一种基于高性能生态大孔隙混凝土材料的复合路面结构的制作方法

1.本发明属于交通工程材料制备及路面结构技术领域，涉及一种基于高性能生态大孔隙混凝土材料的复合路面结构。


背景技术：

2.随着海绵城市的普及，对于高性能生态大空隙混凝土材料的需求和应用要求越来越高。生态大空隙路面作为一种有效的海绵设施，具有显著的透、蓄水功能，多用于人行道、步行街道、园林道路等无机动车荷载道路，以及有轻型荷载要求的道路、广场、停车场等区域。由于生态大空隙路面自身的大空隙结构在荷载作用下应力集中现象明显易于破坏，较少在中重载道路得到应用。部分应用于中重载区域的大空隙路面，常因为过于重视力学承载能力和耐久性能的提升，导致自身各种空隙特征显著下降，比如透水性能的降低，一旦出现暴雨天气，很容易出现积水，影响行人与交通。
3.此外，现阶段生态大空隙路面施工工艺简陋，施工过程中面层往往在压实过程中会被过多的沥青、水泥胶浆阻塞，基于空隙特征的各种功能性能显著降低，这些问题在一定程度上影响了该技术的应用。


技术实现要素：

4.本发明的目的就是提供一种基于高性能生态大孔隙混凝土材料的复合路面结构，用于解决现有大空隙混凝土路面生态/空隙功能差、力学强度低和服役寿命短的问题。
5.本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
6.一种基于高性能生态大孔隙混凝土材料的复合路面结构，包括一上一下堆叠设置的大孔隙沥青混凝土层与大孔隙水泥混凝土层，所述的大孔隙沥青混凝土层与大孔隙水泥混凝土层的厚度比为(3-8):(10-25)。
7.作为优选的技术方案，所述的复合路面结构，均宜采用自动化摊铺方式以保证施工质量，因此大孔隙沥青混凝土层与大孔隙水泥混凝土层所用的材料应具有良好的施工和易性，压实不翻浆，适宜快速、大面积摊铺等特性。
8.进一步地，所述的大孔隙沥青混凝土层的厚度为3-8cm，孔隙率为10-12％，由大孔隙沥青混凝土材料采用拌合楼干拌法(额外添加增强剂)分批次大批量拌和生产的方式进行制备，包括按照配比将沥青增强剂(具有高温高黏、中低温热固、高强等改性效果)同细集料一起运送至拌合楼中，搅拌均匀、形成具有良好流动性的弱热固性大孔隙沥青混凝土材料。
9.具体的制备方法包括：
10.m1：第一份sbs改性沥青与沥青增强剂、矿粉、细集料先加入至拌合楼中，拌和至少30s；；
11.m2：将粗集料、第二份sbs改性沥青一起加入至拌合楼中进行拌和，拌和时间优选在60s以上，即得到大孔隙沥青混凝土材料；
12.其中，所述的粗集料、细集料、矿粉、sbs改性沥青、沥青增强剂的质量比为(1900-2000):(180-200):(130-140):(130-140):(10-20)，所述的第一份sbs改性沥青与第二份sbs改性沥青的质量比为(2.4-3.8):1。
13.进一步地，所述的粗集料为玄武岩集料，粒径分布为5-10mm。
14.进一步地，所述的细集料为石灰岩机制砂，粒径0-4.75mm，其中0-2.36mm(质量占比0-25％)。
15.进一步地，所述的矿粉直径》0.075mm的通过率为95-100％。
16.进一步地，所述的沥青增强剂为颗粒状增塑、增黏型沥青增强剂，含有少量热固性橡胶颗粒，其平均粒径优选为1-3mm。
17.进一步地，所述的分批次大批量拌和生产的方式中，每批拌和量应在10-20m3。
18.作为优选的技术方案，所述的弱热固性大孔隙沥青混凝土材料，需要依据混合料运送距离及天气原因保证混合料温度(≥175℃)，保证摊铺前混合料具有良好的施工和易性及压实特性。
19.进一步地，所述的大孔隙水泥混凝土层的厚度为10-25cm，孔隙率为15-20％，强度达到c25以上(抗压强度≥25mpa，抗折强度≥3.0)。由大孔隙水泥混凝土材料制成，所述的大孔隙水泥混凝土材料的制备方法包括：
20.n1：第一份水加入至拌合楼中；
21.n2：将水泥与水泥增强剂混合后，再与集料以及第二份水分别加入至拌合楼中进行拌和，拌和时间优选在120s以上，即得到大孔隙水泥混凝土材料；
22.其中，所述的集料、水泥、水、水泥增强剂的质量比为1680:460:155:18，所述的第一份水与第二份水的质量比为(0.8-1.8):4，灰集比为0.20-0.25，水灰比为0.32-0.36。
23.进一步地，所述的集料的粒径分布为5-10mm。
24.进一步地，所述的水泥增强剂为粉体，在提升混凝土强度的同时具有增黏、增塑作用，以方便大空隙水泥混凝土的自动化摊铺、压实等工序，用量为水泥重量的3-5％。
25.进一步地，所述的灰集比中，水泥为硅酸盐水泥，并优选为普通硅酸盐水泥p.o 42.5；集料为玄武岩，可用品质较高的石灰岩替换。
26.进一步地，所述的大孔隙水泥混凝土层的缩缝和胀缝表面贴合有抗裂土工布，其抗剪强度不小于0.6mpa。
27.进一步地，所述的大孔隙沥青混凝土层与大孔隙水泥混凝土层之间还设有透水粘结层，所述的透水粘结层由高粘结乳化沥青、硅烷偶联剂、透层油按100:4:10质量配比，以100-300转/分钟搅拌5-10分钟均匀即可制成。其中高粘结乳化沥青由宁波大千市政工程有限公司制备(dq004改性)，并且该高粘结乳化沥青的破乳时间少于20min，透水系数不小于5mm/s。
28.进一步地，所述的大孔隙水泥混凝土层内埋设有溢流管，所述的溢流管上开设有多个进液孔，可极大地减少暴雨期内路面的地表径流，增加行车安全性，溢流管管径根据设计需求不宜大于5cm。
29.基于减碳、节能及可持续发展的理念，本发明在保证生态大空隙水泥混凝土材料生态功能、力学强度和耐久性的同时，以大空隙沥青混凝土制成上面层，以大空隙水泥混凝土制成下面层，并由高粘结力乳化沥青作为中间粘结层，形成复合路面结构。其中上面层采
用高性能生态大空隙沥青路面，发挥其抗滑、降噪、行车安全舒适等功能特性，下面层选用高性能生态大空隙水泥混凝土路面，发挥其透、蓄水能力强、力学强度高、耐久性好结构寿命长的优势，从而极大提升大空隙复合路面的生态功能、力学性能及耐久性并降低了综合造价。
30.本发明中的路面结构从而得到复合路面结构；
31.与现有技术相比，本发明具有以下特点：
32.1)本发明中所用大空隙沥青混凝土具有高温高黏、中低温热固、高强等特性，能够增强上面层的透蓄水、抗滑、降噪、降温和行车安全舒适等功能特性，实验表明其抗飞散性能达到5-7％(规范≤15％)，车辙动稳定度为8000-12000(规范≤5000)，透水系数≥5mm/s；大空隙水泥混凝土具有高黏、高塑及易于机械化施工等特性，发挥其透、蓄水能力强、力学强度高、耐久性好结构寿命长的优势，进而增强复合路面的整体功能、路用性能及服役年限，实验表明其抗压强度可达到25-35mpa，抗折强度可达到3.0-4.0mpa，透水系数≥10mm/s；
33.2)通过使用透水水泥层(透、蓄水能力强，力学强度高，耐久性好，结构寿命长)取代透水沥青路面下面层的复合路面的形式，在保证生态大空隙路面功能特性的同时，显著提升大空隙生态路面力学、路用性能及服役寿命。同时，使用自动化摊铺的方式进行快速施工，弥补大空隙水泥混凝土人工摊铺浪费工期及摊铺质量无法保证的难题，这些技术的实现均会极大地节省人力、物力及降低综合造价，进而拓宽大空隙生态路面在交通领域、尤其是中重载领域的应用市场；
34.3)本发明在大空隙沥青混凝土材料与大孔隙水泥混凝土材料的制备过程中，将沥青增强剂或水泥增强剂同细集料一起运送，可保证拌和期间高温下黏性很强的增强剂能够较均匀地分布在细集料表面，保证增强效果；
35.4)在制备大空隙沥青混凝土时，分两批加入偏酸性沥青：第一批高质量比sbs改性沥青与碱性石灰岩细集料、矿粉等拌和，利用化学酸碱吸附反应有利于形成高性能沥青砂浆；第二批较少质量比sbs改性沥青(较软)直接裹覆粗集料，形成柔性保护膜，再与高性能沥青砂浆(较硬：有矿粉、细集料掺加)拌和，减少因混合料内部大孔隙存在粗集料尖端与沥青砂浆直接接触时，应力集中现象的发生，有利于提升界面粘结强度，进而提升沥青混凝土的力学性能和耐久性。
附图说明
36.图1为实施例中一种基于高性能生态大孔隙混凝土材料的复合路面结构的结构示意图；
37.图2为实施例中一种基于高性能生态大孔隙混凝土材料的复合路面结构的实物图；
38.图中标记说明：
39.1-大孔隙沥青混凝土层、2-大孔隙水泥混凝土层、3-透水粘结层、4-溢流管、5-防水粘结层、6-水泥稳定碎石基层、7-压实土基。
具体实施方式
40.下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
41.实施例1：
42.一种大孔隙沥青混凝土材料，其制备方法包括以下步骤：
43.原料包括：粒径分布5-10mm的玄武岩粗集料1980kg，0-4.75mm石灰岩细集料(机制砂)195kg，矿粉130kg，sbs改性沥青133kg，沥青增强剂24kg(北京中天路业科技有限公司，提供的g-10000高黏改性剂)；
44.m1：向拌合楼中注入99.8kg sbs改性沥青，履带式均匀送入沥青增强剂、矿粉、石灰岩细集料，高速拌和30s；
45.m2：加入剩余33.2kg sbs改性沥青与玄武岩粗集料一同加入至拌合楼中，并高速(90转/分钟)拌和60s，得到大孔隙沥青混凝土材料；
46.m4：基于上述步骤采用相同配比，制得5批大孔隙沥青混凝土材料，每批拌和量控制在10-20立方米；
47.结合《公路沥青路面施工技术规范》(jtg f40-2019)中标准马歇尔试件和车辙板的制样和测试方法，该混凝土材料肯塔堡飞散实验的混合料平均损失为6.3％(远远小于规范要求；15％)，车辙动稳定度平均为11800(远大于规范要求；5000次/mm)。
48.一种大孔隙水泥混凝土材料，其制备方法包括以下步骤：
49.原料包括：5-10mm玄武岩集料1680kg，p.o 42.5水泥460kg，水155kg，水泥增强剂18kg；
50.n1：向拌合楼中注入31kg水润湿拌和系统；
51.n2：将水泥、水泥增强剂提前混合均匀，之后再与集料一同加入至拌合楼中；
52.n3：加入剩余124kg水，并高速拌和100s，得到大孔隙水泥混凝土材料；
53.n4：基于上述步骤采用相同配比，制得40批大孔隙水泥混凝土材料，每批拌和量控制在5-10立方米。
54.结合《混凝土物理力学性能试验方法标准》(gb/t 50081-2019)中标准抗压和抗折试件的制样和测试方法，常温养护下该混凝土材料的28天龄期抗压强度高达33mpa，抗折强度高达4.0mpa。其中养护采用土木织布覆盖洒水养护7天，一天至少3次；温度高于30℃时宜增加洒水频次，保证土工布处于湿润状态。
55.如图1所示的一种基于高性能生态大孔隙混凝土材料的复合路面结构，其制备方法包括以下步骤：
56.s1：压实土基7：第一遍用16振动压路机静压即稳压，6遍振动压实，压实度不小于96％；
57.s2：水泥稳定碎石基层6：采用mt9500a型摊铺机自动化摊铺，慢速(1.5m/min)，松铺系数为1.25，夯实力需通过预实验确定；之后采用双钢轮振动压路机，慢速(1.0km/h)静压2遍，单轮振动压路(2.5km/h)机振动压实，最后胶轮碾压(3.0km/h)2次；
58.s3：防水粘结层5：采用人工涂刷或机械喷涂施工，涂布应均匀，同时需防止空气的浸入；
59.s4：大孔隙水泥混凝土层2：运输车与摊铺车同步行使边摊铺边卸料。摊铺机自带捣实系统中的压力参数设置为30％(一次摊铺成型，20cm)，摊铺速度约为1.5m/min；摊铺前，按照排水设计要求，每隔20m在防水粘结层表面布设一根纵向溢流管，周围包裹纵向截面为梯形的碎石，振平压实；摊铺起始及暂停阶段，人工补料用振动板震平以弥补初始误差；摊铺过程中，有孔洞处人工补料；采用人工磨光的方式，边摊铺边磨光，制得8cm大孔隙水泥混凝土层2；
60.s5：在大孔隙水泥混凝土层2的缩缝和胀缝表面贴合跨度0.5m长的抗裂土工布，类型为山东威丰飞创环保科技有限公司生产的自粘式聚酯玻纤布，抗剪强度≥0.6mpa；
61.s6：高粘结乳化沥青、硅烷偶联剂、透层油按100:4:10质量配比，以100-300转/分钟搅拌5-10分钟均匀得到透水粘结层材料，在大孔隙水泥混凝土层2及抗裂土工布表面上用喷洒机械均匀涂布透水粘结层材料，形成透水粘结层3，破乳时间少于20min，破乳前不能进行大空隙沥青混凝土的铺设，透水系数不小于5mm/s；其中高粘结乳化沥青由宁波大千市政工程有限公司制备(dq004改性)；
62.s7：大孔隙沥青混凝土层1：运输车与摊铺车同步行使，边摊铺边卸料；1-2辆运输车等待，摊铺机不间断施工，摊铺速度约为2.5m/min；
63.即得到厚度为2cm的大孔隙沥青混凝土层1以及复合路面结构(如图2所示)。
64.路面平均孔隙达到18.6％，透水系数达6mm/s(规范≥0.5mm/s)，抗滑值bpn≥65(规范≥42)，抗飞散性能达到6.3％(规范≤15％)车辙动稳定度平均为11800(规范≥5000次/mm)，耐久性提升30％。
65.上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。