半柔性水泥沥青混合料的路用性能分析

李茜,李莹



半柔性水泥沥青混合料的路用性能分析

李茜,李莹

四川大学锦城学院, 四川 成都 611731

半柔性水泥沥青混合料可以有效提高路面的使用性能和服役年限，基于此，本文设计了不同孔隙率的沥青混合料，探讨了孔隙率对其力学性能、稳定性、抗裂性和疲劳性的影响规律，分析了半柔性水泥沥青混合料的路用性能。结果表明：1）半柔性水泥沥青混合料的无侧限抗压强度为2.0~3.0 MPa，抗压弹性模量为0.9~1.2 GPa，马歇尔试验稳定度为19~22 kN，车辙试验动稳定度则为8000~12000 次/mm；2）半柔性水泥沥青混合料的浸水劈裂强度百分比均达到75%以上，并随孔隙度的增大而增大；3）半柔性水泥沥青混合料的干缩系数随孔隙率的增大而增大，孔隙度对温缩系数无显著影响；4）水泥胶浆的灌入增大了半柔性水泥沥青混合料的脆性，不利于路面结构的长期稳定。

半柔性水泥沥青混合料; 孔隙率; 路用性能

2018年我国高速公路总里程数达到13.6万km，位居世界第一[1]，其中绝大部分为沥青路面[2]。而欧洲和美国的沥青路面占比也分别达到了90%和96%以上[3]。但在交通量不断增大的条件下，沥青路面的使用性能和服役年限均面临着严重的考验。半柔性路面（灌注式）能够有效提高沥青混合料的抗车辙能力，同时改善沥青混合料的低温抗裂性和耐久性，许多高速公路开始尝试使用半柔性路面来提高路面的使用性能和服役年限[4]。

目前，学者们已经开展了半柔性路面路用性能的研究。其中，王巍等[5]采用正交试验法分析了不同配合比，研究水胶比、砂种类、砂胶比、膨胀剂掺量、矿粉掺量、粉煤灰掺量的半柔性路面材料的工作性能、力学性能和体积稳定性，提出了合理的半柔性路面用水泥胶浆配合比；张晓燕等[6]分析了普通水泥灌浆材料以及阴离子、阳离子水泥沥青灌浆材料的半柔性路面的低温性能，为其低温路用性能提供了理论基础；蔡旭等[7]基于数字图像技术与有限元分析方法，分析了半柔性路面材料内部薄弱部位的极限应力状态，认为水泥胶砂的收缩变形是造成半柔性路面材料内应力的主要因素。但目前针对灌注式半柔性路面材料的沥青混合料孔隙率对其路用性能的研究较少，因此，本文设计不同的沥青混合料孔隙率，分析其力学性能、稳定性能、抗裂性能和疲劳性能，进而完成不同沥青混合料孔隙率条件下半柔性路面的路用性能评价。研究成果可为灌注式半柔性水泥沥青混合料的使用提供理论基础。

8月25日上午，黄石高速南高营互通立交处，在施工区域与通行区域之间，被一排红色的水码隔离开来。这标志着黄石高速（藁城至石家庄段）改造工程正式开工建设，计划至2019年7月31日结束。

1 试验材料与方法

1.1 样品材料

半柔性水泥原材料选用乳化沥青、集料（碎石）、矿粉、水泥和水。依据《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTG E20—2011）对乳化沥青各项指标进行检测，其各项指标均满足规程指标要求（表1）；集料选用玄武岩碎石和石屑，依据《公路沥青路面施工技术规范》（JTGF40-2004）对集料的各项指标进行检测，满足规范要求（表2）；水泥的检测结果满足各项技术要求（表3）。

㉕爱新觉罗·弘历:《寄畅园杂咏》，裴大中、倪咸生修，秦缃业等纂:《光绪无锡金匮县志》，《中国地方志集成·江苏府县志辑》第24册，第27页。

表 1 乳化沥青指标检验结果

表 2 集料指标检测

表 3 水泥性能参数

1.2 试验方法

其中，W为粗骨料的用量百分数；V为设计孔隙率；和W分别为细骨料的表观密度和用量百分数；W和分别为矿粉的表观密度和用量百分数；W和分别为沥青的表观密度和用量百分数。

高校食堂是校园生活的重要场所，同时也是食品安全风险隐患突出和事故易发的地方。随着国家政治经济社会的高速发展进步，师生对饮食的要求越来越高，维权意识越来越强，这就要求食堂不断提升质量，确保师生安全用餐。

目前国内整体开工率不足55%，短期国内尿素市场震荡盘整为主，局部或窄幅松动。长线来看明年春季之前国内尿素厂家开工率将继续维持低位，市场供应紧张局面将持续至明年开春。

2.2.1 高温稳定性能分析不同设计孔隙率条件下半柔性水泥沥青混合料的马歇尔试验稳定度及车辙试验动稳定度（图3、4）。由于水泥的加入改善了混合料的孔隙结构和粘结能力，半柔性水泥沥青混合料的马歇尔试验稳定度能够达到19~22 kN，较普通热拌沥青混合料的马歇尔试验稳定度（8 kN）提高了约1~2倍；而车辙试验动稳定度则达到8000~12000 次/mm，较普通沥青混合料的一般值（500~800 次/mm）有了十分巨大的提高。可见，半柔性水泥沥青混合料比普通沥青混合料拥有更好的高温稳定性能，有利于路面结构的稳定。从马歇尔试验稳定度以及车辙试验动稳定度随设计孔隙率的变化大小上看，设计孔隙率越大，半柔性水泥沥青混合料的马歇尔试验稳定度以及车辙试验动稳定度也越大，但设计孔隙率对马歇尔试验稳定度的影响较小，而对车辙试验动稳定度影响很大。

根据计算得到设计孔隙率分别为19%、21%、23%、25%的沥青混合料的材料用量百分比（表4）。沥青混合料制备完成后利用马歇尔试验仪击实，并在孔隙中灌注水泥砂浆（水灰比0.6，砂用量10%）。试样制备完成后分别利用无侧限抗压试验、回弹模量试验、车辙试验、浸水劈裂试验、温缩干缩试验以及疲劳试验测定半柔性水泥沥青混合料的力学性能、稳定性能、抗裂性能和疲劳性能。

表 4 材料用量百分数

2 试验结果分析

2.1 力学性能分析

由于水泥胶浆的加入，改善了基体沥青混合料的孔隙结构，减小了混合料颗粒或界面与水的有害接触面积，因此，半柔性水泥沥青混合料的水稳定性要比普通沥青混合料好得多。由图可知，不同设计孔隙率条件下半柔性水泥沥青混合料的浸水劈裂强度百分比都保持在75%以上，设计孔隙率越大，半柔性水泥沥青混合料的浸水劈裂强度百分比也越大，但增大幅度并不是十分明显。

图 1 半柔性水泥沥青混合料的无侧限抗压强度

图 2 半柔性水泥沥青混合料的抗压弹性模量

2.2 稳定性能分析

刚过去的双十一，再一次让跨区取件这一行业痼疾浮上了水面。作为快递公司，确实应该加强内部监管了，不管是黄牛也好，内争也罢，表面看来，受到伤害的，似乎仅仅是快递员本人，但最终和最大的受害者却是公司自身。所以这么说，依据来自两点，而这两点都戳中了公司的命门！

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其中，V为粗骨料孔隙率；为马歇尔击实试验测得的粗骨料紧装密度；为粗骨料的表观密度。

图 3 半柔性水泥沥青混合料的马歇尔试验稳定度

图 4 半柔性水泥沥青混合料的车辙试验动稳定度

图 5 半柔性水泥沥青混合料的浸水劈裂强度百分比

不同设计孔隙率条件下半柔性水泥沥青混合料的无侧限抗压强度和抗压弹性模量如图1和图2所示。由图可以看出，半柔性水泥沥青混合料的无侧限抗压强度为2.0~3.0 MPa，抗压弹性模量为0.9~1.2 GPa，随着基体沥青混合料设计孔隙率的增大，水泥胶浆灌入量变大，导致水化产物也逐渐增多，进而半柔性水泥沥青混合料的密实度增加也越明显。因此，基体沥青混合料设计孔隙率越大，半柔性水泥沥青混合料的无侧限抗压强度和抗压弹性模量也越大，而且增长的速率越来越快。

2.3 抗裂性能分析

不同设计孔隙率条件下半柔性水泥沥青混合料的平均温缩系数以及干缩系数如图6和图7所示。可以看出，半柔性水泥沥青混合料的平均温缩系数为7.5×10-6/℃左右，约为水泥砂砾材料的50%；半柔性水泥沥青混合料的干缩系数为150~300×10-6，是水泥稳定碎石的70%。可见，半柔性水泥沥青混合料具有较好的抗裂性能，能够有效减小路面加铺后的裂缝面积。由半柔性水泥沥青混合料的平均温缩系数以及干缩系数随设计孔隙率的变化大小可知，设计孔隙率的增大对半柔性水泥沥青混合料的平均温缩系数影响较小，但却增大了干缩系数值，不利于路面结构的养护。

2.2.2 水稳定性能分析不同设计孔隙率条件下半柔性水泥沥青混合料的浸水劈裂强度百分比（图5）。

2.4 疲劳性能分析

应力比为0.5时，不同设计孔隙率条件下半柔性水泥沥青混合料疲劳方程lgNf=-(/max)回归系数、的分布曲线如图8所示。由图可知，随着基体沥青混合料设计孔隙率的增大，半柔性水泥沥青混合料疲劳方程值出现了先增大后减小的趋势，这说明，一定量水泥胶浆的灌入有利于提高半柔性水泥沥青混合料的疲劳寿命，但如水泥胶浆过量，则会反过来会影响混合料的疲劳寿命；另外，随着基体沥青混合料设计孔隙率的增大，半柔性水泥沥青混合料的疲劳方程值由3.4增加至4.2，表明水泥胶浆的灌入，增大了半柔性水泥沥青混合料的脆性，导致其对应力变化更为明显。

图 6 半柔性水泥沥青混合料的平均温缩系数

图 7 半柔性水泥沥青混合料的干缩系数

图 8 半柔性水泥沥青混合料疲劳方程系数的分布曲线

3 结论

为研究半柔性水泥沥青混合料的路用性能，本文对不同设计孔隙率条件下半柔性水泥沥青混合料的力学性能、高温稳定性、水稳定性、抗裂及疲劳性能进行研究分析，得到了以下几个主要结论：

（1）半柔性水泥沥青混合料的无侧限抗压强度为2.0~3.0 MPa，抗压弹性模量为0.9~1.2 GPa；随着基体沥青混合料设计孔隙率的增大，半柔性水泥沥青混合料的无侧限抗压强度和抗压弹性模量也越大，而且增长的速率越来越快；

（2）半柔性水泥沥青混合料要比普通沥青混合料拥有更好的高温稳定性能，其马歇尔试验稳定度能够达到19~22 kN，而车辙试验动稳定度则为8000~12000 次/mm；

（3）不同孔隙率条件下半柔性水泥沥青混合料的浸水劈裂强度百分比都保持在75%以上，设计孔隙率越大，半柔性水泥沥青混合料的浸水劈裂强度百分比也越大，但增大幅度并不是十分明显；

（4）半柔性水泥沥青混合料的平均温缩系数为7.5×10-6/℃、干缩系数为150~300×10-6；设计孔隙率的增大对混合料的平均温缩系数影响较小，但却增大了干缩系数值，不利于路面结构的养护；

（5）随着基体沥青混合料设计孔隙率的增大，半柔性水泥沥青混合料疲劳方程值出现了先增大后减小的趋势，而值则逐渐增大，表明水泥胶浆的灌入，增大了半柔性水泥沥青混合料的脆性，不利于路面结构的长期稳定。

[1] 张磊.高速公路养护管理现状及发展趋势[J].人民交通,2018(3):48-49

[2] 郑健龙.基于结构层寿命递增的耐久性沥青路面设计新思想[J].中国公路学报,2014,27(1):1-7

[3] 徐铖.含典型裂纹沥青路面开裂扩展特性研究[D].成都:西南交通大学,2017

[4] 钟科,陈波,蒋恩贵,等.灌注式半柔性路面材料研究与应用综述[J].中外公路,2017(2):232-235

[5] 王巍,黄会明,魏如喜,等.半柔性路面用灌注式水泥胶浆的配比优化设计原则[J].公路交通科技,2017,34(5):35-41

[6] 张晓燕,成志强,孔繁盛.基于CA灌浆材料的半柔性路面低温性能[J].北京工业大学学报,2017,43(8):1205-1211

[7] 蔡旭,张顺先,黎侃.半柔性材料内部薄弱部位极限应力分析[J].太原理工大学学报,2017,48(4):652-656

[8] 俞增煌.半柔性沥青混合料路面结构及路用性能研究[D].长沙:湖南大学,2007

Analysis on the Pavement Performance of Semi-flexible Cement Asphalt Mixture

LI Qian, LI Ying

611731,

Semi flexible cement asphalt mixture can effectively improve the use performance and service life of pavement. Based on this, concrete and asphalt mixtures with different porosity were designed in this article. The influence laws of porosity on the anti- the mechanical performance, stable performance, cracking performance and fatigue performance were explored and the pavement performance of the semi flexible cement asphalt mixture was evaluated. The results showed that: 1) The unconfined compressive strength of semi-flexible cement asphalt mixture was 2.0~3.0 MPa, the compressive elastic modulus was 0.9~1.2 GPa, the Marshall test stability was 19~22 kN, and the stability in the rut test was 8,000~12,000 times /mm. 2) The percentage of submerged splitting strength of semi-flexible cement asphalt mixture reached over 75% and increased with the increase of porosity; 3) The dry shrinkage coefficient of semi-flexible cement asphalt mixture increased with the increase of porosity, there was insignificant influence of porosity on temperature shrinkage coefficient; 4) Cement grouting increased the brittleness of semi-flexible cement asphalt mixture, which was disadvantageous for a long-term stability of a pavement structure.

Semi-flexible cement asphalt mixture; porosity; pavement performance

TU528.01

A

1000-2324(2018)05-0815-04

10.3969/j.issn.1000-2324.2018.05.018

2018-03-11

2018-05-15

李茜(1983-),女,硕士,讲师.主要研究方向为工程管理、建筑技术. E-mail:wllq123456@163.com