专利摘要

本实用新型涉及一种基于剑麻纤维的水泥基复合材料路面结构，包括自下而上依次设置的底基层、基层和由剑麻纤维水泥基复合材料摊铺而成的面层，所述基层采用水泥稳定碎石。本实用新型路面结构能够有效改善传统水泥混凝土路面由于材料脆性导致的混凝土路面断板、冲断现象，而且其优异的裂缝控制能力非常有利于混凝土路面对于裂缝宽度控制的要求，避免宽大裂缝出现，在提高路面结构的安全性、耐久性方面有着极为重要的意义，满足各级公路相应的承载能力、耐久性、舒适性、安全性的要求。

权利要求

1.一种基于剑麻纤维的水泥基复合材料路面结构，其特征在于：包括自下而上依次设置的底基层、基层和由剑麻纤维水泥基复合材料摊铺而成的面层；所述面层厚度为20cm；所述基层采用水泥稳定碎石，基层厚度为16-24cm。

2.根据权利要求1所述的基于剑麻纤维的水泥基复合材料路面结构，其特征在于：所述底基层采用级配碎石、旧沥青路面或旧水泥混凝土路面，底基层厚度为20cm。

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种基于剑麻纤维的水泥基复合材料路面结构。

背景技术

水泥混凝土路面具有刚度大、承载能力高、耐久性强、经济性能好、使用寿命长等优点，并且不会出现车辙、拥包等现象，加之我国优质路用沥青资源的不足和水泥资源相对丰富，修筑水泥混凝土路面具有广阔的前景。截至2016年底，我国已经建成水泥混凝土路面总里程达到约226万km，占铺装路面总里程的70%以上。

水泥混凝土路面在我国开始使用时间较早，应用范围很广，高速公路、城市道路、机场跑道、车站码头、乡间道路等处均铺设水泥混凝土。在我国的高等级公路中水泥混凝土路面（高速公路、一级公路）约占25%，二级以下公路所占比例约为40%，其设计基准期为20年，然而实际上很多水泥路面在使用3~4年后便出现裂缝、断板、错台、露骨、板底脱空等病害，影响了道路的正常使用功能，增加了交通安全隐患，严重制约了地方经济的发展。同时，水泥混凝土路面比沥青混凝±路面的养护难度大、养护费用高，如果水泥路面病害问题频繁势必会増加养护次数和养护费用，体现不出水泥路面寿命长、费用低的优点。

水泥混凝土之所以耐久性有限，主要是因为：一、水泥混凝土水分蒸发而产生的干缩和温度降低产生的温缩使路面产生横向裂缝。二、车辆荷载作用引起混凝土板的横向应力增加，重复轴载作用增加了混凝土板的疲劳，当累积疲劳超过了疲劳强度，水泥混凝土产生纵向开裂，即产生冲断。因此，研究耐久性优良的水泥路面材料对于提高路面使用性能、延长使用寿命、减少维修次数以及降低养护费用都具有重要意义。

鉴于工程中水泥混凝土路面的耐久性问题，东南大学李昶教授提出一种专利（申请公布号：CN 109235174 A），将纤维增强型水泥基复合材料作为罩面层材料铺设于普通水泥混凝土面层上方，所述罩面层采用全断面摊铺的形式进行铺筑。该专利与本专利具有如下三处不同点：第一，两者价格差别很大。该专利采用的是PVA纤维，价格昂贵，而本专利采用剑麻纤维，其成本更加低廉；第二，两者的结构层次不同。该专利是由水泥基复合材料作为罩面层（厚度仅6-8cm）铺设于原有水泥混凝土面层上方形成的组合面层，而本专利是采用单一面层的形式，其面层材料仅采用高延性水泥基复合材料；第三，面层耐久性不同。该专利虽然能消除水泥混凝土路面表观宽大缝隙，但是其面层材料仍为水泥混凝土，仍会因为干缩和温缩出现开裂破坏，局部甚至会因罩面层传下来的车辆荷载作用出现断板。同样，针对水泥混凝土路面现有的裂缝耐久性等问题，长安大学申爱琴教授提出了一种减缩抗裂路面水泥混凝土路面材料专利（申请公布号：CN 109020384 A），所述的减缩抗裂路面水泥混凝土由水、水泥、粉煤灰、玄武岩纤维、轻骨料、碎石、砂及减水剂制备而成。南昌大学鲁亚提出一种UHPC材料作为路面材料的道路的发明设计（申请公布号：CN 108558304 A）。上述两个专利与本专利由如下几点不同：第一、两个路面的面层材料仍属于混凝土范畴，而混凝土是脆性材料，其韧性差、抗拉强度和黏结强度较低、弹性模量高而变形能力差，容易因材料的脆性特征导致混凝土路面出现断板、冲断现象。而本专利使用剑麻纤维水泥基复合材料作为面层材料，该材料是以水泥砂浆为基体（不含粗骨料），以剑麻纤维、苎麻纤维等原生植物纤维为增强体，加入细砂、粉煤灰、化学助剂和水经复合工艺构成的复合材料，由于其制备成分中没有掺入粗骨料，因此该材料有别于传统的混凝土，属于水泥类范畴。相比传统混凝土，该水泥基复合材料韧性以及抗拉强度等力学性能均有所提高；第二、相比水泥混凝土路面，两个路面的最大裂缝宽度均有所减小，但是，因为碎石的存在，裂缝宽度仍为厘米级，仍远大于本专利的最大裂缝宽度50μm；第三、由于玄武岩纤维和钢纤维价格远高于剑麻纤维，所以这两个路面的成本高于本专利。针对工程中水泥混凝土路面耐久性不足的问题，本专利提供了一种剑麻纤维增强水泥基复合材料路面道路，该路面结构从上到下依次包括高延性水泥混凝土面层、基层和底基层。采用这种具有高弯拉强度、高延展性、抗疲劳、耐腐蚀以及微裂缝自愈合能力的高延展性水泥基复合材料作为面层材料，基层采用具有柔性特点的级配稳定碎石，能够抑制反射裂缝、改善上下层材料温湿状态，提高了基层材料的抗裂性能，抑制了工后路面反射裂缝的出现。能够有效改善传统水泥混凝土路面由于材料脆性导致的混凝土路面开裂现象，而且其优异的裂缝控制能力非常有利于混凝土路面对于裂缝宽度控制的要求，在提高路面结构的安全性、耐久性方面有着极为重要的意义。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型的目的是提供一种结构新颖的基于剑麻纤维的水泥基复合材料路面结构，可有效提高路面结构安全性和耐久性。

本实用新型采用以下方案实现：一种基于剑麻纤维的水泥基复合材料路面结构，包括自下而上依次设置的底基层、基层和由剑麻纤维水泥基复合材料摊铺而成的面层。

进一步的，所述面层厚度为20cm。

进一步的，所述基层采用水泥稳定碎石，基层厚度为16-24cm。

进一步的，所述底基层采用级配碎石、旧沥青路面或旧水泥混凝土路面，底基层厚度为20cm。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：

（1）由于裂缝间的纤维提供桥联应力，承受荷载和吸收能量，因此该剑麻纤维水泥基复合材料不同于普通混凝土，其具有独特的应变—硬化性能和超强的韧性，其拉应变值大于3%，显著改变了传统水泥混凝土的脆性特征，克服了材料脆性导致的诸多缺陷，能够有效改善传统水泥混凝土路面由于材料脆性导致的混凝土路面断板、冲断现象；

（2）剑麻纤维水泥基复合材料呈现出多缝开裂的特点，其裂缝自控能力是通过纤维的桥连作用实现的。当水泥基复合材料中的拉应力达到水泥基体的抗拉强度时即产生裂缝，此时开裂面的全部荷载便施加到横跨裂缝的纤维上，通过纤维与水泥基体的界面剪切黏结，纤维又将此荷载传递给裂缝两侧未开裂的水泥基体，直到达到其抗拉强度时又产生新的裂缝。如此往复，直至水泥基体被分成若干小块体。当纤维传递的应力不能使基体再产生新的裂缝时，多缝开裂过程结束，在此过程中，纤维的连接作用和界面应力传递作用至关重要，其饱和状态的多点开裂裂缝宽度小于50μm，因此其优异的裂缝控制能力非常有利于混凝土路面对于裂缝宽度控制的要求；

（3）第三，由于该水泥复合材料的成分中采用剑麻纤维起桥联作用，相较于传统水泥基复合材料的钢纤维、PVA纤维，大大降低水泥基复合材料成本。

为使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下将通过具体实施例和相关附图，对本实用新型作进一步详细说明。

附图说明

图1是本实用新型实施例断面图；

图中标号说明：1-底基层、2-基层、3-面层。

具体实施方式

如图1所示，一种基于剑麻纤维的水泥基复合材料路面结构，包括自下而上依次设置的底基层1、基层2和由剑麻纤维水泥基复合材料摊铺而成的面层3；本实用新型路面结构采用具有应变-硬化性能和超强的韧性，及多缝开裂的特点的剑麻纤维水泥基复合材料作为路面层，能够有效改善传统水泥混凝土路面由于材料脆性导致的混凝土路面断板。冲断现象，而且其优异的裂缝控制能力非常有利于混凝土路面对于裂缝宽度控制的要求，避免宽大裂缝出现，在提高路面结构的安全性、耐久性方面有着极为重要的意义，通过在设计年限内，满足各级公路相应的承载能力、耐久性、舒适性、安全性的要求。

在本实施例中，所述面层厚度为20cm。

在本实施例中，所述基层采用水泥稳定碎石，基层厚度为16-24cm，优选20cm，厚度数值根据交通量等级来选用，各材料的要求应参照相关规范；能够抑制反射裂缝、改善上下层材料温湿状态，提高基层材料的抗裂性能，抑制工后路面反射裂缝的出现。

在本实施例中，所述底基层采用级配碎石、旧沥青路面或旧水泥混凝土路面，底基层厚度为20cm，底基层可以是经过碎石化处理的旧沥青路面或者旧水泥混凝土路面，旧路面碎石化处理可以避免废料的产生，从而节约成本；另一方面旧路面作为底基层可以为路面提供足够的支撑，更好地发挥路面的性能。

在本实施例中，所述的剑麻纤维水泥基复合材料的原料及用量包括:水280-300kg/m3；水泥310-330kg/m3；细砂680-700kg/m3；粉煤灰680-700kg/m3；剑麻纤维24-28kg/m3；高效减水剂10-15kg/m3；粘合剂0.15-0.18kg/m3。摊铺面层的剑麻纤维水泥基复合材料由混凝土搅拌机生产，经由搅拌运输车运输至施工现场，在进行施工时采用滑模式水泥混凝土摊铺机进行摊铺，摊铺后剑麻纤维水泥基复合材料自密实，无需进行振捣，构造措施与水泥混凝土路面相同；

其中，水泥选用P.Ⅱ.42.5R；

粉煤灰采用Ⅰ级粉煤灰，45μm筛余量不大于12%，需水量比不大于95%，主要活性化学成分是SiO2与Al2O3，与水泥水化产生的氢氧化巧可反应生成胶凝产物，起到密实填充混凝土的作用；

矿渣采用高炉矿渣粉，比表面积为350m2/kg，密度为2.72g/cm3，碱度系数为1.03，活性系数为0.43，按质量百分比计，所述高炉矿渣粉包含如下成分，SiO2:32.70%，Al2O3:14.03%，TiO2:2.13%，CaO:39.00%，MgO:8.99%，MnO:0.40%，K2O:0.41%，Na2O:0.25%，烧失量:0.78%，其他:1.31%；

细砂级配为：尺寸为1.18mm的方孔筛，细砂通过率为100%，尺寸为0.6mm的方孔筛，细砂通过率为44 .6%，尺寸为0.3mm的方孔筛，细砂通过率为10.8%，尺寸为0.15mm的方孔筛，细砂通过率为0%；

高效减水剂选用聚羧酸减水剂，减水率大于20%，其作用是通过表面物理化学作用使水泥颗粒分散，从而改善基质的流动性、降低用水量；

粘合剂选用羟丙基甲基纤维素；

剑麻纤维的直径为30~40μm，长度为10~20mm，材料的弹性模量15~30GPa，延伸率约为6%。

本申请使用的剑麻纤维水泥基复合材料作为修补材料，该材料是以硅酸盐水泥为基体，以剑麻纤维、苎麻纤维等原生植物纤维为增强体，加入细砂、粉煤灰、化学助剂和水经复合工艺构成的复合材料，由于其制备成分中没有掺入粗骨料，因此该材料有别于传统的混凝土，属于水泥类范畴。相比传统混凝土，该水泥基复合材料韧性以及抗拉强度等力学性能均有所提高。

制备剑麻纤维水泥基浇筑材料时的水泥基复合材料搅拌方法为：

首先在搅拌机中依次投入水泥、粉煤灰和细砂, 预搅拌2min；然后将粘合剂羟丙基甲基纤维素粉末均匀的洒在经预搅拌的拌料中, 边搅拌边洒粉末，搅拌5min；将水和减水剂逐渐加入干混合物中，直至产生均匀的混合物；逐渐加入剑麻纤维再继续混合3min，直至纤维均匀分散即可。

本实施例中的高延展性纤维增强水泥基复合材料具有如下特点：（1）由于裂缝间的纤维提供桥联应力，承受荷载和吸收能量，因此该剑麻纤维水泥基复合材料不同于普通混凝土，其具有独特的应变—硬化性能和超强的韧性，其拉应变值大于3%，显著改变了传统水泥混凝土的脆性特征，克服了材料脆性导致的诸多缺陷，能够有效改善传统水泥混凝土路面由于材料脆性导致的混凝土路面断板、冲断现象；（2）剑麻纤维水泥基复合材料呈现出多缝开裂的特点，其裂缝自控能力是通过纤维的桥连作用实现的。当水泥基复合材料中的拉应力达到水泥基体的抗拉强度时即产生裂缝，此时开裂面的全部荷载便施加到横跨裂缝的纤维上，通过纤维与水泥基体的界面剪切黏结，纤维又将此荷载传递给裂缝两侧未开裂的水泥基体，直到达到其抗拉强度时又产生新的裂缝。如此往复，直至水泥基体被分成若干小块体。当纤维传递的应力不能使基体再产生新的裂缝时，多缝开裂过程结束，在此过程中，纤维的连接作用和界面应力传递作用至关重要，其饱和状态的多点开裂裂缝宽度小于50μm，因此其优异的裂缝控制能力非常有利于混凝土路面对于裂缝宽度控制的要求；（3）由于该水泥复合材料的成分中采用剑麻纤维起桥联作用，相较于传统水泥基复合材料的钢纤维、PVA纤维，大大降低水泥基复合材料成本。

本发明采用剑麻纤维增强的水泥基复合材料作为路面结构的面层，能够有效改善传统水泥混凝土路面由于材料脆性导致的混凝土路面开裂现象，而且其优异的裂缝控制能力非常有利于混凝土路面对于裂缝宽度控制的要求，在提高路面结构的安全性、耐久性方面有着极为重要的意义，剑麻纤维增强水泥基复合材料是一种更绿色更环保的路面材料，可以减少资源损耗和环境污染，降低路面工程对生态系统、人类健康的影响。

上述本实用新型所公开的任一技术方案除另有声明外，如果其公开了数值范围，那么公开的数值范围均为优选的数值范围，任何本领域的技术人员应该理解：优选的数值范围仅仅是诸多可实施的数值中技术效果比较明显或具有代表性的数值。由于数值较多，无法穷举，所以本实用新型才公开部分数值以举例说明本实用新型的技术方案，并且，上述列举的数值不应构成对本实用新型创造保护范围的限制。

本实用新型如果公开或涉及了互相固定连接的零部件或结构件，那么，除另有声明外，固定连接可以理解为：能够拆卸地固定连接( 例如使用螺栓或螺钉连接)，也可以理解为：不可拆卸的固定连接(例如铆接、焊接)，当然，互相固定连接也可以为一体式结构(例如使用铸造工艺一体成形制造出来) 所取代(明显无法采用一体成形工艺除外)。

另外，上述本实用新型公开的任一技术方案中所应用的用于表示位置关系或形状的术语除另有声明外其含义包括与其近似、类似或接近的状态或形状。

本实用新型提供的任一部件既可以是由多个单独的组成部分组装而成，也可以为一体成形工艺制造出来的单独部件。

最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本实用新型的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本实用新型技术方案的精神，其均应涵盖在本实用新型请求保护的技术方案范围当中。

基于剑麻纤维的水泥基复合材料路面结构专利购买费用说明

Q：办理专利转让的流程及所需资料

A：专利权人变更需要办理著录项目变更手续，有代理机构的，变更手续应当由代理机构办理。

1：专利变更应当使用专利局统一制作的“著录项目变更申报书”提出。

2：按规定缴纳著录项目变更手续费。

3：同时提交相关证明文件原件。

4：专利权转移的，变更后的专利权人委托新专利代理机构的，应当提交变更后的全体专利申请人签字或者盖章的委托书。

Q:专利著录项目变更费用如何缴交

A：（1）直接到国家知识产权局受理大厅收费窗口缴纳,（2）通过代办处缴纳，（3）通过邮局或者银行汇款,更多缴纳方式

Q：专利转让变更，多久能出结果

A：著录项目变更请求书递交后，一般1-2个月左右就会收到通知，国家知识产权局会下达《转让手续合格通知书》。