沥青油石比及养生时间对半柔性路面材料性能的影响

张云珂

（山西省高速公路集团太原有限责任公司，山西 太原 030006）

0 引言

沥青路面和水泥混凝土路面主要用于高速公路和城市道路。在过去的几十年中，随着交通量和轴载的快速增加，使得沥青路面的车辙病害显著增加。水泥混凝土路面刚度较大，能够较好地防止车辙产生，但是施工和养护过程缓慢，且行车质量差、噪声大[1]。为了克服水泥混凝土/沥青路面使用中产生的问题，提高路面的使用性能和寿命，半柔性路面应运而生[2]。半柔性路面结合了柔性路面和刚性路面的优点，是一种复合材料路面结构，它以水泥、沥青、粗集料和粗砂为主要原材料，首先制备多孔沥青混凝土构成骨架，孔隙率约为20%～30%，然后使用特定配方制备的水泥砂浆填充多孔沥青混凝土空隙。

半柔性路面最早由法国在20世纪50年代开发，被用于桥面铺装层和公交站场路面[3-5]。其后，英美等国家相继进行研究显示该种路面结构可以提高路面的高温稳定性。80年代后，半柔性路面在日本得到了重视，被广泛应用于公交站场、加油站、码头等场所[6]。我国科研人员于90年代进行了探索，并在湖北宜昌铺筑了试验段，初步论证了该技术的可行性。

该研究制备了开级配沥青混合料试件，然后使用合理配比的水泥浆，浇注成半柔性路面试件。试件养生1 d和28 d后进行试验，测定其力学性能和路用性能。

1 原材料

1.1 集料

集料取自河南鹤壁通达集料厂。集料的物理性质根据公路工程集料试验规程（JTG E42—2005）进行测试，见表1。

表1 集料的物理性质

1.2 沥青

在该研究中使用SK-70基质沥青，试验结果如表2所示。用Brookfield旋转黏度计测得该沥青的拌和温度为153℃～160℃，压实温度为132℃～136℃。

表2 沥青技术指标

1.3 水泥

水泥采用河南同力水泥有限公司生产的425号普通硅酸盐水泥。水泥的技术指标如表3所示。

表3 水泥性能

1.4 天然细砂

水泥灌浆采用天然细砂，M砂的特性如表4所示。

表4 砂的性能

2 试件制备

2.1 开级配沥青混凝土级配

开级配沥青混合料的配合比是根据公路沥青路面施工技术规范（JTG F40—2004）附录D进行设计。开级配沥青混凝土级配采用OGFC-13，如图1所示，经测定空隙率为22%。沥青油石比在4%和5%之间，增量为0.5%，并使用马歇尔击实仪在试样两侧各击实50次压实。

图1 OGFC-13级配

2.2 水泥砂浆

制备的水泥砂浆应具有足够的流动性和强度。最终确定的填充开级配沥青混凝土试件的水泥砂浆配比为水∶水泥∶天然细砂∶粉煤灰=0.5∶1∶1∶0.04 （按重量计）。采用倒锥法测定水泥砂浆流动度为13.2 s，初凝时间为178 min，终凝时间为254 min。

2.3 半柔性路面试件制备

半柔性路面试件制备步骤：

a）成型开级配沥青混合料车辙试件和马歇尔试件。

b）待试件冷却到常温，用报纸或胶泥等材料对马歇尔试件底部进行封堵，防止浇注水泥砂浆泄露。

c）将试件放置在振动台上，将制备的水泥砂浆在初凝时间之前进行灌浆，灌注过程中适当补浆直到试件表面无气孔出现。

d）将试样置于水泥标准养护箱中进行养生，温度为20℃±1℃。

3 性能评价

3.1 抗压强度和间接拉伸强度

图2和图3分别是不同沥青用量条件下试件的抗压强度和间接拉伸强度。从图中可以看到，半柔性路面材料养生28 d之后的抗压强度和间接拉伸强度普遍比养生1 d的高，这主要是因为浇注的水泥砂浆经过28 d的养生后强度发生了较大的增长。同时可以看到，随着沥青用量的增长，各种养生条件下试件的试验值都呈现出先增长后减小的趋势，在4.5%的油石比条件下，试验结果值最大。

图2 不同沥青用量试件的抗压强度

图3 间接拉伸强度（25℃）

3.2 车辙试验

根据规范进行车辙试验，试验温度为60℃，轮胎压强为0.7 MPa。试验结果见图4。

图4为车辙试验结果。由图可见，养生1 d的试件动稳定度次数均在10 000以上，养生28 d后动稳定度增长幅度较大，半柔性路面材料的高温稳定性能普遍较好。

图4 车辙试验结果

3.3 低温弯曲性能

从表5试验结果可见，随着油石比的增大，半柔性路面材料的弯拉强度逐步减小，最大弯拉应变略有增大，弯曲劲度模量同样呈现减小趋势，显示在低温下柔性增强。

表5 低温弯曲试验结果

4 结语

本文通过试验评价了沥青油石比及养生时长对半柔性路面混合料的力学性能和路用性能的影响，得到以下研究结论。

a）随着基体沥青混合料油石比的提高，半柔性路面材料的动稳定度呈现降低趋势。在油石比为4.5%的条件下，试件的抗压强度和间接拉伸强度最高。

b）养生对半柔性路面材料性能的影响非常明显，经过28 d的养生，试件的抗压强度、间接拉伸强度、高温性能均有较大幅度的提高。