專利名稱：：路基面表層防水瀝青混合料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種防水材料，特別涉及一種用于客運(yùn)專線無(wú)砟軌道鐵路路基的路基面表層防水瀝青混合料。
背景技術(shù)：
：材料建造于露天環(huán)境的路基工程，為保證路基工程動(dòng)力特性和承載特性的長(zhǎng)期穩(wěn)定，必須構(gòu)建完善的客運(yùn)專線無(wú)砟軌道鐵路路基工程防排水體系。路基工程防排水體系包括路基填料抵御水侵蝕；路基面防排水；地下排水，包括路堤基底地下排水和和路塹基床換填底部地下排水；邊坡防排水及地面排水，包括路堤、路塹邊坡防排水以及側(cè)溝、天溝、排水溝。路基面防排水是客運(yùn)專線路基防排水體系中的重要組成部分。為防止表水滲入路基本體，路基面防水宜采用全封閉防水措施。國(guó)內(nèi)外高速鐵路均十分重視路基面防水處理，高速鐵路路基面防水處理方案目前主要有如下幾類①?gòu)?qiáng)化基床表層。如日本水硬性級(jí)配碎石層(在德國(guó)稱作"路基保護(hù)層")，或者50~80mm厚的瀝青混凝土層(一般達(dá)200~250mm以擴(kuò)散應(yīng)力)。②采用瀝青道床。如日本寬枕瀝青填充道床少維修軌道結(jié)構(gòu)形式，德國(guó)雙塊式軌枕瀝青混凝土道床無(wú)砟軌道、凹槽式整體軌枕瀝青混凝土道床無(wú)砟軌道和鋼桿式整體軌枕瀝青混凝土道床等。③高速鐵路路基表層設(shè)置"墊層"。法國(guó)高鐵較多采用該方案，墊層不僅起到防水隔潮，而且還可以擴(kuò)散應(yīng)力使路基土受力均勻。④軌道基礎(chǔ)板邊緣至路肩處鋪設(shè)瀝青混凝土防水層。我國(guó)首條無(wú)砟軌道試驗(yàn)段——遂渝線無(wú)碴軌道試驗(yàn)段采用該種形式。我國(guó)《客運(yùn)專線無(wú)砟軌道鐵路設(shè)計(jì)指南》明確規(guī)定混凝土支承層或混凝土底座以外的路基面應(yīng)設(shè)防水層，采用厚5~10cm的瀝青混凝土或C25混凝土，因此在軌道基礎(chǔ)板邊緣至路肩處鋪設(shè)瀝青混凝土防水層是我國(guó)目前客運(yùn)專線建設(shè)中采用的主要方案，但尚未形成一套技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和評(píng)價(jià)體系，難以保證工程質(zhì)量。該方案中瀝青混凝土防水層并未直接受列車荷載作用，這是較德國(guó)、日本瀝青混凝土強(qiáng)化基床表層所不同的?？傊瑖?guó)內(nèi)外對(duì)于路基面防水處理措施綜合貫徹的是加強(qiáng)路基面排水設(shè)施，形成防滲排水密切結(jié)合的綜合排水系統(tǒng)的思想。因此，路基面防水方案應(yīng)全面系統(tǒng)規(guī)劃，以達(dá)到盡快將地表水、滲透水排入排水溝的目的。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種具有良好的防水性能的用于無(wú)砟軌道鐵路的路基面表層防水瀝青混合料。本發(fā)明解決上述技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是本發(fā)明的路基面表層防水瀝青混合料，其滲透系數(shù)K〈10xl(T4cm/s,空隙率VV1。/。3。/。，標(biāo)準(zhǔn)馬歇爾穩(wěn)定度MS>5kN，凍融劈裂強(qiáng)度比TSR>60%。所述路基面表層防水瀝青混合料的級(jí)配類型為SAMI-IO。所述路基面表層防水瀝青混合料中選用50#、70#或90#瀝青。本發(fā)明的有益效果是，具有良好的防水性能，能起到防止表水下滲，用于客運(yùn)專線無(wú)砟軌道鐵路路基面，可保護(hù)路基基床土不受水的侵蝕，其最終的效果是保持路基基床動(dòng)力性能長(zhǎng)期穩(wěn)定，保證高速行車的舒適性和安全可靠。本發(fā)明的路基面表層防水瀝青混合料同樣可用于其他不承受荷載的場(chǎng)坪的防水處理。本說(shuō)明書(shū)包括如下八幅附圖圖1示出的是無(wú)砟軌道鐵路路基面SAMI層的現(xiàn)場(chǎng)布置形式示意圖；圖2示出的是本發(fā)明SAMI混合料的技術(shù)指標(biāo)體系；圖3示出的是本發(fā)明SAMI混合料的配合比確定過(guò)程流程圖；圖4示出的是SAMI-10S混合料的滲透系數(shù)K與用油量的關(guān)系曲線；圖5示出的是SAMI-1OS混合料的空隙率VV與用油量的關(guān)系曲線；圖6示出的是SAMI-10S混合料的標(biāo)準(zhǔn)馬歇爾穩(wěn)定度MS與用油量的關(guān)系曲線；圖7示出的是SAMI-10S混合料的低溫線收縮系數(shù)C與用油量的關(guān)系曲線；圖8示出的是SAMI-10S混合料的凍融劈裂強(qiáng)度比TSR與用油量的關(guān)系曲線。具體實(shí)施方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明。為方便敘述，在本說(shuō)明書(shū)中將本發(fā)明的路基面表層防水瀝青混合料命名為"SAMI混合料"(SurfaceAsphaltMixtureImpermeable)，其鋪筑后形成的防水層稱為"SAMI層"(SAMILayer)。參照?qǐng)Dl，在軌道基礎(chǔ)板邊緣至路肩處鋪設(shè)防水瀝青混合料(SAMI混合料)形成路基面防水表層(SAMI層)是我國(guó)目前客運(yùn)專線建設(shè)中采用的主要方案。參照?qǐng)D2，本發(fā)明通過(guò)大量的研究實(shí)驗(yàn)，建立了一種主要用于無(wú)砟軌道鐵路路基面防水表層的防水瀝青混合料的技術(shù)指標(biāo)體系。1.滲透系數(shù)K滲水性能是瀝青混合料考慮的最重要、最核心的性能，本發(fā)明以滲透系數(shù)K(cm/s)作為評(píng)價(jià)SAMI混合料滲水性能的指標(biāo)，該指標(biāo)采用公路工程滲水系數(shù)的測(cè)定方法，經(jīng)過(guò)單位換算得到。滲透系數(shù)K指標(biāo)不僅是SAMI混合料設(shè)計(jì)，包括最佳瀝青用量確定、室內(nèi)配合比設(shè)計(jì)檢驗(yàn)以及現(xiàn)場(chǎng)配制方法的重要指標(biāo)，更是直接反映SAMI層施工質(zhì)量控制的關(guān)鍵指標(biāo)。2.空隙率VV高溫性能決定了空隙率VV應(yīng)存在下限。因SAMI層不存在車輛荷載作用，高溫穩(wěn)定性能的指標(biāo)主要是基于泛油而考慮。本發(fā)明采用控制空隙率VV的措施間接控制SAMI混合料的高溫穩(wěn)定性能，同時(shí)標(biāo)準(zhǔn)馬歇爾穩(wěn)定度MS也可作為SAMI混合料的高溫性能指標(biāo)，因此空隙率VV與標(biāo)準(zhǔn)馬歇爾穩(wěn)定度MS構(gòu)成本發(fā)明SAMI混合料的高溫指標(biāo)。試驗(yàn)表明，滲透系數(shù)K指標(biāo)與空隙率VV指標(biāo)存在很強(qiáng)的相關(guān)性，所以空隙率VV與滲透系數(shù)K構(gòu)成本發(fā)明SAMI混合料的防水指標(biāo)。3.低溫線收縮系數(shù)CSAMI層暴露于自然環(huán)境，承受氣候的多變帶來(lái)的復(fù)雜的光照作用和溫度應(yīng)力，這對(duì)于材料的高低溫性能是個(gè)考驗(yàn)，特別如外界溫度較低(尤其是溫度驟降)，SAMI層將產(chǎn)生溫度收縮應(yīng)力，當(dāng)收縮應(yīng)力超過(guò)SAMI混合料的容許拉應(yīng)力便會(huì)產(chǎn)生橫向裂縫，這種低溫開(kāi)裂嚴(yán)重影響到SAMI層的防滲效果，所以必須保證SAMI混合料具有足夠的抗低溫能力。本發(fā)明中，首先建立各類型SAMI混合料的低溫線收縮系數(shù)C與用油量之間的定量關(guān)系，然后用低溫凍裂試驗(yàn)進(jìn)行定性檢驗(yàn)，最后間接提出低溫線收縮系數(shù)C控制本發(fā)明SAMI混合料低溫性能的定量指標(biāo)。4.標(biāo)準(zhǔn)馬歇爾穩(wěn)定度MSSAMI層除承受施工機(jī)具荷載外，還可能對(duì)列車高速動(dòng)荷載產(chǎn)生疲勞響應(yīng)，所以應(yīng)保證其基本的承載能力，本發(fā)明采用標(biāo)準(zhǔn)馬歇爾穩(wěn)定度MS進(jìn)行本發(fā)明SAMI混合料基本強(qiáng)度的評(píng)價(jià)，其標(biāo)準(zhǔn)參考二級(jí)公路要求。5.凍融劈裂強(qiáng)度比TSR良好的抗水損害能力是SAMI層應(yīng)具備的又一個(gè)重要性能，本發(fā)明SAMI混合料采用凍融劈裂強(qiáng)度比TSR作為評(píng)價(jià)該性能的指標(biāo)，凍融劈裂強(qiáng)度結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)馬歇爾穩(wěn)定度構(gòu)成本發(fā)明SAMI混合料的綜合強(qiáng)度指標(biāo)。6.其他指標(biāo)SAMI層最小厚度從三個(gè)方面考慮，實(shí)驗(yàn)室室內(nèi)試驗(yàn)的車轍模板尺寸；施工操作可行性；實(shí)際防水需要。綜合分析，將SAMI層最小厚度確定為在攤鋪碾壓后達(dá)到5cm,水環(huán)境復(fù)雜的地區(qū)應(yīng)適當(dāng)增厚。此外，SAMI混合料鋪筑后的外觀特性構(gòu)成了相應(yīng)的美學(xué)指標(biāo)，要求外觀致密整潔，粗細(xì)均勻少離析。最小厚度及外觀特性等構(gòu)成了SAMI混合料的其他指標(biāo)。本發(fā)明SAMI混合料的主要技術(shù)指標(biāo)如表1所示。術(shù)指標(biāo)參考標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)指標(biāo)滲透系數(shù)K(cm/s)空隙率vv(%)標(biāo)準(zhǔn)馬歇爾穩(wěn)定度MS(kN)凍融劈裂強(qiáng)度比TSR(%)低溫線收縮系數(shù)c(廠c)評(píng)價(jià)方法T0730-2000公式計(jì)算T0709-2000T0729-2000T0720-1993參考標(biāo)準(zhǔn)<lOxlCT41~3>5>60<30xl0-6本發(fā)明SAMI混合料配合比的確定方法一、原材料選擇1.石料由于我國(guó)幅員遼闊，各地材料的分布也具有各自不同特點(diǎn)，因此瀝青混合料礦質(zhì)石料的選擇應(yīng)根據(jù)具體的情況而定，但無(wú)論是機(jī)制碎石還是卵石軋制碎石，均應(yīng)保證各檔材料良好的級(jí)配，而材料本身的強(qiáng)度可居于次要地位，這是由SAMI混合料本身所應(yīng)具備的功能決定的，同時(shí)由于要保證SAMI混合料良好的抗水損害能力，所以需保證石料與結(jié)合料有一定的粘附性。因此，石料選用應(yīng)結(jié)合當(dāng)?shù)貙?shí)際情況優(yōu)先選用堿性石料，以增強(qiáng)SAMI混合料的抗水損害能力。2.填料填料對(duì)于SAMI混合料的空隙率的影響具有十分重要的作用，而空隙率又是直接決定SAMI混合料設(shè)計(jì)成敗的關(guān)鍵指標(biāo)，所以SAMI混合料設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)特別重視填料的選用以及保證一定的粉膠比。因此，填料一般選用憎水性礦粉，在瀝青與礦料粘附性不足時(shí)可考慮添加抗剝落劑、部分消石灰或水泥等措施以增強(qiáng)混合料水穩(wěn)定性。3.瀝青由于瀝青的性能直接影響到瀝青混合料的性能，考慮本發(fā)明SAMI混合料的功能特點(diǎn)，對(duì)瀝青的選擇應(yīng)該特別重視其耐老化性能和與礦料的粘附性能，如果考慮對(duì)瀝青改性，可以考慮上述兩方面進(jìn)行改性。此外，瀝青的選擇需根據(jù)不同的氣候分區(qū)，如寒區(qū)則應(yīng)更加重視瀝青本身的低溫抗裂性能。根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)并結(jié)合道路石油瀝青技術(shù)規(guī)定建議，在我國(guó)大部分地區(qū)可以選用70#瀝青，50#及90#瀝青也可以滿足要求，為滿足北方及南方環(huán)境溫度的要求，建議南方炎熱地區(qū)優(yōu)先選用50#瀝青，北方寒冷7地區(qū)優(yōu)先選用90#瀝青。二、級(jí)配類型選4奪本發(fā)明通過(guò)大量的研究實(shí)驗(yàn)，可以確定SAMI-10是普遍適用的瀝青混合料級(jí)配類型，但是考慮到不同的溫度分區(qū)，如寒區(qū)應(yīng)更多關(guān)注混合料的低溫抗裂性，熱區(qū)應(yīng)多重視混合料的高溫穩(wěn)定性(主要是泛油問(wèn)題)，因此，SAMI-5(瀝青砂)及SAMI-13在一定的環(huán)境下也可以采用。三、最佳瀝青用量確定本發(fā)明通過(guò)對(duì)SAMI-10偏上(SAMI-10S)混合料最佳瀝青用量的確定研究，以此建立熱拌瀝青防水混合料的設(shè)計(jì)技術(shù)指標(biāo)體系，然后應(yīng)用于其他類型和級(jí)配的SAMI混合料。SAMI-10三種典型級(jí)配混合料的試驗(yàn)指標(biāo)與用油量的關(guān)系曲線如表2所示。表2SAMI-10防水瀝青混合料試驗(yàn)指標(biāo)與用油量關(guān)系數(shù)據(jù)表<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>SAMI-10S混合料主要試驗(yàn)指標(biāo)與瀝青用量的關(guān)系曲線如圖4至圖8所示。采用如下步驟確定混合料最佳瀝青用量(以SAMI-10S瀝青混合料為例)步驟1:通過(guò)核心指標(biāo)滲透系數(shù)K和空隙率VV確定瀝青用量范圍。根據(jù)滲水試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試的實(shí)際情況，考慮如密封、裝置及人為等誤差因素，滲透系數(shù)K小于或等于10mL/min(滲透系數(shù)為8.22x10-3cm/s，為方便可取10xlO-3cm/s)的混合料可以作為防滲材料，將最大滲水系數(shù)對(duì)應(yīng)的瀝青含量記為OAC1;同時(shí)，現(xiàn)有公路瀝青混合料的研究及經(jīng)驗(yàn)表明，混合料的空隙率不宜小于3%，否則容易產(chǎn)生泛油現(xiàn)象和高溫車轍，但在本發(fā)明中SAMI混合料不存在交通荷載影響(除施工過(guò)程中臨時(shí)承受的施工機(jī)具載荷)，但是環(huán)境溫度的變化使得瀝青的膨脹和收縮，進(jìn)而需要混合料存在一個(gè)最小空隙率，考慮到SAMI混合料的最低空隙率不宜低于1%。將最低空隙率VV對(duì)應(yīng)的瀝青含量記為0AC2，而OAC2對(duì)比0AC1可能出現(xiàn)三種情況①OACKOAC2為一般情況；@OACl=OAC2，則可將0.5%空隙率對(duì)應(yīng)的瀝青用量作為OAC，2;③OAC1>OAC2,即該級(jí)配的瀝青混合料不宜作為防水混合料。由圖4和圖5可以看出AC-10S的瀝青混合料，其瀝青用量范圍屬第①種情況，并且OAC^4.8。/。、OAC2=5.9%即由核心指標(biāo)滲水系數(shù)和空隙率確定了本試驗(yàn)中SAMI-10S混合料的瀝青用量范圍OAClOAC2為4.8%5.9%。步驟2:通過(guò)一般強(qiáng)度指標(biāo)(標(biāo)準(zhǔn)馬歇爾穩(wěn)定度MS)和耐候性指標(biāo)(低溫線收縮系數(shù)C、凍融劈裂強(qiáng)度比TSR)確定SAMI混合料的最佳瀝青用量OAC。在瀝青用量范圍OAClOAC2內(nèi)，其他指標(biāo)主要存在三種情況①該范圍內(nèi)其它指標(biāo)曲線變換不明顯；②該范圍內(nèi)其它指標(biāo)曲線單調(diào)遞增或遞減；③該范圍內(nèi)其它指標(biāo)曲線有極值。本試驗(yàn)圖6示出的SAMI-10S的馬歇爾穩(wěn)定度-用油量關(guān)系曲線在已確定的瀝青用量范圍內(nèi)存在極值，即21kN對(duì)應(yīng)的瀝青用量5.8%為標(biāo)準(zhǔn)馬歇爾穩(wěn)定度MS指標(biāo)對(duì)應(yīng)的最佳瀝青用量，因此可取OAC3=5.8%。根據(jù)SAMI-10S低溫線收縮試驗(yàn)結(jié)果，繪制線收縮系數(shù)-瀝青用量關(guān)系曲線(圖7),可以取該范圍內(nèi)最小低溫線收縮系數(shù)值對(duì)應(yīng)的瀝青用量為該指標(biāo)對(duì)應(yīng)的最佳瀝青用量，因此可取oac4=4.8%考慮到公路工程將劈裂凍融強(qiáng)度大于80%作為路用瀝青混合料檢測(cè)依據(jù)，由于sami層不存在車輛荷載，故將該指標(biāo)降低至70%,即將其作為該指標(biāo)判斷最佳瀝青用量的下限。如本試驗(yàn)sami-10s的凍融劈裂強(qiáng)度比tsr-用油量關(guān)系曲線(圖8)在該范圍內(nèi)呈現(xiàn)單調(diào)遞增，而最低限值70%即位于該范圍內(nèi)，因此可取oac5=5.5%。步驟3:最佳瀝青用量的確定。綜合考慮，取其均值作為最佳瀝青用量oac,即<formula>formulaseeoriginaldocumentpage10</formula>所以，本試驗(yàn)sami-10s最佳瀝青用量為<formula>formulaseeoriginaldocumentpage10</formula>其他級(jí)配類型的sami混合料均可按上述步驟進(jìn)行最佳瀝青用量的確定，需要說(shuō)明的是如果滲透系數(shù)k不滿足最基本的要求，則該級(jí)配類型的混合料是不宜作為防水瀝青混合料的，則無(wú)需進(jìn)行瀝青用量的確定。四、配合比設(shè)計(jì)纟全驗(yàn)按照最佳瀝青用量和已確定的級(jí)配類型重新拌制防水混合料成型相應(yīng)試件，進(jìn)行五大指標(biāo)(滲透系數(shù)k、空隙率vv、標(biāo)準(zhǔn)馬歇穩(wěn)定度ms、低溫線收縮系數(shù)c以及凍融劈裂強(qiáng)度比tsr)的試驗(yàn)，如果滿足表1所列技術(shù)指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)，則可確定配合比。權(quán)利要求1.路基面表層防水瀝青混合料，其特征是該混合料的滲透系數(shù)K＜10×10-4cm/s，空隙率VV1％～3％，標(biāo)準(zhǔn)馬歇爾穩(wěn)定度MS＞5kN，凍融劈裂強(qiáng)度比TSR＞60％。2.如權(quán)利要求1所述的路基面表層防水瀝青混合料，其特征是該混合料的低溫線收縮系數(shù)C<30x1(T6/°C。3.如權(quán)利要求1或2所述的路基面表層防水瀝青混合料，其特征是該混合料攤鋪碾壓后所形成路基面防水表層的最小厚度為5cm。4.如權(quán)利要求1所述的路基面表層防水瀝青混合料，其特征是該混合料的級(jí)配類型為SAMI-IO、SAMI-5或SAMI-13。5.如權(quán)利要求1所述的路基面表層防水瀝青混合料，其特征是該混合料中選用50#、70#或90#瀝青。全文摘要本發(fā)明公開(kāi)了一種路基面表層防水瀝青混合料，主要用于無(wú)砟軌道鐵路的路基面表層，也可用于其他不承受荷載的場(chǎng)坪的防水處理。該混合料的滲透系數(shù)K＜10×10^-4cm/s，空隙率VV1％～3％，標(biāo)準(zhǔn)馬歇爾穩(wěn)定度MS＞5kN，凍融劈裂強(qiáng)度比TSR＞60％。本發(fā)明的有益效果是，具有良好的防水性能，能起到防止表水下滲，用于客運(yùn)專線無(wú)砟軌道鐵路路基面，可保護(hù)路基基床土不受水的侵蝕，其最終的效果是保持路基基床動(dòng)力性能長(zhǎng)期穩(wěn)定，保證高速行車的舒適性和安全可靠。文檔編號(hào)C04B26/26GK101259995SQ20081004455公開(kāi)日2008年9月10日申請(qǐng)日期2008年5月28日優(yōu)先權(quán)日2008年5月28日發(fā)明者邱延俊,魏永幸申請(qǐng)人:中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司