阅读说明：本技术 超薄高性能的复合半柔性面层路面结构及其施工方法 (Ultrathin high-performance composite semi-flexible surface layer pavement structure and construction method thereof ) 是由 章力 过震文 何家张 刘小方 何昌轩 白彦峰 庄恺琳 徐斌 张绪国 孙文州 于 2019-11-11 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种高性能的复合半柔性面层路面结构及其施工方法,该路面结构设于路基之上,所述路面结构包括由下至上依次设置的基层、下面层、中面层以及上面层,其中所述中面层为半柔性路面层,所述上面层为小粒径开级配排水沥青混合料路面层,所述下面层为粗粒式沥青混合料路面层。本发明中的路面结构的半柔性路面层位于该高受力区域,提升路面的抗车辙和抗剪切能力。上面层采用小粒径开级配排水沥青混合料路面层,具有耐久与抗滑性能,还能提供行车舒适性。下面层采用粗粒式沥青混合料路面层,可提高路面整体的抗车辙与抗低温性能。另本发明中上面层、中面层和下面层分别采用了不同的材料,非同质材料的路面结构不易扩散裂缝,提高了路面结构的使用寿命。(The invention relates to a high-performance composite semi-flexible surface layer pavement structure and a construction method thereof, wherein the pavement structure is arranged on a roadbed and comprises a base layer, a lower surface layer, a middle surface layer and an upper surface layer which are sequentially arranged from bottom to top, wherein the middle surface layer is a semi-flexible surface layer, the upper surface layer is a small-particle-size open-graded drainage asphalt mixture surface layer, and the lower surface layer is a coarse-particle asphalt mixture surface layer. The semi-flexible pavement layer of the pavement structure is positioned in the high-stress area, so that the anti-rutting and anti-shearing capabilities of the pavement are improved. The upper surface layer adopts a small-particle-size open-graded drainage asphalt mixture pavement layer, has durability and anti-skid performance, and can provide driving comfort. The lower surface layer adopts a coarse-grained asphalt mixture pavement layer, so that the overall anti-rutting and low-temperature resistance of the pavement can be improved. In addition, the upper surface layer, the middle surface layer and the lower surface layer are respectively made of different materials, the pavement structure made of non-homogeneous materials is not easy to diffuse cracks, and the service life of the pavement structure is prolonged.)

超薄高性能的复合半柔性面层路面结构及其施工方法

技术领域

本发明涉及道路施工工程领域，特指一种高性能的复合半柔性面层路面结构及其施工方法。

背景技术

我国现有的道路路面基本上可分为水泥混凝土路面和沥青混凝土路面，其中水泥混凝土路面承载能力好，但柔韧性较差，在温度应力的作用下易出现板块开裂的问题，使得水泥混凝土路面必须设置接缝，因此会影响行车的舒适性，而且接缝处还会使得表面水侵入路基，使得路基***，承载力变弱。而沥青混凝土路面柔性好、无接缝，但在经过一个或几个高温季节后，沥青混凝土路面会出现较深的车辙，严重影响行车安全和舒适性。

为克服上述两种路面的缺点，研究产生了良好抗变形能力的半柔性路面，该半柔性路面在指在大孔隙率的基体沥青混合料中灌注流动性好、强度高的水泥胶浆而形成的复合式路面。现有的道路路面将半柔性面层设置在路面的表层，利用半柔性面层作为行车面，提高行车速度和舒适度。但在长期使用情况来看，半柔性面层作为表层其无显著的永久变形，但容易出现疲劳开裂现象，在开裂开始是形成细而短的横向开裂，进而逐渐扩展成网状，开裂的宽度和范围不断扩大，最终导致路面毁坏。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种超薄高性能的复合半柔性面层路面结构及其施工方法，解决现有的半柔性面层作为路面表层容易出现疲劳开裂现象而导致路面毁坏的问题。

实现上述目的的技术方案是：

本发明提供了一种超薄高性能的复合半柔性面层路面结构，设于路基之上，所述路面结构包括由下至上依次设置的基层、下面层、中面层以及上面层，其中所述中面层为半柔性路面层，所述上面层为小粒径开级配排水沥青混合料路面层，所述下面层为粗粒式沥青混合料路面层。

本发明的路面结构的中面层采用半柔性路面层，利用中面层承受路面上部传来的垂直应力和水平剪切力以起到提升路面强度及抗车辙的效果，从路面的受力情况来看，路面主要承受垂直应力和剪切应力，其上表面需要考虑耐久与抗滑性能，而轮载下10cm至15cm的区域是高受力区域，故，本发明中的路面结构的半柔性路面层位于该高受力区域，提升路面的抗车辙和抗剪切能力。上面层采用小粒径开级配排水沥青混合料路面层，具有较高的抗飞散损失能力，并且有着良好的抗滑性能与行车舒适性。下面层采用粗粒式沥青混合料路面层，可提高路面整体的抗车辙与抗低温性能。另外本发明的路面结构中上面层、中面层和下面层分别采用了不同的材料，非同质材料的路面结构不易扩散裂缝，提高路面结构的使用寿命。且在路面发生损坏需要维修时，也可分层铣刨，较为节省资源与工时。

本发明超薄高性能的复合半柔性面层路面结构的进一步改进在于，所述半柔性路面层包括大孔隙沥青混合料基体和灌注于所述大孔隙沥青混合料基体的空隙内的水泥基胶浆，所述大孔隙沥青混合料基体的空隙率在20％至30％之间。

本发明超薄高性能的复合半柔性面层路面结构的进一步改进在于，所述水泥基胶浆有部分渗入到所述下面层的空隙内，以加强所述中面层与所述下面层之间的黏结强度。

本发明超薄高性能的复合半柔性面层路面结构的进一步改进在于，还包括设于所述路基之上和所述基层之下的垫层。

本发明超薄高性能的复合半柔性面层路面结构的进一步改进在于，所述垫层为碎石层，厚度在10cm至30cm之间。

本发明超薄高性能的复合半柔性面层路面结构的进一步改进在于，所述基层为水泥稳定碎石路面层，厚度在30cm至80cm之间。

本发明超薄高性能的复合半柔性面层路面结构的进一步改进在于，所述下面层的厚度在6cm至10cm之间，所述上面层的厚度在1cm至2.5cm之间。

本发明超薄高性能的复合半柔性面层路面结构的进一步改进在于，所述中面层的厚度在3cm至6cm之间。

本发明还提供了一种高性能的复合半柔性面层路面结构的施工方法，包括如下步骤：

于所述路基之上施工基层；

于所述基层之上铺设粗粒式沥青混合料以形成下面层；

于所述下面层之上铺设半柔性材料以形成中面层；以及

于所述中面层之上铺设小粒径开级配排水沥青混合料以形成上面层。

本发明的施工方法的进一步改进在于，铺设半柔性材料时，于所述下面层之上铺设大孔隙沥青混合料以形成大孔隙沥青混合料基体，且所形成的大孔隙沥青混合料基体的空隙率在20％至30％之间；

于所述大孔隙沥青混合料基体之上灌注水泥基胶浆，所灌注的水泥基胶浆流入到所述大孔隙沥青混合料基体的空隙内并将空隙填充而形成密实稳定的中面层。

附图说明

图1为本发明超薄高性能的复合半柔性面层路面结构的剖视图。

图2为本发明超薄高性能的复合半柔性面层路面结构的另一实施例的剖视图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。

参阅图1，本发明提供了一种超薄高性能的复合半柔性面层路面结构及其施工方法，用于解决半柔性路面直接作为表层而容易出现疲劳开裂现象的问题。本发明的路面结构中上表面采用小粒径开级配排水沥青混合料铺设形成，该小粒径开级配排水沥青混合料具有较高的抗飞散损失能力，并且有着良好的抗滑性能与行车舒适性，中面层采用半柔性材料铺设形成，具体以开级配大孔隙沥青混合料作为骨架，注入水泥基胶浆形成密实稳定的结构体，承受从上传来的垂直应力与水平剪切力，该半柔性路面层可提高路面抵抗荷载作用的能力，还具有高温稳定性能、低温抗裂性能、抗疲劳性能和抗滑性能等，将半柔性路面层置于上面层下方，利用上面层可保护该半柔性路面层，避免其出现疲劳开裂与磨损的现象。下面层采用粗粒式沥青混合料提高整体的抗车辙与抗低温性能。下面结合附图对本发明超薄高性能的复合半柔性面层路面结构及其施工方法进行说明。

参阅图1，显示了本发明超薄高性能的复合半柔性面层路面结构的剖视图。下面结合图1，对本发明超薄高性能的复合半柔性面层路面结构进行说明。

如图1所示，本发明的超薄高性能的复合半柔性面层路面结构设于路基10之上，该路面结构包括由下至上依次设置的基层22、下面层23、中面层24以及上面层25，其中的中面层24为半柔性路面层，由半柔性材料铺设形成；上面层25为小粒径开级配排水沥青混合料路面层，由小粒径开级配排水沥青混合料铺设形成；下面层23为粗粒式沥青混合料路面层，由粗粒式沥青混合料铺设形成。

从路面结构使用过程中的受力情况来看，路面的各结构层主要承受垂直应力和剪切应力，而轮载下10cm至15cm区域是高受力区域，故将中面层24设计为半柔性路面层，下面层25设计为粗粒式沥青混合料路面层，利用中面层24和下面层25提供抗车辙与抗剪切性能，提高路面结构的强度、刚度、动稳定度、水稳定性等。

本发明的上面层25、中面层24以及下面层23采用了三种不同材质的材料形成，使得不同材料的结构层之间不易扩散裂缝，且中面层24位于上面层25之下，该上面层25可对中面层24起到很好的保护作用，该上面层25具有耐久与抗滑性能，能够提高路面结构的使用寿命。另外不同材料的各面层结构维修方便，可分层铣刨，较为节省资源与工时。

在一种具体实施方式中，半柔性路面层包括大孔隙沥青混合料基体和灌注于大孔隙沥青混合料基体的空隙内的水泥基胶浆，该大孔隙沥青混合料基体的空隙率在20％至30％之间。

其中的，大孔隙沥青混合料基体与水泥基胶浆的重量百分比为，大孔隙沥青混合料基体70％至80％，水泥基胶浆20％至30％。大孔隙沥青混合料基体采用开级配沥青混合料。

具体地，大孔隙沥青混合料采用普通道路石油沥青或改性沥青作为结合料，基体由粗集料、细集料、活性矿粉和沥青在高温下混合搅拌而成。粗集料采用扎制碎石，还可掺加消石灰或水泥以提高粗集料与沥青的粘附性。细集料采用石灰岩等碱性岩石生产的机制砂或石屑。

水泥基胶浆采用现场配制形成，原材料包括水泥、粉煤灰、矿粉以及外加剂，还可加入砂、聚合物改性剂和着色剂，其中的水泥选用硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥，粉煤灰选用Ⅰ级和Ⅱ级粉煤灰；矿粉采用石灰岩矿粉；外加剂包括减水剂、早强剂及膨胀剂；添加的砂选用洁净的河砂；聚合物改性剂选用羧基丁苯乳液。水泥基胶浆的水胶比为0.28～0.55，粉煤灰用量宜为10％～22％，矿粉用量宜为10％～22％，粉煤灰和矿粉的总用量应不超过30％。当添加砂时，砂用量为10％～29％；当掺加聚合物改性剂时，聚灰比为10％；当掺加着色剂时，着色剂用量为胶凝材料质量的3％～5％。水泥基胶浆具有高强度和高流动性，能够流入到大孔隙沥青混合料基体的空隙内并将空隙填实。

水泥基胶浆硬化后形成硬化网状结构包裹沥青膜与其中的集料，水泥晶体表面的多价阳离子吸附在未补偿阴离子的矿料表面，或者在表面层的阳离子对几个阴离子交换的结果，减小其亲水性，活化集料表面，加强集料与沥青的粘接，提高水泥石与矿料的粘结。

在加入聚合物改性剂进行改良时，水泥基胶浆的形成过程中无核武颗粒聚集在水泥胶凝颗粒的表面，聚合物颗粒絮凝在水化凝胶表面形成密封层，密封层具有粘结性，可填充混合物中的较大空隙，部分聚合物分子中的活性基团也能与水泥水化产物中的Ca²⁺、Al³⁺等发生交联反应，形成特殊的桥键，加固材料内部结构；聚合物颗粒间的水分被水化反应吸收，形成干燥致密的胶体，连接水泥浆中的缺陷和微裂缝，提高拌合物的力学性能。

半柔性路面层通过沥青混合料骨料之间的嵌挤作用和灌入的水泥浆共同形成强度，不仅提高了路面抵抗荷载作用的能力，同时它的高温稳定性能大大优于普通沥青混凝土路面，其低温抗裂性能、抗疲劳性能和抗滑性能也都优于普通沥青混凝土路面，同时具有耐油污，可着色等特性。与传统沥青混合料路面结构中的中面层使用的AC-16与AC-20相比，半柔性材料的有着更好的性能。

下面对半柔性路面及AC-16路面通过马歇尔试验对比其路用性能。选用三种空隙率的大孔隙沥青混合料基体制作试件，进行马歇尔试验得到试验结果并与传统沥青路面AC-16的性能值进行对比。

表1半柔性路面层马歇尔试验结果

而AC-16的稳定度及流值见表2。

稳定度(KN)	流值(0.1mm)
		9.86	30.2

表2AC-16的稳定度及流值的性能值

从表1和表2可以看出，半柔性材料有着更高的稳定度，流值降低，这说明半柔性路面有着更强的刚性。

在一种具体实施方式中，如图2所示，在基层21之上和下面层23之下铺设有土工布26，通过该土工布26隔离基层21和下面层23，以减少反射裂缝。具体地，土工布26铺设在基层21的表面，在基层21产生裂缝时，该土工布26可有效控制裂缝反射到下面层，可有效的保护下面层及中面层。

本发明将半柔性路面层设置在下面层23和上面层25之间，利用上面层25保护半柔性路面层，避免其产生疲劳开裂现象，相应地，下面层23也起到了保护半柔性路面层的作用，配合设置在下面层23之下的土工布能够给隔绝基层的裂缝，进一步地避免了反射裂缝对半柔性路面层的影响，提高半柔性路面层的使用寿命。

在一种具体实施方式中，如图1所示，路面结构还包括设于路基10之上和基层21之下的垫层21，该垫层21夹设于路基10和基层21之间。

较佳地，施工垫层21之前，先对路基10进行加强处理，使得路基的强度大于等于35MPa。

进一步地，垫层21为碎石层，厚度在10cm至30cm之间。在铺设碎石形成碎石层时，将碎石压实压平。较佳地，各结构层铺设时均应压实。

在一种具体实施方式中，基层22为水泥稳定碎石路面层，厚度在30cm至80cm之间。水泥稳定碎石的公称最大粒径依据所需等级的公路进行选择，比如用于高速公路、一级公路基层时，公称最大粒径不宜大于31.5mm；用于二级及二级以下公路基层时，公称最大粒径不宜大于37.5mm。水泥稳定碎石中加入的水泥剂量在3％至6％之间。

在一种具体实施方式中，下面层23的厚度在6cm至10cm之间。中面层24的厚度在3cm至6cm之间。上面层25的厚度在1cm至2.5cm之间。

其中下面层23采用粗粒式沥青混合料，较佳为AC-25、ATB-30和ATB-25中的一种。在下面层23之上施工中面层24时，先将下面层23的表面拉毛以形成粗糙表面，施工中面层24后，中面层24内的水泥基胶浆有部分渗入到粗糙表面上，而提高中面层24与下面层23的连接强度。

中面层24采用半柔性材料，其中的大孔隙沥青混合料与下面层23间具有较高的粘接性，使得两者之间的结合强度较高，再配合灌注的水泥基胶浆有部分渗入到下面层23内，更进一步增强了下面层23和中面层24间的黏结强度。

上面层25采用小粒径开级配排水沥青混合料，采用OGFC-5材料，组成为86％重量～91％重量的集料、2％重量～8％重量的填料和5％重量～8％重量的聚合物改性沥青，公称最大粒径为4.75mm，铺装层厚度为1.0cm～2.5cm。集料为玄武岩或辉绿岩。填料为石灰岩矿粉与水泥的混合物，石灰岩矿粉和水泥的质量比为1:1～3:1。聚合物改性沥青是POE复合改性沥青，60℃零剪切粘度≥30000Pa.s，软化点≥90℃，POE复合改性沥青包括硬质沥青、改性剂、温拌剂和界面增强剂。硬质沥青为30号沥青或50号沥青；温拌剂为聚乙烯蜡；界面增强剂为硅烷偶联剂。所述改性剂为聚烯烃弹性体POE，改性剂为所述硬质沥青的9％重量～15％重量，所述温拌剂为所述硬质沥青的1％重量～3％重量；所述界面增强剂为所述硬质沥青的0.4％重量～1.0％重量。

级配范围：

上面层级配骨架嵌锁稳定性，有着较大连通空隙率、高构造深度，采用POE复合改性沥青并提高沥青膜厚度，具有较高的抗飞散损失能力，并且有着良好的抗滑性能与行车舒适性，有效降低面层厚度与原料成本，同时降低道路维护成本和降低行车噪声，并且在雨天有效减小车辆行驶中的水花，并且该层易于修补。

因上面层、中面层和下面层中均含有沥青料，在铺设压实时，能够确保三个面层间粘结牢固，路面结构的整体性好，结构强度高。

本发明的路面结构具有高强度、抗车辙、抗推移、出色的高温稳定性和抗车辙性能，具有良好的抗开裂性能，并且相对耐低温、耐酸、耐热、耐水损害，使用寿命长，不易扩散裂缝，较容易实现分层养护维修。且路面结构中的整个面层厚度大大减小，大大降低工程造价。

本发明还提供了一种高性能的复合半柔性面层路面结构的施工方法，下面对该施工方法进行说明。

本发明的高性能的复合半柔性面层路面结构的施工方法，包括如下步骤：如图1所示，于路基10之上施工基层22；

于基层22之上铺设粗粒式沥青混合料以形成下面层23；

于下面层23之上铺设半柔性材料以形成中面层24；以及

于中面层24之上铺设小粒径开级配排水沥青混合料以形成上面层25。

本发明形成的路面结构通过中面层24和下面层25提供抗车辙与抗剪切性能，提高路面结构的强度、刚度、动稳定度、水稳定性等。通过上面层25可对中面层24起到很好的保护作用，该上面层25具有耐久与抗滑性能，能够提高路面结构的使用寿命。另外不同材料的各面层结构维修方便，可分层铣刨，较为节省资源与工时。

在一种具体实施方式中，铺设半柔性材料时，于下面层23之上铺设大孔隙沥青混合料并压实以形成大孔隙沥青混合料基体，且所形成的大孔隙沥青混合料基体的空隙率在20％至30％之间；于大孔隙沥青混合料基体之上灌注水泥基胶浆，所灌注的水泥基胶浆流入到大孔隙沥青混合料基体的空隙内并将空隙填充而形成密实稳定的中面层24。

其中大孔隙沥青混合料基体与水泥基胶浆的重量百分比为，大孔隙沥青混合料基体70％至80％，水泥基胶浆20％至30％。

具体地，大孔隙沥青混合料采用普通道路石油沥青或改性沥青作为结合料，基体由粗集料、细集料、活性矿粉和沥青在高温下混合搅拌而成。粗集料采用扎制碎石，还可掺加消石灰或水泥以提高粗集料与沥青的粘附性。细集料采用石灰岩等碱性岩石生产的机制砂或石屑。

水泥基胶浆采用现场配制形成，原材料包括水泥、粉煤灰、矿粉以及外加剂，还可加入砂、聚合物改性剂和着色剂，其中的水泥选用硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥，粉煤灰选用Ⅰ级和Ⅱ级粉煤灰；矿粉采用石灰岩矿粉；外加剂包括减水剂、早强剂及膨胀剂；添加的砂选用洁净的河砂；聚合物改性剂选用羧基丁苯乳液。水泥基胶浆的水胶比为0.28～0.55，粉煤灰用量宜为10％～22％，矿粉用量宜为10％～22％，粉煤灰和矿粉的总用量应不超过30％。当添加砂时，砂用量为10％～29％；当掺加聚合物改性剂时，聚灰比为10％；当掺加着色剂时，着色剂用量为胶凝材料质量的3％～5％。水泥基胶浆具有高强度和高流动性，能够流入到大孔隙沥青混合料基体的空隙内并将空隙填实。

以上结合附图实施例对本发明进行了详细说明，本领域中普通技术人员可根据上述说明对本发明做出种种变化例。因而，实施例中的某些细节不应构成对本发明的限定，本发明将以所附权利要求书界定的范围作为本发明的保护范围。