复合式半柔性路面试验研究

季亚萍，卢 炜

（1.苏州市吴江区交通工程质量监督站，江苏 苏州 215200；2.东南大学交通学院，江苏 南京 210000）

复合式半柔性路面是根据沥青和水泥两种路面各自的特点，研究开发出的一种新型的路面，它是在基体沥青混合料（空隙率高达20%～28%）路面中，灌注以水泥为主要成分的特殊浆剂而形成的复合路面。它是一种既保留沥青混凝路面主要特性，又具有水泥混凝土路面部分性能的路面结构形式[1]。它利用嵌挤原理，通过骨料之间的相互嵌挤作用提高材料强度，增强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。同时，半柔性路面还具有耐油、耐酸、耐热、耐水、抗滑和易着色等优点。

1 原材料的选取

1.1 基体沥青混合料原材料

复合式半柔性路面室内沥青混合料试验采用的矿料来自热料仓，沥青采用SBS改性沥青，技术指标见表1。

1.2 水泥砂浆原材料

本次试验中，水泥为P.O42.5普通硅酸盐水泥，采用的矿粉与基体沥青混合料矿粉一致，原材料试验结果及指标如表2～表4所示。

表1 集料及沥青密度试验结果

表2 水泥试验项目及技术指标

表3 砂试验项目及技术要求

表4 矿粉试验项目及技术要求

上述材料为本次室内试验所用原材料，经检测，各项指标都满足相关规范要求。

2 半柔性路面设计方法

该种半柔性路面的设计是基于沥青马歇尔设计方法，其基本原理是将水泥砂浆灌入沥青路面，结合刚性路面和柔性路面的优点，全面改善道路路用性能。其设计分三个步骤，首先是基体沥青混合料配合比设计，确定出适宜灌注砂浆的基体沥青混合料的配合比；其次是水泥砂浆的设计，确定可以应用到半柔性路面的砂浆比例；最后就是半柔性路面的性能验证[2]。

2.1 基体沥青混合料配合比设计

采用马歇尔设计方法确定沥青混合料（SFAC—20）的配合比，先通过初试级配体积分析确定矿料配合比及油石比，如表5～表6所示。

表5 级配调试结果

采用初试油石比为3.2%±0.3%，以马歇尔击实（正反50次）成型试件，试验结果汇总于表6。

表6 马歇尔试验体积性质技术指标

综合考虑马歇尔试件空隙率、稳定度等性能指标要求，本次目标配合比设计的最佳油石比取值为3.2%。

2.2 水泥砂浆设计

通过试配砂浆，确定砂浆比例，水泥∶砂∶矿粉∶水＝1∶0.3∶0.35∶0.7，各项性能指标如表7所示。

表7 水泥砂浆性能指标及技术要求

通过水泥砂浆性能试验表明，按照水泥∶砂∶矿粉∶水＝1∶0.3∶0.35∶0.7拌和的水泥砂浆能满足半柔性路面SFAC—20的要求，可以应用到半柔性复合路面SFAC—20混合料中[3]。

2.3 室内试验性能验证

复合式半柔性路面指在大空隙基体沥青混合料中（空隙率为20%～28%），灌入以水泥为主要成分的特殊浆剂而形成的路面，具有高于水泥混凝土的柔性和高于沥青混凝土的刚性的特点。在复合式半柔性路面室内性能验证中，试件按以下步骤成型：首先成型基体沥青混合料试件，待试件冷却后，灌入已完成配比设计的水泥砂浆成型复合式沥青混合料试件，在制作中需要注意观察试件底部，确认砂浆已填充满基体沥青混合料空隙；然后将试样放在标准养护条件下（温度20℃±1℃，湿度90%）养护7d；最后取出试件按照沥青混合料相关试验规程进行性能验证试验。

2.3.1 力学性能试验

力学性能试验结果见表8。

表8 马歇尔体积指标表

由表8可知，灌入水泥砂浆的马歇尔试件稳定度和流值都满足规范要求。

2.3.2 高温稳定性试验

高温稳定性试验采用车辙试验，沥青混合料试件上轮迹的产生都与实际沥青路面车辙的产生非常类似，同时大量试验也表明，车辙试验的动稳定度与沥青路面的高温稳定性有着良好的相关性，故采用车辙试验的动稳定度作为高温性能控制指标[4]。

车辙试验是一种模拟车辆轮胎在路面上滚动形成车辙的试验方法，试验结果比较直观。目前我国都是采用标准方法成型沥青混合料板块状试件，在试验温度为60℃，轮压为0.7MPa的条件下，试验轮以42次／min的频率沿试件表面反复作用形成车辙[5]。

本试验采用标准方法对养护后的试件进行车辙试验，结果见表9。

表9 动稳定度试验结果

从表9中数据可以得出，试件车辙试验动稳定度达到15 840次／mm，满足规范要求的不小于10 000次／mm，通过试验证明其高温稳定性能满足试验要求，同时其稳定度远远大于规范要求，表明其性能在高温下非常稳定，抗车辙能力大大提高。

3 水稳定性试验

沥青混合料的水稳定性不足。水损害是沥青混凝土路面形成早期破坏的主要形式，其主要原因是由于周边的水或水汽渗透进沥青路面，使得沥青从集料表面剥离，逐渐丧失粘结力，进而降低了沥青混合料的粘结强度，造成集料松散，导致路表出现坑槽，另外行车引起的动水压力对沥青产生的剥离作用也加剧了沥青路面的水损害。复合式半柔性路面借鉴沥青路面，采用浸水马歇尔试验和冻融劈裂试验结果（见表10～表11）进行评价。

表10 浸水马歇尔试验结果

表11 冻融劈裂试验结果

从表10～表11中结果可知，浸水马歇尔试验残留稳定度92.1%和冻融劈裂试验劈裂强度比90.9%都远远大于规范要求，表明复合式半柔性路面具有非常好的水稳定性。

4 结论

复合式半柔性路面（SFAC—20）配合比设计结果如表12所示。

表12 复合式半柔性路面（SFAC—20）沥青混合料设计配比

通过室内试验对SFAC—20沥青混合料性能进行验证发现，该种复合式半柔性路面具有非常好的水稳定性能及高温性能，可在路面上大力推广，特别是在容易产生车辙的重交通区域。

[1]王素勤，林绣贤，楼海洋.新型路面的复合材料——特种沥青混合料的研究[J].华东公路，1989，（2）：76-81.

[2]潘大林，张肖宁.半柔性路面基体沥青混合料的设计方法[J].中南公路工程，2000，（1）：22-23.

[3]程磊，郝培文.半柔性路面用水泥胶浆的配比[J].长安大学学报：自然科学版，2002，（4）：1-4.

[4]沈金安.沥青与沥青混合料路用性能[M].北京：人民交通出版社，2000.

[5]JTG E20—2011，公路工程沥青及沥青混合料试验规程[S].