用、水化作用等综合物理化学作用，形成了“膜”及“链”二种结构的胶凝物,“膜结构”包裹了被固化材料的颗粒；“链结构”拉紧颗粒之间的联系，形成连接紧密的坚固固化层。膜结构颗粒和颗粒之间的链结构，有效阻断了材料内部毛细管和细流通道，大大减少了水在固化层内的流动与浸蚀，降低和消除了被PCSB固化的砂土类材料的水浸蚀破坏和冻融破坏；同时，该结构材料的热压膨胀收缩率小（膨胀率≤0.012%），不容易产生热胀冷缩破坏而大大提高了它的稳定性，解决了水泥稳定碎石的不规则裂纹问题。另一方面，PCSB固结沥青废粉材料具有很好的稳定性，在沥青废粉中加入一定比例的PCSB、粗集料、细集料，可将成分复杂、粒度小、泥含量高、难处理的沥青废粉进行资源化处理，用作为路面基层材料，所形成的路面基层能达到甚至超过国家标准《公路路面基层施工技术细则（JTG/TF20～2015）》规定的要求，变废为宝，既减少了环境污染，又增加了经济效益，还降低了路基的建造成本。PCSB添加率与废粉占比、集料级配及占比的关系，都直接影响到最终路面基层的抗压强度和建造成本，优化后的比例能够进一步提高路基的抗压强度，降低路基的建造成本。
进一步的，上述基层和/或底基层在拌合过程中的含水率为混合料质量的5.5%～10%。
进一步的，上述沥青废粉为过15～20目筛的细粉。沥青拌合站堆放的回收废粉，存在堆放随意、堆放时间长的问题，经过粉碎后过筛，除去大块杂质，形成粒径比较均匀的原料，能够提高处理效率和路基的可靠性。
进一步的，上述PCSB固化剂的水化热≤280j/g。固化剂的水化热是越低，作为胶凝材料用于路面基层，开裂的机率很小，比中热水泥、矿渣水泥都好得多，不会引起温度应力造成的结构层裂纹，将PCSB固化剂的水化热进一步限定在280j/g以下，将沥青废粉等固化后形成的路基性能更优异、可靠、寿命长。
进一步的，上述细集料为粒径≤5mm的石屑。
进一步的，上述粗集料为粒径>5mm的碎石。
进一步的，上述基层和/或底基层从搅拌混合出料到成型结束的时间≤4h。
本发明具有以下有益的技术效果：
路基不开裂：PCSB固结沥青砼拌合站沥青废粉材料的膨胀率≤0.012%，硬化过程中基本上不发生收缩裂纹，水稳性、冻融性都表现相对优越；
2）路面基层强度高：新的《公路路面基层施工技术细则》（JTG/T F 20～2015）对路面基层的强度有了大幅度提高，极重、特重交通等级时，高速、一级公路路面底基层强度要求达到3.0～5.0Mpa，基层要求达到5.0～7.0MPa，PCSB固结沥青砼拌合站沥青废粉材料的强度完全可以达到甚至超过以上要求，但是水泥稳定碎石却很难达到；
3）工艺简单：PCSB固结沥青砼拌合站沥青废粉材料用作路面基层，施工工艺非常简单，将PCSB、沥青废粉、石屑、碎石按一定比例掺配加水拌和，摊铺碾压，湿水覆盖养生7d即成；
4）造价低：PCSB固结沥青砼拌合站废粉材料不仅在性能上远远优于水泥稳定碎石，而且在投资成本上也显著低于水泥稳定碎石，经测算，与水泥稳定碎石比较，可以节省投资15～18%左右，一条四车道高速公路，与水泥稳定碎石相比，每公里可节省投资50余万元；
5）能防止有害盐类对环境污染：如果砂土中含有一定量的有害硫酸盐类，则用水泥稳定砂土并不合适。因为水泥稳定砂土内孔隙中的水与有害硫酸盐类起水化作用会破坏材料的结构，导致有害盐类释放流出,造成环境污染，而PCSB包裹被固化颗粒后，形成膜结构和链结构，其结构有较高的抗渗性，有效的防止了砂土中有害盐类物质的浸出，避免了造成环境污染；
6）益于环保：采用PCSB固结沥青砼拌合站沥青废粉，用作路面基层，不仅科学理论可靠，施工技术可行，经济效益可观，更重要的是提供了沥青拌合站的沥青废粉回收利用的新途径，节省沥青废粉占压土地，减少环境污染，可以在全国范围内广泛推广。
【具体实施方式】
以下结合具体实施例，对本发明做进一步描述。
以下所提供的实施例并非用以限制本发明所涵盖的范围，所描述的步骤也不是用以限制其执行顺序。本领域技术人员结合现有公知常识对本发明做显而易见的改进，亦落入本发明要求的保护范围之内。
实施例一
一种道路路面基层结构，包括基层和底基层。其基层由PCSB固化剂4.5%、沥青废粉20%、细集料45.5%、粗集料30%组成，7d抗压强度5.5MPa，满足高等级公路特重交通标准路面基层强度5.0MPa～7.0MPa指标要求；其底基层由PCSB固化剂3.5%、沥青废粉20%、细集料46.5%、粗集料30%组成，7d抗压强度4.0MPa，满足高等级公路特重交通标路面底基层强度3.0MPa～5.0MPa指标。
其中，所述细集料为粒径≤5mm的石屑，所述粗集料为粒径5～10mm的碎石，所述PCSB固化剂的水化热≤280j/g。
所述收废粉采用的武汉江夏路桥工程总公司灵山沥青混凝土拌合站所产生的废粉，有机物含量约为1%，含泥量＞78％，用粉碎机打碎后过15目筛，其粒度主要分布在三个粒度区间：39µm～50µm粒级占60.55％，50µm～75µm粒级占14.61％，75µm～250µm粒级占18.4%，绝大多数为微细粒级，粒度中值为45µm。
实施例二
一种道路路面基层结构，包括基层和底基层，其基层由PCSB固化剂2.8%、沥青废粉20%、细集料42.2%、粗集料35%组成，7d抗压强度5.3MPa，满足高等级公路特重交通标准路面上基层强度5.0MPa～7.0MPa指标要求；其底基层由PCSB固化剂2.5%、沥青废粉18%、细集料41.5%、粗集料38%组成，7d抗压强度4.0MPa，满足高等级公路特重交通标路面下基层强度3.0MPa～5.0MPa指标。
其中，所述细集料为粒径≤5mm的石屑，所述粗集料为粒径5～10mm的碎石，所述PCSB固化剂的水化热≤280j/g。
所述沥青废粉采用的的武汉江夏路桥工程总公司灵山沥青混凝土拌合站所产生的废粉，有机物含量约为0.2%，含泥量＞78％，用粉碎机打碎后过18目筛，其粒度主要分布在三个粒度区间：39µm～50µm粒级占62.18％，50µm～75µm粒级占13.2％，75µm～250µm粒级占16.1%，绝大多数为微细粒级，粒度中值为41µm。
实施例三
一种道路路面基层结构，包括基层和底基层，其基层由PCSB固化剂6.6%、沥青废粉25%、细集料38%、粗集料30.4%组成，7d抗压强度5.5MPa，满足高等级公路特重交通标准路面上基层强度5.0MPa～7.0MPa指标要求；其底基层由PCSB固化剂6.5%、沥青废粉25%、细集料42.5%、粗集料26%组成，7d抗压强度4.0MPa，满足高等级公路特重交通标路面下基层强度3.0MPa～5.0MPa指标。
其中，所述细集料为粒径≤5mm的石屑，所述粗集料为粒径5～10mm的碎石，所述PCSB固化剂的水化热≤280j/g。
所述收废粉采用的武汉江夏路桥工程总公司灵山沥青混凝土拌合站所产生的灰白废粉，有机物含量约为0.2%，含泥量＞78％，用粉碎机打碎后过18目筛，其粒度主要分布在三个粒度区间：39µm～50µm粒级占60.55％，50µm～75µm粒级占14.61％，75µm～250µm粒级占18.4%，绝大多数为微细粒级，粒度中值为45µm。
实施例四
一种道路路面基层结构，包括基层和底基层，其基层由PCSB固化剂8%、沥青废粉30%、细集料35%、粗集料27%组成，7d抗压强度7.5MPa，满足高等级公路特重交通标准路面上基层强度5.0MPa～7.0MPa指标要求；其底基层由PCSB固化剂7.5%、沥青废粉28%、细集料35%、粗集料29.5%组成，7d抗压强度5.0MPa，满足高等级公路特重交通标路面下基层强度3.0MPa～5.0MPa指标。
其中，所述细集料为粒径≤5mm的石屑，所述粗集料为粒径5～10mm的碎石，所述PCSB固化剂的水化热≤280j/g。
所述收废粉采用的武汉江夏路桥工程总公司灵山沥青混凝土拌合站所产生的废粉，有机物含量约为1%，含泥量＞78％，用粉碎机打碎后过15目筛，其粒度主要分布在三个粒度区间：39µm～50µm粒级占60.55％，50µm～75µm粒级占14.61％，75µm～250µm粒级占18.4%，绝大多数为微细粒级，粒度中值为45µm。
对比例
多年来，公路路面基层水泥稳定碎石实际所用配合比如下：
基层：32.5#水泥∶碎石=5.5%∶94.5%，7d抗压强度3.5Mpa～4.0Mpa，勉强满足技术标准要求；
底基层：32.5#水泥∶碎石=5.0%∶95.0%，7d抗压强度3.0Mpa～3.5Mpa，勉强满足技术标准要求。
如果为了提高抗压强度，将水泥添加率加大6.0%以上，会引起水泥稳定基层严重开裂。
对比实施例与对比例的性能：
（1）从材料性质上作比较，水泥稳定类材料只能勉强满足路面基层技术标准要求，而PCSB固化沥青废粉混合料能大幅度高出路面基层技术标准要求，对提高路面质量有利，符合路面设计强基薄面理念；
（2）水泥稳定碎石想要再提高强度，则必须加大水泥掺量，但是多年来的公路施工实践证明，由于水泥掺量的加大，则路面基层将不可避免的产生水化收缩裂纹，给公路路面带来灾难性的隐患，即在渗透水的侵蚀下，将引起路面基层整体性破坏。而PCSB固化沥青废粉混合料不仅强度高，而且具有很好的温度稳定性，完全不产生水化收缩裂纹；
（3）水泥对沥青废粉完全不具有固化效果，而PCSB固化剂固结沥青废粉则有独到的优势，PCSB固化沥青废粉混合料相比水泥稳定类材料有不可相提并论的优越性。
Claims (9)
1.一种道路路面基层结构，包括底基层和基层，其特征在于：所述底基层由以下材料质量百分比的组分组成：PCSB固化剂2～7.5%、沥青废粉15～28%、细集料35～50%、粗集料25～40%，上述各组分的质量百分比之和为100%；所述基层由以下材料质量百分比的组分组成：PCSB固化剂2.5～8%、沥青废粉18～30%、细集料35～50%、粗集料25～40%，上述各组分的质量百分比之和为100%；所述沥青废粉为沥青混凝土拌合生产过程中产生的粉尘废弃物。
2.根据权利要求1所述的道路路面基层结构，其特征在于，所述底基层各组分的质量百分比为： PCSB固化剂2.5～6.5%、沥青废粉18～25%、细集料40～50%、粗集料27～38%，上述各组分的质量百分比之和为100%；所述基层各组分的质量百分比为：PCSB固化剂2.8～6.6%、沥青废粉20～25%、细集料38～50%、粗集料26～33%，上述各组分的质量百分比之和为100%。
3.根据权利要求1所述的道路路面基层结构，其特征在于，所述底基层各组分的质量百分比为： PCSB固化剂3.5%、沥青废粉20%、细集料46.5%、粗集料30%；所述基层各组分的质量百分比为：PCSB固化剂4.5%、沥青废粉20%、细集料45.5%、粗集料30%。
4.根据权利要求1～3任一项所述的道路路面基层结构，其特征在于，所述基层和/或底基层在拌合过程中的含水率为混合料质量的5.5%～10%。
5.根据权利要求1～3任一项所述的道路路面基层结构，其特征在于，所述沥青废粉为过15～20目筛的细粉。
6.根据权利要求1～3任一项所述的道路路面基层结构，其特征在于，所述PCSB固化剂的水化热≤280j/g。
7.根据权利要求1～3任一项所述的道路路面基层结构，其特征在于，所述细集料为粒径≤5mm的石屑。
8.根据权利要求1～3任一项所述的道路路面基层结构，其特征在于，所述粗集料为粒径5～10mm的碎石。
9.根据权利要求1～3任一项所述的道路路面基层结构，其特征在于，所述基层和/或底基层从搅拌混合出料到成型结束的时间≤4h。
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