基于碎石化基层的温拌沥青路面结构力学分析

张弓亮 范腾

【摘要】节能减排、保护环境、可持续发展是当前世界各国共同关注的热点问题。本文通过碎石化基层与旧水泥板基层在不同轴载和温度下的力学性能对比，研究表明，路用性能达到（接近）热拌沥青混合料的标准，在我国具有广阔的应用前景。

【关键词】碎石化基层；温拌沥青；力学分析

前言

碎石化技术是指旧水泥混凝土路面大面积破坏，并已丧失了整体承载能力，通过局部压浆等处治方式已不能恢复其使用功能的一种技术手段。碎石化技术的最大优点是旧水泥路面板经过冲击、破碎、压实处理后，使其形成约5厘米粒径的碎石基层，在此基层上加铺沥青路面或水泥路面可以防止反射裂缝，避免水泥路面被挖除换板带了的环保问题。

温拌沥青及沥青混合料，是通过温拌改性剂使热沥青能在相对较低的温度下进行拌和、施工，同时保持不低于热沥青性能的改性技术。其技术关键是在不损伤热沥青路用性能的前提下降低沥青拌和及碾压温度。

1、碎石化基层的温拌沥青混合料路面

1.1 碎石化基层的温拌沥青路面结构

碎石化基层与温拌沥青路面组合，可以成为目前环保节能的一种路面结构形式，为了对这种全新的路面组合结构进行研究，采用有限元分析法对温拌沥青面层与碎石化基层之间的作用进行分析。路面结构图式见图1，计算采用的参数见表1。

图1 路面结构图

沥青混凝土路面h=16cm，E=17003Mpa 温拌沥青混凝土路面h=16cm，E=1600Mpa

5cm沥青混合料调平层 应力吸收层1cm

旧水泥路面 h=25cm 破碎后的碎石化基层h=22cm

E=25X103Mpa E=800Mpa

表1路面各结构层计算参数

路面结构层 路面设计厚度（cm） 泊松比 抗压回弹模量（MPa）

热沥青混凝土路面 16 0.25 1700

旧水泥混凝土板 25 0.10 3000

温拌沥青混凝土路面 16 0.25 1600

碎石化基层 22 0.35 800

沥青混合料调平层 5.0 0.25 1400

应力吸收封层 1.0 0.45

土基 0.35 40

1.2碎石化基层的温拌沥青路面层间应力分析

分别对旧水泥路面板上加铺沥青混凝土，以及对旧水泥路面碎石化后加铺温拌沥青路面的层间应力进行计算，其结果见表2。

表2沥青路面底面连接层间最大应力结果

计算层间位置 沥青面层底面最大应力（MPa）

弯拉应力 剪应力 主应力 弯拉应变

旧水泥板与加铺沥青路层间 0.946 0.439 1.083 403

碎石化基层与加铺温拌沥青路面层间 0.610 0.393 0.675 206

路面结构计算中仅仅考虑垂直荷载的作用，表 2列出了荷载下层间最大应力应变计算结果，层间应力应变显示，碎石化温拌沥青路面较优。

为了研究不同轴载对路面结构层间的影响。计算了不同轴载载下面层底部的應力、应变见表3。表3中A表示旧水泥板与沥青混凝土之间的层间连接，B表示碎石化基层与温拌沥青混凝土之间的层间连接。

表3 不同轴载对2种路面结构层间应力的影响

轴载 标准轴载 1.3倍标准轴载 1.5倍标准轴载 2倍标准轴载

拉应力，MPa A 0.945 1.218 1.361 1.897

B 0.876 1.015 1.214 1.458

剪应力，MPa A 0.439 0.518 0.586 0.809

B 0.354 0.501 0.457 0.758

主应力，MPa A 1.083 1.407 1.602 2.144

B 0.889 1.325 1.468 2.064

不同轴载对路面结构层间应力的影响很大。沥青路面面层的各项应力均随着轴载的增加而增加，当轴载超过1.5倍时，面层中应力增速加快。数据表明，在2倍标准轴载下碎石化温拌沥青路面层间应力相对于普通沥青路面要小。

当温度变化时，旧水泥板与加铺沥青路面层间最大应力和应变见图2，碎石化基层加温拌沥青路面最大应力和应变见图3。

表4碎石化基层与加铺温拌沥青路面层间最大应力和应变

降温速率 10℃/s 10℃/h 1℃/h 0.1℃/h 0.05℃/h

拉应力，MPa 2.47 1.295 0.937 0.839 0.817

剪应力，MPa 0.251 0.293 0.319 0.326 0.332

拉应变，

159 287 499 786 903

剪应变，

41 223 547 997 1107

表5旧水泥板与加铺沥青路层间最大应力和应变

降温速率 10℃/s 10℃/h 1℃/h 0.1℃/h 0.05℃/h

拉应力，MPa 2.67 1.305 0.907 0.819 0.813

剪应力，MPa 0.364 0.321 0.338 0.391 0.341

拉应变，

166 304 542 842 1003

剪应变，

49 328 635 1022 1132

由以上图知，两种路面层间的应力和应变均受到降温速率的影响。比较而言，当温度骤降（降温速率为10℃/s）时，两种结构的层间弯拉应力相差17%，剪应力相差31%，碎石化基层加温拌沥青组合结构有较强的抵御能力。

3碎石化基层灌封和温拌沥青路面施工工艺

1）采用多锤头碎石冲击破碎机对旧水泥混凝土路面进行破碎，直至碎石最大粒径小于50mm。

2）将掺有12%温拌剂的热熔沥青浇淋在碎石表面，每平方米的沥青用量控制在2.3kg.并继续进行振动捶打，使温拌沥青沿碎石缝隙进入碎石层内，充分粘结碎石。

3）采用振动压路机随后进行碾压，使碎石基层形成整体。

4）摊铺5cm温拌沥青调平层，形成平整的沥青路面下卧层。

5）根据设计厚度摊铺上面层，形成碎石化基层的沥青路面

参考文献

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