復合式半柔性路面試驗研究

季亞萍，盧 煒

（1.蘇州市吳江區交通工程質量監督站，江蘇 蘇州 215200；2.東南大學交通學院，江蘇 南京 210000）

復合式半柔性路面是根據瀝青和水泥兩種路面各自的特點，研究開發出的一種新型的路面，它是在基體瀝青混合料（空隙率高達20%～28%）路面中，灌注以水泥為主要成分的特殊漿劑而形成的復合路面。它是一種既保留瀝青混凝路面主要特性，又具有水泥混凝土路面部分性能的路面結構形式[1]。它利用嵌擠原理，通過骨料之間的相互嵌擠作用提高材料強度，增強了路面抵抗荷載作用的能力，同時，其高溫穩定性能大大優于普通瀝青混凝土路面，其低溫抗裂性能、抗疲勞性能和抗滑耐磨性能也都優于普通瀝青混凝土路面。同時，半柔性路面還具有耐油、耐酸、耐熱、耐水、抗滑和易著色等優點。

1 原材料的選取

1.1 基體瀝青混合料原材料

復合式半柔性路面室內瀝青混合料試驗采用的礦料來自熱料倉，瀝青采用SBS改性瀝青，技術指標見表1。

1.2 水泥砂漿原材料

本次試驗中，水泥為P.O42.5普通硅酸鹽水泥，采用的礦粉與基體瀝青混合料礦粉一致，原材料試驗結果及指標如表2～表4所示。

表1 集料及瀝青密度試驗結果

表2 水泥試驗項目及技術指標

表3 砂試驗項目及技術要求

表4 礦粉試驗項目及技術要求

上述材料為本次室內試驗所用原材料，經檢測，各項指標都滿足相關規范要求。

2 半柔性路面設計方法

該種半柔性路面的設計是基于瀝青馬歇爾設計方法，其基本原理是將水泥砂漿灌入瀝青路面，結合剛性路面和柔性路面的優點，全面改善道路路用性能。其設計分三個步驟，首先是基體瀝青混合料配合比設計，確定出適宜灌注砂漿的基體瀝青混合料的配合比；其次是水泥砂漿的設計，確定可以應用到半柔性路面的砂漿比例；最后就是半柔性路面的性能驗證[2]。

2.1 基體瀝青混合料配合比設計

采用馬歇爾設計方法確定瀝青混合料（SFAC—20）的配合比，先通過初試級配體積分析確定礦料配合比及油石比，如表5～表6所示。

表5 級配調試結果

采用初試油石比為3.2%±0.3%，以馬歇爾擊實（正反50次）成型試件，試驗結果匯總于表6。

表6 馬歇爾試驗體積性質技術指標

綜合考慮馬歇爾試件空隙率、穩定度等性能指標要求，本次目標配合比設計的最佳油石比取值為3.2%。

2.2 水泥砂漿設計

通過試配砂漿，確定砂漿比例，水泥∶砂∶礦粉∶水＝1∶0.3∶0.35∶0.7，各項性能指標如表7所示。

表7 水泥砂漿性能指標及技術要求

通過水泥砂漿性能試驗表明，按照水泥∶砂∶礦粉∶水＝1∶0.3∶0.35∶0.7拌和的水泥砂漿能滿足半柔性路面SFAC—20的要求，可以應用到半柔性復合路面SFAC—20混合料中[3]。

2.3 室內試驗性能驗證

復合式半柔性路面指在大空隙基體瀝青混合料中（空隙率為20%～28%），灌入以水泥為主要成分的特殊漿劑而形成的路面，具有高于水泥混凝土的柔性和高于瀝青混凝土的剛性的特點。在復合式半柔性路面室內性能驗證中，試件按以下步驟成型：首先成型基體瀝青混合料試件，待試件冷卻后，灌入已完成配比設計的水泥砂漿成型復合式瀝青混合料試件，在制作中需要注意觀察試件底部，確認砂漿已填充滿基體瀝青混合料空隙；然后將試樣放在標準養護條件下（溫度20℃±1℃，濕度90%）養護7d；最后取出試件按照瀝青混合料相關試驗規程進行性能驗證試驗。

2.3.1 力學性能試驗

力學性能試驗結果見表8。

表8 馬歇爾體積指標表

由表8可知，灌入水泥砂漿的馬歇爾試件穩定度和流值都滿足規范要求。

2.3.2 高溫穩定性試驗

高溫穩定性試驗采用車轍試驗，瀝青混合料試件上輪跡的產生都與實際瀝青路面車轍的產生非常類似，同時大量試驗也表明，車轍試驗的動穩定度與瀝青路面的高溫穩定性有著良好的相關性，故采用車轍試驗的動穩定度作為高溫性能控制指標[4]。

車轍試驗是一種模擬車輛輪胎在路面上滾動形成車轍的試驗方法，試驗結果比較直觀。目前我國都是采用標準方法成型瀝青混合料板塊狀試件，在試驗溫度為60℃，輪壓為0.7MPa的條件下，試驗輪以42次／min的頻率沿試件表面反復作用形成車轍[5]。

本試驗采用標準方法對養護后的試件進行車轍試驗，結果見表9。

表9 動穩定度試驗結果

從表9中數據可以得出，試件車轍試驗動穩定度達到15 840次／mm，滿足規范要求的不小于10 000次／mm，通過試驗證明其高溫穩定性能滿足試驗要求，同時其穩定度遠遠大于規范要求，表明其性能在高溫下非常穩定，抗車轍能力大大提高。

3 水穩定性試驗

瀝青混合料的水穩定性不足。水損害是瀝青混凝土路面形成早期破壞的主要形式，其主要原因是由于周邊的水或水汽滲透進瀝青路面，使得瀝青從集料表面剝離，逐漸喪失粘結力，進而降低了瀝青混合料的粘結強度，造成集料松散，導致路表出現坑槽，另外行車引起的動水壓力對瀝青產生的剝離作用也加劇了瀝青路面的水損害。復合式半柔性路面借鑒瀝青路面，采用浸水馬歇爾試驗和凍融劈裂試驗結果（見表10～表11）進行評價。

表10 浸水馬歇爾試驗結果

表11 凍融劈裂試驗結果

從表10～表11中結果可知，浸水馬歇爾試驗殘留穩定度92.1%和凍融劈裂試驗劈裂強度比90.9%都遠遠大于規范要求，表明復合式半柔性路面具有非常好的水穩定性。

4 結論

復合式半柔性路面（SFAC—20）配合比設計結果如表12所示。

表12 復合式半柔性路面（SFAC—20）瀝青混合料設計配比

通過室內試驗對SFAC—20瀝青混合料性能進行驗證發現，該種復合式半柔性路面具有非常好的水穩定性能及高溫性能，可在路面上大力推廣，特別是在容易產生車轍的重交通區域。

[1]王素勤，林繡賢，樓海洋.新型路面的復合材料——特種瀝青混合料的研究[J].華東公路，1989，（2）：76-81.

[2]潘大林，張肖寧.半柔性路面基體瀝青混合料的設計方法[J].中南公路工程，2000，（1）：22-23.

[3]程磊，郝培文.半柔性路面用水泥膠漿的配比[J].長安大學學報：自然科學版，2002，（4）：1-4.

[4]沈金安.瀝青與瀝青混合料路用性能[M].北京：人民交通出版社，2000.

[5]JTG E20—2011，公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程[S].