灌注式半柔性路面材料的路用性能研究

易國強,李 力,王亞平

（1.寧鄉(xiāng)市公路養(yǎng)護中心，湖南 長沙 410600；2.華容縣住房和城鄉(xiāng)建設(shè)局,湖南 岳陽 414200；3.中大檢測（湖南）股份有限公司，湖南 長沙 410000）

引言

灌注式半柔性路面是半柔性路面中的一種常用形式，即由具有一定空隙的瀝青混合料形成主體，通過灌注特定流動度的水泥砂漿，形成一種兼具瀝青混合料與水泥混凝土特征的路面新型材料，可較好地抵抗路面車轍的產(chǎn)生與疲勞損傷的形成，且所具備的柔性特征也能滿足行車舒適等特點[1]。為了更好的對半柔性路面進行路用性能的評價，國內(nèi)外均開展了不同程度的探討，國外相關(guān)專家經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)[2]，不同物質(zhì)的灌注料對半柔性材料的剛度影響較大，半柔性材料的強度僅為純水泥砂漿的10%，瀝青的質(zhì)量、母體瀝青的級配、混合料的空隙率等對抗壓強度存在極大的影響。研究人員在機場等路用要求高的路面進行半柔性的相關(guān)試驗，得出了其應(yīng)對靜態(tài)承載力及抗變形等均有良好的效果[3]。國內(nèi)的學(xué)者依照常規(guī)的路用性能指標(biāo)，對半柔性材料的力學(xué)性能指標(biāo)等進行試驗研究，基于體積法的母體瀝青混合料的設(shè)計方法，采用掃描電鏡從微觀對半柔性路面材料的強度形成機理進行了分析，通過統(tǒng)計獲得了影響水泥膠漿性能的主要因素，確定了合理的混合料配比[4-5]。

1 試驗準(zhǔn)備

1.1 原材料的選擇

1.1.1 集料

采用的粗集料與細集料均為山東省地區(qū)特有的石灰?guī)r集料，經(jīng)室內(nèi)試驗檢測符合規(guī)范要求[6]，相關(guān)試驗技術(shù)指標(biāo)見表1、表2。

表1 粗集料的技術(shù)指標(biāo)

表2 細集料的技術(shù)指標(biāo)

1.1.2 瀝青

采用瀝青為國產(chǎn)高黏改性瀝青，具有高黏度抗高溫等優(yōu)點，性能指標(biāo)見表3。

表3 高黏改性瀝青的技術(shù)指標(biāo)

1.1.3 水泥

選用42.5 復(fù)合硅酸鹽水泥，指標(biāo)檢測結(jié)果見表4。

表4 水泥物理指標(biāo)檢測結(jié)果

1.2 配合比的確定

綜合相關(guān)文獻及工程經(jīng)驗，選用OGFC-13 作為基體瀝青混合料的級配類型，級配的設(shè)計則采用體積法設(shè)計，采用謝倫堡試驗和肯塔堡飛散試驗對最佳瀝青用量進行確定[7]。通過級配設(shè)計，最終采用三種不同空隙率的級配進行試驗，試驗測得的各級配最佳瀝青用量見表5。級配曲線見圖1。

表5 各級配的最佳瀝青用量

圖1 級配曲線

1.3 流動度的確定

水泥砂漿流動度是保證灌注基體瀝青混合料中連通孔隙的關(guān)鍵因素[8]。目前針對于半柔性路面灌注水泥砂漿還沒有的統(tǒng)一的規(guī)定，參照日本道路協(xié)會《ァスファルト鋪裝要綱》,并結(jié)合實際工程的需要，對所采用的的半柔性水泥砂漿性能指標(biāo)進行試驗，數(shù)據(jù)見表6。

表6 水泥砂漿性能試驗結(jié)果

2 試驗過程與結(jié)果分析

2.1 車轍試驗

2.1.1 試件的制備

將瀝青混合料進行車轍試件的制備，并將準(zhǔn)備好的水泥砂漿進行灌注，在灌注過程中，為了確保砂漿的均勻灌注，對試件在振動臺上進行一定的振動，以此排除內(nèi)部氣泡。

2.1.2 數(shù)據(jù)分析

根據(jù)瀝青混合料車轍試驗的相關(guān)試驗規(guī)程[9]，采用標(biāo)準(zhǔn)60 ℃溫度，以荷載為0.7 MPa，對試件進行 42±1 次/min 的往復(fù)運動1 h，最終取第45 min到第60 min 時間內(nèi)的變形量計算動穩(wěn)定度：

式中：DS—動穩(wěn)定度，次/mm；d1、d2—時間t1、t2的變形量，mm；c1、c2—試驗機類型系數(shù)和試件系數(shù)；N—試驗車輪往返碾壓的速度，一般42 次/min；

三種級配下的半柔性試件試驗結(jié)果見表7?？梢钥闯?，半柔性材料的動穩(wěn)定度值要遠大于普通瀝青混合料的動穩(wěn)定度，說明半柔性路面材料有著較好的抗車轍性能，且隨著基體設(shè)置的空隙率逐漸增大，砂漿的注入量增加，動穩(wěn)定度隨之增大，混合料抗車轍性能逐漸增強。

表7 車轍試驗結(jié)果

2.2 劈裂試驗

通過在馬歇爾試件上施加加載速率，以此向試件施加荷載直至劈裂破壞。施加荷載可以通過顯示屏讀出得數(shù)，橫縱變形可以通過水平和豎直方向的千分表讀出，從而通過計算得出材料的性能。

根據(jù)《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》(JTGE20—2011)，瀝青混合料馬歇爾試驗進行相關(guān)的試件成型并進行灌注砂漿，通過合理養(yǎng)護后，對試件進行保持溫度，試驗溫度采用15 ±0.5 ℃，加載速率為50 mm/min。結(jié)果處理與計算得到劈裂抗拉強度見表8。

表8 劈裂試驗結(jié)果

由表8 可以看出，隨著空隙率的增加，劈裂強度逐漸減小，說明空隙率越大，瀝青混合料基體占比減小，混合料的抗拉性能下降，雖然水泥砂漿量逐漸增多，但水泥屬于無機膠凝材料，對整體的彎拉性能提升較小，水泥砂漿的增加并不能改善劈裂抗拉強度，所以設(shè)置的空隙率越小，混合料的劈裂抗拉強度越好。

3 結(jié)語

（1）半柔性基層中，瀝青混合料基體的空隙率越大，水泥砂漿的灌注量也越大，整體的抗車轍性能越強。（2）在一定的比例下，水泥砂漿的灌注量增大，并不能有效地增加半柔性材料的劈裂抗拉性能。（3）而隨著基體的空隙率增大，半柔性混合料整體的劈裂抗拉強度降低。