半柔性路面在廣西瀝青路面養(yǎng)護(hù)工程中的應(yīng)用

作者簡(jiǎn)介：

霍 典（1988—），碩士，工程師，主要從事高速公路養(yǎng)護(hù)工作。

文章對(duì)傳統(tǒng)AC-13路面、OGFC-13路面與半柔性SFAC-13路面進(jìn)行路用性能對(duì)比分析，分析半柔性SFAC-13路面在力學(xué)性能、抗壓強(qiáng)度、疲勞壽命、抗壓回彈模量等方面的優(yōu)勢(shì)，繼而比較出適用于廣西高速公路養(yǎng)護(hù)的路面，以有效提升養(yǎng)護(hù)路面使用性能。

AC-13；SFAC-13；OGFC-13；抗壓強(qiáng)度；疲勞壽命

中圖分類號(hào)：U416.22 A 04 010 2

0 引言

廣西崇左地區(qū)氣候炎熱多雨，其交通組成中的重載車輛比例較高，在濕熱與重載的綜合作用下，導(dǎo)致現(xiàn)有路段病害較多。傳統(tǒng)瀝青混凝土路面和半柔性路面都有著成熟的技術(shù)，均被大范圍地推廣應(yīng)用。本文對(duì)傳統(tǒng)路面與半柔性路面SFAC-13在力學(xué)性能等方面進(jìn)行對(duì)比分析，并利用有限元軟件模擬在相同荷載作用下，不同路面在實(shí)際應(yīng)用中的受力特點(diǎn)，比較出適用于廣西高速公路養(yǎng)護(hù)的路面，以有效提高養(yǎng)護(hù)路面的使用性能。

1 病害分析

廣西崇左地區(qū)常年高溫，路面結(jié)構(gòu)發(fā)生車轍病害較為普遍。在多雨、高溫和重載條件綜合作用下，崇左地區(qū)大部分穿越城鎮(zhèn)路段的平面交叉口均出現(xiàn)了高溫車轍變形和松散水損壞等病害。

2 路面對(duì)比分析

AC-13路面作為傳統(tǒng)的瀝青混凝土路面，其工藝成熟，具有施工方便、路面投入使用快的優(yōu)點(diǎn)，但在重載和平交口等特殊路段其應(yīng)用效果稍差。OGFC-13路面擁有較好的排水能力，適用于多雨并對(duì)排水有要求的地區(qū)及特殊路段。半柔性SFAC-13路面擁有極佳的抗車轍能力，適用于重載與平交口等特殊路段。

3 配合比設(shè)計(jì)

3.1 原材料

本研究選用SBS聚合物改性瀝青作為半柔性路面基體瀝青混合料的膠結(jié)料，其技術(shù)指標(biāo)及試驗(yàn)結(jié)果均滿足規(guī)范要求。膠凝材料采用了復(fù)合硅酸鹽水泥、粉煤灰、礦粉和微硅灰。粗集料采用10～15 mm、5～10 mm和3～5 mm的玄武巖；細(xì)集料為粒徑0～3 mm石灰?guī)r，填料為石灰?guī)r礦粉。

3.2 配合比設(shè)計(jì)

根據(jù)《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》（JTG F40-2004）和《道路灌注式半柔性路面技術(shù)規(guī)程》（T/CECS G：D51-01-2019）的規(guī)定，對(duì)AC-13C、SFAC-13和OGFC-13瀝青混合料進(jìn)行礦料級(jí)配設(shè)計(jì)，油石比分別為4.9%、3.6%和4.8%。其中OGFC路面摻入瀝青質(zhì)量8%的改性劑。設(shè)計(jì)結(jié)果如表1～3所示。

水泥基膠漿配合比參考相關(guān)文獻(xiàn)［1］，以水泥總量為基準(zhǔn)，各材料摻量占比分別為：粉煤灰10%、微硅粉12%、礦粉15%、減水劑1.05%。水為所有膠凝材料總量的50%。

4 路用性能研究

依據(jù)《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》（JTG E20-2011）中T 0703-2011的試驗(yàn)方法，采用最佳油石比成型試件，分別進(jìn)行高溫性能、低溫性能和水穩(wěn)性能等試驗(yàn)，得出的結(jié)果均滿足規(guī)范要求，具體如表4所示。

在常年溫度＞10 ℃的崇左，高溫穩(wěn)定性是較為重要的指標(biāo)，其具有較好的適應(yīng)性和針對(duì)性。由表4可知，半柔性SFAC-13路面在路用性能方面具有突出的高溫性能和水穩(wěn)性能，尤其是動(dòng)穩(wěn)定度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出傳統(tǒng)的AC-13和OGFC-13瀝青混凝土路面，這說明半柔性路面擁有更好的抗車轍和抗?jié)駸岬哪芰Α５?，半柔性SFAC-13路面低溫抗裂性能略差于AC-13路面。

5 有限元分析

本研究采用有限元分析軟件AbaQus進(jìn)行模擬分析。由于路面破損主要出現(xiàn)在面層，因此在模擬時(shí)，SFAC-13和AC-13路面分別作為上面層，中面層統(tǒng)一為SMA-20，路面結(jié)構(gòu)組合形式如表5所示。

5.1 模型的基本形式

由于造成車轍等病害的主要原因是路面豎向變形較大，因此本研究模擬在0.7 MPa均布荷載作用下路體豎向變形情況。參考相關(guān)文獻(xiàn)［2］，建立道路模型為6 m×6 m的正方形，土基深度為4.24 m，依據(jù)對(duì)稱原理建立1/2尺寸模型，即3 m×3 m的模型，如圖1所示。

5.2 計(jì)算結(jié)果與數(shù)據(jù)分析

根據(jù)斷裂力學(xué)和粘彈性力學(xué)原理，原路面病害在外界荷載作用下，選擇沿路體深度的最不利截面的豎向位移變化為輸出結(jié)果，如圖2所示。

在最不利截面處，3種路面都出現(xiàn)了壓縮變形，半柔性SFAC-13路面整體變形略小于AC-13路面。其中，對(duì)比分析上面層變形，半柔性SFAC-13路面的變形明顯小于AC-13和OGFC-13路面，說明半柔性路面的抗車轍能力要優(yōu)于傳統(tǒng)瀝青路面。

6 不同空隙率的半柔性SFAC-13路面性能分析

采用高精密旋轉(zhuǎn)壓實(shí)儀，制備空隙率分別為18%、21%、23%及26%的SFAC-16試件，尺寸為直徑100 mm×高100 mm，對(duì)其灌注水泥基砂漿并養(yǎng)生達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度。采用UTM機(jī)進(jìn)行抗壓強(qiáng)度、回彈模量試驗(yàn)和劈裂疲勞試驗(yàn)等試驗(yàn)，數(shù)據(jù)如表6、表7所示。

由表6可知，隨著空隙率的增大，半柔性SFAC-13路面剛性變大，抗壓強(qiáng)度增大。適當(dāng)增加基體瀝青混合料的空隙率，可以提高半柔性路面材料的抗壓強(qiáng)度。半柔性SFAC-13路面的回彈模量隨著空隙率的增大而增大，適當(dāng)?shù)靥岣甙肴嵝許FAC-13路面的空隙率可提升高溫穩(wěn)定性能。

由表7可知，隨著水泥漿的灌入，SFAC-13路面的空隙率增大，路面剛性增強(qiáng)，疲勞壽命大幅度提高。

7 結(jié)語

（1）廣西崇左地區(qū)高溫多雨，南友路重載車輛比例過高，是路面出現(xiàn)病害的主要原因。半柔性SFAC-13路面相較于傳統(tǒng)瀝青混凝土AC-13路面在面層的變形更小，具備更好的抗車轍能力。

（2）適當(dāng)提高半柔性SFAC-13路面的空隙率，能夠提升路面的疲勞壽命及抗車轍能力。

（3）相較于傳統(tǒng)瀝青混凝土路面，半柔性SFAC-13路面具備更好的高溫性能和水穩(wěn)性能，但低溫抗裂能力稍低于傳統(tǒng)瀝青路面。

（4）半柔性SFAC-13路面能夠很好地適用于廣西的高速公路路面養(yǎng)護(hù)，在無極端溫度的情況下能夠發(fā)揮半柔性路面的優(yōu)點(diǎn)，規(guī)避其缺點(diǎn)。

參考文獻(xiàn)

［1］陳紹坤，葉遠(yuǎn)春.半柔性路面在烏市的應(yīng)用研究及力學(xué)分析［J］.市政技術(shù)，2018，36（5）：30-34.

［2］林 騁.交通荷載作用下瀝青路面數(shù)值模擬分析［D］.杭州：浙江大學(xué)，2015.

［3］莫秋旭，于宏明，楊清塵.半柔性瀝青混凝土路面水泥膠漿的研發(fā)與評(píng)價(jià)［J］.四川水泥，2021（2）：34-35.

收稿日期：2022-10-09