瀝青油石比及養生時間對半柔性路面材料性能的影響

2022-05-29 02:49:38張云珂

山西交通科技 2022年1期

張云珂

（山西省高速公路集團太原有限責任公司，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生，但是施工和養護過程緩慢，且行車質量差、噪聲大[1]。為了克服水泥混凝土/瀝青路面使用中產生的問題，提高路面的使用性能和壽命，半柔性路面應運而生[2]。半柔性路面結合了柔性路面和剛性路面的優點，是一種復合材料路面結構，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50年代開發，被用于橋面鋪裝層和公交站場路面[3-5]。其后，英美等國家相繼進行研究顯示該種路面結構可以提高路面的高溫穩定性。80年代后，半柔性路面在日本得到了重視，被廣泛應用于公交站場、加油站、碼頭等場所[6]。我國科研人員于90年代進行了探索，并在湖北宜昌鋪筑了試驗段，初步論證了該技術的可行性。

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。試件養生1 d和28 d后進行試驗，測定其力學性能和路用性能。

1 原材料

1.1 集料

集料取自河南鶴壁通達集料廠。集料的物理性質根據公路工程集料試驗規程（JTG E42—2005）進行測試，見表1。

表1 集料的物理性質

1.2 瀝青

在該研究中使用SK-70基質瀝青，試驗結果如表2所示。用Brookfield旋轉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 瀝青技術指標

1.3 水泥

水泥采用河南同力水泥有限公司生產的425號普通硅酸鹽水泥。水泥的技術指標如表3所示。

表3 水泥性能

1.4 天然細砂

水泥灌漿采用天然細砂，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公路瀝青路面施工技術規范（JTG F40—2004）附錄D進行設計。開級配瀝青混凝土級配采用OGFC-13，如圖1所示，經測定空隙率為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

制備的水泥砂漿應具有足夠的流動性和強度。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行封堵，防止澆注水泥砂漿泄露。

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行灌漿，灌注過程中適當補漿直到試件表面無氣孔出現。

d）將試樣置于水泥標準養護箱中進行養生，溫度為20℃±1℃。

3 性能評價

3.1 抗壓強度和間接拉伸強度

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