一种高掺量橡胶改性沥青永久性路面结构的制作方法

1.本发明涉及道路建筑材料领域，尤其涉及一种高掺量橡胶改性沥青永久性路面结构。


背景技术：

2.近年来，随着我国经济水平和道路建设水平的不断提升，公路和城市道路对路面的要求也越来越高。然而，我国公路路面使用寿命普遍偏短，按照现行标准，我国高速公路沥青路面的设计寿命为15年，而发达国家普遍在20年以上。我国大部分旧沥青路面已经进入大中修期，每年约有1万公里高速公路、20万公里普通公路需进行大中修改造，公路建设、养护与大中修需要消耗大量资源，有资料显示，我国沥青混合料消耗量逐年递增，生态环境被严重破坏，而且，频繁的路面大中修造成交通拥堵，显著降低了道路的通行能力和路网的运输效率。永久性沥青路面设计年限长，使用寿命可提高到30-50年，减缓道路进入大中修期，全寿命周期费用低，减少资源消耗和生态环境破坏，有效支撑交通绿色低碳发展。
3.高掺量橡胶改性沥青是路面胶结材料技术的新型产品，加入较高比例橡胶粉后采用复合改性工艺，能够充分发挥橡胶粉和sbs(丁苯橡胶)改性剂之间的优势，形成的产品具有较好的高、低温性能，提高混合料的路用性能，同时废旧轮胎应用于道路工程可以消耗大量的废橡胶轮胎，符合中国乃至世界范围内提倡的绿色交通发展策略。
4.目前我国已经有高掺量橡胶改性沥青的室内路用性能试验研究，但是掺量高于30％的高掺量橡胶改性沥青的实际工程应用较少，研究成果集中于掺量低于26％的橡胶改性沥青，主要是由于传统湿法橡胶沥青相容性差、易离析，无法获得存贮稳定的高掺量橡胶改性沥青。高掺量橡胶改性沥青粘度大，不利于生产、运输与施工。跟普通沥青相比，永久性路面使用高掺量橡胶改性沥青，提高了路面的高温稳定性和低温抗裂性，降低路面出现车辙和开裂等病害的几率，提高路面使用寿命。
5.永久性沥青路面又称为长寿面路面，通过对路面结构及材料设计的优化，使路面服役寿命可以达到30-50年以上。
6.现有公开号为cn212714351u的中国专利，提供了一种永久沥青路面结构，其包括表面保护层、上层面、中层面和下层面；公开号为cn103669154b的中国专利，提供了一种结构层寿命逐层递增的耐久性沥青路面设计方法，该结构层寿命逐层递增的耐久性沥青路面包括：耐久性面层、长寿命基层、永久性路基；这两个专利技术中，均采用普通沥青混合料，与高掺量橡胶沥青混合料相比，高低温性能较差，设计使用寿命达不到30-50年。
7.现有公开号为cn216193719u中国专利提出了一种用于旧沥青路面改造的永久性复合式路面结构。主要用于修复旧沥青路面，与新建沥青路面差异较大。
8.因此，目前使用一般掺量低于23％的橡胶改性沥青路面的使用寿命短，疲劳性能差。永久性路面服役寿命需求的沥青路面层间粘结设计理论及性能研究还不充分，由于未考虑接触状态对路面力学响应的影响，现有的永久性路面力学性能明显降低，严重缩短了路面的使用寿命，不能达到长寿命的期望。尤其当层间粘结状况较差时，遇到连续高温天
气，面层材料模量沿深度呈现明显的梯度特性，结构整体强度下降，在温度应力和行车荷载共同作用下会处于更不利状态，极易造成路面出现车辙、裂缝等早期破坏，无法满足目前道路工程建设的需求。


技术实现要素：

9.为了克服以上一个或多个技术问题，本发明目的是提供一种高掺量橡胶改性沥青永久性路面结构，以解决目前沥青路面中沥青面层抗车辙能力差、耐久性不足，中面层强度不够的问题，兼顾并提高永久性路面的抗裂、抗疲劳、耐久性能，指导全厚层高掺量橡胶改性沥青永久性沥青路面的工程化应用。
10.本发明提供了如下的技术方案：
11.一种高掺量橡胶改性沥青永久性路面结构，其自上而下依次包括：上面层、防水粘结层、中面层、下面层和抗疲劳层，所述上面层、中面层、下面层和抗疲劳层均包括高掺量橡胶改性沥青混凝土层，所述上面层的高掺量橡胶改性沥青混凝土层为高掺量橡胶改性沥青混凝土上面层(1)，其按照质量百分比橡胶的掺入量范围是30％-35％，所述中面层的高掺量橡胶改性沥青混凝土层中的按照质量百分比橡胶的掺入量范围是40％-45％，所述下面层和抗疲劳层的高掺量橡胶改性沥青混凝土层中的按照质量百分比橡胶的掺入量范围是50％-55％；所述防水粘结层为纤维加强型橡胶改性沥青防水粘结层(2)；所述中面层包括两组依次叠放的高模量橡胶改性沥青混凝土层和不粘轮乳化沥青黏层；所述下面层和所述抗疲劳层之间由不粘轮乳化沥青黏层黏合。
12.根据一些实施方式，所述高掺量橡胶改性沥青混凝土上面层(1)的厚度范围为4～6cm。
13.根据一些实施方式，所述高掺量橡胶改性沥青混凝土上面层(1)采用集料的公称最大粒径选自9.5mm、13.2mm或16mm中的一种。
14.根据一些实施方式，所述纤维加强型橡胶改性沥青防水粘结层(2)包括碎石、纤维和高掺量橡胶改性沥青，所述碎石粒径选自9.5mm～13.2mm；所述纤维选自玻璃纤维，纤维长度选自6cm～9cm；所述高掺量橡胶改性沥青的橡胶改性沥青掺量为28％～32％。
15.根据一些实施方式，所述中面层中包含两组高模量橡胶改性沥青混凝土层和不粘轮乳化沥青黏层，每组厚度分别为8～12cm。
16.根据一些实施方式，所述中面层中的高模量橡胶改性沥青混凝土层采用集料的公称最大粒径选自13.2mm、16mm或19mm中的一种。
17.根据一些实施方式，所述下面层的高模量橡胶改性沥青混凝土层的厚度为10cm～12cm。
18.根据一些实施方式，所述下面层的高掺量橡胶改性沥青混凝土层的集料公称最大粒径选自16mm、19mm或26.5mm中的一种。
19.根据一些实施方式，所述抗疲劳层的高掺量橡胶改性沥青混凝土层的厚度4-6cm，其采用集料的公称最大粒径选自9.5mm或13.2mm中的一种。
20.根据一些实施方式，所述高掺量橡胶改性沥青永久性路面结构的厚度至少为38mm。
21.在上述实施方式中，此路面结构为全厚层路面，相对于现有路面结构的厚度普遍
为24mm，本路面结构的厚度较厚，承载力更强，更加耐用。
22.相比于现有技术，本发明具备以下有益效果：
23.本发明提供了一种高掺量橡胶改性沥青永久性路面结构，其中面层采用大厚度高模量沥青混合料，模量高，强度大，可有效提高抗车辙性能和承载能力；增铺抗疲劳层，提高路面抗疲劳性能；上中面层间铺设纤维加强型橡胶改性沥青防水粘结层，有效阻止水分损害中下面层，旨在提高沥青路面的综合路用性能；提高了路面中沥青面层抗车辙能力、耐久性、中面层强度，并提高永久性路面的抗裂、抗疲劳、耐久性能，指导全厚层高掺量橡胶改性沥青永久性沥青路面的工程化应用。同时路面的高低温性能、抗水损害性能与抗疲劳开裂性能等较普通沥青路面均有所提高。
附图说明
24.图1为本发明提供的实施例1的结构示意图。
25.图2为本发明提供的低温scb试验荷载与位移曲线。
26.图3为本发明提供的沥青路面应变与累计作用次数的变化关系。
27.图4为本发明提供的永久性路面荷载图示。
28.图5为本发明提供的采用高模量高掺量橡胶混凝土计算沥青面层厚度。
29.附图中标号为：
30.1、高掺量橡胶改性沥青混凝土上面层；
31.2、纤维加强型橡胶改性沥青防水粘结层；
32.3、第一高模量橡胶改性沥青混凝土层；
33.4、第一不粘轮乳化沥青黏层；
34.5、第二高模量橡胶改性沥青混凝土层；
35.6、第二不粘轮乳化沥青黏层；
36.7、高掺量橡胶改性沥青混凝土下面层；
37.8、第三不粘轮乳化沥青黏层；
38.9、高掺量橡胶改性沥青混凝土抗疲劳层；
39.10、乳化沥青透层；
40.11、基层。
具体实施方式
41.以下结合实施例和附图对本发明进行详细描述，但需要理解的是，所述实施例和附图仅用于对本发明进行示例性的描述，而并不能对本发明的保护范围构成任何限制。所有包含在本发明的发明宗旨范围内的合理的变换和组合均落入本发明的保护范围。
42.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”、“前”，“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制；术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性，此外，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也
可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
43.本发明提出了一种高掺量橡胶改性沥青永久性路面结构，对现有的橡胶沥青路面、永久性路面进行性能优化，从混合料的材料设计、路面的结构设计及防水粘结层设计等方面进行对比，确定了基于高掺量橡胶改性沥青的较优路面结构设计方案和防水粘结层的性能优化方案，该路面结构具有抗裂、抗车辙、抗疲劳等性能，使用寿命显著提高。
44.下面结合附图对本发明进行进一步说明。
45.实施例1
46.在本实施例中，高掺量橡胶改性沥青永久性路面结构自上而下包括：高掺量橡胶改性沥青混凝土上面层1、纤维加强型橡胶改性沥青防水粘结层2、第一高模量橡胶改性沥青混凝土层3、第一不粘轮乳化沥青黏层4、第二高模量橡胶改性沥青混凝土层5、第二不粘轮乳化沥青黏层6、高掺量橡胶改性沥青混凝土下面层7、第三不粘轮乳化沥青黏层8和高掺量橡胶改性沥青混凝土抗疲劳层9，最下层依次是普遍的乳化沥青透层10和基层11。
47.该路面结构整体厚度较厚，其为全厚层路面结构，整体厚度至少为38mm，其中，高掺量橡胶改性沥青混凝土上面层1为4-6cm，采用集料的公称最大粒径为9.5mm、13.2mm或16mm中的一种，高掺量橡胶改性沥青混凝土上面层1的橡胶改性沥青的掺量为30％～35％，该掺量为现有技术中普遍的掺量；纤维加强型橡胶改性沥青防水连结层2为防水粘结层，其组成为碎石粒径为9.5mm-13.2mm碎石、纤维长度为6cm-9cm以及高掺量橡胶改性沥青，防水粘结层的橡胶改性沥青掺量为30％；碎石洒布量为：7-9.5kg/m2，沥青洒布量为：1.8-2.2kg/m2，其中纤维为玻璃纤维；中面层包括了8-12cm厚的第一高模量橡胶改性沥青混凝土层3、第一不粘轮乳化沥青黏层4、8-12cm厚的第二高模量橡胶改性沥青混凝土层5和第二不粘轮乳化沥青黏层6，其中高掺量橡胶改性沥青混凝土层3和第二高模量橡胶改性沥青混凝土层5采用集料的公称最大粒径为13.2mm、16mm或19mm中的一种。本实施例中，第二高模量橡胶改性沥青混凝土层5和对应的第二不粘轮乳化沥青黏层6的设置，可增加路面结构的承载力。掺量为40％的高掺量橡胶改性沥青的具体物理性能详见表1所示。高掺量橡胶改性沥青，是形成第一和第二高模量橡胶改性沥青混凝土层的一种混合料，目前国内对40％以上掺量的橡胶改性沥青的工程应用较少，50％的掺量已是技术突破，中面层的作用主要是动态模量高，动稳定度高，疲劳寿命高，有效提高路面耐久性。
48.表1 40％高掺量橡胶改性沥青技术指标
49.指标单位检测目标值针入度(25℃)0.1mm40-60软化点，不小于℃75延度(5℃)，不小于cm15离析，不大于℃5弹性恢复(25℃)，不小于％85测力延度最大力(5℃)，不小于n60jnr
3.2
，不大于kpa-1
2.0180℃运动粘度pa
·
s1.5-3.5
50.高掺量橡胶改性沥青混凝土下面层7的厚度为10cm-12cm，采用集料的公称最大粒径为16mm、19mm或26.5mm中的一种，以及掺量为50％的高掺量橡胶改性沥青，掺量为50％的高掺量橡胶改性沥青具体物理性能详见表2所示。
51.表2 50％高掺量橡胶改性沥青技术指标
[0052][0053][0054]
高掺量橡胶改性沥青混凝土下面层7的下面为第三不粘轮乳化沥青黏层8；随后下方的高掺量橡胶改性沥青混凝土抗疲劳层9为4-6cm，采用集料的公称最大粒径为9.5mm或13.2mm中的一种，高掺量橡胶改性沥青混凝土上面层1、高掺量橡胶改性沥青混凝土抗疲劳层9及第一、第二和第三不粘轮乳化沥青黏层采用的标准均为根据《公路沥青路面施工技术规范》jtg f40标准公布的公路沥青路面施工标准。
[0055]
永久性路面虽然可以提高沥青路面使用寿命，但是在实际工程应用中，耐久性能并不理想，无法满足恶劣环境下沥青路面高质量发展的要求。研究表明，由于不同层位间材料特性及粘结状态的差异，路面在服役过程中，层间易发生粘结失效，进而导致反射裂缝等病害的产生，降低路面使用寿命。另外，目前常用的橡胶改性沥青路面使用的是掺量低于26％的橡胶改性沥青，考虑到橡胶改性沥青储存的不稳定性，更高掺量的橡胶沥青施工难度及沥青混合料的综合性能变差，直接影响路面的耐久性。本实施例中的全厚层高掺量橡胶改性沥青永久性路面结构，中面层采用40％橡胶改性沥青，下面层采用50％橡胶改性沥青，很大提高沥青混合料的高、低温性能；同时采用双层高模量橡胶改性沥青混凝土的中面层路面结构，混凝土的模量高、厚度大，可以很好地提高中面层的承载能力及抗疲劳性能，还具有较好的施工和易性。
[0056]
现有普通沥青路面及永久性路面，使用寿命并不能完全达到要求，主要是连接层不能很好的保证层间的良好粘结状态。现有常用的橡胶改性沥青防水粘结层位于排水面层和密集配结构层之间，可以防止雨水进入密集配结构层导致水损害、疲劳开裂等病害。但橡胶改性沥青的抗压、抗拉强度小，并不具备抗裂的效果。如何让防水粘结层在防水的同时发挥抗裂的功能？国内外研究表明，在沥青混合料中加入高强度、高硬度的纤维可以有效提高沥青混合料的力学性能，其中纤维主要包括玻璃纤维、玄武岩纤维、pp纤维等。不同纤维长度对抗裂功能有一定影响，如何选择不同类型及长度的纤维，对提高全厚层高掺量橡胶改性沥青路面的抗疲劳开裂和耐久性能有重要意义。在本实施例中，纤维加强型橡胶改性沥青防水连结层2采用玻璃纤维、级配碎石和高掺量橡胶改性沥青形成的防水粘结层材料，改
善了现有技术中的碎石粒径不明确，应力消散作用弱，橡胶改性沥青对碎石的裹覆效果不佳导致的层间粘结作用变弱。
[0057]
在本实施例中，中面层，按照初选级配，调整并确定最佳油石比，检测验证高模量高掺量橡胶改性沥青混合料各项性能指标，根据马歇尔试验确定了不同配合比下的最佳油石比，并在最佳油石比下展开后续路用性能试验研究。
[0058]
抗疲劳层：级配型集料如下表3所示。按照设计级配，在级配型集料总质量的5.8％沥青用量条件下制备抗疲劳层沥青混合料，检测各项指标如表4。
[0059]
表3
[0060][0061]
表4
[0062][0063]
下面层：级配型集料如下表5所示。按照设计级配，在级配型集料总质量的4.3％沥青用量条件下制备抗疲劳层沥青混合料，检测的生产配合比设计体积指标及性能结果如表6。
[0064]
表5
[0065][0066]
表6生产配合比设计体积指标及性能结果
[0067][0068]
中面层：级配型集料如下表7所示。按照设计级配，在级配型集料总质量的4.8％沥青用量条件下制备抗疲劳层沥青混合料，检测各项指标如表8。
[0069]
表7
[0070][0071]
表8
[0072][0073]
上面层：级配型集料如下表9所示。按照设计级配，在级配型集料总质量的5.4％沥青用量条件下制备抗疲劳层沥青混合料，检测各项指标如表10。
[0074]
表9
[0075][0076]
表10
[0077][0078]
以下实施例2～9作为实施例1的对比例，进行综合路用性能检测验证。
[0079]
实施例2
[0080]
上面层：采用15％-20％橡胶改性沥青形成橡胶改性沥青混凝土arhm-13上面层，以代替实施例1中的高掺量沥青改性沥青混凝土上面层1，级配及沥青用量不变，厚度4～6cm。其余同实施例1。
[0081]
实施例3
[0082]
中面层：采用15％-20％橡胶改性沥青形成橡胶改性沥青混凝土arhm-20中面层，以代替实施例1中的第一高模量沥青混凝土层3和第二高模量橡胶改性沥青混凝土层5，级配及沥青用量不变，依然为组合式中面层结构。其余同实施例1。
[0083]
实施例4
[0084]
下面层：采用15％-20％橡胶改性沥青形成橡胶改性沥青混凝土arhm-25下面层，以代替实施例1中的高掺量橡胶改性沥青混凝土下面层7，级配及沥青用量不变，其余同实施例1。
[0085]
实施例5
[0086]
中面层，基于实施例1的高掺量橡胶改性沥青的掺量不变，级配及沥青用量不变，仅设置第一高模量橡胶改性沥青混凝土层3和第一不粘轮乳化沥青黏层4；
[0087]
不设置第二高模量橡胶改性沥青混凝土层3和第二不粘轮乳化沥青黏层6；厚度减小变为一层。其余同实施例1。
[0088]
实施例6
[0089]
防水粘结层：碎石粒径改为6.3mm。其余同实施例1。
[0090]
实施例7
[0091]
防水粘结层：碎石洒布量改为5kg/m2。其余同实施例1。
[0092]
实施例8
[0093]
防水粘结层：碎石洒布量改为13kg/m2。其余同实施例1。
[0094]
实施例9
[0095]
防水粘结层：沥青洒布量改为1.3kg/m2。其余同实施例1。
[0096]
实施例10
[0097]
防水粘结层：沥青洒布量改为2.8kg/m2。其余同实施例1。
[0098]
对比本发明提供的高掺量橡胶改性沥青永久性路面结构与低掺量橡胶沥青路面、
普通永久性路面的综合路用性能：
[0099]
(1)高、低温试验。
[0100]
(2)抗疲劳试验。
[0101]
(3)动态模量试验。
[0102]
对比纤维加强型高掺量橡胶沥青粘结层不同纤维类型及长度的抗裂性能：
[0103]
(1)应力消散试验
[0104]
(2)低温scb试验
[0105]
下面对上述分类试验进行更具体的说明，以下为各项性能测试说明及测试结果说明：
[0106]
1、高温稳定性检验
[0107]
按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(jtg e20-2011)中的t 0719测定车辙试验动稳定度(次/mm)。具体试验条件为：在70
±
1℃，0.7
±
0.05mpa条件下进行车辙试验以检验沥青混合料的高温稳定性。
[0108]
2、低温抗裂性检验
[0109]
按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(jtg e20-2011)中的t 0715测定破坏应变。具体在温度-10℃，速率50mm/min的条件下进行低温弯曲试验以检验沥青混合料的低温性能。
[0110]
3、动态模量
[0111]
沥青混合料动态模量试验按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(jtg e20-2011)中t 0738方法进行测定，取平均值；试验温度选用20℃，考虑到复掺纤维排水沥青混合料用作面层，加载频率采用10hz。
[0112]
4、抗疲劳性能
[0113]
沥青混合料抗疲劳性能试验按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程(jtg e20-2011)》中t 0739方法进行测定，取平均值；试验温度选用20℃，加载频率为10hz，应变水平为0.25％。以第50次加载的模量为混合料的初始模量，疲劳失效点定义为模量下降至初始值的50％，此时对应的加载次数为混合料的疲劳寿命(nfm)。
[0114]
5、层间粘结性能
[0115]
沥青混合料层间粘结性能通过改装马歇尔强度试验仪，对路面芯样切割成不同层间试件后开展直剪试验，测试试件的层间粘结强度。首先将试件放置于25℃的烘箱内保温4个小时，保温结束后取出试件进行试验，按50mm/min的加载速率剪切试件，直至荷载达到最大值，记录最大荷载、试件截面尺寸，计算出层间粘结强度，计算公式如式(1)所示。为研究不同温度对粘结强度的影响，直剪试验温度采用45℃和60℃。
[0116]dz
＝fz/s
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
[0117]
式中：dz为粘结强度，mpa；fz为最大荷载；s为试件截面面积。
[0118]
6、应力消散性能
[0119]
沥青混合料层间应力消散性能通过层间应力消散试验设备测试。首先将150mm芯样切割成长130mm*宽5mm的棱柱体，以评价的层间为基准，切割上部芯样40mm；切割下部芯样为40-50mm；在下部芯样上切割2个圆，直径为25mm，间距为50mm；圆的顶部靠近粘层1～3mm；下部芯样中间切割1.5mm缝，切穿，但是不要切入粘层；在上下端部共4个位置测定上部
试件的高度，取平均值t；同样方法测定上部试件的长度w，取平均值；将试件在-12℃条件下恒温4h
±
10min；将钢棒放入芯样的孔中，按放到试验机上，施加不大于0.2kn的荷载；按0.017mm/s恒速拉伸试件，记录荷载和位移，持续拉伸直至荷载达到最大值，然后下降至0.1kn，记录试验过程中的荷载及试件的变形量，通过曲线面积a，计算出试件的应力消散能，计算公式如式(2)所示。
[0120]
j＝a/(t
·
w)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)
[0121]
式中：j为应力消散能，j/m2；a为荷载变形曲线与坐标轴的面积；t、w为试件尺寸。
[0122]
7、低温scb性能
[0123]
沥青混合料低温scb性能参考规范aashto tp 124，试验温度为-12℃。试验前对试件施加初始荷载0.1kn，加载速率为0.05kn/s，当达到初始荷载后，以50mm/min的加载速率进行测试，最终当荷载低于0.1kn以下时试验停止，记录试验过程中的荷载及位移数据。根据公式(3)对曲线前半部分进行多项式拟合，根据公式(4)对曲线后半部分进行多项高斯曲线拟合，断裂功(wf)可以根据公式(5)进行积分求得，最终根据公式(6)计算断裂能(gf)指标，其中area是试件韧性区面积，根据测量试件的几何尺寸计算得到。见图2，低温scb试验荷载与位移曲线。
[0124]
p1(u)＝c1×
u3+c2×
u2+c3×
u+c4ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)
[0125]
式3中：c1，c2，c3，c4为方程拟合参数；
[0126]
u为scb试验过程中的位移。
[0127][0128]
式中：d，e，f为方程拟合参数。
[0129][0130]
式中：u0，u1分别为峰值荷载对应的位移和试验结束对应的位移。
[0131][0132]
式中：area为试件韧性区面积，通过(r-a)*d计算得到；
[0133]
r为试件半径；a为预制裂缝长度；d为试件厚度。
[0134]
(2)不同实施例中沥青混合料的性能试验结果如表11、表12所示。
[0135]
表11不同实施例中沥青混合料的路用性能试验结果
[0136][0137]
从表11可知，实施例1的上面层中面层的高低温性能均比较优秀，疲劳寿命强，强度高。
[0138]
表12不同实施例中防水粘结层的路用性能试验结果
[0139][0140][0141]
从表12可知，实施例1的应力消散水平最强，粘结强度最高，可以很好的起到层间粘结作用。
[0142]
在一些实施方式中，所述高掺量橡胶改性沥青永久性路面结构的厚度至少为38mm。此路面结构为全厚层路面，相对于现有路面结构的厚度普遍为24mm，本路面结构的厚度较厚，承载力更强，更加耐用。
[0143]
设计厚度至少为38cm的原因如下：
[0144]
根据黏弹性理论，沥青路面厚度越厚，其承受荷载相应的微应变越小，通过增加沥青面层的厚度，可以很好的降低沥青路面承受的应变。
[0145]
目前沥青路面长寿命设计理念，即“路基永久，基层长寿，面层耐久”。面向不同路面结构提出不同的设计要求。长寿命沥青路面结构寿命30～50年，路面的损坏只发生在上面层(2.5cm～10cm)，中面层及下面层无结构性破坏。
[0146]
美国提出极限疲劳理论，发现沥青路面的疲劳极限约为60～120με，如图3，当沥青
层厚度增大至最大沥青层厚度时，沥青面层底部的应变小于疲劳极限，即沥青面层可到达永久路面的目标。
[0147]
采用典型荷载图式，如图4.a为单轴荷载，图4.b为双轴荷载。考虑超载为20％，计算出疲劳应变点为100με，沥青面层厚度最少为38cm，如图5所示。
[0148]
以上实施例仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例。凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应该指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下的改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

技术特征：
1.一种高掺量橡胶改性沥青永久性路面结构，其自上而下依次包括：上面层、防水粘结层、中面层、下面层和抗疲劳层，所述上面层、中面层、下面层和抗疲劳层均包括高掺量橡胶改性沥青混凝土层，所述上面层的高掺量橡胶改性沥青混凝土层为高掺量橡胶改性沥青混凝土上面层(1)，其按照质量百分比橡胶的掺入量范围是30％-35％，所述中面层的高掺量橡胶改性沥青混凝土层中的按照质量百分比橡胶的掺入量范围是40％-45％，所述下面层和抗疲劳层的高掺量橡胶改性沥青混凝土层中的按照质量百分比橡胶的掺入量范围是50％-55％；所述防水粘结层为纤维加强型橡胶改性沥青防水粘结层(2)；所述中面层包括两组依次叠放的高模量橡胶改性沥青混凝土层和不粘轮乳化沥青黏层；所述下面层和所述抗疲劳层之间由不粘轮乳化沥青黏层黏合。2.根据权利要求1所述高掺量橡胶改性沥青永久性路面结构，其特征在于：所述高掺量橡胶改性沥青混凝土上面层(1)的厚度范围为4～6cm。3.根据权利要求2所述高掺量橡胶改性沥青永久性路面结构，其特征在于：所述高掺量橡胶改性沥青混凝土上面层(1)采用集料的公称最大粒径选自9.5mm、13.2mm或16mm中的一种。4.根据权利要求1所述高掺量橡胶改性沥青永久性路面结构，其特征在于：所述纤维加强型橡胶改性沥青防水粘结层(2)包括碎石、纤维和高掺量橡胶改性沥青，所述碎石粒径选自9.5mm～13.2mm；所述纤维选自玻璃纤维，纤维长度选自6cm～9cm；所述高掺量橡胶改性沥青的橡胶改性沥青掺量为28％～32％。5.根据权利要求1所述高掺量橡胶改性沥青永久性路面结构，其特征在于：所述中面层中包含两组高模量橡胶改性沥青混凝土层和不粘轮乳化沥青黏层，每组厚度分别为8～12cm。6.根据权利要求5所述高掺量橡胶改性沥青永久性路面结构，其特征在于：所述中面层中的高模量橡胶改性沥青混凝土层采用集料的公称最大粒径选自13.2mm、16mm或19mm中的一种。7.根据权利要求1所述高掺量橡胶改性沥青永久性路面结构，其特征在于：所述下面层的高模量橡胶改性沥青混凝土层的厚度为10cm～12cm。8.根据权利要求7所述高掺量橡胶改性沥青永久性路面结构，其特征在于：所述下面层的高掺量橡胶改性沥青混凝土层的集料公称最大粒径选自16mm、19mm或26.5mm中的一种。9.根据权利要求1所述高掺量橡胶改性沥青永久性路面结构，其特征在于：所述抗疲劳层的高掺量橡胶改性沥青混凝土层的厚度4-6cm，其采用集料的公称最大粒径选自9.5mm或13.2mm中的一种。10.根据权利要求1～9任一所述高掺量橡胶改性沥青永久性路面结构，其特征在于：所述高掺量橡胶改性沥青永久性路面结构的厚度至少为38mm。

技术总结
本发明涉及道路建筑材料领域，其公开了一种高掺量橡胶改性沥青永久性路面结构，自上而下依次包括：上面层、防水粘结层、中面层、下面层和抗疲劳层，所述上面层、中面层、下面层和抗疲劳层均包括高掺量橡胶改性沥青混凝土层，所述上面层的高掺量橡胶改性沥青混凝土层，其按照质量百分比橡胶的掺入量范围是30％-35％，所述中面层的掺入量范围是40％-45％，所述下面层和抗疲劳层的掺入量范围是50％-55％；所述防水粘结层为纤维加强型橡胶改性沥青防水粘结层；所述中面层包括两组依次叠放的高模量橡胶改性沥青混凝土层和不粘轮乳化沥青黏层。本发明提供的路面结构，有效提高抗车辙性能和承载能力，提高路面抗疲劳性能；提高永久性路面的抗裂、抗疲劳、耐久性能。耐久性能。耐久性能。


技术研发人员：杨毅 袁海蛟 龚演 严二虎 李东钊 程岗 张彦斌 李华斌 张丽敏 周震宇 鲁金鹏 罗恺彦 张德玉 曾靖翔 武强 潘树 姜博
受保护的技术使用者：交通运输部公路科学研究所 合肥明巢高速公路有限公司
技术研发日：2023.05.26
技术公布日：2023/8/14