CN113026470A - 一种增强型基-面层层间粘结组合结构及其优选方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种增强型基‑面层层间粘结组合结构及其优选方法，属于道路结构工程技术领域，该层间粘结组合结构包括封层和透层，封层从上至下依次设置有碎石层、沥青层一、纤维层和沥青层二，可改善上下异质结构中的层间应变传递和上层结构受力，提升层间粘结强度，防止路面水损害，同时有效遏制层间反射裂缝的产生，减少路面结构因层间粘结失效而引起的各种路面损害，从而延长道路的使用寿命。本发明还公开了上述层间粘结组合结构的优选方法，可直接且准确的确定半刚性基层沥青路面基‑面层层间粘结组合结构的最佳洒布方案，对于类似半刚性基层沥青路面这种上下异质结构的层间粘结层设计及质量保证十分重要，对于其现场施工具有指导意义。
Description
技术领域
本发明涉及道路结构工程技术领域，具体涉及到一种增强型基-面层层间粘结组合结构及其优选方法。
背景技术
由于日益增大的交通量和快速增强的交通安全意识，对道路工程建设的要求也越来越高，尤其对道路结构的性能提出了更高的要求。其中面层和基层间的粘结尤为重要，由于面层和基层多为异质性结构，上下材料不同，上下结构层的模量和变形能力相差很大，其物理力学性质有明显差异，两种材料分别构成的结构层在相同荷载作用下的力学响应行为也会有明显不同。经试验研究，相同温度和荷载条件下，同质材料的层间应变传递效果较好、接近连续状态，异质材料的层间应变传递较差、不连续。有研究表明，上下层为异质材料时，对于上层结构受力更为不利。因此，对于面层的设计需要考虑各结构层性质的统一性，对于面层和基层作为异质结构接触时要着重考虑其层间粘结。
基层和面层间的粘结往往是路面结构中的薄弱环节，由于上下结构的异质性，其层间粘结常常在短时间内失效，这对于路面的行车和维护极为不利。现有的路面结构中主要存在层间粘结强度弱、路面结构整体性差和易产生层间反射裂缝等问题，且同时长期遭受路面水损害，从而导致道路的使用寿命短。且现有路面中基-面层层间处置不够完善，虽也有采用“透层+封层”的双层层间组合结构，但仅仅是两者简单的组合，并未进行组合的优化处理。基于此，本发明对基-面层层间“透层+封层”的增强型组合形式进行了优选，使得层间粘结更加有效，对层间材料的利用更加充分。
发明内容
针对上述不足或缺陷，本发明的目的是提供一种增强型基-面层层间粘结组合结构及其优选方法，可有效解决现有路面结构中主要存在层间粘结强度弱、路面结构整体性差和易产生层间反射裂缝等问题。
为达上述目的，本发明采取如下的技术方案：
本发明提供一种增强型基-面层层间粘结组合结构，包括封层和透层，封层从上至下依次设置有碎石层、沥青层一、纤维层和沥青层二。
进一步地，本发明提供的增强型基-面层层间粘结组合结构适用于上下异质路面结构的层间粘结。
进一步地，上下异质路面结构指面层和基层之间。
进一步地，碎石层为5-10mm的单一粒径碎石材料，覆盖率为70～85％，FI值为10～20％。
进一步地，透层的材质为乳化沥青透层油，包括但不限于阳离子乳化沥青、阴离子乳化沥青或煤沥青，其厚度为1～3cm。
进一步地，沥青层一和沥青层二的材质均为橡胶改性沥青或PCR改性乳化沥青。
进一步地，沥青层一厚度为0.8～1.2cm，沥青层二的厚度为0.8～1.2cm。
进一步地，纤维层的材质为玻璃纤维，长度为6～10cm，洒布量为100～200kg/m2，其厚度为1～2cm。
本发明还提供上述增强型基-面层层间粘结组合结构的优选方法，具体包括以下步骤：
步骤(1)：计算洒布集料的平均最小尺寸ALD；
步骤(2)：计算粘结料的洒布率R；
步骤(3)：确定纤维的洒布方式；
步骤(4)：通过剪切试验和拉拔试验确定层间粘结组合结构的组合方案；
步骤(5)：根据步骤(4)确定的层间粘结组合结构的组合方案，先进行面层和基层间粗糙化处理，然后洒布透层油，再按照沥青、纤维、沥青和碎石的顺序逐步施工封层，最后进行面层铺设。
进一步地，步骤(1)计算洒布集料的平均最小尺寸ALD的公式如下：
其中，ALD-集料的平均最小尺寸，mm；
d50-与50％通过率相应的筛孔尺寸，mm；
FI-针片状系数(针片状颗粒质量占集料总质量之百分率)，％。
进一步地，步骤(2)计算粘结料的洒布率R的公式如下：
R＝ALD×0.2×0.7×k
其中，R-粘结料洒布率，L/m2；ALD-集料的平均最小尺寸，mm；k-碎石覆盖率。
进一步地，步骤(3)确定纤维的洒布方式为乱向均匀洒布。
进一步地，步骤(4)通过剪切试验和拉拔试验确定层间粘结组合结构的组合方案的具体过程为：制定层间粘结组合结构的组合方案和制作含层间粘结结构的复合试件，分别在不同温度条件下进行剪切试验和拉拔试验，然后绘制不同组合对应的强度应力值雷达图，确定最佳层间粘结组合结构；其中，温度取值范围为-10℃～50℃，剪切试验中剪切速率为50～65mm/min，拉拔试验中拉拔速率为10～20mm/min。
进一步地，步骤(4)中剪切试验中剪切速率为50mm/min，拉拔试验中拉拔速率为10mm/min。
本发明具有以下优点：
1、本发明提供一种基于透层和封层的增强型基-面层层间粘结组合结构，透层为乳化沥青，具有良好的渗透能力，可以渗透入基层一定深度，使得基层和下面层牢固粘结，形成一个完整的整体；同时封层加铺纤维和沥青，能显著改善上下异质结构中的层间应变传递和上层结构受力，有效提升层间粘结强度，防止路面水损害，同时有效遏制层间反射裂缝的产生。减少路面结构因层间粘结失效而引起的各种路面损害，提升异质结构间的层间粘结，从而延长道路的使用寿命；
2、本发明提供一种增强型基-面层层间粘结组合结构的优选方法，可以直接且准确的确定半刚性基层沥青路面基面层层间粘结组合结构的最佳洒布方案，对于类似半刚性基层沥青路面这种上下异质结构的层间粘结层设计及质量保证十分重要，对于其现场施工具有指导意义；本发明中纤维的洒布方式为乱向均匀洒布，纤维对沥青的吸收及其表面纹理使得纤维可以在沥青中形成三维多方向的空间网络，起到桥接作用，使得沥青更加紧密结合在一起；通过这种三维网络增强作用使得纤维和沥青充分接触，形成空间网格，从而保护沥青在高温下具有更好的稳定性，提高粘结层抗裂能力，防止集料-沥青界面滑移并降低应力集中现象。这种优选方法可以更好的对层间材料的应用进行优化，优选出最佳的层间组合形式，使得层间粘结更加可靠，避免层间材料的过度使用或用量不足。
附图说明
图1为本发明实施例1中增强型基-面层层间粘结组合结构的示意图；
图2为本发明实施例1中增强型基-面层层间粘结组合结构的流程图；
图3为本发明实施例1中碎石平均最小尺寸ALD结构剖面示意图；
图4为本发明实施例1中剪切试验结果雷达图；
图5为本发明实施例1中拉拔试验结果雷达图；
其中，1、封层；2、透层；3、碎石层；4、沥青层一；5、纤维层；6、沥青层二。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明作进一步说明，应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
本实施例1提供一种增强型基-面层层间粘结组合结构，包括封层和透层，封层从上至下依次设置有碎石层、沥青层一、纤维层和沥青层二；该层间粘结组合结构适用于上下异质路面结构的层间粘结。
其中，上下异质路面结构指半刚性基层沥青路面基面层层间，其中基层为水泥稳定碎石，面层为橡胶改性沥青混凝土ARHM-25。
碎石层采用5-10mm单一粒径碎石材料，覆盖率为80％，FI值为15％。
进一步地，透层的材质为PC-2型阳离子乳化沥青透层油，洒布时保证其渗透到基层以下5mm位置，从而使基层和上部结构充分粘结，其厚度为2cm。
沥青层一和沥青层二的材质均为橡胶改性沥青。
沥青层一厚度为0.8cm，沥青层二的厚度为0.8cm。
纤维层的材质为玻璃纤维，长度为6cm，洒布量为100kg/m2，其厚度为1cm。
上述增强型基-面层层间粘结组合结构的优选方法，其设计流程图如图2所示，具体包括以下步骤：
步骤1、计算洒布集料的平均最小尺寸ALD：
式中，d50＝8.35mm，FI＝15％；
步骤2、修正后的粘结料洒布率R计算公式如下：
R＝ALD×0.2×0.7×k＝7.32×0.2×0.7×0.8×100％≈82％
式中，k＝80％；
步骤3、确定纤维的洒布方式为乱向均匀洒布：纤维选择玻璃纤维，长度为6cm，洒布量为100kg/m2。纤维选择乱向均匀洒布，以达到纤维和沥青充分接触并形成空间网格的目的。从而保护沥青在高温下具有更好的稳定性，提高粘结层抗裂能力，防止集料-沥青界面滑移并降低应力集中现象；
步骤4、通过剪切和拉拔试验综合确定层间粘结组合结构的组合方案：
(1)制定层间粘结组合结构的组合方案，其中纤维和碎石的洒布量固定，影响该层间粘结层性能的主要是透层和封层中沥青的用量，以及外在温度的影响，同时考虑到粘结料的洒布率为82％，是为了保证不出现溢油现象。针对限制条件制定出如下组合方案，见表1所示。温度取高温、常温和低温三种典型温度，对应温度值为-10℃、25℃和50℃，分别在这三种温度条件下进行强度试验；
表1层间材料组合型式
注：在表1中组合1、4、7和组合2、5、8及组合3、6、9互为对照组，组合1、4、7为单一层间材料的试验组，其余组为两种层间材料的增强型层间组合。
(2)制作含上述层间粘结组合结构的复合试件，成型时首先制作水泥稳定碎石基层，待基层养护好后，在其表面先洒布PC-2型阳离子乳化沥青透层油，破乳后再洒布纤维加强型橡胶改性沥青碎石封层。层间处置完毕，成型沥青混合料面层ARHM-25，在已经成型且处理好层间的基层上，倒入搅拌好的沥青混合料，进行碾压振实。最后采用直径100mm的钻芯机对整个模具中的复合试件进行钻芯取样，获取试验所用的圆柱体试件；
(3)分别在不同温度条件下进行剪切试验和拉拔试验，其中温度取值范围为-10℃～50℃，剪切速率为50mm/min，拉拔速率为10mm/min。通过绘制不同组合对应的强度应力值雷达图，见图4和图5，其中，组合6的剪切强度和拉拔强度最佳，故确定最佳层间粘结组合结构为组合6；其中，图4和图5雷达图中由外至内依次对应为-10℃、25℃和50℃下的测试结果；
步骤(5)：根据组合6的方案，首先面层和基层间进行粗糙化处理，然后洒布透层油，再按照沥青、纤维、沥青和碎石的顺序逐步施工封层，最后进行面层铺设；其中，基层为水泥稳定碎石，面层为橡胶改性沥青混凝土ARHM-25。
实施例2
本实施例2提供一种一种增强型基-面层层间粘结组合结构及其优选方法，与实施例1的区别仅在于：上下异质路面结构中基层为水泥稳定碎石，面层为ATB-25柔性面层，其余步骤及参数均相同。
实施例3
本实施例3提供一种一种增强型基-面层层间粘结组合结构及其优选方法，与实施例1的区别仅在于：上下异质路面结构中基层为水泥混凝土，面层为ARHM-25柔性面层，其余步骤及参数均相同。
实施例4
本实施例4提供一种一种增强型基-面层层间粘结组合结构及其优选方法，与实施例1的区别仅在于：透层的材质为阴离子乳化沥青透层油，沥青层一和沥青层二的材质均为PCR改性乳化沥青。
以上内容仅仅是对本发明结构所作的举例和说明，所属本领域的技术人员不经创造性劳动即对所描述的具体实施例做的修改或补充或采用类似的方式替代仍属本专利的保护范围。
Claims (10)
1.一种增强型基-面层层间粘结组合结构，其特征在于，包括封层和透层，封层从上至下依次设置有碎石层、沥青层一、纤维层和沥青层二。
2.如权利要求1所述的增强型基-面层层间粘结组合结构，其特征在于，所述增强型基-面层层间粘结组合结构适用于上下异质路面结构的层间粘结；其中，所述上下异质路面结构指面层和基层之间。
3.如权利要求1或2所述的增强型基-面层层间粘结组合结构，其特征在于，所述碎石层为5-10mm的单一粒径碎石材料，覆盖率为70～85％，FI值为10～20％；所述透层的材质为乳化沥青透层油，包括但不限于阳离子乳化沥青、阴离子乳化沥青或煤沥青，其厚度为1～3cm。
4.如权利要求1或2所述的增强型基-面层层间粘结组合结构，其特征在于，所述沥青层一和沥青层二的材质均为橡胶改性沥青或PCR改性乳化沥青，所述沥青层一厚度为0.8～1.2cm，所述沥青层二的厚度为0.8～1.2cm。
5.如权利要求1或2所述的增强型基-面层层间粘结组合结构，其特征在于，所述纤维层的材质为玻璃纤维，长度为6～10cm，洒布量为100～200kg/m2，其厚度为1～2cm。
6.权利要求1-5任一项所述的增强型基-面层层间粘结组合结构的优选方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
步骤(1)：计算洒布集料的平均最小尺寸ALD；
步骤(2)：计算粘结料的洒布率R；
步骤(3)：确定纤维的洒布方式；
步骤(4)：通过剪切试验和拉拔试验确定层间粘结组合结构的组合方案；
步骤(5)：根据步骤(4)确定的层间粘结组合结构的组合方案，先进行面层和基层间粗糙化处理，然后洒布透层油，再按照沥青、纤维、沥青和碎石的顺序逐步施工封层，最后进行面层铺设。
7.如权利要求6所述的增强型基-面层层间粘结组合结构的优选方法，其特征在于，所述步骤(1)计算洒布集料的平均最小尺寸ALD的公式如下：
其中，ALD-集料的平均最小尺寸，mm；
d50-与50％通过率相应的筛孔尺寸，mm；
FI-针片状系数(针片状颗粒质量占集料总质量之百分率)，％。
8.如权利要求6所述的增强型基-面层层间粘结组合结构的优选方法，其特征在于，所述步骤(2)计算粘结料的洒布率R的公式如下：
R＝ALD×0.2×0.7×k
其中，R-粘结料洒布率，L/m2；ALD-集料的平均最小尺寸，mm；k-碎石覆盖率。
9.如权利要求6所述的增强型基-面层层间粘结组合结构的优选方法，其特征在于，所述步骤(3)中确定纤维的洒布方式为乱向均匀洒布。
10.如权利要求6所述的增强型基-面层层间粘结组合结构的优选方法，其特征在于，所述步骤(4)通过剪切试验和拉拔试验确定层间粘结组合结构的组合方案的具体过程为：制定层间粘结组合结构的组合方案和制作含层间粘结结构的复合试件，分别在不同温度条件下进行剪切试验和拉拔试验，然后绘制不同组合对应的强度应力值雷达图，确定最佳层间粘结组合结构；其中，温度取值范围为-10℃～50℃，剪切试验中剪切速率为50～65mm/min，拉拔试验中拉拔速率为10～20mm/min。
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