超高性能混凝土表面与上面层之间的嵌石结构及施工方法与流程

本发明涉及混凝土铺面施工领域，尤其涉及一种超高性能混凝土表面与上面层之间的嵌石结构及其施工方法。
背景技术：
：超高性能混凝土是近年来迅速发展起来的一种纤维增强水泥基复合材料，因其抗压强度高、超高韧性、表面致密且耐久性良好等优势，成功应用于重要铺面结构。为保护该结构不受车辆荷载直接机械损伤，在超高性能混凝土表面铺设上面层，以满足车辆行驶性能要求。由于超高性能混凝土材料组分内不包含粗骨料，颗粒粒径一般小于1mm，成型后表面致密且光滑，为此，通常采用硬刻槽法、抛丸法以增加嵌锁力和抗滑移水平，效果比较好。但这两种方法也存在问题：1、硬刻槽法①表面刻槽深度3mm～4mm，宽度3mm～5mm，间距7mm～10mm，将破坏超高性能混凝土结构，降低钢筋保护层厚度；同一厚度的超高性能混凝土的抗折能力也会相应下降，虽可通过增加超高性能混凝土厚度弥补，但明显增加结构自重，提高工程造价。②之后的维护工程，更换旧面层时，要重新刻槽或对原刻槽进行清理，存在进一步破坏超高性能混凝土结构，且增加结构钢筋锈蚀风险。2、抛丸法①超高性能混凝土表面实施抛丸，只能产生细观纹理的粗糙面,这是由于超高性能混凝土材料组分中不包含粗骨料，故抛丸工艺只能形成细观尺度的表面构造。②在抗滑移性能和抗剪能力方面，超高性能混凝土表面细观构造存在不足。③抛丸方式下，常温(20℃)时超高性能混凝土与沥青上面层层间抗剪强度可满足工程要求；但在高温(60℃)下，层间抗剪强度大幅下降，不能满足受力要求，存在高温稳定性不足而出现层间剪切破坏的风险。技术实现要素：本发明所要解决的技术问题是：针对超高性能混凝土表面与上面层之间可能存在的剪切破坏问题，特别是炎热地区、重交通、特重交通道路，或者是连续长、陡纵坡路段，桥面铺装等对抗滑移及抗剪强度要求较高的工程，本发明构建超高性能混凝土表面宏观与细观多尺度纹理结构，强化嵌锁力与粘结力的协同作用，全面提升超高性能混凝土与上面层层间抗剪强度与抗滑移性能，为此设计了一种超高性能混凝土表面与上面层之间的嵌石结构及其施工方法。为解决上述技术问题，本发明首先公开了一种超高性能混凝土表面与上面层之间的嵌石结构，包括超高性能混凝土基层、超高性能混凝土基层表面嵌固的碎石、粘结层和上面层；所述粘结层位于所述超高性能混凝土基层与碎石形成的表面的上部，所述上面层位于所述粘结层的上面，所述碎石的一端嵌固在所述超高性能混凝土基层内，而另一端则向所述上面层凸起；所述超高性能混凝土基层的上表面因受所述碎石的挤压而形成凹凸表面；所述碎石和凹凸表面的布设使所述超高性能混凝土基层与上面层之间形成宏观与细观多尺度嵌锁结构。进一步的，所述超高性能混凝土基层的表面构造深度td＝1.0～2.0mm。进一步的，所述碎石在超高性能混凝土基层内的嵌入深度为其粒径的2/5～3/5，该种嵌入深度与超高性能混凝土的嵌固效果最佳。进一步的，所述碎石形状为多面体，其材料为石英砂或玄武岩，其粒径为4.75～9.5mm；因为超高性能混凝土密布纤维，若碎石太粗，将严重扰动表面结构、且压入困难；太细起不了嵌固作用。所述碎石表面洁净干燥或裹覆与超高性能混凝土一致的砂浆料，砂浆料的主要成分与超高性能混凝土一样，所以在碎石表面裹覆一薄层，可以使得碎石与超高性能混凝土结合。进一步的，所述碎石的撒布数量为所述超高性能混凝土基层表面积的40％～80％。进一步的，所述凹凸表面中平均凹陷深度为3～6mm。进一步的，所述上面层为沥青混凝土、改性沥青混凝土、沥青玛蹄脂碎石、环氧沥青混凝土、superpave或novachip的任一一种或者多种组合形成的沥青混合料，所述沥青混合料的厚度控制为10mm～60mm；或者所述上面层为薄层聚合物罩面，所述薄层聚合物罩面的厚度控制为6mm～25mm。进一步的，所述超高性能混凝土基层与上面层的常温下层间斜剪强度在1.5mpa以上，所述超高性能混凝土基层与上面层的60℃层间斜剪强度在1.0mpa以上。然后本发明公开了一种上述超高性能混凝土表面与上面层之间的嵌石结构的施工方法，包括以下步骤：1)铺筑超高性能混凝土基层后，在超高性能混凝土基层未初凝之前撒布碎石；2)将碎石压入超高性能混凝土基层内，嵌入深度为碎石粒径的2/5～3/5，形成凹凸表面；3)超高性能混凝土基层高温蒸养后，自然冷却，采用压缩空气进行表面吹扫，去掉表面浮浆及松动的碎石；4)在凹凸表面上喷洒粘结材料形成粘结层，所述粘结层选用高黏度改性沥青或热沥青,其用量0.8～1.4l/m2，或选用改性乳化沥青，用量0.3～0.6l/m2；5)在超高性能混凝土基层上的凹凸表面上设置上面层，使碎石完全与上面层结合形成整体，所述上面层采用沥青混合料。进一步的，所述步骤4)中，粘结层采用环氧树脂类材料，用量为0.9～1.3kg/m2，所述步骤5)中，上面层采用聚合物混凝土。与现有技术相比，本发明的优点在于：通过坚硬的碎石一部分固结在超高性能混凝土中，另一部分固结在上面层中，增强界面嵌锁力，在超高性能混凝土表面构建宏观与细观多尺度纹理结构，强化嵌锁力与粘结力的协同作用，同时，结合粘结层的黏结材料的黏结作用，有效阻止上面层在基层界面的滑移，大幅提升超高性能混凝土与上面层之间的抗滑移性能、抗剪性能以及高温稳定性。下面将参照附图，对本发明作进一步详细的说明。附图说明构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：图1是本发明优选实施例公开的超高性能混凝土表面与上面层之间的嵌石结构示意图；图2是本发明优选实施例公开的超高性能混凝土表面与上面层之间的嵌石结构第一局部放大示意图；图3是本发明优选实施例公开的超高性能混凝土表面与上面层之间的嵌石结构第二局部放大示意图。图例说明：1、超高性能混凝土基层；2、碎石；3、凹凸表面；4、粘结层；5、上面层。具体实施方式以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。本发明首先公开了一种超高性能混凝土表面与上面层之间的嵌石结构，如图1-图3所示，包括超高性能混凝土基层1、粘结层4和上面层5，粘结层4位于超高性能混凝土基层1的上面，上面层5位于粘结层4的上面，在本实施例中，超高性能混凝土基层1与上面层5之间嵌布有大量的碎石2；碎石2一端嵌固在超高性能混凝土基层1内，而另一端则嵌固在上面层5内。超高性能混凝土基层1的上表面因受碎石2的挤压而形成有一凹凸表面3；碎石2和凹凸表面3的布设使超高性能混凝土基层1与上面层5之间形成嵌锁结构。通过该种结构，大幅提高了超高性能混凝土基层1表面与上面层5之间的抗滑移性能、抗剪性能以及高温稳定性。其中，在本实施例中，碎石2形状为多面体，采用石英砂，其粒径为4.75mm～9.5mm，因为超高性能混凝土密布纤维，若碎石太粗，将严重扰动表面结构、且压入困难；太细起不了嵌锁作用。撒布数量为超高性能混凝土基层1表面积的60％。同时，在使用时碎石2表面洁净干燥，碎石2在超高性能混凝土基层1内的嵌入深度为碎石粒径的3/5，此时，碎石与超高性能混凝土的嵌固效果最佳。而超高性能混凝土基层1表面的凹凸面3平均深度为4mm，表面的构造深度td＝1.0～2.0mm，优选的，表面的构造深度td＝1.8mm，此时具有更好的抗滑移效果。在具体施工应用时，上面层5可以为沥青混凝土、改性沥青混凝土、沥青玛蹄脂碎石、环氧沥青混凝土或superpave或novachip的一种或者多种的组合，其厚度为10mm～60mm，在本实施例中，上面层5采用35mm沥青玛蹄脂碎石(stonemasticasphalt)。可选的，上面层5的铺设材料为薄层聚合物混凝土罩面，其厚度为6mm～25mm。然后，本发明公开了上述超高性能混凝土表面与上面层之间的嵌石结构的施工方法，包括以下步骤：1)铺筑超高性能混凝土基层1后，在超高性能混凝土基层1未初凝之前撒布碎石2；2)将碎石2压入超高性能混凝土基层1内，嵌入深度为碎石粒径的2/5～3/5，形成凹凸表面3；3)超高性能混凝土基层1高温蒸养后，自然冷却，采用压缩空气进行表面吹扫，去掉表面浮浆及松动的碎石；4)在凹凸表面3上喷洒黏结材料形成粘结层4，粘结层4选用高黏度改性沥青或热沥青,其用量0.8～1.4l/m2，或选用改性乳化沥青，用量0.3～0.6l/m2；5)在超高性能混凝土基层1上的凹凸表面3上设置上面层5，使碎石2完全与上面层5结合形成整体，上面层5采用沥青混合料。可选的，在实际施工过程中，上述施工方法的步骤4)中，粘结层4采用环氧树脂类材料，用量为0.9～1.3kg/m2，步骤5)中，上面层5采用聚合物混凝土，也可以达到优良的效果。进一步的，在本实施例中，对成型后的超高性能混凝土光面、抛丸与嵌石进行表面纹理横向对比试验，结果如表1所示(其中光面为超高性能混凝土表面不作处理)：表1超高性能混凝土表面纹理构造深度表面类型光面刻槽抛丸嵌石td/mm0.510.660.52～0.601.0～2.0从表1可看出,超高性能混凝土表面抛丸后，其表面构造深度td略高于未经处理的光面，但明显不及嵌石(即嵌入碎石2)的效果。同时，将抛丸法与嵌石法进行抗剪强度横向对比试验,超高性能混凝土与沥青上面层层间斜剪试验结果如表2所示(其中，抛丸1指采用抛丸机对uhpc表面抛丸，表面构造深度td＝0.54mm；抛丸2指采用抛丸机对uhpc表面抛丸，表面构造深度td＝0.58mm；60％嵌石指撒布碎石的数量为超高性能混凝土基层1表面积的60％，碎石粒径为4.75mm～9.5mm；80％嵌石指撒布碎石的数量为超高性能混凝土基层1表面积的80％，碎石粒径为4.75mm～9.5mm。):表2超高性能混凝土与沥青上面层层间斜剪试验结果从表2可看出,抛丸方式下，常温(20℃)时超高性能混凝土与沥青上面层层间抗剪强度可达0.71～0.80mpa，满足工程要求，高温(60℃)下，层间抗剪强度为0.41～0.45mpa，因而存在高温稳定性不足而出现层间剪切破坏的风险；但是采用嵌石方式，不仅斜剪强度远大于其它方法的测试结果，而且其受高温的影响最小，具有明显的优势。以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。当前第1页12