CN110230240A - 钢渣半柔性复合路面结构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种钢渣半柔性复合路面结构，所述路面结构由上至下依次包括沥青混凝土面层、钢渣半柔性层、三维多孔材料层、经碎石化后的旧水泥板层和钢渣基层，所述沥青混凝土面层设置有构造深度，所述构造深度内嵌设有负载纳米二氧化钛的玻璃微珠，所述三维多孔材料的孔洞之间为三维联通结构，联通孔隙率为50～99％，孔径为0.1～20mm；由于采用特定的复合结构层，因此降温引起的收缩比较小,从而产生较小的温度应力,避免温度裂缝的产生，同时通过各层不同结构层之间的相互作用，各层之间具有相互的拉应力，并结合特定的功能性材料的使用，能够减缓疲劳开裂的产生，钢渣半柔性复合路面具有优异的高温稳定性、低温抗裂性、耐疲劳性和水稳性。

Description

钢渣半柔性复合路面结构
技术领域
本发明涉及路面结构，特别涉及一种钢渣半柔性复合路面结构。
背景技术
半柔性路面是指在大孔径(空隙率为20％～25％)沥青混合料基体路面中，灌入水泥胶浆并养护一段时间后形成的路面，它同时具备高于水泥混凝土的柔性和高于沥青混凝土的刚性。有关研究表明，半柔性路面能够很好地避免早期破坏、局部拥包、路面唧浆和路面边缘碎裂等路面损坏现象，同时具有优良的高温稳定性能、低温抗裂性能、抗疲劳性能和抗滑性能。现有的钢渣半柔性复合路面结构应用于路面后，路面抗车辙能力增强，也提高了路面的整体承载力，也改善了沥青混合料的抗裂性以及粘接性，如申请号为201611167125.9的路面半柔性材料，但是，随着交通量和轴载也在迅速增长，这就对公路路面结构的强度和稳定性提出了更高的要求，同时使用者对行车速度和舒适性的要求也在不断提高。基于此，现有的半柔性路面材料在高温稳定性、低温抗裂性、耐疲劳性和水稳性方面需要进一步的提高。另外，现有的半柔性路面容易出现疲劳开裂的现象，也就是说，在正常使用情况下，路面无显著的永久变形，开裂开始都是形成细而短的横向开裂，继而逐渐扩展成网状，开裂的宽度和范围不断扩大，最终导致路面毁坏；而疲劳断裂前路面几乎没有明显的变形，一旦发现路面变形则此时几乎将最终发生断裂破坏。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种钢渣半柔性复合路面结构，提高半柔性路面材料的高温稳定性、低温抗裂性、耐疲劳性和水稳性，同时解决现有的半柔性路面疲劳开裂的问题。
本发明的钢渣半柔性复合路面结构，所述路面结构由上至下依次包括沥青混凝土面层、钢渣半柔性层、三维多孔材料层、经碎石化后的旧水泥板层和钢渣基层，所述沥青混凝土面层设置有构造深度，所述构造深度内嵌设有负载纳米二氧化钛的玻璃微珠，所述三维多孔材料的孔洞之间为三维联通结构，联通孔隙率为50～99％，孔径为0.1～20mm，所述钢渣半柔性层原料按重量份包括以下组份：沥青80-120份、钢渣300-500份、普通硅酸盐水泥110-130份、粉煤灰100-160份、羟乙基甲基纤维素醚5-10份、橡胶颗粒20-30份、辛烯聚合物3-8份、马来酸酐3-8份、烯丙基醚2-6份、丙烯酸羟乙酯1-3份、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物2-4份、增塑剂1-3份、聚酯纤维1-3份；
进一步，所述沥青混凝土面层的构造深度为施工时控制注浆形成的表面孔结构，所述玻璃微珠通过表面孔结构内的水泥浆固定；
进一步，所述三维多孔材料为聚苯乙烯、聚氨酯、聚氯乙烯、聚乙烯、脲甲醛、酚醛、环氧、有机硅、聚乙烯缩甲醛、醋酸纤维素及聚甲基丙烯酸甲酯中的一种或两种以上的混合物；
进一步，所述粉煤灰与钢渣的重量比为：粉煤灰：钢渣＝1：3；
进一步，原料按重量份包括以下组份：沥青100份、钢渣450份、普通硅酸盐水泥120份、粉煤灰150份、羟乙基甲基纤维素醚8份、橡胶颗粒25份、辛烯聚合物5份、马来酸酐5份、烯丙基醚4份、丙烯酸羟乙酯2份、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物3份、增塑剂2份、聚酯纤维2份；
进一步，所述增塑剂为邻苯二甲酸二辛酯、马来酸二辛脂和葵二酸二辛脂的混合物，按重量比邻苯二甲酸二辛酯：马来酸二辛脂：葵二酸二辛脂＝3：2：1；
进一步，所述钢渣为粒径为10-20mm粗钢渣和粒径为5-10mm细钢渣的混合物，所述钢渣经钝化处理；
进一步，所述粗钢渣和细钢渣的重量比为3：1；
进一步，所述橡胶颗粒为粒径为0.5-1mm的粗橡胶颗粒和粒径为0.05-0.2mm的细橡胶颗粒的混合物，所述粗橡胶颗粒与细橡胶颗粒的重量比为3：1。
本发明的有益效果：本发明的钢渣半柔性复合路面结构，由于采用特定的复合结构层，因此降温引起的收缩比较小,从而产生较小的温度应力,避免温度裂缝的产生，同时通过各层不同结构层之间的相互作用，各层之间具有相互的拉应力，并结合特定的功能性材料的使用，能够减缓疲劳开裂的产生。本发明中的半柔性层材料中，通过羟乙基甲基纤维素醚与马来酸酐、烯丙基醚和丙烯酸羟乙酯协同作用以增加材料的屈服应力和表观粘度，而橡胶颗粒、沥青和辛烯聚合物之间协同作用形成网状结构，提高材料的和易性、相容性和弥散性，同时不会影响材料的物理和力学特性，采用特定粒径的钢渣和特定粒径的粉煤灰组合使用，使路面材料具有连续孔结构，连续孔结构更有利于灌注水泥胶浆后相互嵌锁，在相同应力水平作用下，使弯拉硬度减小，使达到破坏的荷载作用次数增大，从而延长材料的抗疲劳寿命以及水稳性。本发明的钢渣半柔性复合路面结构，通过原料各组分的相互作用，以及层间结构的相互作用，提高整个钢渣半柔性复合路面的高温稳定性、低温抗裂性、耐疲劳性和水稳性。同时，该路面再满足尾气吸收功能的前提下，又能保证路面的耐磨性，抗滑性，并能延长尾气吸收功能的长期有效性。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为三维多孔材料层的示意图。
具体实施方式
本实施例的钢渣半柔性复合路面结构，所述路面结构由上至下依次包括沥青混凝土面层1、钢渣半柔性层2、三维多孔材料层3、经碎石化后的旧水泥板层4和钢渣基层5，所述沥青混凝土面层设置有构造深度，所述构造深度内嵌设有负载纳米二氧化钛的玻璃微珠，所述三维多孔材料的孔洞之间为三维联通结构，联通孔隙率为50～99％，孔径为0.1～20mm，施工时在沥青混凝土面层预留构造深度，预留构造深度可通过粗集料间隙率的测定方法进行控制，该方法为现有技术，此处不再赘述。构造深度能够增加路面的耐磨性，抗滑性，而将负载纳米二氧化钛的玻璃微珠固定在构造深度内，能够延长二氧化钛磨耗寿命，同时，这些因构造深度形成的表面孔结构也可作为排水通道，减少雨天路表面的水膜效应，提高行车的安全性。而钢渣基层5的吸水率较高，同时又具有很好的稳定性，水稳性强；
所述钢渣半柔性层2原料按重量份包括以下组份：沥青80-120份、钢渣300-500份、普通硅酸盐水泥110-130份、粉煤灰100-160份、羟乙基甲基纤维素醚5-10份、橡胶颗粒20-30份、辛烯聚合物3-8份、马来酸酐3-8份、烯丙基醚2-6份、丙烯酸羟乙酯1-3份、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物2-4份、增塑剂1-3份、聚酯纤维1-3份；通过羟乙基甲基纤维素醚与马来酸酐、烯丙基醚和丙烯酸羟乙酯协同作用以增加材料的屈服应力和表观粘度，而橡胶颗粒、沥青和辛烯聚合物之间协同作用形成网状结构，提高材料的和易性、相容性和弥散性，同时不会影响材料的物理和力学特性，采用特定粒径的钢渣和特定粒径的粉煤灰组合使用，使路面材料具有连续孔结构，连续孔结构更有利于灌注水泥胶浆后相互嵌锁，在相同应力水平作用下，使弯拉硬度减小，使达到破坏的荷载作用次数增大，从而延长材料的抗疲劳寿命以及水稳性。聚酯纤维能够整体提升半柔性材料的性能。
本实施例中，所述沥青混凝土面层的构造深度为施工时控制注浆形成的表面孔结构，所述玻璃微珠通过表面孔结构内的水泥浆固定；所述三维多孔材料为聚苯乙烯、聚氨酯、聚氯乙烯、聚乙烯、脲甲醛、酚醛、环氧、有机硅、聚乙烯缩甲醛、醋酸纤维素及聚甲基丙烯酸甲酯中的一种或两种以上的混合物；不但具有强度，同时还具有很高的柔韧性。
优先为粉煤灰与钢渣的重量比为：粉煤灰：钢渣＝1：3；所述粗钢渣和细钢渣的重量比为3：1，所述增塑剂为邻苯二甲酸二辛酯、马来酸二辛脂和葵二酸二辛脂的混合物，按重量比邻苯二甲酸二辛酯：马来酸二辛脂：葵二酸二辛脂＝3：2：1。
所述钢渣为粒径为10-20mm粗钢渣和粒径为5-10mm细钢渣的混合物，所述钢渣经钝化处理；；所述橡胶颗粒为粒径为0.5-1mm的粗橡胶颗粒和粒径为0.05-0.2mm的细橡胶颗粒的混合物，所述粗橡胶颗粒与细橡胶颗粒的重量比为3：1。
实施例一
本实施例的钢渣半柔性复合路面结构，原料按重量份包括以下组份：沥青80份、钢渣300份、普通硅酸盐水泥110份、粉煤灰100份、羟乙基甲基纤维素醚5份、橡胶颗粒20份、辛烯聚合物3份、马来酸酐3份、烯丙基醚2份、丙烯酸羟乙酯1份、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物2份、增塑剂1份、聚酯纤维1份；
本实施例中，所述钢渣为粒径为10mm粗钢渣和粒径为5mm细钢渣的混合物，所述钢渣经钝化处理；所述粗钢渣和细钢渣的重量比为3：1
本实施例中，所述橡胶颗粒为粒径为0.5mm的粗橡胶颗粒和粒径为0.05mm的细橡胶颗粒的混合物，所述粗橡胶颗粒与细橡胶颗粒的重量比为3：1。
实施例二
本实施例的钢渣半柔性复合路面结构，原料按重量份包括以下组份：沥青120份、钢渣480份、普通硅酸盐水泥130份、粉煤灰160份、羟乙基甲基纤维素醚10份、橡胶颗粒30份、辛烯聚合物8份、马来酸酐8份、烯丙基醚6份、丙烯酸羟乙酯3份、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物4份、增塑剂3份、聚酯纤维3份；
本实施例中，所述钢渣为粒径为20mm粗钢渣和粒径为10mm细钢渣的混合物，所述钢渣经钝化处理；所述粗钢渣和细钢渣的重量比为3：1
本实施例中，所述橡胶颗粒为粒径为1mm的粗橡胶颗粒和粒径为0.2mm的细橡胶颗粒的混合物，所述粗橡胶颗粒与细橡胶颗粒的重量比为3：1。
实施例三
本实施例的钢渣半柔性复合路面结构，原料按重量份包括以下组份：沥青80份、钢渣500份、普通硅酸盐水泥110份、粉煤灰160份、羟乙基甲基纤维素醚5份、橡胶颗粒30份、辛烯聚合物3份、马来酸酐8份、烯丙基醚2份、丙烯酸羟乙酯3份、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物2份、增塑剂3份、聚酯纤维1份；
本实施例中，所述钢渣为粒径为10mm粗钢渣和粒径为10mm细钢渣的混合物，所述钢渣经钝化处理；所述粗钢渣和细钢渣的重量比为3：1
本实施例中，所述橡胶颗粒为粒径为0.5mm的粗橡胶颗粒和粒径为0.2mm的细橡胶颗粒的混合物，所述粗橡胶颗粒与细橡胶颗粒的重量比为3：1。
实施例四
本实施例的钢渣半柔性复合路面结构，原料按重量份包括以下组份：沥青120份、钢渣300份、普通硅酸盐水泥130份、粉煤灰100份、羟乙基甲基纤维素醚10份、橡胶颗粒20份、辛烯聚合物8份、马来酸酐3份、烯丙基醚6份、丙烯酸羟乙酯1份、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物4份、增塑剂1份、聚酯纤维3份；
本实施例中，所述钢渣为粒径为20mm粗钢渣和粒径为5mm细钢渣的混合物，所述钢渣经钝化处理；所述粗钢渣和细钢渣的重量比为3：1
本实施例中，所述橡胶颗粒为粒径为mm的粗橡胶颗粒和粒径为0.05mm的细橡胶颗粒的混合物，所述粗橡胶颗粒与细橡胶颗粒的重量比为3：1。
实施例五
本实施例的钢渣半柔性复合路面结构，原料按重量份包括以下组份：沥青80份、钢渣400份、普通硅酸盐水泥120份、粉煤灰160份、羟乙基甲基纤维素醚5份、橡胶颗粒25份、辛烯聚合物3份、马来酸酐8份、烯丙基醚4份、丙烯酸羟乙酯1份、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物4份、增塑剂2份、聚酯纤维1份；
本实施例中，所述钢渣为粒径为15mm粗钢渣和粒径为7mm细钢渣的混合物，所述钢渣经钝化处理；所述粗钢渣和细钢渣的重量比为3：1
本实施例中，所述橡胶颗粒为粒径为0.8mm的粗橡胶颗粒和粒径为0.1mm的细橡胶颗粒的混合物，所述粗橡胶颗粒与细橡胶颗粒的重量比为3：1。
实施例六
本实施例的钢渣半柔性复合路面结构，原料按重量份包括以下组份：沥青100份、钢渣450份、普通硅酸盐水泥120份、粉煤灰150份、羟乙基甲基纤维素醚8份、橡胶颗粒25份、辛烯聚合物5份、马来酸酐5份、烯丙基醚4份、丙烯酸羟乙酯2份、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物3份、增塑剂2份、聚酯纤维2份；
本实施例中，所述钢渣为粒径为10-20mm粗钢渣和粒径为5-10mm细钢渣的混合物，所述钢渣经钝化处理；所述粗钢渣和细钢渣的重量比为3：1
本实施例中，所述橡胶颗粒为粒径为0.5-1mm的粗橡胶颗粒和粒径为0.05-0.2mm的细橡胶颗粒的混合物，所述粗橡胶颗粒与细橡胶颗粒的重量比为3：1。
上述实施例中，所述增塑剂为邻苯二甲酸二辛酯、马来酸二辛脂和葵二酸二辛脂的混合物，按重量比邻苯二甲酸二辛酯：马来酸二辛脂：葵二酸二辛脂＝3：2：1。
采用车辙试验来评价半柔性路面材料的高温稳定性，试件尺寸为300mm*300mm*50mm,试验温度为60℃，试验接触轮压为0.7MPa，试验结果如下：
采用采用低温弯曲试验对半柔性路面材料的低温性能进行分析。本试验采用的试验温度为－10℃，加载速率为5mm/min。试件为轮碾成型的车试块切割而成的小梁，尺寸为30mm*35mm*250mm，弯曲试验前需对试件保温6h以上。试验结果如下：
采用浸水马歇尔残留稳定度试验和冻融劈裂试验来测试半柔性路面材料的水稳定性能：
采用浸水马歇尔残留稳定度试验结果：
冻融劈裂试验结果如下：
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (9)

1.一种钢渣半柔性复合路面结构，其特征在于：所述路面结构由上至下依次包括沥青混凝土面层、钢渣半柔性层、三维多孔材料层、经碎石化后的旧水泥板层和钢渣基层，所述沥青混凝土面层设置有构造深度，所述构造深度内嵌设有负载纳米二氧化钛的玻璃微珠，所述三维多孔材料的孔洞之间为三维联通结构，联通孔隙率为50～99％，孔径为0.1～20mm，所述钢渣半柔性层原料按重量份包括以下组份：沥青80-120份、钢渣300-500份、普通硅酸盐水泥110-130份、粉煤灰100-160份、羟乙基甲基纤维素醚5-10份、橡胶颗粒20-30份、辛烯聚合物3-8份、马来酸酐3-8份、烯丙基醚2-6份、丙烯酸羟乙酯1-3份、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物2-4份、增塑剂1-3份、聚酯纤维1-3份。
2.根据权利要求1所述的钢渣半柔性复合路面结构，其特征在于：所述沥青混凝土面层的构造深度为施工时控制注浆形成的表面孔结构，所述玻璃微珠通过表面孔结构内的水泥浆固定。
3.根据权利要求2所述的钢渣半柔性复合路面结构，其特征在于：所述三维多孔材料为聚苯乙烯、聚氨酯、聚氯乙烯、聚乙烯、脲甲醛、酚醛、环氧、有机硅、聚乙烯缩甲醛、醋酸纤维素及聚甲基丙烯酸甲酯中的一种或两种以上的混合物。
4.根据权利要求1所述的钢渣半柔性复合路面结构，其特征在于：所述粉煤灰与钢渣的重量比为：粉煤灰：钢渣＝1：3。
5.根据权利要求4所述的钢渣半柔性复合路面结构，其特征在于：所述钢渣半柔性层原料按重量份包括以下组份：沥青100份、钢渣450份、普通硅酸盐水泥120份、粉煤灰150份、羟乙基甲基纤维素醚8份、橡胶颗粒25份、辛烯聚合物5份、马来酸酐5份、烯丙基醚4份、丙烯酸羟乙酯2份、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物3份、增塑剂2份、聚酯纤维2份。
6.根据权利要求1所述的钢渣半柔性复合路面结构，其特征在于：所述增塑剂为邻苯二甲酸二辛酯、马来酸二辛脂和葵二酸二辛脂的混合物，按重量比邻苯二甲酸二辛酯：马来酸二辛脂：葵二酸二辛脂＝3：2：1。
7.根据权利要求4所述的钢渣半柔性复合路面结构，其特征在于：所述钢渣为粒径为10-20mm粗钢渣和粒径为5-10mm细钢渣的混合物，所述钢渣经钝化处理。
8.根据权利要求7所述的钢渣半柔性复合路面结构，其特征在于：所述粗钢渣和细钢渣的重量比为3：1。
9.根据权利要求8所述的钢渣半柔性复合路面结构，其特征在于：所述橡胶颗粒为粒径为0.5-1mm的粗橡胶颗粒和粒径为0.05-0.2mm的细橡胶颗粒的混合物，所述粗橡胶颗粒与细橡胶颗粒的重量比为3：1。
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