CN114716180A - 一种用于城市重载道路的高性能彩色半柔性路面材料 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于城市重载道路的高性能彩色半柔性路面材料，包括彩色沥青混凝土和彩色水泥灌浆料，选用具有良好性能的原材料制备彩色水泥灌浆料和彩色沥青混凝土，并将彩色水泥灌浆料利用相关设备灌入彩色沥青混凝土中，得到彩色半柔性路面材料。制备方法包括如下步骤：S1.选定场地，备料；S2.制备彩色水泥灌浆料；S3.彩色沥青混凝土的拌和和铺筑；S4.灌浆，将彩色水泥灌浆料撒布在彩色沥青混凝土表面，使用拖式灌浆拌和洒布机拌和；S5.养护，初期严格封闭交通，防止雨水冲刷和污物阻塞孔隙。本发明中的彩色半柔性路面具有色彩效果好、耐久性好、路用性能好、路面结构整体强度大的特点，适用于城市重载道路。

Description

一种用于城市重载道路的高性能彩色半柔性路面材料
技术领域
本发明涉及道路工程技术领域，尤其适用于城市公交车道等重载道路的彩色铺装领域，具体为一种用于城市重载道路的高性能彩色半柔性路面材料。
背景技术
彩色路面作为一种广受关注的新型路面铺装技术，在引导交通，美化环境，缓解驾驶疲劳以及降低城市“热岛效应”等方面有很好的作用。现有的多彩色路面存在两方面的不足：1.色彩效果差、色彩耐久性不足，彩色胶结料前期的制备工艺复杂、后续处理难度大，制备时间长、温度高、能耗大。后期彩色沥青路面的色彩难以长时间保持，无法满足实际应用需求，耐久性不足；2.高温及重载条件下的适应性不强，很多彩色的路面做成很薄的磨耗层，高温条件下会导致路面强度的丧失，如果重交通车辆行驶在上边可能会导致彩色路面发生结构性破坏等。
半柔性路面材料是指采用水泥胶浆灌注沥青混合料骨架的方式制备路面材料，这种路面综合了沥青和水泥两种材料的长处，能改善路面的高、低温性能，水稳定性，增强路面结构的整体强度，改善路面材料力学形成的机理，延长路面的使用寿命。
本发明基于半柔性路面材料，采用彩色水泥胶浆灌注彩色沥青混合料基体的方式形成的彩色半柔性路面，并通过合理的材料与结构设计保证彩色路面的实用性与耐久性。形成的彩色半柔性路面具有彩色路面引导交通，美化环境的特点；也具有半柔性路面适用于重载道路的特点，因此可在城市重载道路，如公交车道上广泛应用。
发明内容
(一)解决的技术问题
针对现有技术的不足，本发明提供了一种用于城市重载道路的高性能彩色半柔性路面材料，解决了彩色路面色彩效果差、色彩耐久性不足，彩色胶结料前期的制备工艺复杂和高温及重载条件下的适应性不强的问题。
(二)技术方案
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种用于城市重载道路的高性能彩色半柔性路面材料，包括彩色沥青混凝土和彩色水泥灌浆料。
优选的，所述彩色水泥灌浆料主要原材料为：水性环氧砂浆、氧化铁红颜料、水为主要原材料；矿粉、细砂和聚羧酸系减水剂为其他可适当添加的材料。其特点在于水灰比0.4～0.5，砂灰比〈5％，粉灰比〈10％，颜料外掺量4％～5％的比例。
优选的，所述彩色沥青混凝土原材料主要包括：高粘脱色沥青、石料、矿粉和氧化铁红颜料，其特点在于25％空隙率、3.5％的油石比、2.5％的矿粉添加量、2％的颜料添加量。
优选的，所述高性能彩色半柔性路面材料制备方法包括如下步骤：
S1.选定场地，备料。选定无病害且平整的路面，根据实际铺设路面体积，根据公式计算出彩色沥青混凝土所需石料用量为14.7t、高粘脱色沥青0.56t、矿粉0.4t、氧化铁红颜料0.32t。彩色水泥灌浆料为水灰比0.4～0.5，砂灰比〈5％，粉灰比〈10％，颜料外掺量4％～5％的比例；
S2.制备彩色水泥灌浆料。首先准备水性环氧砂浆、氧化铁红颜料、水、矿粉、细砂和聚羧酸系减水剂。然后将原料加入水泥高速搅拌机中，加入水性环氧砂浆伴侣以及聚羧酸系减水剂，再加入水，充分搅拌保证水性环氧砂浆伴侣与水反应充分，具有良好的流动度。最后加入水性环氧砂浆、细砂和矿粉，利用水泥高速搅拌机等将各原材料充分搅拌均匀，保证颜料在水泥料里分布均匀。将制备好的水泥砂浆倒入罐中，等待灌装；
S3.彩色沥青混凝土的拌和和铺筑。选定原料为高粘脱色沥青、石料、矿粉和氧化铁红颜料，设计孔隙率为25％，首先将石料铺筑在路面上，然后将高粘脱色沥青加热，之后与颜料拌和后倒入石料路面，再使用沥青混凝土结构层拌和，拌和中加入矿粉，最后使用摊铺和碾压机具将彩色沥青混凝土摊铺碾压，使用压路机将表面压平整，得到骨架－空隙结构彩色沥青混凝土；
S4.灌浆。先将彩色水泥灌浆料撒布在彩色沥青混凝土表面，使用拖式灌浆拌和洒布机拌和，其次振动压路机帮助浆料渗透，其次使用表面除浆机具除去路面多余浆料，保证半柔性路面拥有理想的表面结构；
S5.养护。在灌浆后路面撒砂砾，路面凝结后扫去多余砂砾。注意初期严格封闭交通，防止雨水冲刷和污物阻塞孔隙养护好后就形成了彩色半柔性路面材料。
优选的，所述细沙规格在0.15-0.3mm之间。
优选的，所述S3中所述石料需要按照表1的通过率来准备，保证形成的级配有较高空隙率满足灌浆需求。其中4.75以上的粗料通过率应该尽可能控制到推荐值，上下浮动不超过0.5％；2.36以下的细料通过率可放宽一些，上下浮动不超过1％。换用其他石料需要简单试验确定按此级配空隙率应该在25％以上。
表1
Figure BDA0003646693460000031
优选的，所述S2中水泥砂浆应具有良好的流动度，选择浆料的制备时，冬季要考虑浆料的强度增长时间，夏季则要避免浆料过快硬化造成收缩裂缝。
优选的，所述S3要控制好基体沥青混合料中沥青用量，沥青用量过大，会在基体混合料面层底部存在积油现象，影响了水泥砂浆的灌入深度。
优选的，所述S3中所述高粘脱色沥青在加热时，温度应该控制在160℃到170℃。石料、矿粉和颜料都需要烘干再搅拌。
优选的，所述S4中水泥砂浆的灌注施工必须在路面温度降至50℃以下才进行，否则过高的温度会使浆料迅速硬化。此时须确保路面表面没有尘埃和水。
(三)有益效果
本发明提供了一种用于城市重载道路的高性能彩色半柔性路面材料，具备以下有益效果：
(1)该用于城市重载道路的高性能彩色半柔性路面材料，通过彩色路面色彩效果由彩色水泥胶浆和彩色沥青混凝***同形成的复合色彩体系保证，具有良好的色彩耐久性。
(2)该用于城市重载道路的高性能彩色半柔性路面材料，通过施工材料种类较少且易获取，和配合比设计简单的材料，使得拌和方便、普适性强。
(3)该用于城市重载道路的高性能彩色半柔性路面材料，通过在设计沥青混凝土时，综合考虑空隙率和灌入率，保证由两种材料形成的彩色半柔性路面材料综合了沥青和水泥两种材料的长处，具有良好的路用性能。
具体实施方式
基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供一种用于城市重载道路的高性能彩色半柔性路面材料及其实施方法，本发明中彩色半柔性材料包括彩色沥青混凝土和彩色水泥灌浆料。
实施例1
本实施例通过选用具有良好性能的原材料制备彩色水泥灌浆料和彩色沥青混凝土，并将彩色水泥灌浆料利用相关设备灌入彩色沥青混凝土中，经养护形成彩色半柔性路面材料。
所述彩色水泥灌浆料主要原材料为：水性环氧砂浆、氧化铁红颜料、水为主要原材料；矿粉、细砂和聚羧酸系减水剂为其他可适当添加的材料。以水灰比0.4，砂灰比4％，粉灰比8％，颜料外掺量5％的比例。
所述彩色沥青混凝土原材料主要包括：高粘脱色沥青、石料、矿粉和氧化铁红颜料，特点是25％空隙率、3.5％的高粘脱色沥青(油石比)、2.5％的矿粉添加量、2％的颜料添加量，搅拌形成的彩色沥青混合料具有鲜艳的颜色效果。
本实施例以铺设面积为3×5m2，铺设深度为12cm的路面为例，制备方法包括如下步骤：
S1.选定场地，备料。选定无病害且平整的路面，根据实际铺设路面体积，根据公示计算出彩色沥青混凝土所需石料用量为3.51t、高粘脱色沥青0.13t、矿粉0.09t、氧化铁红颜料0.09t。彩色水泥灌浆料为水灰比0.4，砂灰比4％，粉灰比8％，颜料外掺量5％的比例；
S2.制备彩色水泥灌浆料。首先准备水性环氧砂浆、氧化铁红颜料、水、矿粉、细砂和聚羧酸系减水剂。然后将原料加入水泥高速搅拌机中，加入水性环氧砂浆伴侣以及聚羧酸系减水剂，再加入水，充分搅拌保证水性环氧砂浆伴侣与水反应充分，具有良好的流动度。最后加入水性环氧砂浆、细砂和矿粉，利用水泥高速搅拌机等将各原材料充分搅拌均匀，保证颜料在水泥料里分布均匀。将制备好的水泥砂浆倒入罐中，等待灌装；
S3.彩色沥青混凝土的拌和和铺筑。选定原料为高粘脱色沥青、石料、矿粉和氧化铁红颜料，设计孔隙率为25％，首先将石料铺筑在路面上，然后将高粘脱色沥青加热，之后与颜料拌和后倒入石料路面，再使用沥青混凝土结构层拌和，拌和中加入矿粉，最后使用摊铺和碾压机具将彩色沥青混凝土摊铺碾压，使用压路机将表面压平整，得到骨架－空隙结构彩色沥青混凝土；
S4.灌浆。先将彩色水泥灌浆料撒布在彩色沥青混凝土表面，使用拖式灌浆拌和洒布机拌和，其次振动压路机帮助浆料渗透，其次使用表面除浆机具除去路面多余浆料，保证半柔性路面拥有理想的表面结构；
S5.养护。在灌浆后路面撒砂砾，路面凝结后扫去多余砂砾。注意初期严格封闭交通，防止雨水冲刷和污物阻塞孔隙养护好后就形成了彩色半柔性路面材料。
进一步的，S1中所述公示为石料用量S(kg)公示和水泥用量C(kg)公示，具体如下：
S＝A×h×ρ1×(1-P)
A：面积(m2)；
h：开挖深度(m)；
ρ1：石料密度(t/m3)；石灰岩密度大致在2.6
P：沥青混凝土空隙率(25％左右)。
水泥用量C(kg)公示：
Figure BDA0003646693460000061
ρ2：水泥密度(t/m3)注：水泥质量大致占水泥灌浆料质量的
Figure BDA0003646693460000062
进一步的，所述细沙规格在0.15-0.3mm之间。
进一步的，所述S2中水泥砂浆应具有良好的流动度，选择浆料的制备时，冬季要考虑浆料的强度增长时间，夏季则要避免浆料过快硬化造成收缩裂缝；
进一步的，S3中所述石料需要按照表1的通过率来准备，保证形成的级配有较高空隙率满足灌浆需求。其中4.75以上的粗料通过率应该尽可能控制到推荐值，上下浮动不超过0.5％；2.36以下的细料通过率可放宽一些，上下浮动不超过1％。换用其他石料需要简单试验确定按此级配空隙率应该在25％以上。
表1
Figure BDA0003646693460000071
进一步的，所述S3要控制好基体沥青混合料中沥青用量，沥青用量过大，会在基体混合料面层底部存在积油现象，影响了水泥砂浆的灌入深度；
进一步的，S3中所述高粘脱色沥青在加热时，温度应该控制在160℃到170℃。石料、矿粉和颜料都需要烘干再搅拌。
进一步的，所述S3中基体沥青混凝土结构层的碾压以钢轮压路机为宜，轮胎式压路机易使孔隙阻塞。为保证基体沥青混凝土具有足够的空隙，压路机应选择小吨位；
进一步的，所述S4中水泥砂浆的灌注施工必须在路面温度降至50℃以下才进行，否则过高的温度会使浆料迅速硬化。此时须确保路面表面没有尘埃和水；
进一步的，所述S4中水泥浆料的撒布要迅速，一次撒足，尽量避免在开始硬化后二次补料；
进一步的，所述S4中使用振动压路机帮助浆料渗透时，要控制机械的行驶速度和碾压次数，使砂浆徐徐下渗，避免快速行驶引起浆料四溅；
实施例2
本实施例通过选用具有良好性能的原材料制备彩色水泥灌浆料和彩色沥青混凝土，并将彩色水泥灌浆料利用相关设备灌入彩色沥青混凝土中，经养护形成彩色半柔性路面材料。
所述彩色水泥灌浆料主要原材料为：水性环氧砂浆、氧化铁红颜料、水为主要原材料；矿粉、细砂和聚羧酸系减水剂为其他可适当添加的材料。以水灰比0.5，砂灰比3％，粉灰比6％，颜料外掺量4％的比例。
所述彩色沥青混凝土原材料主要包括：高粘脱色沥青、石料、矿粉和氧化铁红颜料，特点是25％空隙率、3.5％的高粘脱色沥青(油石比)、2.5％的矿粉添加量、2％的颜料添加量，搅拌形成的彩色沥青混合料具有鲜艳的颜色效果。
本实施例以铺设面积为3×10m2，铺设深度为12cm的路面为例，制备方法包括如下步骤：
S1.选定场地，备料。选定无病害且平整的路面，根据实际铺设路面体积，根据公式计算出彩色沥青混凝土所需石料用量为2.7t、高粘脱色沥1.0t、矿粉0.07t、氧化铁红颜料0.05t。彩色水泥灌浆料为水灰比0.5，砂灰比3％，粉灰比6％，颜料外掺量4％的比例；
S2.制备彩色水泥灌浆料。首先准备水性环氧砂浆、氧化铁红颜料、水、矿粉、细砂和聚羧酸系减水剂。然后将原料加入水泥高速搅拌机中，加入水性环氧砂浆伴侣以及聚羧酸系减水剂，再加入水，充分搅拌保证水性环氧砂浆伴侣与水反应充分，具有良好的流动度。最后加入水性环氧砂浆、细砂和矿粉，利用水泥高速搅拌机等将各原材料充分搅拌均匀，保证颜料在水泥料里分布均匀。将制备好的水泥砂浆倒入罐中，等待灌装；
S3.彩色沥青混凝土的拌和和铺筑。选定原料为高粘脱色沥青、石料、矿粉和氧化铁红颜料，设计孔隙率为25％，首先将石料铺筑在路面上，然后将高粘脱色沥青加热，之后与颜料拌和后倒入石料路面，再使用沥青混凝土结构层拌和，拌和中加入矿粉，最后使用摊铺和碾压机具将彩色沥青混凝土摊铺碾压，使用压路机将表面压平整，得到骨架－空隙结构彩色沥青混凝土；
S4.灌浆。先将彩色水泥灌浆料撒布在彩色沥青混凝土表面，使用拖式灌浆拌和洒布机拌和，其次振动压路机帮助浆料渗透，其次使用表面除浆机具除去路面多余浆料，保证半柔性路面拥有理想的表面结构；
S5.养护。在灌浆后路面撒砂砾，路面凝结后扫去多余砂砾。注意初期严格封闭交通，防止雨水冲刷和污物阻塞孔隙养护好后就形成了彩色半柔性路面材料。
实验例
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6.0℃，试验接触轮压为0.7MPa，试验结果如下：
Figure BDA0003646693460000091
试验路段竣工后，3天时对路面进行检测。主要通过钻芯取样，检测了路面铺筑厚度、水泥胶浆灌入深度；还检测了平整度、抗滑系数、渗水系数。钻芯表明形成的面层结构为灌入式半柔性面层，且和基层结合很好，半柔性路面钻芯各项指标如下：
Figure BDA0003646693460000092
综上，本发明提供了一种用于城市重载道路的高性能彩色半柔性路面材料，具备有良好的路面性能，且与现有的多彩路面相比较色彩效果和耐久度高，高温及重载条件下的适应性强。适用于城市重载道路，如公交车道。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (6)

1.一种用于城市重载道路的高性能彩色半柔性路面材料，其特征在于包括彩色沥青混凝土和彩色水泥灌浆料；
所述彩色水泥灌浆料主要原材料为：水性环氧砂浆、氧化铁红颜料、水为主要原材料；矿粉、细砂和聚羧酸系减水剂为其他可适当添加的材料，其特点在于水灰比0.4～0.5，砂灰比〈5％，粉灰比〈10％，颜料外掺量4％～5％的比例；
所述彩色沥青混凝土原材料主要包括：高粘脱色沥青、石料、矿粉和氧化铁红颜料，其特点在于25％空隙率、3.5％的油石比、2.5％的矿粉添加量、2％的颜料添加量。
2.根据权利要求1所述的一种用于城市重载道路的高性能彩色半柔性路面材料，其特征在于：所述高性能彩色半柔性路面材料制备方法包括如下步骤：
S1.选定场地，备料，选定无病害且平整的路面，根据实际铺设路面体积，根据公式计算出彩色沥青混凝土和水泥灌浆料所需原料用量，其中，彩色水泥灌浆料为水灰比0.4～0.5，砂灰比〈5％，粉灰比〈10％，颜料外掺量4％～5％的比例；
S2.制备彩色水泥灌浆料，首先准备水性环氧砂浆、氧化铁红颜料、水、矿粉、细砂和聚羧酸系减水剂，然后将原料加入水泥高速搅拌机中，加入水性环氧砂浆伴侣以及聚羧酸系减水剂，再加入水，充分搅拌保证水性环氧砂浆伴侣与水反应充分，使其具有良好的流动度，最后加入水性环氧砂浆、细砂和矿粉，利用水泥高速搅拌机等将各原材料充分搅拌均匀，保证颜料在水泥料里分布均匀，将制备好的水泥砂浆倒入罐中，等待灌装；
S3.彩色沥青混凝土的拌和和铺筑，选定原料为高粘脱色沥青、石料、矿粉和氧化铁红颜料，设计孔隙率为25％，首先将石料铺筑在路面上，然后将高粘脱色沥青加热，之后与颜料拌和后倒入石料路面，再使用沥青混凝土结构层拌和，拌和中加入矿粉，最后使用摊铺和碾压机具将彩色沥青混凝土摊铺碾压，使用压路机将表面压平整，得到骨架－空隙结构彩色沥青混凝土；
S4.灌浆，先将彩色水泥灌浆料撒布在彩色沥青混凝土表面，使用拖式灌浆拌和洒布机拌和，其次振动压路机帮助浆料渗透，其次使用表面除浆机具除去路面多余浆料，保证半柔性路面拥有理想的表面结构；
S5.养护，在灌浆后路面撒砂砾，路面凝结后扫去多余砂砾，初期严格封闭交通，防止雨水冲刷和污物阻塞孔隙养护好后就形成了彩色半柔性路面材料。
3.根据权利要求1所述的一种用于城市重载道路的高性能彩色半柔性路面材料，其特征在于：细沙规格在0.15-0.3mm之间。
4.根据权利要求2所述的一种用于城市重载道路的高性能彩色半柔性路面材料，其特征在于：所述S2中水泥砂浆应具有良好的流动度，选择浆料的制备时，冬季要考虑浆料的强度增长时间，夏季则要避免浆料过快硬化造成收缩裂缝。
5.根据权利要求2所述的一种用于城市重载道路的高性能彩色半柔性路面材料，其特征在于：所述S3中所述高粘脱色沥青在加热时，温度应该控制在160℃到170℃，石料、矿粉和颜料都需要烘干再搅拌。
6.根据权利要求1所述的一种用于城市重载道路的高性能彩色半柔性路面材料，其特征在于：所述S4中水泥砂浆的灌注施工必须在路面温度降至50℃以下才进行，否则过高的温度会使浆料迅速硬化，此时须确保路面表面没有尘埃和水。
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