復合式半柔性路面試驗研究

季亞萍，盧 煒

（1.蘇州市吳江區(qū)交通工程質(zhì)量監(jiān)督站，江蘇 蘇州 215200；2.東南大學交通學院，江蘇 南京 210000）

復合式半柔性路面是根據(jù)瀝青和水泥兩種路面各自的特點，研究開發(fā)出的一種新型的路面，它是在基體瀝青混合料（空隙率高達20%～28%）路面中，灌注以水泥為主要成分的特殊漿劑而形成的復合路面。它是一種既保留瀝青混凝路面主要特性，又具有水泥混凝土路面部分性能的路面結構形式[1]。它利用嵌擠原理，通過骨料之間的相互嵌擠作用提高材料強度，增強了路面抵抗荷載作用的能力，同時，其高溫穩(wěn)定性能大大優(yōu)于普通瀝青混凝土路面，其低溫抗裂性能、抗疲勞性能和抗滑耐磨性能也都優(yōu)于普通瀝青混凝土路面。同時，半柔性路面還具有耐油、耐酸、耐熱、耐水、抗滑和易著色等優(yōu)點。

1 原材料的選取

1.1 基體瀝青混合料原材料

復合式半柔性路面室內(nèi)瀝青混合料試驗采用的礦料來自熱料倉，瀝青采用SBS改性瀝青，技術指標見表1。

1.2 水泥砂漿原材料

本次試驗中，水泥為P.O42.5普通硅酸鹽水泥，采用的礦粉與基體瀝青混合料礦粉一致，原材料試驗結果及指標如表2～表4所示。

表1 集料及瀝青密度試驗結果

表2 水泥試驗項目及技術指標

表3 砂試驗項目及技術要求

表4 礦粉試驗項目及技術要求

上述材料為本次室內(nèi)試驗所用原材料，經(jīng)檢測，各項指標都滿足相關規(guī)范要求。

2 半柔性路面設計方法

該種半柔性路面的設計是基于瀝青馬歇爾設計方法，其基本原理是將水泥砂漿灌入瀝青路面，結合剛性路面和柔性路面的優(yōu)點，全面改善道路路用性能。其設計分三個步驟，首先是基體瀝青混合料配合比設計，確定出適宜灌注砂漿的基體瀝青混合料的配合比；其次是水泥砂漿的設計，確定可以應用到半柔性路面的砂漿比例；最后就是半柔性路面的性能驗證[2]。

2.1 基體瀝青混合料配合比設計

采用馬歇爾設計方法確定瀝青混合料（SFAC—20）的配合比，先通過初試級配體積分析確定礦料配合比及油石比，如表5～表6所示。

表5 級配調(diào)試結果

采用初試油石比為3.2%±0.3%，以馬歇爾擊實（正反50次）成型試件，試驗結果匯總于表6。

表6 馬歇爾試驗體積性質(zhì)技術指標

綜合考慮馬歇爾試件空隙率、穩(wěn)定度等性能指標要求，本次目標配合比設計的最佳油石比取值為3.2%。

2.2 水泥砂漿設計

通過試配砂漿，確定砂漿比例，水泥∶砂∶礦粉∶水＝1∶0.3∶0.35∶0.7，各項性能指標如表7所示。

表7 水泥砂漿性能指標及技術要求

通過水泥砂漿性能試驗表明，按照水泥∶砂∶礦粉∶水＝1∶0.3∶0.35∶0.7拌和的水泥砂漿能滿足半柔性路面SFAC—20的要求，可以應用到半柔性復合路面SFAC—20混合料中[3]。

2.3 室內(nèi)試驗性能驗證

復合式半柔性路面指在大空隙基體瀝青混合料中（空隙率為20%～28%），灌入以水泥為主要成分的特殊漿劑而形成的路面，具有高于水泥混凝土的柔性和高于瀝青混凝土的剛性的特點。在復合式半柔性路面室內(nèi)性能驗證中，試件按以下步驟成型：首先成型基體瀝青混合料試件，待試件冷卻后，灌入已完成配比設計的水泥砂漿成型復合式瀝青混合料試件，在制作中需要注意觀察試件底部，確認砂漿已填充滿基體瀝青混合料空隙；然后將試樣放在標準養(yǎng)護條件下（溫度20℃±1℃，濕度90%）養(yǎng)護7d；最后取出試件按照瀝青混合料相關試驗規(guī)程進行性能驗證試驗。

2.3.1 力學性能試驗

力學性能試驗結果見表8。

表8 馬歇爾體積指標表

由表8可知，灌入水泥砂漿的馬歇爾試件穩(wěn)定度和流值都滿足規(guī)范要求。

2.3.2 高溫穩(wěn)定性試驗

高溫穩(wěn)定性試驗采用車轍試驗，瀝青混合料試件上輪跡的產(chǎn)生都與實際瀝青路面車轍的產(chǎn)生非常類似，同時大量試驗也表明，車轍試驗的動穩(wěn)定度與瀝青路面的高溫穩(wěn)定性有著良好的相關性，故采用車轍試驗的動穩(wěn)定度作為高溫性能控制指標[4]。

車轍試驗是一種模擬車輛輪胎在路面上滾動形成車轍的試驗方法，試驗結果比較直觀。目前我國都是采用標準方法成型瀝青混合料板塊狀試件，在試驗溫度為60℃，輪壓為0.7MPa的條件下，試驗輪以42次／min的頻率沿試件表面反復作用形成車轍[5]。

本試驗采用標準方法對養(yǎng)護后的試件進行車轍試驗，結果見表9。

表9 動穩(wěn)定度試驗結果

從表9中數(shù)據(jù)可以得出，試件車轍試驗動穩(wěn)定度達到15 840次／mm，滿足規(guī)范要求的不小于10 000次／mm，通過試驗證明其高溫穩(wěn)定性能滿足試驗要求，同時其穩(wěn)定度遠遠大于規(guī)范要求，表明其性能在高溫下非常穩(wěn)定，抗車轍能力大大提高。

3 水穩(wěn)定性試驗

瀝青混合料的水穩(wěn)定性不足。水損害是瀝青混凝土路面形成早期破壞的主要形式，其主要原因是由于周邊的水或水汽滲透進瀝青路面，使得瀝青從集料表面剝離，逐漸喪失粘結力，進而降低了瀝青混合料的粘結強度，造成集料松散，導致路表出現(xiàn)坑槽，另外行車引起的動水壓力對瀝青產(chǎn)生的剝離作用也加劇了瀝青路面的水損害。復合式半柔性路面借鑒瀝青路面，采用浸水馬歇爾試驗和凍融劈裂試驗結果（見表10～表11）進行評價。

表10 浸水馬歇爾試驗結果

表11 凍融劈裂試驗結果

從表10～表11中結果可知，浸水馬歇爾試驗殘留穩(wěn)定度92.1%和凍融劈裂試驗劈裂強度比90.9%都遠遠大于規(guī)范要求，表明復合式半柔性路面具有非常好的水穩(wěn)定性。

4 結論

復合式半柔性路面（SFAC—20）配合比設計結果如表12所示。

表12 復合式半柔性路面（SFAC—20）瀝青混合料設計配比

通過室內(nèi)試驗對SFAC—20瀝青混合料性能進行驗證發(fā)現(xiàn)，該種復合式半柔性路面具有非常好的水穩(wěn)定性能及高溫性能，可在路面上大力推廣，特別是在容易產(chǎn)生車轍的重交通區(qū)域。

[1]王素勤，林繡賢，樓海洋.新型路面的復合材料——特種瀝青混合料的研究[J].華東公路，1989，（2）：76-81.

[2]潘大林，張肖寧.半柔性路面基體瀝青混合料的設計方法[J].中南公路工程，2000，（1）：22-23.

[3]程磊，郝培文.半柔性路面用水泥膠漿的配比[J].長安大學學報：自然科學版，2002，（4）：1-4.

[4]沈金安.瀝青與瀝青混合料路用性能[M].北京：人民交通出版社，2000.

[5]JTG E20—2011，公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程[S].