浅谈高性能半柔性复合路面与基层的开发

苏士超 杨萌萌

【摘要】结合我国已建沥青路面面层厚度较薄和养护维修工程的特点、开展旧沥青路面冷再生修筑半柔性路面基层的相关研究，分析了开发高性能半柔性复合路面与基层的必要性，阐述了半柔性路面新型材料的特点，提出了半柔性水泥砂浆灌注的施工方法及其不足之处。

【关键词】高性能，半柔性，复合式基层

1 引言

我国现有的高速公路和城市道路路面基本可分为两大类，即沥青混凝土路面和水泥混凝土路面，且普遍采用半刚性基层，经过近20年的实践发现，修筑的沥青路面使用寿命远远达不到设计年限等缺陷，已建高速公路和一般公路的沥青面层普遍较薄，在进行路面维修与养护过程中如何充分利用原有路面结构实现材料的循环再生利用，且修筑成高强耐久的下面层或基层也是亟待解决的问题。本文根据依托工程的实施情况和国外相关研究成果，对半柔性路面的施工工艺、水泥基砂浆施工的方法及其相应的应用条件进行了分析总结。较为全面的研究了半柔性路面水泥基砂浆灌注施工方法，并且半柔性路面与同体积普通沥青路面的施工成本比较，认为半柔性路面在技术经济上有许多优势。

2 国内路面现状分析

我国现有的高速公路和城市道路路面基本可分为两大类，即沥青混凝土路面和水泥混凝土路面。其中沥青混凝土路面具有无接缝、表面平整性好、柔性强而行车平稳舒适等优点，而且施工机械化程度高、进度快、质量好、维护简单，因此，沥青混凝土路面在我国高速公路建设中得到了广泛的推广和应用。但是，由于沥青材料具有粘弹塑等特性，导致沥青路面结构层的强度和流变性受温度变化的影响很大。夏季高温时，沥青材料粘度的降低导致集料颗粒间凝聚力减弱，若在水平力作用下，极易使沥青混合料颗粒之间产生滑动和位移，导致沥青路面结构层形成车辙、推移、波浪、拥包之类的剪切变形破坏，降低了行车的舒适性。在渠化交通的高等级公路上，沥青混凝土路面容易产生过大的塑性变形而形成车辙。在冬季低温时，沥青混凝土路面结构材料的强度虽然有所增高，但因沥青材料粘度的提高而抗变形能力大为降低，表现出脆性，结果导致沥青路面结构层开裂。车辙不仅危害行车安全，降低行车操纵稳定性和舒适性，且由于车辙内易于积水，路表水通过面层裂缝渗透至基层和路基，易导致基层和路基早期损坏。

水泥混凝土路面材料具有抗变形能力强、使用寿命长以及日常养护费用低等特点，但是这种路面结构具有行驶舒适性差和路面结构产生病害后修复困难等不足。另外，水泥混凝土是由一定厚度的混凝土板组成，由于四季气温周期性的变化和一天内昼夜气温的变化，使板与周围的温度相差很大，在温度应力的作用下，水泥混凝土板容易产生裂缝；裂缝在行车荷载的反复作用下，应力集中处最先扩展，结构承载力降低，另一方面，水泥混凝土是一种非均质多相结构，在重复温度和湿度荷载的作用下，会使原有微裂纹产生新的应力集中，使裂纹向前扩展，发生破坏现象。

从以上分析可以发现，两种高等级路面结构形式的性能各有所长，但也存在各自的缺陷。针对上述问题，应着眼于研究开发一种新型的路面材料，使其兼顾刚性和柔性两种路面的优点、摒弃两者缺点的路面结构。其研究目的是通过研究得到一种综合性能优良、病害较少、设计和施工技术可行、适应性较强、行车舒适、比较经济的新型路面，提高路面的使用品质。于是许多发达国家率先提出了半柔性路面的概念，并已通过论证，在各级公路及城市道路中铺筑使用。

3 新型路面材料的特点

半柔性路面正是这样一种刚柔并济的新型路面材料，它是指在碾压成型的基体沥青混合料（空隙率高达20%～28%）中，灌入以水泥为主要成分的特殊浆剂而形成的路面。它具有水泥混凝上路面的刚性和沥青混凝土路面的柔性，而且充分发挥了它们各自优良的路用性能。半柔性路面从路面综合力学性能、施工工艺及景观装饰效果出发，在抗车辙、抗推移、取消伸缩缝、提高路面材料的应力松弛性能等方面改善路面的使用性能。半柔性路面在材料强度机理方面具有其特有的长处，它利用嵌挤原则，通过骨料之间的相互嵌挤作用和灌注式的水泥胶浆共同形成材料强度，提高了路面抵抗荷载作用的能力，同时，其高温稳定性能大大优于普通沥青混凝土路面，其低温抗裂性能、抗疲劳性能和抗滑耐磨性能也都优于普通沥青混凝土路面。它是一种既保留沥青混凝上路面主要使用品质，又具有水泥混凝土路面部分性能的路面结构型式。同时，半柔性路面还具有耐油、耐酸、耐热、耐水、抗滑和易着色等特性。这种路面材料应用于旧路改造中，可以节约大量宝贵的路面养护维修费用，还可以有效地提高沥青加铺层的使用性能和使用寿命，保证公路网的交通安全、畅通和服务能力。把高性能半柔性面层材料应用在新建的高等级公路面层中，可以综合柔性路面和刚性路面的两种优点，不但能使行车的舒适性得到提高，而且使其抗车辙变形的能力得到提高，可以有效减少高等级公路路面的早期损害，从而延长路面的使用寿命。

据日本等国的研究与应用表明，与沥青混合料相比，半柔性路面既提高了抗车辙能力，同时又改善了其低温抗裂性和耐久性。另一方面较水泥混凝土而言，半柔性材料降低了其模量，提高了抗裂性能，同时也改善了其行车舒适性和耐久性。另外，半柔性路面材料还具有耐油、耐酸、耐热、耐水、抗滑、和易着色等特性。

4 半柔性水泥砂浆灌注的施工方法

國内现有的用于水泥砂浆灌注的施工方法主要有人工拌和灌注与厂拌法灌注施工。

①人工路拌法施工。首先根据常规方法确定水泥砂浆的配合比，然后就依托工程的施工工艺：人工拌制干料--运输至施工现场--加水拌和--人工灌注施工--平板振动器辅助灌注--喷洒缓凝剂--洒水车结合人工冲洗残余水泥砂浆--开放交通。整个过程基本通过人工完成，因此称其为人工路拌法施工。

②厂拌法施工。此方法是对人工路拌法施工效率低的部分改进，水泥砂浆在混凝土搅拌站集中拌和、通过水泥搅拌运输车运至摊铺现场、水泥搅拌运输车灌注的一种施工方法。辅助灌注和整除工艺与人工路拌法相同。

③目前施工方法存在的问题。由于半柔性路面在国内还处于初步研究阶段，己有的铺筑路面都是小范围的，工程规模不大，施工工艺都较为简单。人工路拌法主要通过人工完成，施工效率低、施工机械简陋、质量得不到保证。厂拌法通过购买商品砂浆的方式节省了施工时间，提高了施工效率。但厂拌法通过水泥搅拌运输车进行灌注，施工质量也难得到保证。而且厂拌法辅助灌注工艺与残留水泥砂浆整除工艺与人工路拌法相同，总体而言，其施工效率也有待提高。

5 结论

综上所述，开展半柔性基层与路面的开发应用研究，对于提高西部地区高速公路以及一般公路建设水平，特别是提高路面的使用性能和延长路面的使用寿命，减少路面建设投资等诸多方面，都具有十分重要的理论意义和实用价值。

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作者介绍； 苏士超（1985-），男，本科，河南濮阳人，助理工程师，单位：南乐县公路管理局。