半柔性路面材料級(jí)配設(shè)計(jì)與性能研究

劉寧

摘 要：在當(dāng)今工程項(xiàng)目中，經(jīng)常將剛性路面材料與柔性路面材料結(jié)合在一起，形成復(fù)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(guó)內(nèi)交通工程投資力度的加大，半柔性路面的應(yīng)用逐漸，引起了人們對(duì)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(jí)配設(shè)計(jì)要點(diǎn)，并闡述了路面性能。

關(guān)鍵詞：半柔性路面;級(jí)配設(shè)計(jì);交通工程;性能

法國(guó)是最早研究與應(yīng)用半柔性路面材料的國(guó)家，隨后這種材料以抗變形能力強(qiáng)、穩(wěn)定性高的優(yōu)勢(shì)在發(fā)達(dá)國(guó)家得到推廣。我國(guó)于上世紀(jì)80年代在國(guó)內(nèi)首次修建了半柔性路面試驗(yàn)路，并取得了優(yōu)異的實(shí)踐效果。隨后，業(yè)界相關(guān)專業(yè)人士對(duì)不同半柔性路面材料進(jìn)行了試驗(yàn)，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(shè)計(jì)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(fù)合型道路結(jié)合，這種道路結(jié)構(gòu)同時(shí)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?cè)峤Y(jié)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(jié)構(gòu)，其利用粗骨料之間的相互填充形成結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高、穩(wěn)定性好的結(jié)構(gòu)。在母體瀝青混合料設(shè)計(jì)的時(shí)候，需要從以下幾方面入手。

1.1 體積法設(shè)計(jì)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(qiáng)度是骨料和水泥結(jié)晶體共同組成的。因此在設(shè)計(jì)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(jié)晶體要充分填充到主骨架空隙之中，填充的時(shí)候要保證瀝青與粗細(xì)骨料的密實(shí)度。根據(jù)這兩方面的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，在具體設(shè)計(jì)的時(shí)候根據(jù)體積法經(jīng)驗(yàn)、泰波公式計(jì)算主骨架，充分測(cè)量骨料之間的孔隙率，進(jìn)而確定科學(xué)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(jìn)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(jié)構(gòu)，其材料性能與升級(jí)配抗滑表層（OGFC）極為相似，因此在設(shè)計(jì)的時(shí)候可以借鑒PGFC的設(shè)計(jì)措施，科學(xué)確定母體瀝青混合料中瀝青的使用量、骨料級(jí)配比。可以采用流淌試驗(yàn)與肯塔堡飛散試驗(yàn)相結(jié)合的方法確定最佳瀝青混合料的使用量。試驗(yàn)參照《公路工程瀝青與瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》（JTJ052-2000）制作馬歇爾試件，分別進(jìn)行謝倫堡瀝青析漏試驗(yàn)和肯塔堡飛散試驗(yàn)，繪制謝倫堡析漏量與瀝青用量關(guān)系曲線及肯塔堡質(zhì)量損失與瀝青用量的關(guān)系曲線。由曲線拐點(diǎn)處得到最大（小）瀝青用量，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(xiàng)性能按照我國(guó)現(xiàn)行規(guī)范《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》（JTGE20）進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果見表1，其各項(xiàng)指標(biāo)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(jié)構(gòu)，粗集料選擇13.2 mm～9.5 mm和9.5 mm～4.75 mm兩檔料。細(xì)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(yàn)規(guī)程》（JTGE42-2005）進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果見表2，各項(xiàng)指標(biāo)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(yàn)評(píng)價(jià)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(jìn)行對(duì)比，具有較高穩(wěn)定性。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，普通瀝青混凝土AC-13的動(dòng)穩(wěn)定度約為5 000次/mm，半柔性路面材料則高達(dá)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(yàn)評(píng)價(jià)半柔性材料的水穩(wěn)定性，試件養(yǎng)生時(shí)間為3 d。從試驗(yàn)結(jié)果分析，半柔性路面材料的殘留穩(wěn)定度符合I級(jí)雨量氣候區(qū)的殘留穩(wěn)定度標(biāo)準(zhǔn)。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(zhǔn)確、科學(xué)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(duì)其做了試驗(yàn)。有試驗(yàn)結(jié)果表明半柔性路面的滲水性遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，說(shuō)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(yàn)段現(xiàn)場(chǎng)對(duì)半柔性路面材料的抗滑性能進(jìn)行檢測(cè)。從檢測(cè)結(jié)果分析，半柔性路面的抗滑擺值和構(gòu)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(shí)至今日，國(guó)內(nèi)仍然沒有形成統(tǒng)一的關(guān)于半柔性路面材料低溫抗裂性能研究標(biāo)準(zhǔn)，研究方法也是根據(jù)工作人員經(jīng)驗(yàn)自行選擇。本次研究中選用了低溫彎曲試驗(yàn)進(jìn)行測(cè)定。按照相關(guān)規(guī)定，半柔性路面在成型車轍板試壓之后進(jìn)行灌漿，且在養(yǎng)護(hù)14天之后切個(gè)成棱柱小梁，在零下十?dāng)z氏度的條件下進(jìn)行彎曲試驗(yàn)。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(chǔ)存的彈性應(yīng)變能越多，也即應(yīng)變能密度越大，發(fā)生破壞時(shí)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(diǎn)彎曲疲勞試驗(yàn)法評(píng)價(jià)半柔性路面材料的疲勞性能，試驗(yàn)過程中控制應(yīng)變水平，試驗(yàn)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(shí)間為28 d。達(dá)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?yàn)?8%>25%>22%。半柔性路面材料疲勞性能隨著基體設(shè)計(jì)空隙率的增大而變好，這主要是因?yàn)榭障堵蚀螅嘧⒌纳皾{較多，材料抵抗變形能力增強(qiáng)，在同等應(yīng)變水平下，其所能承受的彎拉應(yīng)力較大，達(dá)到疲勞破壞時(shí)所需的作用次數(shù)增多。

4 結(jié)論

通過本文研究得出以下結(jié)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(yùn)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(jí)雨量氣候區(qū)的殘留穩(wěn)定度標(biāo)準(zhǔn)。（3）半柔性路面材料的滲水系數(shù)遠(yuǎn)小于規(guī)范要求，抗?jié)B水性能較強(qiáng)。（4）半柔性路面材料的抗滑擺值和構(gòu)造深度在設(shè)計(jì)中偏向于規(guī)范下限值，抗滑性能稍顯不足。

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