城市道路半剛性基層增柔改性瀝青鋪面結(jié)構(gòu)路用性能研究

摘要：目前在市政道路中半剛性基層瀝青鋪面應(yīng)用已經(jīng)很廣泛，半剛性基層雖然能夠減輕瀝青鋪面面層的龜裂、車轍和凍害等，但同時(shí)也出現(xiàn)了較多的早期裂縫。市政道路交通量大，這些早期裂縫在繁忙交通車輛荷載作用下將加快其延拓速度，因此也縮短了加鋪層使用壽命，同時(shí)也不利于資源的優(yōu)化利用。為解決此類問(wèn)題，本文嘗試采用乳化瀝青增柔半剛性基層的方案。通過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)與傳統(tǒng)半剛性基層、柔性基層的力學(xué)性能進(jìn)行對(duì)比研究，乳化瀝青—水泥穩(wěn)定碎石基層增柔效果明顯。

關(guān)鍵詞：市政道路；級(jí)配碎石基層；無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度；回彈模量

中圖分類號(hào)：U415 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2013）20-0194-03

瀝青鋪面結(jié)構(gòu)與水泥混凝土結(jié)構(gòu)路面相比，瀝青鋪面結(jié)構(gòu)具有環(huán)保、舒適等優(yōu)點(diǎn)。因此，近年來(lái)，世界許多發(fā)達(dá)國(guó)家的公路及市政道路也大多是采用半剛性基層瀝青鋪面結(jié)構(gòu)。由于城市交通量的日益加大，城市道路負(fù)荷也隨之加重。道路的使用功能和承受能力也面臨著越來(lái)越大的挑戰(zhàn)。隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)與城市建設(shè)的發(fā)展，瀝青鋪面結(jié)構(gòu)被越來(lái)越多地應(yīng)用到城市道路建設(shè)中。因此對(duì)瀝青混凝土路面產(chǎn)生裂縫的預(yù)防與處理，是保證行車質(zhì)量、延長(zhǎng)道路使用周期的關(guān)鍵因素。但采用半剛性基層時(shí)，由于半剛性基層材料自身失水收縮以及由于溫度變化而產(chǎn)生的收縮裂縫會(huì)反映到面層上來(lái)，使面層在使用早期即出現(xiàn)反射裂縫，這將使城市道路路面使用周期大大縮短，遠(yuǎn)達(dá)不到設(shè)計(jì)使用年限即出現(xiàn)破壞現(xiàn)象。為此，本文提出對(duì)傳統(tǒng)半剛性基層進(jìn)行增柔，既能預(yù)防半剛性基層反射裂縫的問(wèn)題，又能解決傳統(tǒng)柔性基層面臨的車轍問(wèn)題。將其應(yīng)用到市政道路工程中，以利于我國(guó)城鎮(zhèn)化發(fā)展進(jìn)程，同時(shí)也利于資源的優(yōu)化利用，使得經(jīng)濟(jì)建設(shè)與環(huán)保相協(xié)調(diào)。

一、應(yīng)用乳化瀝青改性增柔的可行性

城市道路工程中瀝青鋪面要滿足承載荷載大、作用次數(shù)多、高溫條件下不易出現(xiàn)車轍的要求，同時(shí)還要能夠經(jīng)受冰雪雨水、低溫的侵蝕而不松散，路面能夠保持良好的狀態(tài)而不用頻繁進(jìn)行維修，然而半剛性基層瀝青鋪面中迅速發(fā)展的早期裂縫以及反射裂縫是這一路面結(jié)構(gòu)的最大問(wèn)題。解決這一問(wèn)題不僅要求路面所用的瀝青材料具有良好的性能，還需要基層材料在緩解路面?zhèn)鱽?lái)的豎向荷載及延緩面層開(kāi)裂性能方面有良好的作用。這樣基層既要有足夠的剛度，又要保持相應(yīng)的柔性，因此嘗試在傳統(tǒng)半剛性水泥穩(wěn)定碎石基層中添加乳化瀝青，以期滿足剛?cè)嵯酀?jì)的功效，同時(shí)能起到增加道路工程的基層與瀝青加鋪層的黏結(jié)性。在半剛性水泥穩(wěn)定碎石中加入乳化瀝青可以提升其抵抗干縮、溫縮裂縫的能力，同時(shí)又因?yàn)橛凶銐虻膭偠炔粫?huì)輕易出現(xiàn)車轍，這對(duì)城市道路半剛性基層應(yīng)用具有現(xiàn)實(shí)意義。

二、與半剛性和柔性基層的力學(xué)性能的對(duì)比研究

基層作為承重層，在路面結(jié)構(gòu)中起著不可替代的作用。因此對(duì)基層材料強(qiáng)度形成機(jī)理和力學(xué)性能的研究也是一個(gè)必不可少的環(huán)節(jié)。本文通過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)對(duì)比乳化瀝青—水泥穩(wěn)定碎石基層與水泥穩(wěn)定碎石、乳化瀝青穩(wěn)定碎石基層材料的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度、抗壓回彈模量，尋找三種基層材料的力學(xué)性能增長(zhǎng)規(guī)律。其中水泥穩(wěn)定碎石、乳化瀝青穩(wěn)定碎石的級(jí)配與乳化瀝青—水泥穩(wěn)定碎石的級(jí)配相同。根據(jù)以往學(xué)術(shù)界室內(nèi)實(shí)驗(yàn)和試驗(yàn)路驗(yàn)證提出，水泥處治乳化瀝青混合料的疲勞性能差，只有限制水泥的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在3.0%以下，疲勞開(kāi)裂的可能性才能減小。德國(guó)維特根公司編制的《瀝青路面冷再生指南》中建議水泥用量為1.5%～2.0%，以保持乳化瀝青再生路面的柔性，降低其疲勞開(kāi)裂的可能性。根據(jù)以往研究經(jīng)驗(yàn)，本文研究混合料基層材料外加劑總含量為4.5%，水泥級(jí)配碎石混合料水泥含量4.5%，瀝青級(jí)配碎石混合料瀝青含量4.5%，乳化瀝青—水泥穩(wěn)定級(jí)配碎石水泥含量2.0%、乳化瀝青含量2.5%。本文研究的級(jí)配基層采用骨架密實(shí)型基層混合料級(jí)配，級(jí)配見(jiàn)表2.1。

1.無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)。本文研究中采用靜壓成型在規(guī)定養(yǎng)生條件下養(yǎng)生后的圓柱體試件（Φ150mm×150mm），按照《公路工程無(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料試驗(yàn)規(guī)程》（JTGE51-2009）規(guī)定方法進(jìn)行試驗(yàn)。水泥穩(wěn)定碎石、乳化瀝青—水泥穩(wěn)定碎石和乳化瀝青穩(wěn)定碎石材料各一組9個(gè)試件，分別考慮7d、28d、60d齡期，對(duì)比觀測(cè)材料無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度的變化規(guī)律。具體試驗(yàn)數(shù)據(jù)請(qǐng)見(jiàn)表2.2。無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度按以下公式進(jìn)行計(jì)算：Rc=■0.00051P（2.1）公式中：Rc—試件的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度（MPa）；P—試件破壞時(shí)的最大壓力（N）；A—試件的截面積（mm2）；A=■πD2（2.2）；D—試件的直徑（mm）。

從表2.2的試驗(yàn)結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)：（1）在相同齡期下，相同結(jié)合料含量的三種材料中，水泥穩(wěn)定碎石的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度最高，其次是乳化瀝青—水泥穩(wěn)定碎石，最低的是乳化瀝青穩(wěn)定碎石。乳化瀝青—水泥穩(wěn)定碎石28d無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度是水泥穩(wěn)定碎石的76.1%、60d無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度已經(jīng)能夠達(dá)到水泥穩(wěn)定碎石的91.38%。乳化瀝青—水泥穩(wěn)定碎石28d無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度是乳化瀝青穩(wěn)定碎石3.38倍，而28d無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度為1.65倍。此現(xiàn)象說(shuō)明，乳化瀝青—水泥穩(wěn)定碎石比柔性其抗壓強(qiáng)度要大很多，縱使其早期強(qiáng)度比半剛性水穩(wěn)基層要低些，但是后期強(qiáng)度卻已是相當(dāng)接近，說(shuō)明半剛性基層增柔后也能達(dá)到預(yù)期強(qiáng)度。（2）隨著齡期的增長(zhǎng)，相同結(jié)合料含量的三種材料的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度都在增長(zhǎng)。從R28/R7、R60/R7的比值可以看出，增長(zhǎng)幅度最大的是乳化瀝青穩(wěn)定碎石，增長(zhǎng)幅度最小的是水泥穩(wěn)定碎石。

2.抗壓回彈模量試驗(yàn)。水泥穩(wěn)定碎石、乳化瀝青—水泥穩(wěn)定碎石和乳化瀝青穩(wěn)定碎石材料各一組9個(gè)試件，分別考慮28d、60d齡期，觀測(cè)三種材料抗壓回彈模量的變化規(guī)律。抗壓回彈模量按以下公式進(jìn)行計(jì)算：（1）各級(jí)荷載下的回彈變形L。L=加載時(shí)的平均讀數(shù)—卸載時(shí)的平均讀數(shù)。（2）抗壓回彈模量的計(jì)算：Ec=■（2.5）公式中：Ec—抗壓回彈模量（MPa）；P—單位壓力（MPa）；h—試件的高度（mm）；l—試件回彈變形。

從表2.3試驗(yàn)結(jié)果可以看出：（1）隨著齡期的增長(zhǎng)，相同結(jié)合料含量的三種材料抗壓回彈模量都在增長(zhǎng)。從R60/R28的比值可以看出，乳化瀝青—水泥穩(wěn)定碎石、水泥穩(wěn)定碎石和乳化瀝青穩(wěn)定碎石增長(zhǎng)幅度相近，都在20.0%左右。（2）乳化瀝青—水泥穩(wěn)定碎石和乳化瀝青穩(wěn)定碎石的28d抗壓回彈模量分別減少到水泥穩(wěn)定碎石回彈模量的55.6%和35.0%。可見(jiàn)，對(duì)水泥穩(wěn)定碎石半剛性基層材料進(jìn)行增柔改性的處理方式具有比較明顯的效果。

通過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)比較乳化瀝青—水泥穩(wěn)定碎石基層與傳統(tǒng)半剛性、柔性基層的力學(xué)性能，乳化瀝青—水泥穩(wěn)定碎石28d無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度是水泥穩(wěn)定碎石的76.1%，是乳化瀝青穩(wěn)定碎石3.38倍，回彈模量減少到水泥穩(wěn)定碎石回彈模量55.6%。乳化瀝青—水泥穩(wěn)定基層比起傳統(tǒng)的水泥穩(wěn)定碎石、乳化瀝青穩(wěn)定碎石既具有足夠的剛度，又具有相應(yīng)的柔性，這種剛?cè)峒鏉?jì)的特點(diǎn)，可有效減少基層的開(kāi)裂，同時(shí)又能預(yù)防車轍現(xiàn)象的發(fā)生。這些問(wèn)題的解決，將給城市道路建設(shè)工藝帶來(lái)新的方向，促使市政工程更快發(fā)展，有利于城鎮(zhèn)化的推進(jìn)，增加城市道路運(yùn)行效率，利于我國(guó)城市建設(shè)快速發(fā)展。

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