保水降溫半柔性路面材料性能分析

【摘要】本文從原材料、保水水泥砂漿、瀝青混合材料方面簡要闡述了保水降溫半柔性路面材料的主要配比，并分析了路面材料的高溫穩(wěn)定性、低溫抗裂性、水穩(wěn)定性、抗疲勞性能以及保水性能，旨在根據(jù)相關分析有效提升路面的各項性能。

【關鍵詞】保水降溫；半柔性路面；材料性能

隨著城市化不斷發(fā)展，城市人口不斷增加，不透水建筑面積與排熱機器不斷增多，造成地面的滲水能力降低，破壞了城市熱平衡能力，從而導致路面無法釋放熱量。因此，為了有效提升城市的散熱能力，降低對生態(tài)環(huán)境的影響，保水降溫路面已經(jīng)成為了城市化建設中必然應用的路面。

1、保水降溫半柔性路面材料的配比

1.1原材料

選擇吸水能力強和孔隙率大的保水劑，砂漿選擇硅酸鹽水泥、細砂以及Ⅱ級粉煤灰制成。瀝青混合材料應用A級70號的基質(zhì)瀝青，石灰?guī)r碎石的粗集料，石屑的細集料，礦粉的填料所制成。以上材料的性質(zhì)JTGF40-2017（《公路瀝青路面施工技術規(guī)范》）的技術要求。

1.2保水水泥砂漿

水泥砂漿的構(gòu)成為礦粉、硅鹽水泥、水以及外加劑等等，且必須符合半柔性路面施工的技術標準，其中流動度應保持在10-14/s，在養(yǎng)生6d的環(huán)境下抗折強度應高于2.0MPa，抗壓強度保持在10-30MPa。經(jīng)過配比，保水砂漿中的水、細砂、保水劑、水泥、礦粉的配比為68.5：20：2：41.5：10，能夠使砂漿具有27.67%的保水率[1]。

1.3瀝青混合材料

保水降溫半柔性路面材料（以下簡稱為路面混合材料）為骨架密實性結(jié)構(gòu)，瀝青混合材料為骨架空隙性結(jié)構(gòu)，即在建構(gòu)骨架時為水泥砂注入提供充分的空隙。這種路面結(jié)構(gòu)的膠結(jié)能力較強，根據(jù)砂漿的流動性填充骨架空隙。瀝青混合材料直接影響著半柔性路面的力學性能。所以在設計瀝青混合材料時要充分體現(xiàn)出混合材料的體積性能（主要為空隙率），增強其路用性能[2]。半柔性路面設計瀝青混合材料的空隙率應保證在205-25%，其中應用4.0%左右的瀝青，具體為瀝青混合材料的相對密度應高于1.9，空隙率保持在20%-25%，兩面各擊實50次，油石比保持在3.0%-5.0%，穩(wěn)定度應高于3.0kN，流值保持在20-50/0.1mm。

2、保水降溫半柔性路面材料性能

2.1高溫穩(wěn)定性

相較于普通的瀝青混凝土，路面混合材料的高溫穩(wěn)定性更高。普通的瀝青混合材料具有1000次/mm的動穩(wěn)定度，路面混合材料具有12000/mm，由此可知路面混合材料的高溫抗車轍的性能較為良好。從動穩(wěn)定度及車轍深度方面等方面，均可以了解到路面混合材料具有良好的高溫穩(wěn)定性[3]。普通的瀝青混合材料內(nèi)高溫穩(wěn)定性指的是在高溫情況下混合材料抗變形流動及剪切的性能，在其中加入水泥，會增強路面混合材料的剛性，加強抗變形流動及剪切的性能，從而增強抗車轍的性能。

2.2低溫抗裂性

目前，對于路面混合材料的低溫抗裂性能并不具備統(tǒng)一化的評價標準，在試驗過程中通常采取低溫彎曲的試驗進行評價。根據(jù)規(guī)范化規(guī)定，在成型車轍內(nèi)灌入漿體，在養(yǎng)生14d后，將其切割為棱柱體，在-10℃的溫度情況下進行彎曲試驗，其試驗結(jié)果為：在基體空隙率為22%時，抗彎拉強度為5.19MPa，最大彎拉應變?yōu)?97με，彎曲勁度模量為5869MPa，應變能的密度為2269/（J·m-3）；在基體空隙率為25%時，抗彎拉強度為6.35MPa，最大彎拉應變?yōu)?375με，彎曲勁度模量為4612MPa，應變能的密度為3933/（J·m-3）；在基體空隙率為28%時，抗彎拉強度為55.30MPa，最大彎拉應變?yōu)?051με，彎曲勁度模量為5320MPa，應變能的密度為2602/（J·m-3）。通常瀝青混合材料的低溫破壞過程是能量消耗的過程中，其中的彈性應變能就會變多，也就是應變能的密度增多，破壞過程中需要更多的能力，低溫抗裂性也會加強。

2.3水穩(wěn)定性

根據(jù)對水穩(wěn)定性的相關了解可知，隨著瀝青混合原料的空隙率不斷增大，路面混合材料的浸水殘留穩(wěn)定度以及凍融劈裂強度也會增大，水穩(wěn)定性也隨之提升。其原因在于在灌入保水砂漿的品質(zhì)相同的情況下，隨著瀝青混合材料的空隙率增加，保水砂漿的灌入量也會增多，路面混合材料的抗水損害的性能也會越好[4]。

2.4抗疲勞性能

根據(jù)路面彈性層狀的分析可知，瀝青的厚度超過12.6cm時在重復荷載的情況下，應變增長速度較快，最終導致路面斷裂，這個過程與應力控制模式中的疲勞試驗相符。美國的研究人員通過應變控制模式對瀝青面層的厚度進行了預估及修正，但得出的結(jié)論為試驗中最好的疲勞壽命材料，在實際應用過程中的疲勞壽命最差。所以，在試驗過程中主要應用的方式為應力控制加載，其主要是對于23%的空隙率及級配中值的路面混合材料進行了四點彎曲疲勞試驗，得出有效的結(jié)果。根據(jù)結(jié)果可知，保水降溫的半柔性路面不能運用在重載交通的道路中。

2.5保水性能

路面保水性能的指標為路面保水量，其計算方式為：W= ，其中W為路面厚度為5cm的保水量，m1為浸泡24h的質(zhì)量，m2為60℃烘干24h的質(zhì)量，A為截面積[5]。根據(jù)相關試驗計算結(jié)果可知，保水路面的級配不同，其保水能力也存在一定的差異。且相較于普通路面，在混合材料中加入保水砂漿能夠有效提升路面的保水性能，其主要原因是砂漿的吸水及保水性較好，能夠使路面保證良好的保水性能，同時為路面降溫提供了保障。

結(jié)語：

綜上所述，保水降溫半柔性路面材料具有較高的高溫穩(wěn)定性，其穩(wěn)定度高于12000次/mm。在路面施工中的評價指標為浸水24小時的路面保水量和路面灑水8小時的降溫參數(shù)。且在城市建設中可以廣泛應用保水降溫半柔性路面材料，不僅能夠改善城市的生態(tài)結(jié)構(gòu)，還能改善城市生活環(huán)境。

參考文獻：

[1]張曉燕，成志強，孔繁盛.基于CA灌漿材料的半柔性路面低溫性能[J].北京工業(yè)大學學報，2017，43（8）：1205-1211.

[2]成志強，張曉燕，孔繁盛.PVA對半柔性路面材料低溫性能改善及機理研究[J].武漢理工大學學報，2016，38（2）：44-49.

[3]顧曉燕，李令喜，成志強.半柔性路面水泥基灌漿材料流動性能研究[J].公路，2017，62（7）：280-285.

作者簡介：

陳峰，南京雨花建設發(fā)展有限公司，江蘇南京。