CN117418433A - 一种高耐磨的抗滑碎石封层结构及其施工工艺 - Google Patents
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Abstract
一种高耐磨的抗滑碎石封层结构及其施工工艺，所述结构从下到上依次包括底再生剂层、底层粘结料层、单一粒径碎石层和面层粘结料层。粘结料由水性环氧树脂与超粘改性乳化沥青复配组成，单一粒径碎石由粒径为2‑4 mm辉绿岩碎石嵌挤而成。与现有的碎石封层结构相比，本发明粘结料采用水性环氧树脂与超粘改性沥青复配，大幅度增强封层与原路面的层间剪切强度与拉拔强度，有效解决碎石封层从原路面整体剥落的病害问题；所述面层粘结料层与底层粘结料层双重粘结单一粒径碎石层，保证碎石与粘结料之间的优良粘附性，进而增强抗滑碎石封层的抗磨损性能，克服了现有碎石封层在车轮作用下发生碎石掉粒病害，延长了碎石封层的使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及道路工程与结构技术领域，具体涉及一种高耐磨的抗滑碎石封层结构及其施工工艺。
背景技术
碎石封层作为一种性价比较高的沥青路面预防性养护技术，广泛应用于低等级公路的预防性养护工程中，但该项技术仍存在抗磨耗性能差且抗滑性能衰减快的特点，主要原因为：
(1)结构上的缺陷。传统碎石封层结构一般是底层沥青层加碎石层的结构(油+石)，碎石嵌入深度有限，沥青与石料接触面积小，导致碎石与沥青的黏附性能差，易发生剥落病害。
(2)粘结料性能不佳。粘结料性能差容易使碎石封层与原路面之间的层间抗拉和抗剪强度低，导致碎石封层从原路面整体脱离发生脱皮病害，严重影响道路的路用性能。
(3)原路面沥青老化严重。原路面沥青在长时间的老化作用下，性能下降明显，导致与新洒布的乳化沥青融合效果差。
此外，在水、紫外光等长期老化作用下，水容易侵入碎石与沥青的粘结界面，降低碎石与沥青的黏度性，并在车辆荷载的作用下导致碎石脱落，路面抗滑性能急剧下降，影响车辆行车安全，因此严重制约了其进一步的应用和推广，尤其无法在高速公路得到应用。
为解决上述存在的问题，专利申请文献CN 108103875A提供了一种“抗滑碎石封层路面及其施工方法”，虽在某种程度上提高碎石与粘结料的黏附性能，初步解决传统碎石封层抗剥落性能差的问题，但碎石封层在原路面上极易发生整体脱落病害的问题尚未解决，并且在施工过程中常出现大量石料浪费的现象。
因此，本发明提出了一种高耐磨的抗滑碎石封层路面结构及其施工工艺，旨在提高碎石封层的耐磨性，延长其使用寿命，并减少施工过程中的石料浪费。
发明内容
解决的技术问题：针对现有技术中存在抗滑碎石封层的因粘结性能差导致路面脱皮、集料剥落严重、抗滑性能衰减快、应用的道路等级低等问题，本发明提出一种高耐磨的抗滑碎石封层结构及其施工工艺，能够通过最佳配合比范围和施工工艺，合理使用资源，有效提升封层与原路面的层间粘结性能、石料抗剥落性，长久保持碎石封层的抗滑性能。
技术方案：一种高耐磨的抗滑碎石封层结构，从下到上依次包括底再生剂层、底层粘结料层(底油层)、单一粒径碎石层和面层粘结料层(面油层)，其中底再生剂层中再生剂的用量为0.1～0.2kg/m2；底层粘结料层中底层粘结料的用量为0.9～1.0kg/m2；单一粒径碎石层中碎石的用量为4.5～5.0kg/m2(厚度为2～6mm)；面层粘结料层中面层粘结料的用量为0.5～0.6kg/m2。单一粒径碎石层位于底层粘结料层和面层粘结料层之间，起到骨架支撑作用。
作为优选，所述再生剂为沥青再生剂，用于恢复原路面沥青的性能。
作为优选，所述底层粘结料层和面层粘结料层由粘结料形成，所述粘结料由质量比为(3～5)：10的水性环氧树脂与超粘改性乳化沥青混合而成。
作为优选，所述水性环氧树脂由环氧树脂A组分和固化剂B组分组成，现场进行搅拌、混合，且A、B组分质量比为1：(1～3)。
作为优选，所述环氧树脂为一端接枝亲水性聚乙二醇的环氧树脂(以双酚A型环氧树脂与聚乙二醇为初始原料，在一定条件下合成一端接枝亲水性聚乙二醇的环氧树脂，实现自乳化作用)；所述固化剂为水性环氧树脂胺类固化剂(以环氧树脂与多乙烯多胺制备水性胺类固化剂，并以单环氧化物进行封端，合成在常温下反应活性适中的水性胺类固化剂)。
作为优选，所述超粘改性乳化沥青为SBS改性乳化沥青，其原料质量分数配比如下：60％-65％SBS改性沥青；0.7-1.3％阳离子快裂型沥青乳化剂；0.05-0.2％添加剂；0.02-0.05％pH调节剂；其余为水，其中，阳离子快裂型沥青乳化剂、添加剂、调节剂和水组成皂液。
作为优选，所述SBS改性沥青中SBS掺量为4-6.5wt％；所述阳离子快裂型沥青乳化剂为季铵盐类乳化剂；所述添加剂为稳定剂和消泡剂，稳定剂为氯化钙和羟甲基纤维素钠中的至少一种，消泡剂为消泡剂204；所述pH调节剂为浓盐酸，用于保证皂液的pH值保持在1-3之间。
作为优选，所述单一粒径碎石层由粒径2～4mm的辉绿岩碎石嵌挤而成。
作为优选，所述辉绿岩碎石中掺杂0.2-0.5wt％的水泥，用于减少破乳时间。
基于上述一种高耐磨的抗滑碎石封层结构的施工工艺，步骤如下：
步骤一.清理原路面，并复配粘结料和调节碎石封层车的施工参数；
步骤二.在路面涂覆再生剂形成底再生剂层，再洒布底层粘结料制备底层粘结料层后，立即洒布单一粒径碎石制备单一粒径碎石层，养护2～3小时，然后进行碾压工艺；
步骤三.碾压工艺完成后，进行面层粘结料层的撒布，养护1-2小时即可。
作为优选，所述碾压工艺具体如下：采用30t胶轮压路机以15～20km/h的速度进行碾压，碾压遍数为先动压后静压各1遍，往返碾压压实保持重叠一个车轮宽度，长度控制在20～30cm。
有益效果：本发明提供的一种高耐磨的抗滑碎石封层结构及其施工工艺采用“再生剂层+底油层+碎石层+面油层”结构，再生剂能够恢复原路面沥青的性能，洒布上、下两层高性能粘结料，增加了碎石与粘结料的接触面积，并有效隔绝了水的渗入，进一步提高路面碎石的抗剥落性能。其中，底面粘结料采用水性环氧树脂与SBS改性乳化沥青复配改性，水性环氧树脂掺量为30％～50％，较单一SBS改性乳化沥青，层间拉拔强度提升4-8倍，大幅度提高了碎石封层与原路面的层间粘结性能，克服碎石封层发生整体脱落病害。
另外，碎石粒径选用2～4mm，碎石与碎石之间、粘结料与碎石之间的接触面积大，形成致密的空间结构，增强抗剥落性能和封水效果。同时，碎石采用硬质辉绿岩，在车辆长期磨耗作用下也能保持优异的抗滑性，延长了抗滑碎石封层的服役寿命。
附图说明
图1为本发明的一种高耐磨的抗滑碎石封层结构示意图。
图2为发明的一种高耐磨的抗滑碎石封层施工工艺流程示意图。
图中各数字标号代表如下：1.底再生剂层；2.底层粘结料层；3.单一粒径碎石层；4.面层粘结料层。
具体实施方式
为更好地理解本发明，下面用文字结合附图描述本发明提出的一种高耐磨的抗滑碎石封层结构及其施工工艺的具体实施方式。
本说明书实施例中，原料如无特殊说明，均为普通市售产品，具体来源如下：
再生剂为沥青再生剂，具体由碳氢树脂和糠醛抽出油组成(质量比为1：8～1：5)，购买自茂名沥青储运中心。
辉绿岩碎石由广东长大道路养护有限公司提供。
环氧树脂和固化剂均购买自广东路面博士交通科技有限公司，其中环氧树脂为一端接枝亲水性聚乙二醇的环氧树脂(以双酚A型环氧树脂与聚乙二醇为初始原料，在一定条件下合成一端接枝亲水性聚乙二醇的环氧树脂，实现自乳化作用)；固化剂为水性环氧树脂胺类固化剂(以环氧树脂与多乙烯多胺制备水性胺类固化剂，并以单环氧化物进行封端，合成在常温下反应活性适中的水性胺类固化剂)。
SBS改性乳化沥青：由下述质量配比的原料制成：
其中，SBS改性沥青为线型SBS改性剂(1401)，由茂名沥青储运中心提供；阳离子快裂型沥青乳化剂为CK-60阳离子快裂沥青乳化剂，由漯河市天龙化工有限公司提供；添加剂：本说明书实施例中具体为消泡剂204(掺量在0.03wt％左右)，氯化钙和羟甲基纤维素钠(质量比为1:1)，总掺量0.05-0.2wt％，购买自阿拉丁aladdin；pH调节剂为浓盐酸，购买自广州千广州市芊荟化玻仪器有限公司，用于保证皂液的pH值保持在1-3之间。
本说明书中一种高耐磨的抗滑碎石封层结构，参见图1，从下到上依次包括底再生剂层1、底层粘结料层2、单一粒径碎石层3和面层粘结料层4，其中底再生剂层1中再生剂的用量为0.1～0.2kg/m2；底层粘结料层2中底层粘结料的用量为0.9～1.0kg/m2；单一粒径碎石层3的厚度为2～6mm(碎石的用量为4.5～5.0kg/m2)；面层粘结料层4中面层粘结料的用量为0.5～0.6kg/m2。底再生剂层1用于恢复原路面沥青的性能。单一粒径碎石层3位于底层粘结料层2和面层粘结料层4之间，起到骨架支撑作用。底层粘结料层2和面层粘结料层4增加了碎石与粘结料的接触面积，并有效隔绝了水的渗入，进一步提高路面碎石的抗剥落性能。
作为本发明的一个优选实施例，所述底层粘结料层和面层粘结料层由粘结料形成，所述粘结料由质量比为(3～5)：10的水性环氧树脂与超粘改性乳化沥青混合而成。
作为本发明的一个优选实施例，所述水性环氧树脂由环氧树脂A组分和固化剂B组分组成，现场进行搅拌、混合，且A、B组分质量比为1：(1～3)。
作为本发明的一个优选实施例，单一粒径碎石层由粒径2～4mm的辉绿岩碎石嵌挤而成。
作为本发明的一个优选实施例，所述辉绿岩碎石中掺杂0.2-0.5wt％的水泥，用于减少破乳时间。
实施例1
为确定水性环氧树脂的最佳掺量范围，开展相关室内试验。首先，在常温下，将环氧树脂A组分和固化剂B组分按1：3质量比例分别加入自动化搅拌设备中搅拌5～10分钟；待搅拌均匀后，再加入SBS改性乳化沥青搅拌30～40分钟得到复配粘结料(复配乳化沥青溶液)。其中，将水性环氧树脂与SBS改性乳化沥青按照质量比0:10；2：10；3：10；4：10；5：10；6：10的质量比进行混合搅拌。将得到的复配乳化沥青溶液均匀涂敷在沥青车辙板表面，其用量控制在0.9～1.0kg/m2，并在常温条件下养护3h，然后再进行拉拔试验，试验结果如表1所示。
表1复配乳化沥青溶液拉拔强度试验结果
结果表明，水性环氧树脂与SBS改性乳化沥青按照质量范围在3～5：10之间时，拉拔强度处于较高水平，比例为4:10时，效果最好，当比例达到6：10时，需要较长的养护时间，难以满足实际的工程要求。
实施例2
为确定面层油的最佳掺量范围，开展相关室内试验。首先，在常温下，将环氧树脂A组分和固化剂B组分按1：3质量比例分别加入自动化搅拌设备中搅拌5～10分钟；待搅拌均匀后，再加入SBS改性乳化沥青搅拌30～40分钟得到复配底面粘结料。其中，将水性环氧树脂与SBS改性乳化沥青按照质量比4：10进行混合搅拌。将得到的复配乳化沥青溶液均匀涂敷在沥青车辙板表面，其用量控制在0.9～1.0kg/m2，并撒布碎石和SBS改性乳化沥青。其中，碎石用量控制在4.5～5.0kg/m2，SBS改性乳化沥青设置为0.3，0.4，0.5，0.6，0.7kg/m2。并在常温条件下养护3h，并开展湿轮磨耗试验，试验结果如表2所示。
表2湿轮磨耗试验检测结果
结果表明，当面油用量控制在0.5-0.6kg/m2之间时，磨耗量最小，说明耐磨性能最好。本发明提供的一种高耐磨的抗滑碎石封层的施工工艺，具体如下：
参见图2，复配粘结料即水性环氧树脂与改性乳化沥青溶液：在常温下，首先将环氧树脂A组分和固化剂B组分按比例分别加入自动化搅拌设备中搅拌5～10分钟，待搅拌均匀后，再加入乳化沥青搅拌30～40分钟得到复配底面粘结料。其中，水性环氧树脂与SBS改性乳化沥青按照质量范围在3～5：10之间。
原路面清理：在正式摊铺碎石封层前，需封闭交通并对原路面进行清扫。用吹风机将路面灰尘吹除，使路表面保持干燥整洁，同时采用防污染贴膜将原路面交通标线进行覆盖保护。工作人员对同步碎石封层车的油泵***、液压***、洒布***、输料***等进行全面检查和调试，在空地上进行试洒，待设备稳定后开始摊铺。
调节碎石封层车的施工参数，包括运行速度(本实施例中为20km/h)以及粘结料和碎石的洒布量。
涂覆再生剂：施工人员先涂敷一层再生剂，得到底再生剂层1。
第一次洒布(油+石)：紧接着采用同步碎石封层车洒布底层粘结料层与碎石层，制备底层粘结料层2和单一粒径碎石层3。即同步碎石封层车在洒布底层粘结料后，立即洒布辉绿岩碎石，增强底面粘结料中超粘乳化沥青与辉绿岩碎石的裹覆面积，保证了碎石封层的抗剥落性能和整体性能。其中，再生剂的用量为0.1～0.2kg/m2，底面粘结料的用量为0.9～1.0kg/m2，碎石用量为4.5～5.0kg/m2。
若施工温度较低，或开放交通时间紧迫，可提前在后场将碎石与水泥进行混合搅拌，其中水泥的掺量应控制在0.2-0.5％，以提高乳化沥青的破乳速度。
养生和碾压：上述底层粘结料层和碎石层撒布完成后，养护时间为2～3小时，以不粘手为直观判断标准，进行下一步碾压工序。碾压工序采用30t胶轮压路机以15～20km/h的速度进行碾压，碾压遍数为为先动压后静压各1遍，往返碾压压实保持重叠一个车轮宽度，长度控制在20～30cm。
第二次洒布(油)：所述碾压工艺完成后，进行面层粘结料层4的撒布。
养生：然后养护时间为1-2小时，以不粘手为直观判断。
恢复标线并开放交通：待面层粘结料层4养护固化后，恢复标线并开放交通，其中，面层粘结料层4的用量为0.5～0.6kg/m2。
为测试高耐磨的抗滑碎石封层路面的路用性能，开展铺筑试验路段，并进行长期性能观测，以验证本发明所提出的抗滑碎石封层路面的高耐磨损性能以及抗滑性能衰减情况，检测结果如表3所示。数据表明，路面不仅摩擦系数均远远大于规范要求值，且未出现碎石明显掉落现象，表明本发明所提出高耐磨的抗滑碎石封层路面结果具有超高耐磨损性能和杰出的抗滑性能。
表3试验段路路用性能检测结果
| 服役时间/月 | 3 | 6 | 12 | 18 |
| 抗滑性能BPN | 67 | 74 | 75 | 69 |
| 外观状态 | 完整 | 完整 | 完整 | 轻微掉落 |
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，显示和描述了基本原理、主要特征和优点。本行业技术人员应了解，上述实施例不以任何形式限制本发明。但凡是采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种高耐磨的抗滑碎石封层结构，其特征在于，从下到上依次包括底再生剂层、底层粘结料层、单一粒径碎石层和面层粘结料层，其中底再生剂层中再生剂的用量为0.1～0.2kg/m2；底层粘结料层中底层粘结料的用量为0.9～1.0kg/m2；单一粒径碎石层中碎石的用量为4.5～5.0kg/m2；面层粘结料层中面层粘结料的用量为0.5～0.6kg/m2。
2.根据权利要求1所述的一种高耐磨的抗滑碎石封层结构，其特征在于，所述底层粘结料层和面层粘结料层由粘结料形成，所述粘结料由质量比为(3～5)：10的水性环氧树脂与超粘改性乳化沥青混合而成。
3.根据权利要求2所述的一种高耐磨的抗滑碎石封层结构，其特征在于，所述水性环氧树脂由环氧树脂A组分和固化剂B组分组成，现场进行搅拌、混合，且A、B组分质量比为1：
(1～3)。
4.根据权利要求3所述的一种高耐磨的抗滑碎石封层结构，其特征在于，所述环氧树脂为一端接枝亲水性聚乙二醇的环氧树脂；所述固化剂为水性环氧树脂胺类固化剂。
5.根据权利要求3所述的一种高耐磨的抗滑碎石封层结构，其特征在于，所述超粘改性乳化沥青为SBS改性乳化沥青，其原料质量分数配比如下：60％-65％SBS改性沥青；0.7-1.3％
阳离子快裂型沥青乳化剂；0.05-0.2％添加剂；0.02-0.05％pH调节剂；其余为水，其中，阳离子快裂型沥青乳化剂、添加剂、调节剂和水组成皂液。
6.根据权利要求5所述的一种高耐磨的抗滑碎石封层结构，其特征在于，所述SBS改性沥青中SBS掺量为4-6.5wt％；所述阳离子快裂型沥青乳化剂为季铵盐类乳化剂；所述添加剂为稳定剂和消泡剂，稳定剂为氯化钙和羟甲基纤维素钠中的至少一种，消泡剂为消泡剂204；所述pH调节剂为浓盐酸，用于保证皂液的pH值保持在1-3之间。
7.根据权利要求1所述的一种高耐磨的抗滑碎石封层结构，其特征在于，所述单一粒径碎石层由粒径2～4mm的辉绿岩碎石嵌挤而成。
8.根据权利要求7所述的一种高耐磨的抗滑碎石封层结构，其特征在于，所述辉绿岩碎石中掺杂0.2-0.5wt％的水泥。
9.基于权利要求1所述的一种高耐磨的抗滑碎石封层结构的施工工艺，其特征在于，步骤如下：
步骤一.清理原路面，并复配粘结料和调节碎石封层车的施工参数；
步骤二.涂覆再生剂形成底再生剂层，再洒布底层粘结料制备底层粘结料层后，立即洒布单一粒径碎石形成碎石层，养护2～3小时，然后进行碾压工艺；
步骤三.碾压工艺完成后，进行面层粘结料层的撒布，养护1-2小时。
10.根据权利要求9所述的所述的一种高耐磨的抗滑碎石封层结构的施工工艺，其特征在于，所述碾压工艺具体如下：采用30t胶轮压路机以15～20km/h的速度进行碾压，碾压遍数为先动压后静压各1遍，往返碾压压实保持重叠一个车轮宽度，长度控制在20～30cm。
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