本發明涉及瀝青路面的結構及建造方法，具體是一種拼裝式抗剪瀝青路面及其鋪裝方法。
背景技術：
瀝青混凝土是一種柔性材料，在重載負荷及強剪應力反復作用下，輪跡處瀝青層厚度逐漸變薄，永久性變形積累后道路表面出現車轍，削弱了面層及路面結構的整體強度，并易誘發其他病害。尤其是城市紅綠燈十字路口、公交車站臺、道路交叉口及高速公路收費站，由于頻繁受車輛起步、加速、減速、制動等垂直和水平荷載作用下，瀝青路面極易出現嚴重的波浪、擁抱、車轍等剪切變形或垂直變形病害。
目前，治理瀝青路面車轍病害一般在全路段采用改良的混合料級配兼用軟化點或粘度較高的基質瀝青或改性瀝青。這些方案可以提高路面的抗永久變形能力，但對于強剪應力頻頻出現的路段或局部區域，效果雖有改善，但持久性依然不盡人意，車轍病害已經成為影響我國瀝青路面行車安全性和舒適性的頑疾。
近幾年，為治理局部車轍，以水泥灌漿瀝青混凝土為典型代表的半柔性復合路面這一新型結構形式應運而生。它是指以開級配大空隙率基體瀝青混合料作為母體，在其空隙中灌入水泥砂漿復合而成的一種路面。該路面綜合了瀝青混凝土和水泥混凝土各自的優點，具有高于水泥混凝土路面的柔性和高于瀝青混凝土路面的剛性，對處理路面車轍病害效果顯著。然而，這種復合路面是由瀝青混合料(柔性框架)和水泥砂漿(剛性填充料)兩種不同相態的材料構成，經頻繁車輪剪應力、溫縮變化和動力水作用后，柔性框架和剛性填充料會發生剝離，復合結構的整體力學特性、水穩定性和疲勞壽命會大幅降低；另外，復合路面的柔性取決于大空隙瀝青混合料所承受的應變，而大空隙瀝青混合料中粗骨料含量高達百分之九十以上，決定混合料最大彎拉應變由細集料和瀝青組成的膠漿含量低，在溫度應力和路面基層反射病害的作用下，復合路面極易出現疲勞開裂；還有，這種復合路面采用現場法施工，而水泥砂漿強度的形成需要較長的養生周期和繁瑣的養生條件，造成路面正常通車受阻和工期大幅延遲。
技術實現要素：
本發明所要解決的技術問題是，提供一種整體強度和柔韌性好、疲勞壽命長、抗裂性能好、施工和養護方便、施工周期短、施工污染小的拼裝式抗剪瀝青路面及其鋪裝方法。
本發明的拼裝式抗剪瀝青路面包括由上至下依次鋪設的下述結構層：
(3.5-4.5)cm的磨耗層，為廢輪胎膠粉與SBS復合改性瀝青馬蹄脂碎石混合料SMA-13；
防水粘結層；
(6-10)cm的承重層，為改性乳化瀝青與水泥復合灌漿瀝青混合料SFC-20。
作為優選，所述廢輪胎膠粉與SBS復合改性瀝青馬蹄脂碎石混合料SMA-13磨耗層由以下按重量百分比計的原材料拌和而成：集料83％～85％，礦粉9％～11％，廢輪胎膠粉與SBS復合改性瀝青5.8％～6.3％，各種原材料質量百分比合計100％；所述廢輪胎膠粉與SBS復合改性瀝青技術指標滿足：針入度(25℃，100g，5s)為50～70(0.1mm)，延度(5cm/min，5℃)不小于20cm，軟化點不小于75℃，60℃動力粘度不小于40000Pa.s，160℃動力粘度為1.5～4(Pa.s)，彈性恢復(25℃)不小于85％。
作為優選，所述防水粘結層采用快裂型PCR改性乳化瀝青，蒸發殘留物含量不低于55％，噴灑量為0.5m2-0.7Kg/m2。
作為優選，所述改性乳化瀝青與水泥復合灌漿瀝青混合料SFC-20承重層是由水泥改性乳化瀝青砂漿灌入空隙率為22％～28％的PAC-20大空隙瀝青混合料的骨架空隙構成；所述PAC-20大空隙瀝青混合料由以下按重量百分比計的原材料拌和而成：集料94％～96％，礦粉1％～3％，廢輪胎膠粉與SBS復合改性瀝青2.9％～3.2％，各種原材料質量百分比合計100；所述廢輪胎膠粉與SBS復合改性瀝青技術指標滿足：針入度(25℃，100g，5s)為50～70(0.1mm)，延度(5cm/min，5℃)不小于20cm，軟化點不小于75℃，60℃動力粘度不小于40000Pa.s，160℃動力粘度為1.5～4(Pa.s)，彈性恢復(25℃)不小于85％。
作為優選，所述水泥改性乳化瀝青砂漿由以下按重量百分比計的原材料拌和而成：河砂25％～30％，礦粉15％～20％，水泥20％～25％，改性乳化瀝青25％～30％，拌和水2％～10％，減水劑0.2％～0.4％，各種原材料質量百分比合計為100％；所述河砂最大粒徑為0.6mm；所述礦粉為石灰巖礦粉；所述改性乳化瀝青為慢裂快凝型BCR改性乳化瀝青，蒸發殘留物含量不小于60％；所述拌和水為飲用水；所述水泥為PC42.5復合硅酸鹽水泥；所述減水劑為聚羥酸減水劑。
本發明的拼裝式抗剪瀝青路面結構層模塊的工廠化預制方法，包括以下步驟：
(1)承重層預制模具拼裝，承重層預制模具是由底模、側模及端模拼裝而成的長方體模具；
(2)在拼裝完成后的模具內預埋吊裝件；
(3)用食用油作為隔離劑，均勻的涂抹在底模、側模及端模上；
(4)PAC-20大空隙瀝青混合料的制備，包括以下步驟：a、將加熱至185℃～195℃的集料稱重后投入拌和缸中；b、將稱重后的礦粉加入到步驟a所得產物中，拌和5s～10s；c、將加熱至165℃～175℃的廢輪胎膠粉與SBS復合改性瀝青稱重后添加到步驟b所得產物中，拌和30s～45s，得到PAC-20大空隙瀝青混合料；
(5)采用熱拌瀝青混合料攤鋪機，將步驟(4)所獲得的PAC-20大空隙瀝青混合料均勻的攤鋪在步驟(3)所得的模具內，所述攤鋪速度為2.0m/min～3.0m/min，混合料攤鋪溫度不低于170℃；
(6)攤鋪結束后緊跟其后采用雙鋼輪壓路機和膠輪壓路機進行碾壓；
(7)水泥改性乳化瀝青砂漿的制備，包括以下步驟：a、將稱重后的河砂及礦粉投入攪拌機中；b、將稱重后的拌和水加入到步驟a所得產物中，攪拌60s；c、將稱重后的減水劑添加到步驟b所得產物中，攪拌30s；d、將稱量好的改性乳化瀝青添加到步驟c所得產物中，攪拌90s，得到成品水泥改性乳化瀝青砂漿；
(8)將步驟(7)所得產物一邊倒在冷卻至常溫的步驟(5)所得PAC-20大空隙瀝青混合料上，一邊人工使用橡膠路耙或刮刀讓水泥改性乳化瀝青砂漿分散，自然填充基體瀝青混合料的空隙；未滲入大空隙瀝青混凝土路面的砂漿采用平板夯振動促使砂漿灌滿空隙；
(9)水泥改性乳化瀝青砂漿灌入完成后掃除表面多余的漿料；
(10)將步驟(9)灌漿完成后的結構層在25℃±5℃下覆蓋塑料薄膜養生7天；
(11)將承重層模具的側模和端模統一加高4cm用于成型磨耗層；
(12)在步驟(10)所得結構層表面噴灑快裂型PCR改性乳化瀝青，噴灑量為0.5kg/m2～0.7kg/m2；
(13)SMA-13廢輪胎膠粉與SBS復合改性馬蹄脂碎石混合料的制備，包括以下步驟：a、將加熱至190℃～200℃的集料稱重后投入拌和缸中；b、將稱重后的礦粉加入到步驟a所得產物中，拌和5s～10s；c、將加熱至165℃～170℃的廢輪胎膠粉與SBS復合改性瀝青稱重后添加到步驟b所得產物中，拌和30s～45s，得到SMA-13瀝青馬蹄脂碎石混合料；
(14)采用熱拌瀝青混合料攤鋪機，將步驟(13)所獲得的SMA-13瀝青馬蹄脂碎石混合料均勻的攤鋪在步驟(12)的模具內，攤鋪速度為2.0m/min～3.0m/min，混合料攤鋪溫度不低于175℃；
(15)攤鋪結束后緊跟其后采用雙鋼輪壓路機進行碾壓；
(16)步驟(15)所得結構層冷卻至常溫后，拆除所有側模和端模，即完成抗剪瀝青路面結構層的工廠化預制。
本發明的拼裝式抗剪瀝青路面結構層模塊的現場鋪設方法，包括以下步驟：
(1)測量單車道路面車轍病害的分部長度、寬度及面積，運用鉆孔取樣的方法檢測車轍病害對原路面結構層的平均影響深度；
(2)按照步驟(1)的測量、檢測結果，計算原路面的銑刨長度、寬度及深度，并進行銑刨處理，對平均影響深度以下的局部病害進行結構補強；
(3)檢測步驟(2)銑刨后工作面的平整度，最大間隙的標準差不得大于1.2mm，對于局部平整度不滿足要求的位置采用精銑刨機進行找平處理；
(4)對步驟(3)所得工作面進行吹掃，清掃完成后噴灑快裂型PCR改性乳化瀝青粘結層，噴灑量控制在0.7Kg/m2～0.9Kg/m2；
(5)按照步驟(4)所得工作面的深度H，選擇厚度與之對應的抗剪切瀝青路面結構層模塊；根據工作面的寬度W確定抗剪切瀝青路面結構層模塊的切割寬度；單個模塊的切割長度為2m；根據工作面的長度和單個模塊的切割長度，確定所需模塊的數量；
(6)按照步驟(5)所選擇的參數，進行抗剪切瀝青路面結構層模塊的切割、編號，然后緩慢起吊，使預制模塊與底模脫離；
(7)將步驟(6)所得模塊運輸到施工現場，按照編號吊裝，依次緊密、平整的拼裝在作業面上，其中相鄰模塊之間的接縫采用PCR改性乳化瀝青粘結；預制模塊與原路面之間的縱向接縫采用廢輪胎膠粉與SBS復合改性瀝青灌縫；預制模塊拼裝結束后將吊裝件沿磨耗層表面切割平即可通車。
本發明同現有技術相比，具有以下優點和有益效果：
(1)采用與大空隙瀝青混合料相態和熱膨脹系數相近的水泥改性乳化瀝青砂漿取代水泥砂漿作為灌漿料，可有效提高灌漿料與大空隙瀝青混合料之間的粘結強度，盡而提高了復合路面的水穩定性和整體性；通過水泥改性乳化瀝青砂漿的粘、彈、勁、柔及剛度平衡實現了復合路面的“剛”、“柔”平衡，提高了復合路面的疲勞壽命和抗裂性能。
(2)工廠化預制抗剪瀝青路面結構層模塊，質量更可靠、工藝更可控；現場拼裝法修復車轍病害可大幅度縮短工期，開放交通快。
(3)本發明提供了一種熱拌瀝青混合料冷鋪施工的新思路，可有效改善熱拌熱鋪瀝青混合料施工對現場環境的污染，尤其適用于隧道路面等通風較差的施工面，同時在保障路面質量的前提下可實現全年不間斷施工。
具體實施方式
實施例1
某一瀝青路面，雙向4車道，單車道寬3.75m，原路面結構層為：上面層4cm的改性瀝青馬蹄脂碎石混合料SMA-13、中面層為6cm的改性瀝青混凝土Sup-20、下面層為8cm的重交瀝青混合料Sup-25。根據交通量的統計結果，其每車道每日平均大型客車及中型以上各種貨車的交通量在2300(輛/日*每車道)，屬于重載交通，路面車轍病害嚴重。采用三米直尺對該路段的車撤深度、作用寬度及長度進行了測量，車轍深度為0.8cm～2.0cm，作用寬度為3.6m，長度為46m。對原路面進行了鉆孔取樣，車轍病害主要集中在中、上面層，下面層結構完整未出現病害。
根據該工程的條件和特點，車轍病害處理采用本發明所述方案，進行如下設計：
一、抗剪瀝青路面結構層設計
磨耗層:4cm的廢輪胎膠粉與SBS復合改性瀝青馬蹄脂碎石混合料SMA-13，壓實瀝青混合料的的動穩定度不小于6000次/mm、低溫彎曲試驗最大破壞應變(-10℃)不小于3000με、殘留穩定度不小于80％、凍融劈裂強度比不小于80％、構造深度不小于0.8mm；混合料中廢輪胎膠粉與SBS復合改性瀝青的質量百分比為6.0％，其余94％全部為礦料。
防水粘結層：采用快裂型PCR改性乳化瀝青，噴灑量為0.5kg/m2～0.7kg/m2。
承重層：6cm的改性乳化瀝青與水泥復合灌漿瀝青混合料SFC-20，養生7天的混合料動穩定不小于10000次/mm、低溫彎曲試驗最大破壞應變(-10℃)不小于3000με、馬歇爾穩定度不小于8KN；PAC-20大空隙瀝青混合料中廢輪胎膠粉與SBS復合改性瀝青的質量百分比為2.9，其余97.1％全部為礦料；水泥改性乳化瀝青砂漿中各組分的質量百分比為：河砂(27.81％)、礦粉(18.05％)、改性乳化瀝青(26.7％)、水泥(22.7％)、減水劑(0.23％)、拌和水(4.51％)。
二、材料設計
1、瀝青
表2本實施例中廢輪胎膠粉與SBS復合改性瀝青技術要求及檢測結果
表3本實施例中快裂型PCR改性乳化瀝青技術要求及檢測結果
表4本實施例中慢裂快凝型BCR改性乳化瀝青技術要求及檢測結果
2、礦料級配
表5各瀝青混合料結構層中集料與礦粉組成的礦料合成級配結果
3、水泥
水泥改性乳化瀝青砂漿中采用復合硅酸鹽水泥PC42.5，技術指標滿足GB175-2007的規定。
4、礦粉
礦粉采用石灰巖礦粉，技術指標滿足《公路瀝青路面施工技術規范》(JTGF40-2004)要求。
6、河砂
河砂中0.6mm篩孔通過率為100％，0.075mm篩孔通過率為0.6％。
8、減水劑
采用聚羥酸減水劑，技術指標滿足GB8076的規定。
三、拼裝式抗剪瀝青路面結構層模塊預制及現場鋪裝
1、拼裝式抗剪瀝青路面結構層模塊預制
(1)承重層預制模具的選擇與拼裝
承重層預制模具是由底模、側模及端模拼裝而成的長方體模具，根據本實施例中路面車轍病害的現場檢測數據，選用厚1.5cm高碳鋼板預埋在堅實的鋼筋混凝土基礎中構成的底模，寬度4m，長度47m；側模采用2cm厚的高碳鋼板，每段長5m，高6cm，每段側模之間及側模與底模之間均采用扣件螺栓連接，側模每隔30cm設置與底模呈45°角的支撐件；端模采用2cm厚的高彈鋼板，長3.8m，端模與側模、底模之間采用扣件螺栓連接，且每隔30cm設置與底模呈45°角的支撐件。拼裝完成的承重層預制模具底面內徑為長46.96m、寬3.8m、高6cm。
(2)在拼裝完成后的模具內預埋吊裝件，以底模長度方向每2m為單元，每個單元設置a、b、c、d、e共5個吊裝件，其中a與b沿模具縱向布置在一條直線上，距離側模50cm；c與d同樣沿模具縱向布置在一條直線上，并與a、b兩點所成直線平行，距離另一側模50cm；同時a、c兩點所成直線與切割縫距離50cm，b、d兩點所成直線距離端模50cm，且兩條直線平行；吊裝件e布置在a、b、c、d所構成的長方形中心點上。
(3)用食用油作為隔離劑，均勻的涂抹在底模、側模及端模上，預埋吊裝件上不得涂抹。
(4)PAC-20大空隙瀝青混合料的制備，包括以下步驟：a、將加熱至185℃的集料稱重后投入拌和缸中；b、將稱重后的礦粉加入到步驟a所得產物中，拌和8s；c、將加熱至170℃的廢輪胎膠粉與SBS復合改性瀝青稱重后添加到步驟b所得產物中，拌和40s，得到PAC-20大空隙瀝青混合料。
(5)采用熱拌瀝青混合料攤鋪機，將步驟(4)所獲得的PAC-20大空隙瀝青混合料均勻的攤鋪在步驟(3)所得的模具內，攤鋪速度為2.3m/min，混合料攤鋪溫度175℃。
(6)一邊攤鋪混合料，一邊采用雙鋼輪壓路機和膠輪壓路機進行初壓、復壓和終壓。初壓開始溫度158℃，采用雙鋼輪壓路機碾壓2遍；復壓開始溫度125℃，采用雙鋼輪壓路機碾壓3遍；終壓溫度56℃，采用膠輪壓路機碾壓1遍。
(7)水泥改性乳化瀝青砂漿的制備，包括以下步驟：a、將稱重后的河砂及礦粉投入攪拌機中；b、將稱重后的拌和水加入到步驟a所得產物中，攪拌60s；c、將稱重后的減水劑添加到步驟b所得產物中，攪拌30s；d、將稱量好的改性乳化瀝青添加到步驟c所得產物中，攪拌90s，得到成品水泥改性乳化瀝青砂漿。
(8)將步驟(7)所得產物一邊倒在冷卻至常溫的步驟(5)所得PAC-20大空隙瀝青混合料上，一邊人工使用橡膠路耙或刮刀讓水泥改性乳化瀝青砂漿分散；未滲入大空隙瀝青混凝土路面的砂漿可以采用平板夯振動促使砂漿灌滿空隙，平板夯行進速度為3m/min。
(9)水泥改性乳化瀝青砂漿灌入完成后用竹掃把分兩次掃除表面多余的漿料，第一次約為灌漿后15分鐘，第二次約為灌漿后1小時(改性乳化瀝青破乳后)，掃除漿料后露出了瀝青混凝土。
(10)將步驟(9)灌漿完成后的結構層在25℃±5℃下覆蓋塑料薄膜養生7天。
(11)將承重層模具的側模和端模統一加高4cm用于成型磨耗層，每段側模及側模與端模之間均采用扣件螺栓連接，上、下側模及端模之間采用間隔30cm的垂直鉆孔螺栓連接，側模及端模的加高部分每隔30cm設置與底模呈30°的支撐件，并在側模和端模上均勻涂抹食用油隔離劑。
(12)在步驟(10)所得結構層表面噴灑快裂型PCR改性乳化瀝青，噴灑量為0.63kg/m2。
(13)SMA-13廢輪胎膠粉與SBS復合改性馬蹄脂碎石混合料的制備，包括以下步驟：a、將加熱至195℃的集料稱重后投入拌和缸中；b、將稱重后的礦粉加入到步驟a所得產物中，拌和5s；c、將加熱至172℃的廢輪胎膠粉與SBS復合改性瀝青稱重后添加到步驟b所得產物中，拌和35s，得到SMA-13瀝青馬蹄脂碎石混合料。
(14)采用熱拌瀝青混合料攤鋪機，將步驟(13)所獲得的SMA-13瀝青馬蹄脂碎石混合料均勻的攤鋪在步驟(12)的模具內，攤鋪速度為2.5m/min，混合料攤鋪溫度為178℃。
(15)攤鋪結束后緊跟其后采用雙鋼輪壓路機進行初壓、復壓和終壓。初壓開始溫度170℃，采用雙鋼輪壓路機碾壓2遍；復壓開始溫度155℃，采用雙鋼輪壓路機碾壓4遍；終壓結束溫度85℃，采用雙鋼輪壓路機碾壓2遍。
(16)步驟(15)所得結構層冷卻24h后，至常溫，拆除所有側模和端模，即完成抗剪瀝青路面結構層的工廠化預制。
2、拼裝式抗剪瀝青路面結構層模塊的鋪裝
(1)采用3m直尺測量單車道路面車轍病害的分部長度為46m、寬度為3.6m及面積為165.6m2，車轍最大深度為2mm，采用鉆孔取樣的方法檢測車轍病害對原路面結構層的平均影響深度為10cm。
(2)按照步驟(1)的測量、檢測結果，計算原路面的銑刨長度為46m、寬度為3.6m及深度10cm，并進行銑刨處理，銑刨深度以下的結構層完整，無需進行局部補強。
(3)采用3m直尺檢測步驟(2)銑刨后工作面的平整度，最大間隙的標準差為0.8mm，具備鋪裝的條件，無需找平處理。
(4)對步驟(3)所得工作面進行吹掃，清掃完成后噴灑快裂型PCR改性乳化瀝青粘結層，噴灑量為0.85Kg/m2。
(5)按照長2.0m、寬3.6m的尺寸將養生后的抗剪切瀝青路面結構層預制塊切割成23個單元，然后緩慢起吊，使預制模塊與底模脫離。
(6)將步驟(5)所得每個單元模塊進行編號，運輸到施工現場，按照編號吊裝，依次緊密、平整的拼裝在作業上，其中相鄰模塊之間的接縫采用PCR改性乳化瀝青粘結；預制模塊與原路面之間的縱向接縫采用廢輪胎膠粉與SBS復合改性瀝青灌縫；預制模塊拼裝結束后將吊裝件沿磨耗層表面切割平即可通車。
三、工程檢測結果
1、拼裝式抗剪瀝青路面結構層預制模塊的檢測結果
(1)磨耗層:4cm的廢輪胎膠粉與SBS復合改性瀝青馬蹄脂碎石混合料SMA-13，壓實瀝青混合料的的動穩定度為8420次/mm、低溫彎曲試驗最大破壞應變(-10℃)為3195με、殘留穩定度為93.1％、凍融劈裂強度比為85.9％、構造深度為1.1mm。
(2)承重層：6cm的改性乳化瀝青與水泥復合灌漿瀝青混合料SFC-20，養生7天的混合料動穩定為13821次/mm、低溫彎曲試驗最大破壞應變(-10℃)為3326με、馬歇爾穩定度為18.7KN。
2.拼裝式抗剪瀝青路面結構層現場檢測結果
現場鋪裝施工結束后，對鋪裝工程進行了現場質量檢測，檢測結果為路面滲水系數為24.5ml/min(要求小于50ml/min)、路面平整度為0.9mm(要求小于1.2mm)、構造深度為1.1mm(要求不小于0.8mm)、摩擦系數為62BPN(要求不小于45BPN)，均滿足設計要求。