水泥浆取代细集料对路面性能影响的评价

安改俊

（山西省交通科学研究院，山西 太原 030006）

本文试验分为3组（均为统一制成的标准马歇尔试件），分别在沥青碎石的基础上添加细集料和灌入水泥胶浆，通过车辙试验，间接拉伸试验对比3组材料的动稳定度和劈裂参数，从而评价水泥和细集料对路面性能的影响，为道路施工选材提供参考。

1 材料选择

粗集料统一选择粒径9.5～13.2 mm石灰岩，沥青选用国产基质沥青AH-70号，水泥胶浆为满足流动性要求，配比在满足力学强度等的基础上加入粉煤灰，为水泥∶水∶粉煤灰=48.2∶35.3∶16.5[1]，细集料为防止粒径干涉，能较好与粗集料形成密实骨架结构，选用玄武岩石屑级配如表1。

表1 玄武岩石屑级配图

2 对比分组

2.1 分组制备试件

选取粒径9.5～13.2 mm粗集料与沥青拌合制备沥青碎石混合料不灌浆作为参照组1，油石比为2.5%，制备标准马歇尔试件，在此基础上，添加本文指定级配细集料并加入相应沥青制备沥青混凝土，配合比为：粗集料∶细集料∶沥青=83.6∶13.6∶2.8，作为对比组1，在参照组1制备好碎石混合料后，灌入147.5 g水泥浆，用振荡器震荡均匀，作为对比组2。

2.2 理论灌浆量与实际值比较

通过试验结合计算得出连通空隙率为19.6%，结合公式：理论灌浆质量=试件体积×连通空隙率×砂浆密度（1.83 g/cm3）[2-3]，算出理论灌浆量152.6 g，与实际灌浆量对比相差 152.6-147.5=5.1 g/152.6 g=3.34%，说明灌浆量符合预期。

3 试验研究

3.1 车辙试验

在评价沥青混合料高温性能可以从材料抗剪切应变切入，常用的有简单剪切试验或单轴和三轴试验。这是从车辙产生的力学机理角度来评价的，但目前国内常用的还是车辙试验来评价沥青混合料高温稳定性。

3.1.1 试验概况

《公路沥青路面设计规范》规定：对于高速公路、一般公路的表面层和中间层的沥青混凝土作配合比设计时，应进行车辙试验，以检验沥青混凝土的高温稳定性。由于水泥浆灌入沥青碎石，但材料整体仍偏向柔性，故可以按此规定用车辙试验分析高温稳定性能。

动稳定度作为沥青混合料抗车辙能力的指标，是通过某个时间段内沥青混合料变形曲线的斜率计算，现行规范中规定为45～60 min。从车辙试验记录仪自动记录的变形曲线上读取45 min及60 min的车辙变形，并按式计算。沥青混合料的车辙试验是在规定尺寸的板块状压实试件上，试件尺寸为300 mm×300 mm×50 mm。试验方法和步骤见《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》。

3.1.2 试验结果

试验结果如表2、图1所示。

表2 试件车辙深度（mm）与动稳定度结果表

图1 车辙深度折线图

3.1.3 试验结果分析

a）从以上3种材料的车辙深度和动稳定度来看，不加细集料不灌浆的试件车辙深度最大，加入细集料的次之，水泥灌浆半柔性混合料的车辙深度最小，动稳定度也最大，所以数据得出三者的高温稳定性水泥灌浆沥青碎石大于填入细集料的沥青混凝土大于不加细集料的沥青碎石。

b）加入细集料使沥青碎石混合料更密实，空隙率更小，能在一定程度提高整体的抗车辙能力，但是效果明显没有灌入水泥的沥青碎石好，加入了水泥浆，使整体结构刚性大大增加，抵抗剪切变形的能力随之增强，所以得出此结果在预料中。

3.2 间接拉伸试验

常用以评价沥青混合料低温抗裂性能的方法有间接拉伸试验和蠕变弯曲试验，对于蠕变弯曲试验，制成标准试件在0℃下进行。试验完成可得蠕变弯曲曲线，该曲线分为蠕变迁移，蠕变稳定和蠕变破坏3个阶段，根据蠕变稳定阶段在t2～t1对应的蠕动变形可得蠕变速率，该指标可评价混合料的低温稳定性。本文采用间接拉伸试验比选混合料低温稳定性好坏[1-2]。

3.2.1 试验概况

加载条加静载于圆柱形试件的轴向，试件按一定的变形速率加载，施加的压缩荷载，垂直、水平变形通过LVDT得到，从而可获得沥青混合料劈裂强度和变形数据。本实验试验温度控制在10℃。

试件尺寸采用标准马歇尔试件尺寸，即直径101.6 mm，高度 63.5 mm，条宽度为 12.7 mm，加载速率采用1 mm/min。泊松比μ取值0.25，劈裂抗拉强度RT，破坏拉伸应变εT及破坏劲度模量ST按式（1）～式（3）计算。

3.2.2 试验结果

试验结果见表3、图2。

表3 试件间接拉伸试验参数结果表

图2 间接拉伸结果柱状图

3.2.3 实验数据分析

无论是劈裂抗拉强度，还是破坏拉伸应变和破坏劲度模量，从图2、表3都可以看出灌浆水泥沥青具有优势，比加入细集料的沥青混凝土劈裂强度高0.56 MPa，破坏拉伸应变的劲度模量也都高很多，所以综合来看灌浆水泥沥青混合料低温抗裂性能远远优于沥青混凝土。

4 结论

a）本文选择单一级配矿料，油石比2.5%，制成沥青碎石混合料，通过密度试验混合料孔隙率为21.5%，有效空隙率19.6%。理论灌浆量为152.6 g，实际灌浆量为147.5 g，比较得出相差仅为约3%，说明理论灌浆公式可行，可以用来指导施工。

b）高温稳定性水泥灌浆沥青碎石大于填入细集料的沥青混凝土大于不加细集料的沥青碎石。

c）灌浆水泥沥青混合料低温抗裂性能远远优于沥青混凝土。其劈裂抗拉强度、破坏拉伸应变、破坏劲度模量均高于沥青混合料。