瀝青油石比及養(yǎng)生時間對半柔性路面材料性能的影響

張云珂

（山西省高速公路集團(tuán)太原有限責(zé)任公司，山西 太原 030006）

0 引言

瀝青路面和水泥混凝土路面主要用于高速公路和城市道路。在過去的幾十年中，隨著交通量和軸載的快速增加，使得瀝青路面的車轍病害顯著增加。水泥混凝土路面剛度較大，能夠較好地防止車轍產(chǎn)生，但是施工和養(yǎng)護(hù)過程緩慢，且行車質(zhì)量差、噪聲大[1]。為了克服水泥混凝土/瀝青路面使用中產(chǎn)生的問題，提高路面的使用性能和壽命，半柔性路面應(yīng)運而生[2]。半柔性路面結(jié)合了柔性路面和剛性路面的優(yōu)點，是一種復(fù)合材料路面結(jié)構(gòu)，它以水泥、瀝青、粗集料和粗砂為主要原材料，首先制備多孔瀝青混凝土構(gòu)成骨架，孔隙率約為20%～30%，然后使用特定配方制備的水泥砂漿填充多孔瀝青混凝土空隙。

半柔性路面最早由法國在20世紀(jì)50年代開發(fā)，被用于橋面鋪裝層和公交站場路面[3-5]。其后，英美等國家相繼進(jìn)行研究顯示該種路面結(jié)構(gòu)可以提高路面的高溫穩(wěn)定性。80年代后，半柔性路面在日本得到了重視，被廣泛應(yīng)用于公交站場、加油站、碼頭等場所[6]。我國科研人員于90年代進(jìn)行了探索，并在湖北宜昌鋪筑了試驗段，初步論證了該技術(shù)的可行性。

該研究制備了開級配瀝青混合料試件，然后使用合理配比的水泥漿，澆注成半柔性路面試件。試件養(yǎng)生1 d和28 d后進(jìn)行試驗，測定其力學(xué)性能和路用性能。

1 原材料

1.1 集料

集料取自河南鶴壁通達(dá)集料廠。集料的物理性質(zhì)根據(jù)公路工程集料試驗規(guī)程（JTG E42—2005）進(jìn)行測試，見表1。

表1 集料的物理性質(zhì)

1.2 瀝青

在該研究中使用SK-70基質(zhì)瀝青，試驗結(jié)果如表2所示。用Brookfield旋轉(zhuǎn)黏度計測得該瀝青的拌和溫度為153℃～160℃，壓實溫度為132℃～136℃。

表2 瀝青技術(shù)指標(biāo)

1.3 水泥

水泥采用河南同力水泥有限公司生產(chǎn)的425號普通硅酸鹽水泥。水泥的技術(shù)指標(biāo)如表3所示。

表3 水泥性能

1.4 天然細(xì)砂

水泥灌漿采用天然細(xì)砂，M砂的特性如表4所示。

表4 砂的性能

2 試件制備

2.1 開級配瀝青混凝土級配

開級配瀝青混合料的配合比是根據(jù)公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范（JTG F40—2004）附錄D進(jìn)行設(shè)計。開級配瀝青混凝土級配采用OGFC-13，如圖1所示，經(jīng)測定空隙率為22%。瀝青油石比在4%和5%之間，增量為0.5%，并使用馬歇爾擊實儀在試樣兩側(cè)各擊實50次壓實。

圖1 OGFC-13級配

2.2 水泥砂漿

制備的水泥砂漿應(yīng)具有足夠的流動性和強(qiáng)度。最終確定的填充開級配瀝青混凝土試件的水泥砂漿配比為水∶水泥∶天然細(xì)砂∶粉煤灰=0.5∶1∶1∶0.04 （按重量計）。采用倒錐法測定水泥砂漿流動度為13.2 s，初凝時間為178 min，終凝時間為254 min。

2.3 半柔性路面試件制備

半柔性路面試件制備步驟：

a）成型開級配瀝青混合料車轍試件和馬歇爾試件。

b）待試件冷卻到常溫，用報紙或膠泥等材料對馬歇爾試件底部進(jìn)行封堵，防止?jié)沧⑺嗌皾{泄露。

c）將試件放置在振動臺上，將制備的水泥砂漿在初凝時間之前進(jìn)行灌漿，灌注過程中適當(dāng)補(bǔ)漿直到試件表面無氣孔出現(xiàn)。

d）將試樣置于水泥標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)箱中進(jìn)行養(yǎng)生，溫度為20℃±1℃。

3 性能評價

3.1 抗壓強(qiáng)度和間接拉伸強(qiáng)度

圖2和圖3分別是不同瀝青用量條件下試件的抗壓強(qiáng)度和間接拉伸強(qiáng)度。從圖中可以看到，半柔性路面材料養(yǎng)生28 d之后的抗壓強(qiáng)度和間接拉伸強(qiáng)度普遍比養(yǎng)生1 d的高，這主要是因為澆注的水泥砂漿經(jīng)過28 d的養(yǎng)生后強(qiáng)度發(fā)生了較大的增長。同時可以看到，隨著瀝青用量的增長，各種養(yǎng)生條件下試件的試驗值都呈現(xiàn)出先增長后減小的趨勢，在4.5%的油石比條件下，試驗結(jié)果值最大。

圖2 不同瀝青用量試件的抗壓強(qiáng)度

圖3 間接拉伸強(qiáng)度（25℃）

3.2 車轍試驗

根據(jù)規(guī)范進(jìn)行車轍試驗，試驗溫度為60℃，輪胎壓強(qiáng)為0.7 MPa。試驗結(jié)果見圖4。

圖4為車轍試驗結(jié)果。由圖可見，養(yǎng)生1 d的試件動穩(wěn)定度次數(shù)均在10 000以上，養(yǎng)生28 d后動穩(wěn)定度增長幅度較大，半柔性路面材料的高溫穩(wěn)定性能普遍較好。

圖4 車轍試驗結(jié)果

3.3 低溫彎曲性能

從表5試驗結(jié)果可見，隨著油石比的增大，半柔性路面材料的彎拉強(qiáng)度逐步減小，最大彎拉應(yīng)變略有增大，彎曲勁度模量同樣呈現(xiàn)減小趨勢，顯示在低溫下柔性增強(qiáng)。

表5 低溫彎曲試驗結(jié)果

4 結(jié)語

本文通過試驗評價了瀝青油石比及養(yǎng)生時長對半柔性路面混合料的力學(xué)性能和路用性能的影響，得到以下研究結(jié)論。

a）隨著基體瀝青混合料油石比的提高，半柔性路面材料的動穩(wěn)定度呈現(xiàn)降低趨勢。在油石比為4.5%的條件下，試件的抗壓強(qiáng)度和間接拉伸強(qiáng)度最高。

b）養(yǎng)生對半柔性路面材料性能的影響非常明顯，經(jīng)過28 d的養(yǎng)生，試件的抗壓強(qiáng)度、間接拉伸強(qiáng)度、高溫性能均有較大幅度的提高。