半柔性路面材料级配设计与性能研究

刘宁

摘 要：在当今工程项目中，经常将刚性路面材料与柔性路面材料结合在一起，形成复合型路面，这种路面被人们称之为版柔性路面，是由水泥、砂石、混凝土综合而成的。伴随着国内交通工程投资力度的加大，半柔性路面的应用逐渐，引起了人们对半柔性路面材料及配的研究，本文主要分析了半柔性路面材料级配设计要点，并阐述了路面性能。

关键词：半柔性路面;级配设计;交通工程;性能

法国是最早研究与应用半柔性路面材料的国家，随后这种材料以抗变形能力强、稳定性高的优势在发达国家得到推广。我国于上世纪80年代在国内首次修建了半柔性路面试验路，并取得了优异的实践效果。随后，业界相关专业人士对不同半柔性路面材料进行了试验，表明半柔性路面材料有着良好的抗车辙变形能力、耐高温性能。

1 母体混凝土混合料设计方法

半柔性路面主要指的是在大孔隙母体沥青混合料中灌入水泥等特殊砂浆形成一种复合型道路结合，这种道路结构同时具备了水泥混凝土路面的柔性和沥青混凝土路面的刚性，是一种刚柔结合的路面形式。半柔性路面材料中的母体沥青混凝土属于骨架空隙结构，其利用粗骨料之间的相互填充形成结构强度高、稳定性好的结构。在母体沥青混合料设计的时候，需要从以下几方面入手。

1.1 体积法设计母体沥青混合料的配合比

半柔性路面材料与普通沥青混凝土材料有着明显的区别，它要求沥青混合料中孔隙率为25%左右，其强度是骨料和水泥结晶体共同组成的。因此在设计中必须要保证两方面。方面，主骨架要充分嵌挤，保证材料之间存在良好的摩擦阻力;另一方面是水泥结晶体要充分填充到主骨架空隙之中，填充的时候要保证沥青与粗细骨料的密实度。根据这两方面的设计标准，在具体设计的时候根据体积法经验、泰波公式计算主骨架，充分测量骨料之间的孔隙率，进而确定科学的沥青用量、骨料粒径，确保这些数值与骨料空隙体积相符，进而保证骨料填充密度。

1.2 母体沥青混合料的沥青最佳用量和合理范围

由于半柔性路面材料属于骨架和空隙结构，其材料性能与升级配抗滑表层（OGFC）极为相似，因此在设计的时候可以借鉴PGFC的设计措施，科学确定母体沥青混合料中沥青的使用量、骨料级配比。可以采用流淌试验与肯塔堡飞散试验相结合的方法确定最佳沥青混合料的使用量。试验参照《公路工程沥青与沥青混合料试验规程》（JTJ052-2000）制作马歇尔试件，分别进行谢伦堡沥青析漏试验和肯塔堡飞散试验，绘制谢伦堡析漏量与沥青用量关系曲线及肯塔堡质量损失与沥青用量的关系曲线。由曲线拐点处得到最大（小）沥青用量，在沥青用量范围内确定符合要求的最佳沥青用量。

2 原材料

2.1 沥青

沥青采用SBS改性沥青，其各项性能按照我国现行规范《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTGE20）进行检测，检测结果见表1，其各项指标均符合要求。

2.2 集料与矿粉

为保证母体沥青混合料的形成骨架-空隙结构，粗集料选择13.2 mm～9.5 mm和9.5 mm～4.75 mm两档料。细集料选择4.75 mm～2.36 mm和2.36 mm～0 mm两档料。其中13.2 mm～9.5 mm、9.5 mm～4.75 mm和4.75 mm～2.36 mm为玄武岩，2.36 mm～0 mm和矿粉为优质石灰岩。集料和矿粉按照《公路工程集料试验规程》（JTGE42-2005）进行检测，检测结果见表2，各项指标均符合要求。

3 半柔性路面材料路用性能

3.1 高温稳定性

采用车辙试验评价半柔性路面材料的高温性能，试件养生3 d，并与普通沥青混凝土AC-13进行对比，具有较高稳定性。根据实验结果可知，普通沥青混凝土AC-13的动稳定度约为5 000次/mm，半柔性路面材料则高达27 000次/mm，可见随着水泥的掺入，半柔性路面材料的刚性增大，并使其具有优良的高温抗车辙性能。

3.2 水稳定性

采用浸水马歇尔试验评价半柔性材料的水稳定性，试件养生时间为3 d。从试验结果分析，半柔性路面材料的残留稳定度符合I级雨量气候区的残留稳定度标准。但与普通沥青混合料AC-13相比，其残留稳定度数值较低。

3.3 抗渗性能

为了准确、科学的获取半柔性路面材料的抗渗水性能，通过不同的位置和方法对其做了试验。有试验结果表明半柔性路面的渗水性远远小于规范标准，说命名半柔性路面材料的抗水性能较好。

3.4 抗滑性能

采用摆式仪和铺沙法在试验段现场对半柔性路面材料的抗滑性能进行检测。从检测结果分析，半柔性路面的抗滑摆值和构造深度均小于常规的沥青混凝土面层材料，其性能虽符合规范要求，但数值均偏向规范要求下限值，抗滑性能稍显不足。

3.5 低温抗裂性

时至今日，国内仍然没有形成统一的关于半柔性路面材料低温抗裂性能研究标准，研究方法也是根据工作人员经验自行选择。本次研究中选用了低温弯曲试验进行测定。按照相关规定，半柔性路面在成型车辙板试压之后进行灌浆，且在养护14天之后切个成棱柱小梁，在零下十摄氏度的条件下进行弯曲试验。一般而言，沥青混合料低温破坏的过程就是能量耗散的过程，其所能储存的弹性应变能越多，也即应变能密度越大，发生破坏时所需的能量也就越大，低温抗裂性能越好。

3.6 抗疲劳性能

本研究采用4点弯曲疲劳试验法评价半柔性路面材料的疲劳性能，试验过程中控制应变水平，试验温度为15℃，加载频率10 Hz，加载波形为偏正弦波，试件养生时间为28 d。达到疲劳破坏所需的作用次数越多，材料的疲劳性能越好。曲线越平缓疲劳性能越好，由此可知，疲具劳性能优劣顺序为28%>25%>22%。半柔性路面材料疲劳性能随着基体设计空隙率的增大而变好，这主要是因为空隙率大，灌注的砂浆较多，材料抵抗变形能力增强，在同等应变水平下，其所能承受的弯拉应力较大，达到疲劳破坏时所需的作用次数增多。

4 结论

通过本文研究得出以下结论：（1）半柔性路面材料有着良好的抗车辙能力，穩定性高，能在道路运行中有效防止路面车辙变形隐患。（2）半柔性路面材料的水稳定性较好，符合I级雨量气候区的残留稳定度标准。（3）半柔性路面材料的渗水系数远小于规范要求，抗渗水性能较强。（4）半柔性路面材料的抗滑摆值和构造深度在设计中偏向于规范下限值，抗滑性能稍显不足。

参考文献：

[1]何家张，白彦峰，何昌轩.半柔性路面材料级配设计与性能研究[J].城市道桥与防洪，2020（2）：20+200-202+208.

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[3]孙雅珍，程圆圆，丁敏，等.半柔性路面材料配合比设计及性能研究[J].混凝土，2019（9）：124-131.