半刚性路面施工工艺的优缺点分析

李会军 王海有

【摘 要】为了解读半刚性路面难于推广应用的原因，本文分析了传统半刚性路面施工工艺的优缺点，得出的结论是施工工艺复杂，配套机械设备繁多，施工工艺亟待改进。

【关键词】半刚性路面；施工工艺；优缺点

[文章编号]1619-2737（2016）05-14-260

【Abstract】Understanding the reasons for the semi-rigid pavement is difficult to promote the application，the paper analyzes the advantages and disadvantages of the traditional semi-rigid pavement construction process，concluded that the construction process is complex，many ancillary equipment，construction technology needs to be improved.

【Key words】Construction technology；Advantages and disadvantages of semi-rigid pavement

1. 前言

为了克服沥青路面的高、低温性能上的不足，早在1954年就开发了以水泥-沥青复合材料作为结合料的路面，这种路面兼具刚性路面和柔性路面的优点，表现出半刚半柔性的力学特征。就世界范围来看，虽然以水泥-沥青复合材料作为胶结材料的半刚性路面性能优良，但是与以（改性）沥青作为胶结材料的柔性路面相比，应用量少之又少。

2. 半刚性路面施工工艺的优缺点

2.1 拌和法（水泥-热拌沥青混合料）半刚性路面施工工艺的优缺点。

2.1.1 这种施工工艺是在热拌沥青混合料中，掺加预先拌制好的水泥砂浆，在一定的温度下利用强制式拌和机迅速对沥青混合料进行二次拌和，然后运到施工路段进行摊铺碾压。

2.1.2 水泥-热拌沥青混合料需要三道工序制成，即水泥砂浆的拌制、热沥青混合料的拌制及水泥砂浆与热沥青混合料的拌和。与普通沥青混凝土路面施工工艺相比，增加了水泥砂浆的拌制及水泥砂浆与热沥青混合料的二次裹覆拌和。

2.1.3 这种施工工艺需要配套的主要施工机械设备有：沥青混合料拌和站、水泥砂浆拌和机、水泥混凝土拌和站、大量大型运输车辆、大型混合料摊铺机、大型压路机等。此施工工艺繁多，配套机械设备复杂。

2.1.4 水泥-热拌沥青混合料半刚性路面结构中，骨架形成的形式为：“石——沥青——石”或“石——沥青+薄层水泥石——石”，沥青膜是荷载承受和传递的主要参与者，另外水泥石与沥青没有相互混合，自由沥青较多，这些都造成路面的高温时的敏感性强，降低路面的抗车辙性能。

2.1.5 这种工艺所做半刚性面层具有如下优点： （1）抗压强度及稳定度都显著提高，温度稳定系数减小；（2）抵抗变形的能力增强；（3）水稳定性及耐久性均有提高；（4）低温开裂性能有了一定改善。

2.1.6 但是这种半刚性面层存在下述问题：

（1）疲劳寿命较低，根据同济大学在惠州试验路的验证结果，这种半刚性面层到第三年时就发现网裂，裂缝率达 6.38%，而同样厚度的沥青面层的裂缝率为3.73%；

（2）温度敏感性较高，根据湖南大学的试验结果，水泥沥青混凝土和沥青混凝土 20 ℃ 的抗压强度分别为7.55 MPa和 5.49 MPa，50℃时则分别为2.08MPa和1.48MPa，两者比较不难看出，水泥沥青混凝土具有和沥青混凝土相接近的温度敏感性；

（3）施工难度较大，由于沥青混合料的高温将促进水泥砂浆中水分的蒸发和加速水泥的凝结硬化，所以除在水泥砂浆中加入缓凝剂等外加剂以外，要求各施工工序衔接紧密，严格控制施工时间，做到快拌、快铺、快压，若按正常施工时间要求较难实现。此外，高温条件下水泥砂浆中的水分有碍于沥青对集料的粘附作用，对材料的力学性能造成不良影响，路面质量较难保证。

2.2 拌和法（水泥-乳化沥青混合料）半刚性路面施工工艺的优缺点。

（1）这种施工工艺是冷拌冷铺法，其第一种方式是把水泥、矿粉和砂一起拌和形成混合料，乳化沥青和集料拌和也形成混合料，然后把两种混合料放在一起进行拌和，再经过运输、摊铺、碾压等工序形成路面；第二种方式是把水泥、砂和矿粉进行第一次拌和，再加入湿润的矿料进行第二次拌和，然后再加入乳化沥青进行第三次拌和，之后经过运输、摊铺、碾压等工序形成路面。

（2）这种施工工艺需要配套的主要施工机械设备有：两套水泥混凝土拌和站（或一套水泥混凝土拌和站和一套沥青混合料拌和站）、大量大型运输车辆、大型混合料摊铺机、大型压路机等。

（3）水泥-乳化沥青混合料半刚性路面结构中，骨架形成的主要形式为： “石——沥青+薄层水泥石——石”，沥青膜是荷载承受和传递的主要参与者，路面的抗车辙性能对沥青的依赖程度大。但是在这种路面结构中水泥石与沥青相互混合，自由沥青较少，结构沥青增多。所以，与水泥-热拌沥青混合料半刚性路面相比，这种路面的高温敏感性有所降低，抗车辙性能有所提高。

2.3 综合分析国内外已有研究成果。

2.3.1 可以发现水泥-乳化沥青混凝土半刚性面层具有如下优点： （1）早期强度高，加入1%的水泥比未加水泥对乳化沥青混合料早期强度提高3.36倍；（2）高温稳定性好，加入1%的水泥比未加水泥对乳化沥青混合料高温稳定性提高1.67倍；（3）抗水剥落性能有了较大的提高；（4）耐久性能提高。

2.3.2 但是这种半刚性面层存在下述主要问题： （1） 刚度过高，乳化沥青混合料基体的回弹 模量为1240MPa ，加入3%的水泥后回弹模量达5512MPa； （2）疲劳性能差，水泥乳化沥青混凝土的疲劳寿命低于热拌沥青混凝土，在高应变水平下也低于冷拌乳化沥青混凝土，并且随水泥含量增加，疲劳寿命进一步下降。日本通过51条试验路近四年的跟踪观测表明，只有限制水泥含量不超过3%，路面疲劳开裂的可能性才能减少；河北工业大学采用水泥含量8%～10% 的水泥乳化沥青混凝土铺筑了400m试验路，到3个月龄期时，就开始有网裂出现，一年以后出现了严重的疲劳开裂。

2.4 拌和法（水泥混凝土拌和物母体中掺加柔性材料）半刚性路面施工工艺的优缺点。

2.4.1 这种施工工艺是冷拌冷铺法，它是把水泥与骨料并加适量的水拌和，形成水泥混凝土基体，然后把细料和乳化橡胶沥青加入到基体之中适当拌和，再进行摊铺、 碾压等工序而形成的半刚性面层。

2.4.2 这种施工工艺需要配套的主要施工机械设备有：大型水泥混凝土拌和站、大量大型运输车辆、大型混合料摊铺机等。

2.4.3 水泥混凝土拌和物母体中掺加柔性材料半刚性路面结构中，骨架形成的主要形式为： “石——水泥石——石”，沥青膜不是荷载承受和传递的主要参与者，路面的抗车辙性能对沥青的依赖程度小。并且在这种路面结构中水泥石与沥青相互混合，自由沥青较少，结构沥青增多。所以，与水泥-热乳化沥青混合料半刚性路面相比，这种路面的高温敏感性有所降低，抗车辙性能有所提高。

2.4.4 这种半刚性面层材料具有如下优点： （1）刚度较适宜，乳化沥青水泥混凝土的弹性模量比半刚性基层的回弹模量高，而弯拉弹性模量则介于上述几种半刚性材料的弯拉弹性模量之间；（2）强度较高，乳化沥青水泥混凝土的抗压强度、抗弯拉强度和抗劈裂强度都是比较高或是最高的，其中抗弯拉强度和抗劈裂强度的提高幅度比抗压强度提高幅度更大一些，这一特点表明这种材料具有较好的路用性能，更符合路面结构受力特点，较好地解决了一般水泥材料抗压强度增长较快而抗折强度增长缓慢的矛盾；（3）感温性小，从25℃到 ～5℃范围内，乳化沥青水泥混凝土的抗弯拉强度变化速率为0.04 MPa/℃，沥青混凝土为0.28MPa/℃，乳化沥青水泥混凝土的回弹模量变化速率为30.9MPa/℃，沥青混凝土为164.9MPa/℃；（4）低温抗裂能力好，乳化沥青水泥混凝土的干缩率及温缩系数均比碾压混凝土及沥青混凝土小；（5）疲劳性能好，当应力强度比为0.6时，乳化沥青水泥混凝土的疲劳寿命已与普通水泥混凝土的疲劳寿命较为接近，但远远长于沥青混凝土；试验结果还表明，乳化沥青水泥混凝土的疲劳性能在 N≥106次以后最佳，这为减薄面层和提高路面的使用年限提供了保证，具有较高的经济效益。但根据同济大学的试验结果，乳化沥青水泥混凝土的耐磨性能优于碾压混凝土，但比普通水泥混凝土要差，这表明乳化沥青水泥混凝土的耐磨能力只能基本满足要求，仍应把进一步提高它的耐磨性能作为深入研究要解决的问题。作为一种新型的复合材料，国内外对它的研究应用尚处于起步阶段，研究成果也相对较少，缺乏对该种复合材料的长期使用性能的跟踪观测，它的长期路面使用性能还需等待实践的验证。

2.5 贯入法（水泥乳浆）半刚性路面施工工艺的优缺点。

2.5.1 这种施工工艺是将掺有适量外加剂的水泥乳浆材料，采用灌注的方式填充在具有特殊级配的沥青混合料母体骨架中，然后经过适当时间养生硬化后的混合材料便形成半刚性路面。

2.5.2 这种施工工艺需要配套的主要施工机械设备有：沥青混合料拌和站、水泥混凝土拌和站、大量大型运输车辆、大型混合料摊铺机、大型压路机等。

2.5.3 在贯入法（水泥乳浆）半刚性路面结构中，骨架形成的形式为：“石——沥青——石”，沥青膜是荷载承受和传递的主要参与者，其主要承重部分是骨架空隙型的沥青碎石，另外水泥石与沥青没有完全相互混合，没有充分形成交错的空间网状结构，自由沥青较多，沥青膜也较厚，这些都造成路面的高温时的敏感性强，降低路面的抗车辙性能。

2.5.4 贯入法（水泥乳浆）半刚性路面施工时，必须保证空隙率能够大，而且还要保证空隙是相互联通的，否则不能保证所有空隙被贯满，这在施工中难度是很大的。

2.5.5 综合分析已有研究成果。

2.5.5.1 可以发现贯入法（水泥乳浆）半刚性面层具有如下优点： （1）低温抗裂性能有了较大的改善；（2）高温抗车辙性能比较好；（3）热稳定性能较好；（4）耐久性能有了明显提高，该复合材料的疲劳特性试验结果表明，这种半刚性复合材料的疲劳寿命是沥青混凝土的3.2倍。

2.5.5.2 但是贯入法（水泥乳浆）半刚性面层也存在许多不足之处： （1） 达到一定抗拉强度时的刚度过高，根据美国的试验结果，当劈裂强度达1.2MPa时，其回弹模量达4900MPa，日本的试验结果表明，当抗弯拉强度大于2.5MPa以后，回弹模量可高达上万MPa；（2）与沥青混合料基体比较，常温抗弯拉强度未有明显改善，根据同济大学的试验结果，25℃的抗弯拉强度比沥青混合料基体增加不大，15℃的劈裂强度则比基体稍低；（3）施工难度大，国内外的施工经验表明，为便于水泥浆的灌入与容纳，要求沥青混合料基体具有20%以上的剩余空隙率，施工中很难把握。

3. 小结

通过上述分析可知，传统半刚性路面施工工艺存在的问题有：

（1）施工工艺配套复杂，需要大型机械设备繁多、量大；

（2）施工技术难度大，材料用量需要精确控制，工艺衔接紧凑甚至是困难，施工中很难把握；

（3）承重骨架的主要形式为：“石——沥青——石”或“石——薄层水泥石——石” 或“石——沥青+薄层水泥石——石”，没有真正形成“石——石”形式，抗车辙性能还有提高的空间；

（4）水泥石与沥青没有完全相互混合，没有充分形成交错的空间网状结构，自由沥青较多，沥青膜也较厚，路面高温时的敏感性强，降低了路面的抗车辙性能。

综上所述，传统半刚性路面施工工艺亟待改进。

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参考文献

[1] 林珂，岳强，张金玉.半刚性面层材料的研究概况[J].山东交通学院学报，2006（6）.

[2] 高英，梁富权.水泥——乳化沥青混合料研究[J].公路，1997（8）.

[3] 张思源，魏建民.水泥——乳化沥青混合料配合比设计与施工技术研究[J]. 重庆交通学院学报，2000（1）.

[4] 中交第一公路工程局有限公司.公路工程施工工艺标准[M]. 北京：人民交通出版社，2007.

[5] 高英，凌天青，梁富权，等.水泥——乳化沥青混合料性能测试方法研究[J].重庆交通学院学报，1999（2）.

[6] 徐培华，宋哲玉，姚爱玲，等.灌注式半刚性路面面层复合材料试验研究[J].中国公路学报，2002（4）.