一种全系钢渣组合式沥青路面结构的制作方法

本发明属于路面铺装的，具体的涉及一种全系钢渣组合式沥青路面结构。

背景技术：

1、公路是国民经济和社会发展的重要基础设施，作为国民经济的重要组成部分，对国民经济具有举足轻重的促进和制约作用，我国90％以上的高等级公路沥青路面均为含半刚性基层的路面结构。然而公路等基础设施建设将面临高质量石料产量不足的问题：一方面，半刚性基层路面结构厚度大，铺筑半刚性基层沥青路面结构需要消耗大量的砂石集料等筑路材料，我国仅沥青路面建设每年需要消耗优质砂石料2.5亿吨(砌成横截面尺寸1m2的墙可绕地球赤道2.8圈)，而砂石料的采集对环境产生了极大的负面影响，导致山体等生态环境的破坏；同时优质石料资源匮乏地区，为保证路面质量往往需要远距离从外地运输，甚至是跨区域调运，造成巨大的运输压力和能源消耗，成本巨大；另一方面半刚性基层的收缩开裂及由此引起沥青路面的反射性裂缝普遍存在，造成路面结构出现早期损坏，周期性的大修、重建同样造成巨大的资源浪费以及资金、环保压力。

2、钢渣是钢铁工业中产生量最大的固体废物，产量约为粗钢产量的15％。钢渣集料具有强度高、耐磨性强、与沥青吸附好等优点，经处理后具有良好的路用性能，是替代砂石集料的良好筑路材料。但钢渣在路面中的应用率仅为钢渣产量的10％，仍有大部分钢渣无法得到有效利用，究其原因，是由于目前钢渣的利用主要存在以下问题：一是钢渣与普通集料特性存在差异，钢渣含有游离氧化钙等不稳定组分，遇水易膨胀，传统直接替代集料应用的方法存在造成路面发生破坏的潜在风险。

3、二是现有技术在钢渣掺入混合料时，钢渣的掺入量较少，仍是以石料占大比例的混合料，并且现有的钢渣混合料无法做到全系(沥青路面全结构)应用，当掺入钢渣后，路面极易出现蘑菇云状的炸裂，究其根本在于钢渣掺量存在问题以及钢渣集料的配比无法匹配。

4、三是沥青路面混合料用集料规格要求高，传统应用方法对钢渣集料应用率低，无法做到粗细集料在沥青路面的全结构中实现全系应用，提高了钢渣应用成本的同时也造成极大浪费。

技术实现思路

1、本发明的目的在于针对上述存在的缺陷而提供一种全系钢渣组合式沥青路面结构，与现有技术相比，本发明的路面结构与传统沥青路面完全不同，通过不同结构层钢渣含量及规格的差异化应用，使得钢渣粗细集料得到全系应用，即沥青路面自上而下路面所有的结构均为掺钢渣集料的混合料结构，不仅提高了钢渣使用率，节省了砂石集料等筑路材料的应用，经济社会效益巨大；而且所得沥青路面具有较长的使用寿命，传统沥青路面结构的使用寿命一般12-15年，而本发明所述的全系钢渣组合式沥青路面结构的使用寿命可达20-25年。

2、本发明的具体技术方案如下：

3、一种全系钢渣组合式沥青路面结构，位于路基上，自下而上依次为路基改善层、组合式基层和沥青面层。

4、路基改善层为全钢渣粒料改善层；

5、组合式基层自下而上依次为含细钢渣集料的半刚性基层和含大粒径钢渣集料的柔性基层；

6、沥青面层自下而上依次为中高钢渣掺量的沥青混合料下面层和高钢渣掺量的抗滑磨耗表面层。

7、其中，所述全钢渣粒料改善层由100％钢渣集料与水拌和碾压而成。

8、所述含细钢渣集料的半刚性基层中4.75mm筛孔以下的集料为钢渣集料，4.75mm筛孔以上的集料为石料；胶结料为水泥。

9、所述含大粒径钢渣集料的柔性基层中19mm筛孔以上的集料采用钢渣集料，19mm筛孔以下的集料为石灰岩、机制砂和矿粉；胶结料为沥青。

10、所述中高钢渣掺量的沥青混合料下面层中4.75-19mm的集料为钢渣集料与石灰岩集料的复合料或100％钢渣集料，其中当4.75-19mm的集料为钢渣集料与石灰岩集料的混合料时，4.75-19mm的集料中的钢渣集料掺量≤沥青混合料下面层集料总量的70％；胶结料为沥青。

11、所述高钢渣掺量的抗滑磨耗表面层中4.75mm以上的集料为钢渣集料，4.75mm以下的集料为石灰岩和矿粉；胶结料为沥青，助剂为木质素纤维。

12、本发明中，所述全系钢渣组合式沥青路面结构的各层具体为：

13、所述全钢渣粒料改善层的钢渣集料的具体构成如下：按照质量比计，粒径20-30mm钢渣集料：10-20mm钢渣集料：5-10mm钢渣集料：0-5mm钢渣集料为12-18：27-33：20-26：29-35。

14、所述含细钢渣集料的半刚性基层的集料具体构成如下：按照质量比计，20-25mm石料：10-20mm石料：5-10mm石料：3-5mm钢渣集料：0-3mm钢渣集料为22-28：25-31：18-24：6-12：14-20。

15、优选的，所述石料为石灰岩集料、花岗岩集料、角闪岩集料或城市建筑垃圾材料中的一种或几种。

16、所述含细钢渣集料的半刚性基层的集料的含水率为4.8-5.2％。

17、所述含大粒径钢渣集料柔性基层的集料具体构成如下：按照质量比计，20-30mm钢渣集料：10-20mm钢渣集料：5-10mm石灰岩：0-5mm石灰岩机制砂：矿粉为41-47：1-6：10-16：8-14：24-30：1-5。

18、所述含大粒径钢渣集料的柔性基层中的沥青胶结料为sbs改性石油沥青；该sbs改性石油沥青的用量为3.2-3.8wt％。

19、所述中高钢渣掺量的沥青混合料下面层的集料具体构成如下：按照质量比计，10-30mm钢渣集料：10-20mm钢渣集料：5-10mm钢渣集料：0-5mm石灰岩机制砂：矿粉为13-19：28-34：20-26：24-30：1-6。下面层是在基层以上的关键持力层，4.75-19的集料为最重要的集料，也是骨架所要求性能要求很好的集料范围，而传统的该档集料选用石灰岩其抵抗车辙能力和耐久性均不佳，本发明所述的该层集料配比能够有效进行补强其抗车辙能力和耐久性。

20、所述中高钢渣掺量的沥青混合料下面层中的沥青胶结料为sbs改性石油沥青；沥青用量为3.9-4.5wt％。

21、所述高钢渣掺量的抗滑磨耗表面层的集料具体构成如下：按照质量比计，10-15mm钢渣集料：5-10mm钢渣集料：0-3mm石灰岩：矿粉＝35-41:33-40:12-18:7-13。

22、所述高钢渣掺量的抗滑磨耗表面层的集料中的沥青胶结料为高粘弹改性石油沥青；沥青用量为5.6-6.2wt％；木质素纤维的用量为0.3-0.36wt％。

23、所述的钢渣集料的含水率为4.0％-4.5％；钢渣集料的游离氧化钙含量≤3％，浸水膨胀率≤1.8％。

24、进一步的，所述全系钢渣组合式沥青路面结构的各层具体为：

25、所述全钢渣粒料改善层的钢渣集料的具体构成如下：按照质量比计，粒径20-30mm钢渣集料：10-20mm钢渣集料：5-10mm钢渣集料：0-5mm钢渣集料为15：30：23：32。

26、所述含细钢渣集料的半刚性基层的集料具体构成如下：按照质量比计，20-25mm石料：10-20mm石料：5-10mm石料：3-5mm钢渣：0-3mm钢渣＝25：28：21：9：17。

27、所述含细钢渣集料的半刚性基层的集料的含水率为5.1％，最大干密度为2.374g/cm3。

28、所述含大粒径钢渣集料的柔性基层的集料具体构成如下：按照质量比计，20-30mm钢渣集料：10-20mm钢渣集料：5-10mm石灰岩：0-5mm石灰岩机制砂：矿粉＝44：3：13：11：27：2。

29、所述含大粒径钢渣集料的柔性基层中的沥青胶结料sbs改性石油沥青的用量为3.5wt％。

30、所述中高钢渣掺量的沥青混合料下面层的集料具体构成如下：按照质量比计，10-30mm钢渣集料：10-20mm钢渣集料：5-10mm钢渣集料：0-5mm石灰岩机制砂：矿粉＝16：31：23：27：3。

31、所述中高钢渣掺量的沥青混合料下面层中的沥青胶结料sbs改性石油沥青的用量为4.2％。

32、所述高钢渣掺量的抗滑磨耗表面层的集料具体构成如下：按照质量比计，10-15mm钢渣集料：5-10mm钢渣集料：0-3mm石灰岩：矿粉＝38：37：15：10。

33、所述高钢渣掺量的抗滑磨耗表面层的集料中的沥青胶结料高粘弹改性石油沥青用量为5.9wt％；木质素纤维的用量为0.33wt％。

34、所述的钢渣集料的含水率为4.3％；最大干密度为2.261g/cm3。

35、本发明中，所述的全系钢渣组合式沥青路面结构的全钢渣粒料改善层的级配范围为：标准筛孔37.5mm通过率范围为100％；标准筛孔31.5mm通过率范围为90～100％；标准筛孔19mm通过率范围为64～84％；标准筛孔9.5mm通过率范围为40～59％；标准筛孔4.75mm通过率范围为24～42％；标准筛孔2.36mm通过率范围为14～30％；标准筛孔0.6mm通过率范围为6～17％；标准筛孔0.075mm通过率范围为0～7％。

36、本发明中，所述的全系钢渣组合式沥青路面结构的含细钢渣集料的半刚性基层的级配范围为：标准筛孔31.5mm通过率范围为100％；标准筛孔26.5mm通过率范围为92～100％；标准筛孔19mm通过率范围为80～86％；标准筛孔9.5mm通过率范围为45～55％；标准筛孔4.75mm通过率范围为28～36％；标准筛孔2.36mm通过率范围为18～26％；标准筛孔0.6mm通过率范围为10～16％；标准筛孔0.075mm通过率范围为2～5％。

37、本发明中，所述的全系钢渣组合式沥青路面结构的含大粒径钢渣集料的柔性基层的级配范围为：标准筛孔37.5mm通过率范围为100％；标准筛孔31.5mm通过率范围为90～100％；标准筛孔26.5mm通过率范围为70～95％；标准筛孔19mm通过率范围为40～76％；标准筛孔13.2mm通过率范围为28～58％；标准筛孔9.5mm通过率范围为19～39％；标准筛孔4.75mm通过率范围为6～29％；标准筛孔2.36mm通过率范围为6～18％；标准筛孔1.18mm通过率范围为3～15％；标准筛孔0.6mm通过率范围为2～10％；标准筛孔0.3mm通过率范围为1～7％；标准筛孔0.15mm通过率范围为1～6％；标准筛孔0.075mm通过率范围为1～4％。

38、本发明中，所述的全系钢渣组合式沥青路面结构的中高钢渣掺量的沥青混合料下面层的级配范围为：标准筛孔26.5mm通过率范围为100％；标准筛孔19mm通过率范围为90～100％；标准筛孔16mm通过率范围为83～95％；标准筛孔13.2mm通过率范围为73～86％；标准筛孔9.5mm通过率范围为56～70％；标准筛孔4.75mm通过率范围为35～48％；标准筛孔2.36mm通过率范围为22～33％；标准筛孔1.18mm通过率范围为16～23％；标准筛孔0.6mm通过率范围为10～16％；标准筛孔0.3mm通过率范围为6～11％；标准筛孔0.15mm通过率范围为5～9％；标准筛孔0.075mm通过率范围为4～6％。

39、本发明中，所述的全系钢渣组合式沥青路面结构的高钢渣掺量的抗滑磨耗表面层的级配范围为标准筛孔16mm通过率范围为100％；标准筛孔13.2mm通过率范围为90～100％；标准筛孔9.5mm通过率范围为50～75％；标准筛孔4.75mm通过率范围为20～34％；标准筛孔2.36mm通过率范围为15～26％；标准筛孔1.18mm通过率范围为14～24％；标准筛孔0.6mm通过率范围为12～20％；标准筛孔0.3mm通过率范围为10～16％；标准筛孔0.15mm通过率范围为9～15％；标准筛孔0.075mm通过率范围为8～12％。

40、本发明中，所述的全系钢渣组合式沥青路面结构中全钢渣粒料改善层的厚度为15-20cm，含细钢渣集料的半刚性基层的厚度为50-60cm，含大粒径钢渣集料的柔性基层的厚度为10-15cm，中高钢渣掺量的沥青混合料下面层的厚度为12-16cm，高钢渣掺量的抗滑磨耗表面层的厚度为4-6cm。

41、本发明中，所述的全系钢渣组合式沥青路面结构中全钢渣粒料改善层的压实度≥96％；含细钢渣集料的半刚性基层的压实度≥97％；含大粒径钢渣集料的柔性基层的空隙率为15-20％；中高钢渣掺量的沥青混合料下面层和高钢渣掺量的抗滑磨耗表面层的空隙率均为2-3％。

42、本发明的有益效果为：与现有技术相比，本发明的全系钢渣组合式沥青路面结构具有以下优势：

43、(1)通过不同结构层钢渣含量及规格的的差异化应用，使得钢渣粗细集料得到全系应用，提高了钢渣使用率，目前钢渣的掺量一般为20-30％，而本发明的钢渣掺量至少为70％，甚至可达90％以上的全钢渣，节省了砂石集料等筑路材料的应用，经济社会效益巨大。

44、以某全长309.2公里的4车道高速公路为例，采用本发明所述的全系钢渣组合式沥青路面结构，相较于目前传统沥青路面，可节省建设和养护费约2.68万元/(年·km·单车道)，每年全长所节省费用总计：2.68万元/年·km×309.2公里×4车道×1年＝3314.624万元。

45、(2)通过在混合料中掺加具有高强度、高耐磨性、强吸附等优点的钢渣集料，同时根据各结构层功能掺入特定规格的钢渣集料且对含钢渣集料混合料进行针对性设计，避免了钢渣遇水膨胀给路面结构造成的病害风险，提高了路面结构性能，延长了道路使用寿命，寿命可达20-25年。

46、(3)通过在半刚性材料中掺入具有微膨胀特性的细钢渣集料，减少了半刚性材料收缩裂缝的发生，提高了路面结构的耐久性，减少了路面养护维修造成的资金和社会压力。

47、(4)通过在沥青混合料中掺入钢渣集料，提升了沥青混合料的抗车辙性能，有效减少了路面早期损坏。

48、(5)通过在表面层用沥青混合料中掺入钢渣集料，提升了沥青路面的抗滑、抗磨耗性能，提高了行车安全性。