SFP-16灌入式半柔性沥青混合料设计及性能探究

续竞台 张博昊 高颖 郭庆林

（1.中建路桥集团有限公司，河北 石家庄 050000；2.河北工程大学，河北 邯郸 056000）

一、引言

由于交通量的日渐增多和汽车荷载的增加，沥青路面出现裂缝、车辙等病害[1]的概率明显增加。水泥混凝土道路强度较高，但平整度舒适性较低[2]。为了增强路面性能，本文提出了结合传统沥青路面和水泥路面各自优点的灌入式半柔性路面。

灌入式半柔性路面的重要组成部分是大空隙母体沥青混合料，主要起到支撑的作用。南京工业大学杨国亮等人采用主矿物骨料空隙填充的方法设计沥青骨架，列出了优化沥青骨架骨料级配的九步设计程序，但研究中没有考虑沥青混合料的渗透率。南京工业大学侯曙光等人评估了22个骨料级配，其中粗骨料和填料的比例各不相同。为填补研究空白，本文研究了级配、沥青用量对大空隙母体沥青混合料的影响，最后分析了半柔性路面的高温稳定性、水稳定性和稳定度。

二、试验设计

（一）原材料

本文试验采用SBS改性沥青，基本指标如表1所示。试验所用玄武岩集料，粗集料密度为2.713g/cm3,细集料密度为2.711g/cm3。

表1 SBS改性沥青性能指标

（二）试验方案

灌入式半柔性沥青路面大空隙母体沥青混合料级配的选择对其力学性能至关重要，所以首先进行母体沥青混合料的级配设计。根据《道路灌注式半柔性路面技术规程》（TCECS GD51-01-2019），设计级配通过率如表2所示。

表2 三种级配的设计组成结果

要得到较为精确的设计目标空隙率（20%）需要在级配范围内进行微调，本文通过调整筛孔2.36mm的通过率实现该目标。通过实测空隙率，绘制2.36mm筛孔通过率与空隙率关系曲线，并在曲线中找到目标空隙率对应的2.36mm筛孔通过率，最终确定目标级配。

灌入式半柔性沥青路面的母体沥青混合料油石比，根据前人研究经验拟定为3.4%。根据《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTG E20-2011），采用马歇尔试验方法进行相关试验，根据2.36mm筛孔通过率和混合料空隙率关系曲线确定目标空隙率（20%）对应级配。对于确定好的级配，采用测定马歇尔稳定度的方法确定最佳油石比。分别按2.8%、3.2%、3.6%、4%四种油石比测定马歇尔稳定度，选择最佳油石比。

用确定好的级配和油石比成型试件对半柔性路面的路用性能进行评价，此次研究主要评价灌入式半柔性路面的高温稳定性和水稳定性。

三、结果与讨论

（一）半柔性路面级配分析

对上述3种级配进行测试，2.36mm集料通过率与马歇尔试件空隙率关系如图1所示。

图1 2.36mm筛孔通过率与母体沥青混合料试件空隙率关系曲线

由图1可知，2.36mm筛孔通过率与母体沥青混合料之间有较好的线性关系，随着通过率的增大填充空隙的细集料增多，母体沥青混合料的空隙率变小。目标空隙率对应2.36mm集料通过率为13.6%，此时马歇尔试件空隙率为20%，比较设计的三种级配，故选取级配B为最终级配。

（二）半柔性路面油石比分析

马歇尔试件稳定度和马歇尔空隙率与油石比关系如图2、图3所示。

图2 马歇尔稳定度-油石比关系图

图3 马歇尔空隙率-油石比关系图

由图2可以看出，灌入式半柔性路面大空隙母体沥青混合料马歇尔稳定度随着油石比的增加逐渐增大，并且在油石比为3.4%时达到最大值，再随着油石比增大，马歇尔稳定度会呈减小趋势。由图3可以看出，随着油石比的增大，空隙率呈逐渐减小的趋势。综上，选择3.4%为级配B的最佳油石比。

（三）半柔性路面的高温稳定性分析

车辙试验结果如表3所示。

表3 车辙试验结果

由表3可知灌入水泥基砂浆后半柔性路面高温稳定性得到显著提升，半柔性路面材料养护7d的动稳定度达到2万次/mm以上，其高温稳定性随着期龄的增加而增大。这表明半柔性路面抗车辙性能较好，为路面抗车辙提供了解决方案。

（四）半柔性路面的水稳定性分析

水稳定性试验结果如表4所示。

表4 浸水马歇尔与冻融劈裂试验结果

马歇尔残留稳定度、TSR可以反映半柔性路面抗水损害的能力。由表4可知半柔性路面的抗水损害能力较好，且随期龄的增长，其水稳定性也在增强。在7d养护时，马歇尔残留稳定度、冻融劈裂强度比都达到85%以上。

（五）半柔性路面稳定度分析

大空隙母体沥青混合料的稳定度为6.23kN，灌入水泥基砂浆后养护3d稳定度达到15.32kN，养护7d稳定度达到16.42kN，稳定度得到明显提升，养护3d时已达到规范稳定度大于15kN的要求，所以SFP-16灌入式半柔性路面在养护3d后即可通车。

四、结语

在进行半柔性路面材料母体沥青混合料设计时可以通过2.36mm筛孔通过率与母体沥青混合料空隙率较好的曲线关系，得到目标空隙率下的2.36mm筛孔通过率，可以快速进行母体沥青混合料的设计。

母体沥青混合料灌入水泥基砂浆料后，在7d养护条件下，马歇尔稳定度由6.23kN上升到16.42kN，大大提升了路面强度，其动稳定度可达22659次/mm，路面高温稳定性好、残留稳定度为92.8%，水稳定性满足要求。

通过对比3d养护时间与7d养护时间下的半柔性路面材料的路用性能，发现随着养护龄期增长性能逐渐提升。