泡沫沥青柔性基层与传统半刚性基层工程对比分析

2015-12-14姜涛

中国科技纵横 2015年21期

关键词：刚性柔性碎石

姜　涛

（营口市交通工程技术监理咨询中心，辽宁营口　115000）

泡沫沥青柔性基层与传统半刚性基层工程对比分析

姜涛

（营口市交通工程技术监理咨询中心，辽宁营口115000）

我国在20世纪90年代以后，高速公路行业实现了高速地发展，我国的高速公路建设规模越来越大，而且其通车的长度已经在世界上屈指可数，我国在建设高速公路的过程中，其结构形式一般都会设计成半刚性的，通过对相关的数据进行统计，可以看出，我国的高速公路沥青路面中几乎90%基层都是采用的半刚性的结构。本文通过分析柔性基层的主要类别和柔性基层与半刚性基层产生破坏的主要方式，从而能够对泡沫沥青柔性基层与传统半刚性基层工程进行对比。

柔性基层半刚性基层破坏方式设计思想

运用半刚性的基层，能够提高高速公路路面的承载力，提高路面的抗压能力，使高速公路的路面更加具有稳定性，而且能够实现对路面的支撑，然而，伴随着半刚性基层的广泛使用，也存在着很多的缺陷，半刚性基层在使用的过程中还是具有一定的局限性的，这就导致了其在温度相差较大的场合就由于热胀冷缩的缘故产生裂缝，严重了会出现反射裂缝。在行车的压力下，再加上水和温度的作用下，会导致路面结构出现松散的问题，使路面结构出现不稳定的问题，给人们的出行带来一定的安全隐患。尤其是最近几年来，我国的经济在发展，高速公路出现了超载的问题，半刚性基层路面的缺陷逐渐展现出来，所以，在建设高速公路的时候，尽量增加沥青的厚度，从而能够提高高速公路路面的强度。但是，在增加沥青厚度的同时，导致了高速公路路面的造价也在升高，半刚性基层的抗压能力还是不能得到提高。所以，应该分析高速公路沥青路面的基层结构形式，将不同的结构形式进行对比，从而找出最佳方案，提高高速公路建设的质量，为人们的出行提供方便。现在，我国已经高度重视高速公路路面的建设，也已经开始对柔性基层路面进行研究。

1　几种主要的柔性基层材料的适用性分析

1.1级配碎石

对碎石的级配指的是将碎石进行碾压形成一种材料，在级配的过程中不会使用胶结料，所以，材料的抗拉能力比较差，在高速公路建设的过程中，一般是将级配碎石铺设在半刚性基层或者水泥路面上，能够减少外界带来的应力，防止反射压力过大，使路面发生裂缝。在高速公路中，柔性路面的结构层，其抗压能力不是很强，在高速公路的基层铺设级配碎石，或者在路基上铺设级配碎石，使路基的结构能够更加完善，提高路基的抗压能力。级配碎石在铺设之前，要进行压实工序，确保级配碎石的强度能够达到要求。

半刚性基层材料的回弹模量还是比较高的，要远远大于级配碎石，而且与半刚性材料一起使用的级配碎石具有一定的非线性特征，这种特点决定了将强度比较大的材料放置在下卧层上面，从而能够获得较大的回弹模量，在此基础上，使高速公路的路面具有较好的抗压能力和塑性能力，级配碎石铺设在路面上能够降低沥青路面发生反射裂缝的几率，而且能够改善高速公路的抗疲劳能力。

1.2大碎石沥青混合料

大碎石沥青混合料也可以称为大粒径沥青碎石混合料，这类料的粒径是比较大的，而且，其密实度是比较高的，孔隙率低，孔隙率只能够达到5%左右，在使用开式级配的方法中，其孔隙率只能达到10%左右，大碎石沥青混合料的粒径一般只有30毫米。

大碎石粒径的优点还是比较多的，其能够对基层的性能进行完善，能够对基层的结构进行加固处理，而且成本是比较低的。通过对高速公路的相关调查，可以分析出，当路面的粒径越大，其受到的负荷也就越大，但是其抗压能力也随之增强。大碎石沥青混合料与其他的混合料相比，其优点在于，能够节省沥青的使用量，降低高速公路建设的成本，在高速公路建设的过程中，一般能够减少30%的沥青使用量，而且，能够对粒径进行分析，在不同等级的公路，选择不同粒径的用料。由于粒径比较大，就能够使集料的表面积减小，能够使沥青膜变厚，这样提高了沥青的使用年限，使沥青在使用的过程中具有良好的抗老化的能力，而且能够防止降水对路面的侵害。通过对相关数据的研究，分析出一般粒径为35毫米的时候，其抗压强度是最好的，而且不会产生较大的蠕变现象，而且回弹模量和抗疲劳性能够达到最佳。

1.3乳化沥青混合料

乳化沥青混合料能够起到稳定路面的效果，尤其是在路面基层施工的过程中，运用乳化沥青，可以提高基层的抗压能力。乳化沥青是运用胶结材料制成的，是柔性基层的一个分支，乳化沥青在使用的过程中，不会浪费大量的资源，而且在施工中能够使施工条件更加得完善，在施工中也不会造成环境污染。在使用乳化沥青进行高速公路的施工时，能够在一定程度上改善高速公路的性能，使高速公路的安全性提高，其应用还是比较广泛的。

2　柔性基层路面与半刚性基层路面的对比

2.1路面结构应力的分布

半刚性结构是由一个板体构成的，其整体性强，而且能够承受较大的压力，使压力的分布不那么集中，能够将外界的压力分散，柔性基层路面一般比半刚性基层路面要厚。外界形成的压力一般都集中在面层的顶部，而且随着厚度的增加，外界的压力也会越小，当压力达到一定的厚度的时候，其内部结构也会产生一个作用力，在结构的内部会形成一个拉应力，在基层的最下方会产生一个拉应力的最大值。对于剪应力的分布，一般要对路面的深度进行分析，其最大值一般是在路面的5-20厘米处，如果路面上出现了超载和重载的问题时，其剪应力还会深入到更深层次的路面中。但是，剪应力的范围主要是在5-20厘米处，剪应力一般产生在路面的基层和面层上。在通常情况下，如果沥青铺设的越厚，如果路面的负荷超过了极限，就会产生更大的车辙，而且，国外也有相关的研究表明，如果沥青铺设的厚度不超过20厘米，那么，沥青越厚，车辙就越明显，如果沥青铺设的厚度大于20厘米，那么，产生的车辙与沥青铺设的厚度就不存在任何的关系了，通过对此的研究，可以发现剪应力主要对路面的基层和面层产生影响。

2.2两种路面结构的破坏模式

2.2.1材料的特征

半刚性基层的承载能力比较好，而且能够形成比较大的刚度，具有板体性特征，而且成本不高，但是，这种的材料的塑性是比较差的，其在不同的温度下会发生不同程度的变形，而且，在热胀冷缩的影响下容易发生开裂的问题，是一种脆性的材料。柔性材料都属于弹性比较好的材料，这类材料具有较好的韧性，具有良好的可塑性，但是，由于能够产生较大的变形，所以，随着路面厚度的增大，也会产生更多的施工成本。

2.2.2半刚性基层路面的破坏形式

由于半刚性基层材料具有在不同温度下发生变形的问题，所以，在采用这种材料建设路面时，出现开裂的现象是不能避免的，当裂缝发生时，如果有车辆行驶到裂缝边缘，就会出现路面的形变，在裂缝处会产生一个很大的作用力，尤其是在裂缝中心，受到了上部和下部的剪切力，又受到了底层的拉应力，再加上温度的改变，在反复地作用下，最终会导致反射裂缝的产生。如果再遇到持续的降水，这时就会产生雨水渗透到地下的问题，当车辆行驶过后，在基层和底层都会产生一个巨大的冲刷力，将材料中的细料直接冲刷出来，材料的结构越来越松散，最后会出现路面塌陷的问题，半刚性基层的板体性越来越差，使半刚性基层材料的结构遭到破坏，使路面出现大面积的沉降。如果在界面上有大量的积水存在，那么，就会导致界面的接触条件发生很大的变化，导致路面的结构发生断裂，不能形成连续的结构，这种情况导致路面的受力状态不稳定，在受力比较大的区域会发生路面的塌陷。

2.2.3柔性基层路面的破坏形式

在对柔性基层路面进行设计时，只要不出现很大的问题，一般柔性基层路面的破坏只会在面层上出现，在面层上会出现车辙。车辙的产生是由于路面的结构长期受到强大的剪切力的作用引起的，而且，柔性基层路面的塑性蠕变能力强，在遇到压力时很容易发生变形，路面在受到车辆带来的水平荷载的影响，导致出现弯矩作用，如果沥青的厚度大于40厘米时，就会造成路面产生裂缝。沥青的厚度越大，越容易产生裂缝。

2.3设计思想

根据两种材料的优点和缺点，在对高速公路进行设计的过程中，应该选择不同的设计方法。半刚性材料的强度是比较大的，所以，在设计时，一般将这种材料铺设在承重层，尽管在对面层设计的时候，也提高了面层的厚度，但是，当高速公路的沥青面层的厚度大于18厘米时，就会导致半刚性基层的强度减小。仍然会产生反射裂缝，成为高速公路路面产生裂缝的主要形式。柔性基层路面在产生裂缝的时候，是呈现自上而下的形式的，首先是对面层的破坏，然后是对路基产生结构性的破坏，所以，在路面设计时，应该先设计面层，对面层进行功能性设计，然后再设计基层和承重层。在柔性基层路面的设计中，应该确保底层具有最大的拉应力。