半柔性路面在廣西瀝青路面養護工程中的應用

作者簡介：

霍 典（1988—），碩士，工程師，主要從事高速公路養護工作。

文章對傳統AC-13路面、OGFC-13路面與半柔性SFAC-13路面進行路用性能對比分析，分析半柔性SFAC-13路面在力學性能、抗壓強度、疲勞壽命、抗壓回彈模量等方面的優勢，繼而比較出適用于廣西高速公路養護的路面，以有效提升養護路面使用性能。

AC-13；SFAC-13；OGFC-13；抗壓強度；疲勞壽命

中圖分類號：U416.22 A 04 010 2

0 引言

廣西崇左地區氣候炎熱多雨，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，導致現有路段病害較多。傳統瀝青混凝土路面和半柔性路面都有著成熟的技術，均被大范圍地推廣應用。本文對傳統路面與半柔性路面SFAC-13在力學性能等方面進行對比分析，并利用有限元軟件模擬在相同荷載作用下，不同路面在實際應用中的受力特點，比較出適用于廣西高速公路養護的路面，以有效提高養護路面的使用性能。

1 病害分析

廣西崇左地區常年高溫，路面結構發生車轍病害較為普遍。在多雨、高溫和重載條件綜合作用下，崇左地區大部分穿越城鎮路段的平面交叉口均出現了高溫車轍變形和松散水損壞等病害。

2 路面對比分析

AC-13路面作為傳統的瀝青混凝土路面，其工藝成熟，具有施工方便、路面投入使用快的優點，但在重載和平交口等特殊路段其應用效果稍差。OGFC-13路面擁有較好的排水能力，適用于多雨并對排水有要求的地區及特殊路段。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 配合比設計

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料，其技術指標及試驗結果均滿足規范要求。膠凝材料采用了復合硅酸鹽水泥、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；細集料為粒徑0～3 mm石灰巖，填料為石灰巖礦粉。

3.2 配合比設計

根據《公路瀝青路面施工技術規范》（JTG F40-2004）和《道路灌注式半柔性路面技術規程》（T/CECS G：D51-01-2019）的規定，對AC-13C、SFAC-13和OGFC-13瀝青混合料進行礦料級配設計，油石比分別為4.9%、3.6%和4.8%。其中OGFC路面摻入瀝青質量8%的改性劑。設計結果如表1～3所示。

水泥基膠漿配合比參考相關文獻［1］，以水泥總量為基準，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《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程》（JTG E20-2011）中T 0703-2011的試驗方法，采用最佳油石比成型試件，分別進行高溫性能、低溫性能和水穩性能等試驗，得出的結果均滿足規范要求，具體如表4所示。

在常年溫度＞10 ℃的崇左，高溫穩定性是較為重要的指標，其具有較好的適應性和針對性。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性能，尤其是動穩定度遠遠超出傳統的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濕熱的能力。但是，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進行模擬分析。由于路面破損主要出現在面層，因此在模擬時，SFAC-13和AC-13路面分別作為上面層，中面層統一為SMA-20，路面結構組合形式如表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。參考相關文獻［2］，建立道路模型為6 m×6 m的正方形，土基深度為4.24 m，依據對稱原理建立1/2尺寸模型，即3 m×3 m的模型，如圖1所示。

5.2 計算結果與數據分析

根據斷裂力學和粘彈性力學原理，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果，如圖2所示。

在最不利截面處，3種路面都出現了壓縮變形，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于傳統瀝青路面。

6 不同空隙率的半柔性SFAC-13路面性能分析

采用高精密旋轉壓實儀，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，對其灌注水泥基砂漿并養生達到設計強度。采用UTM機進行抗壓強度、回彈模量試驗和劈裂疲勞試驗等試驗，數據如表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，抗壓強度增大。適當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，適當地提高半柔性SFAC-13路面的空隙率可提升高溫穩定性能。

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，疲勞壽命大幅度提高。

7 結語

（1）廣西崇左地區高溫多雨，南友路重載車輛比例過高，是路面出現病害的主要原因。半柔性SFAC-13路面相較于傳統瀝青混凝土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性能，但低溫抗裂能力稍低于傳統瀝青路面。

（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護，在無極端溫度的情況下能夠發揮半柔性路面的優點，規避其缺點。

參考文獻

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

［2］林 騁.交通荷載作用下瀝青路面數值模擬分析［D］.杭州：浙江大學，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與評價［J］.四川水泥，2021（2）：34-35.

收稿日期：2022-10-09