基于碎石化基層的溫拌瀝青路面結(jié)構(gòu)力學(xué)分析

張弓亮 范騰

【摘要】節(jié)能減排、保護(hù)環(huán)境、可持續(xù)發(fā)展是當(dāng)前世界各國(guó)共同關(guān)注的熱點(diǎn)問題。本文通過碎石化基層與舊水泥板基層在不同軸載和溫度下的力學(xué)性能對(duì)比，研究表明，路用性能達(dá)到（接近）熱拌瀝青混合料的標(biāo)準(zhǔn)，在我國(guó)具有廣闊的應(yīng)用前景。

【關(guān)鍵詞】碎石化基層；溫拌瀝青；力學(xué)分析

前言

碎石化技術(shù)是指舊水泥混凝土路面大面積破壞，并已喪失了整體承載能力，通過局部壓漿等處治方式已不能恢復(fù)其使用功能的一種技術(shù)手段。碎石化技術(shù)的最大優(yōu)點(diǎn)是舊水泥路面板經(jīng)過沖擊、破碎、壓實(shí)處理后，使其形成約5厘米粒徑的碎石基層，在此基層上加鋪瀝青路面或水泥路面可以防止反射裂縫，避免水泥路面被挖除換板帶了的環(huán)保問題。

溫拌瀝青及瀝青混合料，是通過溫拌改性劑使熱瀝青能在相對(duì)較低的溫度下進(jìn)行拌和、施工，同時(shí)保持不低于熱瀝青性能的改性技術(shù)。其技術(shù)關(guān)鍵是在不損傷熱瀝青路用性能的前提下降低瀝青拌和及碾壓溫度。

1、碎石化基層的溫拌瀝青混合料路面

1.1 碎石化基層的溫拌瀝青路面結(jié)構(gòu)

碎石化基層與溫拌瀝青路面組合，可以成為目前環(huán)保節(jié)能的一種路面結(jié)構(gòu)形式，為了對(duì)這種全新的路面組合結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究，采用有限元分析法對(duì)溫拌瀝青面層與碎石化基層之間的作用進(jìn)行分析。路面結(jié)構(gòu)圖式見圖1，計(jì)算采用的參數(shù)見表1。

圖1 路面結(jié)構(gòu)圖

瀝青混凝土路面h=16cm，E=17003Mpa 溫拌瀝青混凝土路面h=16cm，E=1600Mpa

5cm瀝青混合料調(diào)平層 應(yīng)力吸收層1cm

舊水泥路面 h=25cm 破碎后的碎石化基層h=22cm

E=25X103Mpa E=800Mpa

表1路面各結(jié)構(gòu)層計(jì)算參數(shù)

路面結(jié)構(gòu)層 路面設(shè)計(jì)厚度（cm） 泊松比 抗壓回彈模量（MPa）

熱瀝青混凝土路面 16 0.25 1700

舊水泥混凝土板 25 0.10 3000

溫拌瀝青混凝土路面 16 0.25 1600

碎石化基層 22 0.35 800

瀝青混合料調(diào)平層 5.0 0.25 1400

應(yīng)力吸收封層 1.0 0.45

土基 0.35 40

1.2碎石化基層的溫拌瀝青路面層間應(yīng)力分析

分別對(duì)舊水泥路面板上加鋪瀝青混凝土，以及對(duì)舊水泥路面碎石化后加鋪溫拌瀝青路面的層間應(yīng)力進(jìn)行計(jì)算，其結(jié)果見表2。

表2瀝青路面底面連接層間最大應(yīng)力結(jié)果

計(jì)算層間位置 瀝青面層底面最大應(yīng)力（MPa）

彎拉應(yīng)力 剪應(yīng)力 主應(yīng)力 彎拉應(yīng)變

舊水泥板與加鋪瀝青路層間 0.946 0.439 1.083 403

碎石化基層與加鋪溫拌瀝青路面層間 0.610 0.393 0.675 206

路面結(jié)構(gòu)計(jì)算中僅僅考慮垂直荷載的作用，表 2列出了荷載下層間最大應(yīng)力應(yīng)變計(jì)算結(jié)果，層間應(yīng)力應(yīng)變顯示，碎石化溫拌瀝青路面較優(yōu)。

為了研究不同軸載對(duì)路面結(jié)構(gòu)層間的影響。計(jì)算了不同軸載載下面層底部的應(yīng)力、應(yīng)變見表3。表3中A表示舊水泥板與瀝青混凝土之間的層間連接，B表示碎石化基層與溫拌瀝青混凝土之間的層間連接。

表3 不同軸載對(duì)2種路面結(jié)構(gòu)層間應(yīng)力的影響

軸載 標(biāo)準(zhǔn)軸載 1.3倍標(biāo)準(zhǔn)軸載 1.5倍標(biāo)準(zhǔn)軸載 2倍標(biāo)準(zhǔn)軸載

拉應(yīng)力，MPa A 0.945 1.218 1.361 1.897

B 0.876 1.015 1.214 1.458

剪應(yīng)力，MPa A 0.439 0.518 0.586 0.809

B 0.354 0.501 0.457 0.758

主應(yīng)力，MPa A 1.083 1.407 1.602 2.144

B 0.889 1.325 1.468 2.064

不同軸載對(duì)路面結(jié)構(gòu)層間應(yīng)力的影響很大。瀝青路面面層的各項(xiàng)應(yīng)力均隨著軸載的增加而增加，當(dāng)軸載超過1.5倍時(shí)，面層中應(yīng)力增速加快。數(shù)據(jù)表明，在2倍標(biāo)準(zhǔn)軸載下碎石化溫拌瀝青路面層間應(yīng)力相對(duì)于普通瀝青路面要小。

當(dāng)溫度變化時(shí)，舊水泥板與加鋪瀝青路面層間最大應(yīng)力和應(yīng)變見圖2，碎石化基層加溫拌瀝青路面最大應(yīng)力和應(yīng)變見圖3。

表4碎石化基層與加鋪溫拌瀝青路面層間最大應(yīng)力和應(yīng)變

降溫速率 10℃/s 10℃/h 1℃/h 0.1℃/h 0.05℃/h

拉應(yīng)力，MPa 2.47 1.295 0.937 0.839 0.817

剪應(yīng)力，MPa 0.251 0.293 0.319 0.326 0.332

拉應(yīng)變，

159 287 499 786 903

剪應(yīng)變，

41 223 547 997 1107

表5舊水泥板與加鋪瀝青路層間最大應(yīng)力和應(yīng)變

降溫速率 10℃/s 10℃/h 1℃/h 0.1℃/h 0.05℃/h

拉應(yīng)力，MPa 2.67 1.305 0.907 0.819 0.813

剪應(yīng)力，MPa 0.364 0.321 0.338 0.391 0.341

拉應(yīng)變，

166 304 542 842 1003

剪應(yīng)變，

49 328 635 1022 1132

由以上圖知，兩種路面層間的應(yīng)力和應(yīng)變均受到降溫速率的影響。比較而言，當(dāng)溫度驟降（降溫速率為10℃/s）時(shí)，兩種結(jié)構(gòu)的層間彎拉應(yīng)力相差17%，剪應(yīng)力相差31%，碎石化基層加溫拌瀝青組合結(jié)構(gòu)有較強(qiáng)的抵御能力。

3碎石化基層灌封和溫拌瀝青路面施工工藝

1）采用多錘頭碎石沖擊破碎機(jī)對(duì)舊水泥混凝土路面進(jìn)行破碎，直至碎石最大粒徑小于50mm。

2）將摻有12%溫拌劑的熱熔瀝青澆淋在碎石表面，每平方米的瀝青用量控制在2.3kg.并繼續(xù)進(jìn)行振動(dòng)捶打，使溫拌瀝青沿碎石縫隙進(jìn)入碎石層內(nèi)，充分粘結(jié)碎石。

3）采用振動(dòng)壓路機(jī)隨后進(jìn)行碾壓，使碎石基層形成整體。

4）攤鋪5cm溫拌瀝青調(diào)平層，形成平整的瀝青路面下臥層。

5）根據(jù)設(shè)計(jì)厚度攤鋪上面層，形成碎石化基層的瀝青路面

參考文獻(xiàn)

[1]秦永春、黃頌昌等. 溫拌瀝青混合料技術(shù)及最新研究[J]. 石油瀝青，第20卷第4期，8/2006.

[2]張智強(qiáng)、嚴(yán)世祥等. 溫拌瀝青混合料技術(shù)探討[D]，重慶建筑大學(xué)學(xué)報(bào)，第6期第29卷，12/2007.

[3]張勇. 瀝青混合料水穩(wěn)定性試驗(yàn)研究[J].浙江建筑.2009年 26卷 9期：P64-67.