一种混凝土铺装表面的磨耗层结构及其施工方法
阅读说明：本技术 一种混凝土铺装表面的磨耗层结构及其施工方法 (Wearing layer structure of concrete pavement surface and construction method thereof ) 是由 徐速 徐斌 尤其 胡风 陈守伟 赵宏雨 于 2021-08-16 设计创作，主要内容包括：本发明提供了一种混凝土铺装表面的磨耗层结构及其施工方法,包括以下步骤：S10：在混凝土铺装表面涂布粘结剂；S20：在粘结剂的表面撒布碎石得到碎石层；其中,碎石有50-75％的体积嵌入粘结剂。上述技术方案简化了现有的施工方法,并且采用该方案施工得到的磨耗层结构具有优异的防滑性能,提高了行车的舒适性。(The invention provides a wearing layer structure of a concrete pavement surface and a construction method thereof, wherein the wearing layer structure comprises the following steps: s10: coating a bonding agent on the surface of the concrete pavement; s20: spreading broken stone on the surface of the adhesive to obtain a crushed stone layer; wherein the macadam has 50-75% by volume of the embedded binder. According to the technical scheme, the existing construction method is simplified, the wearing layer structure obtained by adopting the scheme has excellent anti-skid performance, and the travelling comfort is improved.)
技术领域
本发明涉及道桥铺装技术领域，尤其涉及一种混凝土铺装表面的磨耗层结构及其施工方法。
背景技术
随着正交异性钢桥面板技术的发展并在现代桥梁中的应用不断扩大，钢桥面铺装技术成为了桥梁设计中不可或缺的一部分。钢桥面铺装成为了影响桥梁耐用性、行车舒适性的重要因素。
目前，国内外主流的钢桥面铺装材料以热拌沥青混凝土或改性密级配沥青混凝土、高温拌和浇注式沥青混凝土、改性沥青SMA和环氧沥青混凝土为主，近年来国内也出现了性能优异的树脂混凝土技术逐步开始推广应用。以上铺装技术通常采用复合式结构，即下层保护层+上层磨耗层，磨耗层多为采用SMA，如浇筑式采用下层GA+上层SMA，如ERS采用下层环氧+上层SMA。SMA铺装技术施工简单，性能良好，但由于级配限制对铺装厚度有一定要求，因此对铺装结构荷载增加较大，也对桥面恒载可调整的富余空间造成了一定的影响。
发明内容
本发明旨在解决上述技术问题的至少之一。
因此，本发明的第一目的在于一种混凝土铺装表面的磨耗层结构的施工方法。
本发明的第二目的在于提供一种混凝土铺装表面的磨耗层结构。
为实现本发明的第一目的，本发明提供一种混凝土铺装表面的磨耗层，按照质量份包括：8-20份树脂粘结剂；20-50份碎石集料；其中，所述碎石集料有50-75％的体积嵌入所述树脂粘结剂。
在该技术方案在中，实现了一种超薄磨耗层的铺装结构，克服了现有钢桥面铺装技术中存在的缺陷，通过在施工好的混凝土表面铺设上述磨耗层，延长了桥面铺装的使用寿命，提高铺装表面的抗滑性能、行车舒适性能。磨耗层结构由树脂粘结剂和碎石集料组成，树脂粘结剂用于粘结下层的铺装结构，在本方案中，下层铺装结构为混凝土。碎石集料撒布在粘结剂的上方，形成一种良好的骨架结构，提供了表面的构造深度，从而实现防滑性能。本方案提供的施工方法可以应用于各类路面、桥面以及其他需要铺设磨耗层的地方，例如屋顶。碎石摊铺完毕之后，自然养生至少4小时，清扫散落的碎石，即可开放交通。在本方案中，其有益效果在于：首先，树脂粘结剂提供了强大的粘结力将混凝土层和碎石集料粘结起来；其次，碎石集料的体积有50-75％嵌入粘结剂，不容易脱落，并且因其构造深度，提供了一定的摩擦力；最后，碎石集料在铺装结构的最表层，具备一定的形变能力，给铺装结构的上层增加了柔性，提高行车舒适度。
另外，本发明提供的技术方案还具有如下附加技术特征：
上述技术方案中，磨耗层还包括8-12份树脂粘结剂、2-50份碎石集料；或，10-15份树脂粘结剂、20-30份碎石集料；其中，碎石集料的粒径为2-3毫米。
进一步地，碎石集料包括粗集料和细集料；在本方案中：磨耗层包括10-20份树脂粘结剂、14-28份粗集料、8-16份细集料；和/或，磨耗层包括12.3-12.7份树脂粘结剂、18-20份粗集料、9-11份细集料。
在该技术方案中，粗集料的粒径为3-6mm。细集料包括粒径为0-0.5mm的细集料和粒径为1-2mm的细集料。在一个优选方案中，按照质量份，细集料包括4.8-9.6份粒径为0-0.5mm的细集料和3.2-6.4份粒径为1-2mm的细集料。在另一个优选方案中，按照质量份，细集料包括5.4-6.6份粒径为0.3-0.5mm的细集料和3.6-4.4份粒径为1-2mm的细集料。
进一步地，碎石集料为辉绿岩、玄武岩、石灰岩中、花岗岩中的一种或多种。
在该技术方案中，磨耗层结构能够消除路面噪音、提高路面抗滑性能、易于排出路表积水并显著提高行车舒适性。碎石是由辉绿岩、玄武岩、石灰岩中、花岗岩的岩石破碎的到的，具体包括：首先，采用颚式破碎机或者粗碎圆锥破碎机对岩石进行初步的破碎，使其粒径不超过400毫米；其次，使用圆锥破碎机进行二次破碎；最后，使用制砂机对二次破碎之后的岩石制成所需粒径的碎石。通过上述三级破碎的操作之后，可选的，针对不同的要求，采用细沙机进行清洗的操作。
进一步地，树脂粘结剂为聚氨酯粘结剂或环氧树脂粘结剂；其中，聚氨酯粘结剂包括聚氨酯、固化剂和催化剂。
在该技术方案中，树脂粘结剂主要用于连接下层混凝土铺装结构和上层的碎石集料，需要提供较高的粘结强度，防止在使用的过程中碎石脱落，另一方面，当磨耗层的铺装结构应用在钢桥面板时，优选具有防水性能的粘结剂，从顶层的铺装结构就做好防水，放置水通过下层铺装渗透至钢桥面板，从而保护了钢桥面板不受腐蚀。该树脂粘结剂的选择可以是聚氨酯胶结料或环氧树脂胶结料。
为实现本发明的第二目的，本发明提供一种磨耗层结构的施工方法，包括以下步骤：
S10：获取待铺装结构；
S20：在待铺装结构上涂布树脂粘结剂，在树脂粘结剂未固化前撒布所述碎石集料；或，
将所述树脂粘结剂和所述碎石集料拌和得到混合料，将所述混合料摊铺在所述待铺装结构的表面。
在该技术方案中，拌和的过程中，使用专用搅拌机进行碎石与树脂粘结剂的拌和，拌和时间不宜小于5s，拌和过程中随时对出料进行抽样检查，出料应均匀稳定、不离析。并且，在摊铺的过程中，采用具有找平、布料、振动、抹平功能的树脂混凝土专用摊铺机进行摊铺作业，机械匀速前进，连续不间断作业。在摊铺的过程中，如果树脂粘结剂析出不均匀，处理方法如下：
1.摊铺过程中，当部分摊铺区域表面树脂粘结剂析出不足时：
首先使用抹平板通过人工拍打提浆的方式使树脂粘结剂析出；
其次将少量碎石集料与树脂粘结剂拌和，碎石集料的质量占比为35-45％。拌和后通过毛刷填补至树脂粘结剂不足的区域。
2.当部分摊铺区域表面树脂粘结剂析出过多，完全没过表层碎石集料时，撒布较大粒径的碎石，使用抹平板轻度振平，将碎石颗粒50％-75％部分嵌入树脂粘结剂，另一部分保持出露状态。
进一步地，在S10前，施工方法还包括：碎石集料。碎石集料通过以下步骤制备：
A.按碎石：水＝(30-40)：(80-90)的质量比，将碎石和水混合，调节pH值至10至12，获得第一混合物；
B.按硝酸铒：硝酸铥：硝酸钙：水＝(0.1-0.2)：(4.8-4.9)：95的质量比混料，获得第二混合物；
C.按磷酸氢二钾：水＝(10-20)：100的质量比混料，获得第三混合物；
D.按第二混合物：第三混合物＝1:(1-1.5)的体积比，混料配制混合液，将混合液加热至80摄氏度至85摄氏度，搅拌2小时至4小时，过滤、洗涤，获得胶状物；
E.按第一混合物：胶状物＝100:10的质量比，混料并搅4小时至6小时，陈化12小时至18小时，过滤、洗涤、干燥、粉碎，获得碎石集料。
在上述步骤中，特定比例的硝酸钙和磷酸氢二钾反应，可以获得疏松多孔的羟基磷灰石结构。多能级的铒和铥受到紫外光的激发，可通过能级跃迁将紫外光转换为可见光，由此进一步促进碎石集料的抗紫外能力。由此是的包括碎石集料的铺装表面能够有效隔绝紫外线，提高铺装表面的使用寿命。此外，常态下的铒和铥容易因团聚而影响抗紫外效果。因此，本实施例将铒和铥负载于羟基磷灰石的孔隙之中，铒和铥掺杂的羟基磷灰石与碎石混合后，可避免铒和铥团聚，由此进一步保证产品的抗紫外性能。
进一步地，施工方法还包括以下步骤：
S30：使用研磨机对铺设好的所述碎石层进行研磨操作；
其中，在所述研磨操作的过程中，同时进行吸尘处理，清理路面；或，在所述研磨操作的过程中，采用吹风和洒水结合处理，清理路面。
在该技术方案中，研磨操作主要是针对机场等特殊场合，一方面，出于对摩擦系数的要求，需要铺设磨耗层以提供一定的摩擦力，另一方面，由于FOD指标，对于磨耗层的粘结强度有较高的要求，表面的碎石如若掉落则会成为FOD，会影响起落架、机翼等设备的正常运行，严重的，还会被吸入发动机中，导致发动机失效。因此，本方案在铺设磨耗层的基础上，进行研磨操作，提高地面的平整度，还可以将粘结不够牢固的碎石处理掉，排除安全隐患；在研磨的同时进行吸尘处理，以提供一种无尘的研磨环境。
进一步地，当待铺装结构为破损路面时，步骤S10具体包括：
S11：对所述破损路面进行表面清理，去除松动的碎石；
S12：对所述破损路面进行平整度检测，并进行标识；
S13：对所述破损路面进行精找平。
在该技术方案中，更具体地，包括：
①对原水泥或聚氨酯路面铺装结构等破损的路面进行表面清理，清除已损坏的松动、崩边等小型病害。
②进行平整度检测，对平整度较差位置进行标识。
③进行精找平的操作，必要时采用研磨机整平。
④用专用搅拌机连续搅拌由所述固化剂、催化剂和聚氨酯拌合成的聚氨酯粘结剂。
⑤将聚氨酯粘结剂涂布于破损路面之上，利用重力自流平流散均匀，具体用量可根据实际工程情况，如裂缝病害较多需要聚氨酯粘结剂进行渗透修复的路面，可适当增加用量。
⑥在聚氨酯粘结剂固化前，均匀撒布粒径为2-3毫米的玄武岩碎石。
⑦养护时间结束后，清理多余碎石，可以直接人工扫除或气泵吹除，也可采用大型吸尘设备进行清除处理。
进一步地，磨耗层结构还包括SMA混合料；该方案的施工方法如下：
S41：获取待铺装结构，在其固化前撒布所述碎石集料；
S42：在所述碎石集料的表面涂布所述树脂粘结剂；
S43：在所述树脂粘结剂的表面摊铺SMA混合料；
其中，所述树脂粘结剂的用量为0.5-2.0千克/平方米，和/或，
所述SMA混合料的摊铺厚度为2-8厘米。
在该技术方案中，首先利用碎石嵌入混凝土层的表面，嵌入的体积为50-75％，然后摊铺SMA混合料，使得碎石与SMA混合料形成嵌挤结构，从而使得各个层状结构之间的连接更加紧密，得到一种复合的层状结构，该复合层状结构同时具备前述的碎石层和SMA层二者的优点。上层的SMA铺装结构具有良好的水稳定性、表面性能以及耐久性；所需要的养护工作少，使用寿命长；碎石和粘结剂的配合粘结，使得本方案的铺装结构具备一定的防水性能。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例1提供的磨耗层结构示意图。
图2为本发明实施例10磨耗层结构示意图。
主要元件符号说明：
1-混凝土层；2-树脂粘结剂；3-碎石集料；4-SMA混合料。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。
鉴于目前铺装技术受磨耗层的选材局限性较大，通过对发展潜力较大的混凝土进行研究，提出一种适用于混凝土铺装表面使用的磨耗层技术，在延长桥面铺装使用寿命的同时，提供铺装表面的抗滑性能、行车舒适性以及降低铺装层对桥面横载的影响。
实施例1
本实施例提供了一种混凝土铺装表面的磨耗层，按照质量份包括10份树脂粘结剂和20份碎石集料；其中树脂粘结剂选用聚氨酯粘结剂，碎石集料选用2-3毫米的辉绿岩碎石。
上述磨耗层的施工方法包括以下步骤：
S10：获取待铺装结构；
S20：在所述待铺装结构上涂布树脂粘结剂，在树脂粘结剂未固化前撒布碎石集料。养护2小时以上即可开放交通。
参见图1，其为本实施例提供的一种混凝土铺装表面的磨耗层，包括树脂粘结剂2和碎石集料3，铺设在混凝土层1的上方。在本实施例中，所述碎石磨耗层的设置增加了所述混凝土铺装结构上层的韧性，使其具备一定的变形能力。
对本实施例提供的磨耗层进行性能测试：
采用JTG/T3364-02-2019中提供的方法对试件的拉拔强度进行测试；
采用JTG 3450－2019中提供的方法对试件的摩擦系数进行测试。
其中，试件1-4均为本实施例提供的方法制备得到；其中，试件1不进行其他处理；试件2人工打磨表面碎石1/3构造深度；试件3人工打磨表面碎石2/3构造深度；试件4人工打磨表面碎石全部构造深度。检测结果如表1所示。
表1
实施例2
本实施例提供了一种混凝土铺装表面的磨耗层，按照质量份包括12份树脂粘结剂和25份碎石集料；其中树脂粘结剂选用聚氨酯粘结剂，碎石集料选用2-3毫米的玄武岩碎石。
上述磨耗层的施工方法包括以下步骤：
S10：获取待铺装结构；
S20：在所述待铺装结构上涂布树脂粘结剂，在树脂粘结剂未固化前撒布碎石集料。养护2小时以上即可开放交通。
实施例3
本实施例提供了一种混凝土铺装表面的磨耗层，按照质量份包括13份树脂粘结剂和30份碎石集料；其中树脂粘结剂选用聚氨酯粘结剂，碎石集料选用2-3毫米的石灰岩碎石。
上述磨耗层的施工方法包括以下步骤：
S10：获取待铺装结构；
S20：在所述待铺装结构上涂布树脂粘结剂，在树脂粘结剂未固化前撒布碎石集料。养护2小时以上即可开放交通。
实施例4
本实施例提供了一种混凝土铺装表面的磨耗层，主要针对机场等特殊的场地，该磨耗层按照质量份包括15份树脂粘结剂和30份碎石集料；其中树脂粘结剂选用聚氨酯粘结剂，碎石集料选用2-3毫米的石灰岩碎石。
上述磨耗层的施工方法包括以下步骤：
S10：获取待铺装结构；
S20：在所述待铺装结构上涂布树脂粘结剂，在树脂粘结剂未固化前撒布碎石集料。
S30：使用研磨机对铺设好的碎石层进行研磨操作；同时，在研磨操作的过程中，同时进行吸尘处理，清理路面。
实施例5
本实施例提供了一种混凝土铺装表面的磨耗层，主要针对机场等特殊的场地，该磨耗层按照质量份包括12份树脂粘结剂和25份碎石集料；其中树脂粘结剂选用聚氨酯粘结剂，碎石集料选用2-3毫米的石灰岩碎石。
上述磨耗层的施工方法包括以下步骤：
S10：获取待铺装结构；
S20：在所述待铺装结构上涂布树脂粘结剂，在树脂粘结剂未固化前撒布碎石集料。
S30：使用研磨机对铺设好的碎石层进行研磨操作；同时，在研磨操作的过程中，采用吹风和洒水结合处理，清理路面。
实施例6
本实施例提供了一种混凝土铺装表面的磨耗层，主要针对机场等特殊的场地，该磨耗层按照质量份包括12份树脂粘结剂和28份碎石集料；其中树脂粘结剂选用聚氨酯粘结剂，碎石集料选用2-3毫米的石灰岩碎石。
上述磨耗层的施工方法包括以下步骤：
S10：获取待铺装结构；
S20：在所述待铺装结构上涂布树脂粘结剂，在树脂粘结剂未固化前撒布碎石集料。
S30：使用研磨机对铺设好的碎石层进行研磨操作；同时，在研磨操作的过程中，采用吹风和洒水结合处理，清理路面。
实施例7
本实施例提供一种混凝土铺装表面的磨耗层，按照质量份包括：树脂粘结剂10份；粗集料14份；细集料8份。其中，粗集料的粒径为3-6mm；细集料包含两种粒径，分别为0-0.5mm和1-2mm，在本实施例中，0-0.5mm的细集料4份，1-2mm的细集料4份。上述的粗集料和细集料均为玄武岩碎石。
在本实施例中，磨耗层结构由各组分混合摊铺得到，其施工方法包括：
S10：获取待铺装结构；
S20将树脂粘结剂和碎石集料拌和得到混合料，将混合料摊铺在待铺装结构的表面。养护至少2小时即可开放交通。
其中，混合料的制备包括以下步骤：
(1)按照上述质量配比，将0-0.5mm和1-2mm细集料加入到拌和锅中，预拌合30-60s；
(2)将3-6mm粗集料加入到拌和锅中，在拌合锅中拌和30-60s；
(3)将树脂粘结剂加入到拌和锅中，在拌合锅中拌和80-100s；搅拌均匀后即得到混合料。其性能如表2所示。
表2混合料性能
实施例8
本实施例提供一种混凝土铺装表面的磨耗层，按照质量份包括：树脂粘结剂12.3份；粗集料20份；细集料11份。其中，粗集料的粒径为3-6mm；细集料包含两种粒径，分别为0-0.5mm和1-2mm，在本实施例中，0-0.5mm的细集料6.6份，1-2mm的细集料4.4份。上述的粗集料和细集料均为玄武岩碎石。
在本实施例中，磨耗层结构由各组分混合摊铺得到，其施工方法包括：
S10：获取待铺装结构；
S20将树脂粘结剂和碎石集料拌和得到混合料，将混合料摊铺在待铺装结构的表面。养护至少2小时即可开放交通。
其中，混合料的制备包括以下步骤：
(1)按照上述质量配比，将0-0.5mm和1-2mm细集料加入到拌和锅中，预拌合30-60s；
(2)将3-6mm粗集料加入到拌和锅中，在拌合锅中拌和30-60s；
(3)将树脂粘结剂加入到拌和锅中，在拌合锅中拌和80-100s；搅拌均匀后即得到混合料。
实施例9
本实施例提供一种混凝土铺装表面的磨耗层，按照质量份包括：树脂粘结剂12.7份；粗集料18份；细集料9份。其中，粗集料的粒径为3-6mm；细集料包含两种粒径，分别为0-0.5mm和1-2mm，在本实施例中，0-0.5mm的细集料5.4份，1-2mm的细集料3.6份。上述的粗集料和细集料均为玄武岩碎石。
在本实施例中，磨耗层结构由各组分混合摊铺得到，其施工方法包括：
S10：获取待铺装结构；
S20将树脂粘结剂和碎石集料拌和得到混合料，将混合料摊铺在待铺装结构的表面。养护至少2小时即可开放交通。
其中，混合料的制备包括以下步骤：
(1)按照上述质量配比，将0-0.5mm和1-2mm细集料加入到拌和锅中，预拌合30-60s；
(2)将3-6mm粗集料加入到拌和锅中，在拌合锅中拌和30-60s；
(3)将树脂粘结剂加入到拌和锅中，在拌合锅中拌和80-100s；搅拌均匀后即得到混合料。
对本实施例提供的磨耗层进行性能测试：
采用JTG/T3364-02-2019中提供的方法对试件的拉拔强度进行测试；
采用JTG 3450－2019中提供的方法对试件的摩擦系数进行测试。
其中，试件1-4均为本实施例提供的方法制备得到；其中，试件1不进行其他处理；试件2人工打磨表面碎石1/3构造深度；试件3人工打磨表面碎石2/3构造深度；试件4人工打磨表面碎石全部构造深度。检测结果如表3所示。
表3
实施例10
本实施例提供一种混凝土铺装表面的磨耗层的施工方法，包括以下步骤：
S41：获取待铺装结构，在其固化前撒布碎石集料；
S42：在碎石集料的表面涂布树脂粘结剂；
S43：在树脂粘结剂的表面摊铺SMA混合料；
其中，树脂粘结剂的用量为0.5千克/平方米，SMA混合料的摊铺厚度为2厘米。
参见图2，其为本实施例提供的一种混凝土铺装表面的磨耗层，碎石集料3有部分嵌入混凝土层1，形成嵌挤结构；树脂粘结剂2结合碎石集料3，将SMA混合料4和混凝土层1结合起来。本实施例提供的复合铺装结构结合了碎石和SMA材料，使得层级结构之间的连接更加紧密，降低了所述磨耗层的厚度。
实施例11
本实施例提供一种混凝土铺装表面的磨耗层的施工方法，包括以下步骤：
S41：获取待铺装结构，在其固化前撒布碎石集料；
S42：在碎石集料的表面涂布树脂粘结剂；
S43：在树脂粘结剂的表面摊铺SMA混合料；
其中，树脂粘结剂的用量为1千克/平方米，SMA混合料的摊铺厚度为4厘米。
实施例12
本实施例提供一种混凝土铺装表面的磨耗层的施工方法，包括以下步骤：
S41：获取待铺装结构，在其固化前撒布碎石集料；
S42：在碎石集料的表面涂布树脂粘结剂；
S43：在树脂粘结剂的表面摊铺SMA混合料；
其中，树脂粘结剂的用量为2千克/平方米，SMA混合料的摊铺厚度为8厘米。
实施例13
本实施例提供一种混凝土铺装表面的磨耗层的施工方法，主要针对破损路面修复；包括以下步骤：
S11：对破损路面进行表面清理，去除松动的碎石；
S12：对破损路面进行平整度检测，并进行标识；
S13：对破损路面进行精找平，得到待铺装结构；
S20：在待铺装结构上涂布所述树脂粘结剂，在树脂粘结剂未固化前撒布碎石集料；养护2小时后清除多余碎石集料。
通过铺设试验段对本实施例提供的技术方案进行测试，试验段铺设后进行摩擦系数测试；之后进行人工打磨，模拟车辆对铺装表面的磨耗，测定其摩擦系数；最后铺设5毫米磨耗层，自然养生后进行摩擦系数测试。对铺设磨耗层后的铺装结构进行粘结强度测试，断裂于磨耗层与下层铺装的粘结处，试验数据见表4。
表4
试验项目
磨耗后的铺装
铺设磨耗层后
原始铺装
BPN
41
85
85
粘结强度(MPa)
-
2.36
-
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
- 上一篇：一种医用注射器针头装配设备
- 下一篇：内置式排水装置以及高架桥