半柔性路面材料級配設計與性能研究

劉寧

摘 要：在當今工程項目中，經(jīng)常將剛性路面材料與柔性路面材料結合在一起，形成復合型路面，這種路面被人們稱之為版柔性路面，是由水泥、砂石、混凝土綜合而成的。伴隨著國內(nèi)交通工程投資力度的加大，半柔性路面的應用逐漸，引起了人們對半柔性路面材料及配的研究，本文主要分析了半柔性路面材料級配設計要點，并闡述了路面性能。

關鍵詞：半柔性路面;級配設計;交通工程;性能

法國是最早研究與應用半柔性路面材料的國家，隨后這種材料以抗變形能力強、穩(wěn)定性高的優(yōu)勢在發(fā)達國家得到推廣。我國于上世紀80年代在國內(nèi)首次修建了半柔性路面試驗路，并取得了優(yōu)異的實踐效果。隨后，業(yè)界相關專業(yè)人士對不同半柔性路面材料進行了試驗，表明半柔性路面材料有著良好的抗車轍變形能力、耐高溫性能。

1 母體混凝土混合料設計方法

半柔性路面主要指的是在大孔隙母體瀝青混合料中灌入水泥等特殊砂漿形成一種復合型道路結合，這種道路結構同時具備了水泥混凝土路面的柔性和瀝青混凝土路面的剛性，是一種剛柔結合的路面形式。半柔性路面材料中的母體瀝青混凝土屬于骨架空隙結構，其利用粗骨料之間的相互填充形成結構強度高、穩(wěn)定性好的結構。在母體瀝青混合料設計的時候，需要從以下幾方面入手。

1.1 體積法設計母體瀝青混合料的配合比

半柔性路面材料與普通瀝青混凝土材料有著明顯的區(qū)別，它要求瀝青混合料中孔隙率為25%左右，其強度是骨料和水泥結晶體共同組成的。因此在設計中必須要保證兩方面。方面，主骨架要充分嵌擠，保證材料之間存在良好的摩擦阻力;另一方面是水泥結晶體要充分填充到主骨架空隙之中，填充的時候要保證瀝青與粗細骨料的密實度。根據(jù)這兩方面的設計標準，在具體設計的時候根據(jù)體積法經(jīng)驗、泰波公式計算主骨架，充分測量骨料之間的孔隙率，進而確定科學的瀝青用量、骨料粒徑，確保這些數(shù)值與骨料空隙體積相符，進而保證骨料填充密度。

1.2 母體瀝青混合料的瀝青最佳用量和合理范圍

由于半柔性路面材料屬于骨架和空隙結構，其材料性能與升級配抗滑表層（OGFC）極為相似，因此在設計的時候可以借鑒PGFC的設計措施，科學確定母體瀝青混合料中瀝青的使用量、骨料級配比?？梢圆捎昧魈试囼炁c肯塔堡飛散試驗相結合的方法確定最佳瀝青混合料的使用量。試驗參照《公路工程瀝青與瀝青混合料試驗規(guī)程》（JTJ052-2000）制作馬歇爾試件，分別進行謝倫堡瀝青析漏試驗和肯塔堡飛散試驗，繪制謝倫堡析漏量與瀝青用量關系曲線及肯塔堡質(zhì)量損失與瀝青用量的關系曲線。由曲線拐點處得到最大（?。r青用量，在瀝青用量范圍內(nèi)確定符合要求的最佳瀝青用量。

2 原材料

2.1 瀝青

瀝青采用SBS改性瀝青，其各項性能按照我國現(xiàn)行規(guī)范《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》（JTGE20）進行檢測，檢測結果見表1，其各項指標均符合要求。

2.2 集料與礦粉

為保證母體瀝青混合料的形成骨架-空隙結構，粗集料選擇13.2 mm～9.5 mm和9.5 mm～4.75 mm兩檔料。細集料選擇4.75 mm～2.36 mm和2.36 mm～0 mm兩檔料。其中13.2 mm～9.5 mm、9.5 mm～4.75 mm和4.75 mm～2.36 mm為玄武巖，2.36 mm～0 mm和礦粉為優(yōu)質(zhì)石灰?guī)r。集料和礦粉按照《公路工程集料試驗規(guī)程》（JTGE42-2005）進行檢測，檢測結果見表2，各項指標均符合要求。

3 半柔性路面材料路用性能

3.1 高溫穩(wěn)定性

采用車轍試驗評價半柔性路面材料的高溫性能，試件養(yǎng)生3 d，并與普通瀝青混凝土AC-13進行對比，具有較高穩(wěn)定性。根據(jù)實驗結果可知，普通瀝青混凝土AC-13的動穩(wěn)定度約為5 000次/mm，半柔性路面材料則高達27 000次/mm，可見隨著水泥的摻入，半柔性路面材料的剛性增大，并使其具有優(yōu)良的高溫抗車轍性能。

3.2 水穩(wěn)定性

采用浸水馬歇爾試驗評價半柔性材料的水穩(wěn)定性，試件養(yǎng)生時間為3 d。從試驗結果分析，半柔性路面材料的殘留穩(wěn)定度符合I級雨量氣候區(qū)的殘留穩(wěn)定度標準。但與普通瀝青混合料AC-13相比，其殘留穩(wěn)定度數(shù)值較低。

3.3 抗?jié)B性能

為了準確、科學的獲取半柔性路面材料的抗?jié)B水性能，通過不同的位置和方法對其做了試驗。有試驗結果表明半柔性路面的滲水性遠遠小于規(guī)范標準，說命名半柔性路面材料的抗水性能較好。

3.4 抗滑性能

采用擺式儀和鋪沙法在試驗段現(xiàn)場對半柔性路面材料的抗滑性能進行檢測。從檢測結果分析，半柔性路面的抗滑擺值和構造深度均小于常規(guī)的瀝青混凝土面層材料，其性能雖符合規(guī)范要求，但數(shù)值均偏向規(guī)范要求下限值，抗滑性能稍顯不足。

3.5 低溫抗裂性

時至今日，國內(nèi)仍然沒有形成統(tǒng)一的關于半柔性路面材料低溫抗裂性能研究標準，研究方法也是根據(jù)工作人員經(jīng)驗自行選擇。本次研究中選用了低溫彎曲試驗進行測定。按照相關規(guī)定，半柔性路面在成型車轍板試壓之后進行灌漿，且在養(yǎng)護14天之后切個成棱柱小梁，在零下十攝氏度的條件下進行彎曲試驗。一般而言，瀝青混合料低溫破壞的過程就是能量耗散的過程，其所能儲存的彈性應變能越多，也即應變能密度越大，發(fā)生破壞時所需的能量也就越大，低溫抗裂性能越好。

3.6 抗疲勞性能

本研究采用4點彎曲疲勞試驗法評價半柔性路面材料的疲勞性能，試驗過程中控制應變水平，試驗溫度為15℃，加載頻率10 Hz，加載波形為偏正弦波，試件養(yǎng)生時間為28 d。達到疲勞破壞所需的作用次數(shù)越多，材料的疲勞性能越好。曲線越平緩疲勞性能越好，由此可知，疲具勞性能優(yōu)劣順序為28%>25%>22%。半柔性路面材料疲勞性能隨著基體設計空隙率的增大而變好，這主要是因為空隙率大，灌注的砂漿較多，材料抵抗變形能力增強，在同等應變水平下，其所能承受的彎拉應力較大，達到疲勞破壞時所需的作用次數(shù)增多。

4 結論

通過本文研究得出以下結論：（1）半柔性路面材料有著良好的抗車轍能力，穩(wěn)定性高，能在道路運行中有效防止路面車轍變形隱患。（2）半柔性路面材料的水穩(wěn)定性較好，符合I級雨量氣候區(qū)的殘留穩(wěn)定度標準。（3）半柔性路面材料的滲水系數(shù)遠小于規(guī)范要求，抗?jié)B水性能較強。（4）半柔性路面材料的抗滑擺值和構造深度在設計中偏向于規(guī)范下限值，抗滑性能稍顯不足。

參考文獻：

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