专利名称：大粒径透水性沥青混合料新型路面结构的制作方法
技术领域：
本实用新型属于交通运输工程领域，涉及一种用于高速公路、国省干线公路、市政道路 的新建、改建、大中修工程中，形成新型的路面结构组合，尤其涉及一种大粒径透水性沥青 混合料新型路面结构。
背景技术：
目前我国公路通车总里程已突破200万公里，其中沥青路面占了大多数，由于经济、技 术等原因，以石灰稳定类和水泥稳定类为主的半刚性基层沥青路面是目前己建沥青路面的主 要结构形式。半刚性基层由于其整体强度高、板体性好，使沥青路面具有较高的承载能力， 而且材料容易获得，为提高我国公路交通的整体水平发挥重要作用。
已建半刚性基层沥青路面经过一段时间的使用后，必须进行加铺改造，以恢复路面的使 用功能，尤其当路面出现早期损害后，加铺改造往往更早。旧沥青路面常用的加铺方案是在 其上铺设半刚性基层，再铺设沥青面层，此种加铺方案具有结构承载力强、结构层材料设计 简单等优点；但同时也存在工程量大、高程增加多，以及未能充分利用旧路面的面层材料等 缺点。特别是不能避免反射裂缝及无法排水的缺陷，使加铺后的路面重新面临早期损害的可 能。
随着对半刚性基层认识的不断深入，对其进一步扩大应用的趋势越来越受到自身弱点的 制约。首先，半刚性基层的温度裂缝和干縮开裂及引起的反射裂缝难以避免，其次由于半刚 性基层的致密性，无法排除沥青层内和渗入半刚性基层上水，水分的积存造成基层表面的冲 刷、唧浆及沥青混合料的水损害。
大量研究证明，采用LSPM能够有效的防止反射裂缝的发生，并且能够排出路面结构内部 的水分，避免水分对下层或沥青面层的破坏；另外LSPM具有较高的模量和抵抗变形的能力， 可以直接用于旧路补强或新建路的结构层中。
发明内容
本实用新型的目的就是为了解决目前高速公路仅采用半刚性基层加传统沥青层所带来的 病害，如反射裂缝、坑槽、唧泥等问题，提供一种具有结构简单，透水性好，不易发生早期 水损坏，可有效延长路面使用寿命等优点的大粒径透水性沥青混合料新型路面结构。
为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案-
一种大粒径透水性沥青混合料新型路面结构，它包括基层，所述基层上依次设有大粒径 透水性沥青混合料层和至少一层沥青层；其中大粒径透水性沥青混合料层是由粒径25mm-62咖 的单粒径粗集料形成骨架并与适量的0 4. 75ram粒径的填充细集料与沥青胶结料混合而组成 的骨架型沥青混合料，每一沥青层厚度不大于大粒径透水性沥青混合料层厚度。
所述沥青层为粒径相异的上下两层沥青或粒径相异的上中下三层沥青。
所述基层为旧沥青路面或旧水泥混凝土路面或碎石化以及压稳后的水泥混凝土路面或半 刚性基层。
本实用新型是基于半刚性基层的大粒径透水性沥青混合料新型路面结构。它在传统的半 刚性结构层上铺设了大粒径透水性沥青混合料层和至少一层沥青层，大粒径透水性沥青混合 料层可起到抑止半刚性基层反射裂缝、增强结构层排水减轻水损坏、提高抗开裂、抗车辙、 抗水损坏、抗疲劳、延长路面结构使用寿命等作用。
LSPM (Large Stone Porous asphalt Mixes大粒径透水性沥青混合料，以下简称LSPM) 是指混合料最大公称粒径大于26. 5mm，具有一定空隙率能够将水分自由排出路面结构的沥青混合料，LSPM通常用作路面结构中的基层。LSPM的设计采用了新的理念，从级配设计角度考 虑，LSPM应当是一种新型的沥青混合料，通常由较大粒径(25mm-62mm)的单粒径集料形成 骨架由一定量的细集料形成填充而组成的骨架型沥青混合料。LSPM设计为半开级配或者开级 配。由于LSPM有着良好的排水效果，通常为半开级配(空隙率为13-18%)。它不同于一般的 沥青处治碎石混合料(ATPB)基层，也不同于密级配沥青稳定碎石混合料(ATB)。沥青处治 碎石(ATPB)粗集料形成了骨架嵌挤，其基本上没有细集料填充，因此空隙率很大， 一般大于 18%，具有非常好的透水效果,但由于没有细集料填充空隙率过大其模量较低而且耐久性较差。 密级配沥青稳定碎石混合料(ATB)也具有良好的骨架结构，空隙率一般在3-6%,因此其不 具有排水性能。LSPM级配经过严格设计，其形成了单一粒径骨架嵌挤，并且采用少量细集料 进行填充，提高混合料模量与耐久性，在满足排水要求的前提下降低混合料的空隙率，其空 隙率一般为13-18%,因此其既具有良好的排水性能又具较高模量与耐久性。 本实用新型具有以下优点
(1) 级配良好的LSPM可以抵抗较大的塑性和剪切变形，承受重载交通的作用，具有较 好的抗车辙能力，提高了沥青路面的高温稳定性；特别是对于低速、重车路段，需要的路面 承载力较高时，设计良好的LSPM与传统的沥青混凝土相比，显示出十分明显的抗永久变形能 力。
(2) LSPM有着良好的排水功能，可以兼有路面排水层的功能。
(3) 由于LSPM有着较大的粒径和较大的空隙，它可以有效地减少反射裂缝。
(4) 大粒径集料的增多和矿粉用量的减少，减少比表面积，减少了沥青总用量，从而降 低工程造价。
(5) 与通常的半刚性基层相比，提髙了工程施工速度，减少了设备投入。
(6) 在大修改建工程中，可大大缩短封闭交通时间，社会经济效益显著。
图1为本实用新型的实施例1的结构示意图； 图2为本实用新型的实施例2的结构示意图； 图3为本实用新型的实施例3的结构示意图。 其中，l.基层，2.大粒径透水性沥青混合料层，3.沥青层。
具体实施方式
以下结合附图与实施例对本实用新型做进一步说明。
实施例1:
图1中，其基层1为旧沥青路面，在该路面的基础上铺设一层10-15cm的大粒径透水性 沥青混合料层2，然后再在其上再依次铺设三层粒径相异的沥青层3,其总厚度在16-18crn。
或其基层1为高速公路路面，在其上铺设一层10-15cra的大粒径透水性沥青混合料层2, 然后再在其上依次铺设三层粒径相异的的沥青层3，其中厚度为16-18cm。
或其基层1为旧水泥混凝土碎石化后粒径偏大路面，在其上铺设一层10-12cra的大粒径 透水性沥青混合料层2,然后再在其上铺设三层粒径相异的的沥青层3，其中厚度为16-18cm。
或其基层l为半刚性基层，在其上铺设一层15cra的大粒径透水性沥青混合料层2，然后 再在其上铺设三层粒径相异的的沥青层3，其中厚度由上向下依次为4cm、 6cm、 8cm。
实施例2:
图2中，其基层l为旧沥青路面，在该路面的基础上铺设一层10-15cm的大粒径透水性 沥青混合料层2，然后再在其上再依次铺设二层粒径相异的沥青层3,其总厚度在10-12cm。或者在该路面的基层上1铺设一层8-10cm的大粒径透水性沥青混合料层2，然后再在其 上再依次铺设二层粒径相异的沥青层3，其总厚度在8-10cra。
或者其基层1为高速公路路面，在其上铺设一层10-12cm的大粒径透水性沥青混合料层 2，然后再在其上依次铺设二层粒径相异的的沥青层3，其中厚度为10-12cm。
或者其基层1为旧水泥混凝土路面，在其上铺设一层8-12cm的大粒径透水性沥青混合料 层2,然后再在其上依次铺设二层粒径相异的的沥青层3，其中厚度为10-12cm。
或者其基层1为旧水泥混凝土碎石化后粒径偏大路面，在其上铺设一层8-12cm的大粒径 透水性沥青混合料层2,然后再在其上铺设二层粒径相异的的沥青层3,其中厚度为10-12cm。
实施例3:
.图4中，其基层1为旧沥青路面，在该路面的基础上铺设一层8-10cm的大粒径透水性沥 青混合料层2，然后再在其上再依次铺设一层粒径相异的沥青层3,其总厚度在4-6cm。
或者其基层1为旧水泥混凝土路面，在其上铺设一层8-12cm的大粒径透水性沥青混合料 层2，然后再在其上铺设一层粒径相异的的沥青层3，其中厚度为4-6cm。
大粒径透水性沥青混合料层2的性能有
l高温稳定性
LSPM为单一粒径骨架嵌挤型混合料，9.5iran以上粗集料比例在70%左右，形成了完整的 骨架嵌挤，因此具有良好的高温稳定性，研究表明设计更合理的LSPM是解决重载交通下高温 车辙问题最经济有效的途径之一。
2水稳定性
沥青混合料在浸水条件下，由于沥青与矿料的粘附力降低，表现为混合料的整体力学强 度降低。尤其对于LSPM，由于孔隙较大，沥青用量少，矿料之间的接触点比普通沥青混合料 少，更应该考虑水稳定性。为了更好的保证混合料的水稳定性，对于LSPM的胶结料宜采用较 高粘度的改性沥青(如MAC、 SBS改性沥青)，能够形成较厚的沥青膜，可使沥青膜的厚度大 于12um。大量试验研宄表明，LSPM具有良好的水稳定性。
3疲劳性能
沥青路面的疲劳开裂也是沥青路面最主要的破坏模式之一，因而沥青混合料的疲劳性能 一直受到研究人员的广泛关注。沥青路面使用期间，经受车轮荷载的反复作用，其应力或应 变长期处于交迭变化状态，致使路面结构强度逐渐下降。当荷载重复作用超过一定的次数以 后，在荷载作用下路面内产生的应力就会超过路面结构强度下降后的结构抗力，在路面处治 层底部产生疲劳开裂，在荷载继续作用下，裂缝扩展至路表面形成疲劳裂缝。
LSPM为嵌挤型混合料，粗集料比例很大、沥青用量较低、空隙率较大，因此其疲劳性能 要较密级配、密实型沥青混合料低，但与密级配沥青稳定碎石基层(ATB)疲劳性能相当。经 验算LSPM层出现较大拉应力时，可采用以下两种方法改善结构抗疲劳性能
(1) 精心进行路面结构组合设计，让LSPM层处于受压区域，基本上不出现拉应力；
(2) 在LSPM层下增设细粒式沥青混合料抗疲劳层。
4渗透性能
LSPM的主要功能之一是能迅速将渗入路面中的水迅速排出，LSPM当空隙率达到13%时， 混合料的渗透系数发生突变，而空隙率达到18%以后渗透系数变化不明显， 一般渗透系数为 从0.01cm/s到1.0cra/s之间，此时能够满足混合料排水性能的要求，而对于密级配沥青混合 料即使空隙率达到10%，其渗透系数的数量级一般为10—s，这也就是说混合料的渗透性能不仅与空隙率有关，更重要是与混合料的连通空隙有关。正是基于上面的原因LSPM的设计空隙率 可以定为13 18%，混合料渗透系数要求为大于0. 01cm/s。
5抵抗反射裂缝能力
由于作用于路面的实际荷载为运动荷载，总会经历对称加载和非对称加载过程，在交通 荷载作用下导致基层或旧路面中的裂缝向沥青面层反射的主要原因裂缝尖端剪应力的奇异 性。无论是对称荷载还是非对称荷载作用，裂缝尖端的应力强度因子都将随着加铺基层模量 的增大而增大。沥青混合料是一种温度敏感性材料，其模量随温度的变化十分明显，因此冬 季出现反射裂缝的概率远大于夏季，而且当气温下降速度和幅度都很大时，加铺层中反射裂 缝的发展也很迅速。LSPM由于空隙率较大、沥青含量低，因此其模量也较低， 一般在400 600MPa之间，远较密级配沥青混合料低。
根据断裂力学分析，混合料中没有孔隙或空隙非常小时无论是对称荷载还是非对称荷载 作用，裂缝尖端应力状态都有很大的奇异性，当存在较大空隙时将极大的消减了裂缝尖端的 应力集中，这就说明在裂缝扩展过程中，大空隙的存在能阻碍其进一步的发展。
根据以上分析，LSPM模量较低，而且空隙率较大，混合料中存在较大连通空隙，因此其 具有较强的抵抗反射裂缝的能力。
综合以上对LSPM性能的分析，可以得到的性能优点(1) LSPM由于粗集料形成了完整 的骨架嵌挤结构，具有较强的抵抗车辙变形能力；(2)采用了较高粘度的改性沥青，沥青膜 厚度较大，具有较高的水稳定性；(3)空隙率较大，渗水系数能够满足结构排水要求，能够 将渗入路面的水分迅速排水结构以外；(4)由于其模量不是非常高，而且存在大量的连通空 隙，具有很高的抵抗反射裂缝能力。
权利要求1、一种大粒径透水性沥青混合料新型路面结构，它包括基层，其特征是所述基层上依次设有大粒径透水性沥青混合料层和至少一层沥青层；每一沥青层厚度不大于大粒径透水性沥青混合料层厚度。
2、 根据权利要求1所述的大粒径透水性沥青混合料新型路面结构，其特征是所述沥青 层为粒径相异的上下两层沥青或粒径相异的上中下三层沥青。
3、 根据权利要求1所述的大粒径透水性沥青混合料新型路面结构，其特征是所述基层 为旧沥青路面或旧水泥混凝土路面或碎石化以及压稳后的水泥混凝土路面或半刚性基层。
4、 根据权利要求1所述的大粒径透水性沥青混合料新型路面结构，其特征是所述大粒 径透水性沥青混合料层厚度为8-18cm。
专利摘要本实用新型公开了一种大粒径透水性沥青混合料新型路面结构。它解决了目前高速公路仅采用半刚性基层加传统沥青层所带来的病害，如反射裂缝、坑槽、唧泥等问题，具有结构简单，透水性好，不易发生早期水损坏，可有效延长路面使用寿命等优点。其结构为它包括基层，所述基层上依次设有大粒径透水性沥青混合料层和至少一层沥青层；每一沥青层厚度不大于大粒径透水性沥青混合料层厚度。
文档编号E01C7/18GK201158791SQ200820018180
公开日2008年12月3日 申请日期2008年2月20日 优先权日2008年2月20日
发明者张宏庆, 张玉宏, 房建果, 武 李, 毕玉峰, 林 王, 王松根, 马世杰 申请人:山东省交通厅公路局;山东省交通科学研究所;山东省公路建设(集团)有限公司