灌注式半柔性路面材料的路用性能研究
2021-07-30易国强王亚平
易国强,李 力,王亚平
（1.宁乡市公路养护中心，湖南 长沙 410600；2.华容县住房和城乡建设局,湖南 岳阳 414200；3.中大检测（湖南）股份有限公司，湖南 长沙 410000）
引言
灌注式半柔性路面是半柔性路面中的一种常用形式，即由具有一定空隙的沥青混合料形成主体，通过灌注特定流动度的水泥砂浆，形成一种兼具沥青混合料与水泥混凝土特征的路面新型材料，可较好地抵抗路面车辙的产生与疲劳损伤的形成，且所具备的柔性特征也能满足行车舒适等特点[1]。为了更好的对半柔性路面进行路用性能的评价，国内外均开展了不同程度的探讨，国外相关专家经过研究发现[2]，不同物质的灌注料对半柔性材料的刚度影响较大，半柔性材料的强度仅为纯水泥砂浆的10%，沥青的质量、母体沥青的级配、混合料的空隙率等对抗压强度存在极大的影响。研究人员在机场等路用要求高的路面进行半柔性的相关试验，得出了其应对静态承载力及抗变形等均有良好的效果[3]。国内的学者依照常规的路用性能指标，对半柔性材料的力学性能指标等进行试验研究，基于体积法的母体沥青混合料的设计方法，采用扫描电镜从微观对半柔性路面材料的强度形成机理进行了分析，通过统计获得了影响水泥胶浆性能的主要因素，确定了合理的混合料配比[4-5]。
1 试验准备
1.1 原材料的选择
1.1.1 集料
采用的粗集料与细集料均为山东省地区特有的石灰岩集料，经室内试验检测符合规范要求[6]，相关试验技术指标见表1、表2。
表1 粗集料的技术指标
表2 细集料的技术指标
1.1.2 沥青
采用沥青为国产高黏改性沥青，具有高黏度抗高温等优点，性能指标见表3。
表3 高黏改性沥青的技术指标
1.1.3 水泥
选用42.5 复合硅酸盐水泥，指标检测结果见表4。
表4 水泥物理指标检测结果
1.2 配合比的确定
综合相关文献及工程经验，选用OGFC-13 作为基体沥青混合料的级配类型，级配的设计则采用体积法设计，采用谢伦堡试验和肯塔堡飞散试验对最佳沥青用量进行确定[7]。通过级配设计，最终采用三种不同空隙率的级配进行试验，试验测得的各级配最佳沥青用量见表5。级配曲线见图1。
表5 各级配的最佳沥青用量
图1 级配曲线
1.3 流动度的确定
水泥砂浆流动度是保证灌注基体沥青混合料中连通孔隙的关键因素[8]。目前针对于半柔性路面灌注水泥砂浆还没有的统一的规定，参照日本道路协会《ァスファルト铺装要纲》,并结合实际工程的需要，对所采用的的半柔性水泥砂浆性能指标进行试验，数据见表6。
表6 水泥砂浆性能试验结果
2 试验过程与结果分析
2.1 车辙试验
2.1.1 试件的制备
将沥青混合料进行车辙试件的制备，并将准备好的水泥砂浆进行灌注，在灌注过程中，为了确保砂浆的均匀灌注，对试件在振动台上进行一定的振动，以此排除内部气泡。
2.1.2 数据分析
根据沥青混合料车辙试验的相关试验规程[9]，采用标准60 ℃温度，以荷载为0.7 MPa，对试件进行 42±1 次/min 的往复运动1 h，最终取第45 min到第60 min 时间内的变形量计算动稳定度：
式中：DS—动稳定度，次/mm；d1、d2—时间t1、t2的变形量，mm；c1、c2—试验机类型系数和试件系数；N—试验车轮往返碾压的速度，一般42 次/min；
三种级配下的半柔性试件试验结果见表7。可以看出，半柔性材料的动稳定度值要远大于普通沥青混合料的动稳定度，说明半柔性路面材料有着较好的抗车辙性能，且随着基体设置的空隙率逐渐增大，砂浆的注入量增加，动稳定度随之增大，混合料抗车辙性能逐渐增强。
表7 车辙试验结果
2.2 劈裂试验
通过在马歇尔试件上施加加载速率，以此向试件施加荷载直至劈裂破坏。施加荷载可以通过显示屏读出得数，横纵变形可以通过水平和竖直方向的千分表读出，从而通过计算得出材料的性能。
根据《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTGE20—2011)，沥青混合料马歇尔试验进行相关的试件成型并进行灌注砂浆，通过合理养护后，对试件进行保持温度，试验温度采用15 ±0.5 ℃，加载速率为50 mm/min。结果处理与计算得到劈裂抗拉强度见表8。
表8 劈裂试验结果
由表8 可以看出，随着空隙率的增加，劈裂强度逐渐减小，说明空隙率越大，沥青混合料基体占比减小，混合料的抗拉性能下降，虽然水泥砂浆量逐渐增多，但水泥属于无机胶凝材料，对整体的弯拉性能提升较小，水泥砂浆的增加并不能改善劈裂抗拉强度，所以设置的空隙率越小，混合料的劈裂抗拉强度越好。
3 结语
（1）半柔性基层中，沥青混合料基体的空隙率越大，水泥砂浆的灌注量也越大，整体的抗车辙性能越强。（2）在一定的比例下，水泥砂浆的灌注量增大，并不能有效地增加半柔性材料的劈裂抗拉性能。（3）而随着基体的空隙率增大，半柔性混合料整体的劈裂抗拉强度降低。
