SRX稳定级配碎石的稳定性能评价

孙连忠， 郭宏伟， 陈峙峰， 韩 愈， 陈忠达

(1.河南宏盛工程监理有限公司， 河南 周口 466000； 2.周口市公路勘察设计院， 河南 周口 466000；3.佛山市铁路投资建设集团有限公司， 广东 佛山 528000；4.长安大学特殊地区公路工程教育部重点实验室， 西安 710064)

我国高等级公路广泛采用半刚性基层，它具有整体强度高、板体性好等特点，可有效提高沥青路面的承载能力，但因其极易产生收缩裂缝，导致沥青面层易开裂，在行车荷载、气候、水等综合作用下，易引起沥青路面唧浆、松散、坑槽等病害[1-2]，致使其早期损坏现象较为突出[3]。

为抑制半刚性基层收缩裂缝引起的沥青面层的反射裂缝，已有研究者[4-7]在沥青面层与半刚性基层之间设置了柔性基层，如普通沥青、乳化沥青、橡胶沥青等，此外具有柔性特性的SRX(Solution Road-soilfiX)稳定级配碎石在抗反射裂缝方面也得到了一定的研究和应用[8-9]。张敏江等[10]对SRX稳定基层材料力学性能及其路面结构力学响应开展了研究。杜洪新[11]对比分析了SRX稳定材料与无机结合料稳定材料的性能，发现SRX稳定材料具有强度高、抗疲劳性能好的特点。付俊[12]确定了SRX冷再生混合料的施工控制规律。SRX是一种由多种高分子树脂及有机溶液聚合而成的水基聚合物材料，通过与级配碎石等土石材料充分拌和、压实后，内部水分挥发，在碎石颗粒表面形成一层具有粘弹性的有机薄膜，并通过颗粒间挤压粘结成整体从而形成强度，具有强而韧的柔性结构层特性，耐腐蚀、耐酸碱、耐高温性能及固结不可逆特性，且养生方法简单，施工方便，有良好的环保性能和经济效益[13]。

自2008年以来，SRX稳定级配碎石在北京、广东、辽宁和四川等地得到了先期应用，但作为一种新型路用材料，在实体工程应用中环境自然因素(温度、水、冰冻等)对材料的稳定性能影响尚缺乏系统研究。鉴于此，本文通过温缩试验、干湿循环试验和冻融循环试验对SRX稳定级配碎石的稳定性能进行分析评价。

1 原材料及混合料组成

1.1 原材料及其性能

原材料主要包括：SRX稳定剂、集料。SRX稳定剂由某国际公司生产，聚合物SRX材料的主要成分是聚甲基丙稀酸乙酯，其固体含量为29.33%，pH值为9，粘稠度为78.6 cps，沸点、比重、易燃性、水溶性等各项技术指标均符合规范要求[13]；集料选用陕西渭南宫里某料场生产的石灰岩集料，各项技术性能及规范[14]要求如表1所示。

1.2 混合料组成

SRX稳定级配碎石混合料由级配碎石、SRX稳定剂和水配制而成，其中集料级配、SRX稳定剂掺量等采用课题组前期研究成果[15]。SRX稳定级配碎石采用强嵌挤骨架密实结构，其集料级配如表2所示。振动击实法[16]确定的SRX稳定级配碎石的最佳含水率为3.40%，最大干密度为2.47 g/cm3，SRX稳定剂的基本掺量为0.5%。

表1 集料的技术性能 %

表2 集料级配

SRX稳定剂加入级配碎石集料的流程为：1) 将SRX提前溶于水，搅拌均匀，得到SRX与水的混合溶液；2) 将级配碎石集料搅拌均匀；3) 把SRX和水的混合溶液加入到级配碎石集料中，并继续搅拌至混合料均匀混合为止。

2 温缩性能试验及评价

2.1 试验

温缩性能采用温缩试验来检验和评价，用温缩系数来表征。为此，SRX稳定剂掺量分别取0.25%、0.5%、0.75%和1%，按98%的压实度静压成型100 mm × 100 mm × 400 mm的梁式试件，并根据前期研究推荐在100 ℃± 2 ℃干燥烘箱内养生16 h。参考我国大致气候分布，确定我国的温度区间大致在-20 ℃～40 ℃之间，由此确定试验测定的6个温度区间，分别为-20 ℃～-10 ℃、-10 ℃～0 ℃、0 ℃～10 ℃、10 ℃～ 20 ℃、20 ℃～30 ℃和30 ℃～40 ℃，温度变化速率为10 ℃/h，每个温度区间恒温6 h，数据采集时间间隔为5 min。不同SRX稳定剂掺量下，级配碎石的温缩系数变化规律如图1(a)所示，其温缩系数的最大值、平均值和最小值如图1(b)所示。

2.2 试验结果分析

由图1(a)可知，温度对SRX稳定级配碎石的温缩系数影响很大，在-10 ℃ ～ 0 ℃温度区间内温缩系数最大，0 ℃～ 10 ℃温度区间内温缩系数最小，其主要原因是-10 ℃～ 0 ℃温度区间内，SRX稳定级配碎石中毛细管张力可能大于其颗粒的粘聚力，导致试件在-10 ℃ ～ 0 ℃温度区间内的温缩量最大，则温缩系数最大；0 ℃～ 10 ℃温度区间内SRX稳定级配碎石吸收部分来自于自然环境中的水分，在0 ℃时由于膨胀效应会抵消部分变形，导致试件在0 ℃ ～ 10 ℃温度区间内的温缩量最小，则温缩系数最小。

(a) 不同SRX稳定剂掺量下温缩系数随温度的变化规律

(b) 温缩系数随SRX稳定剂掺量的变化规律

由图1(b)可知，SRX稳定级配碎石的平均温缩系数为(4.54 ～ 6.18)×10-6/℃，最大温缩系数为(12.34 ～ 15.08)×10-6/℃，总体量值均很小，且随SRX稳定剂掺量的增加，平均温缩系数、最大温缩系数和最小温缩系数增幅也很小，这表明SRX稳定级配碎石具有稳定的温缩性能。

2.3 温缩性能评价

研究表明水泥混凝土、石灰碎石土、二灰碎石和骨架密实水泥碎石的温缩系数平均值分别约为：9.67×10-6/℃、156×10-6/℃、56.6×10-6/℃和37.5×10-6/℃，相较以上常见路用材料的温缩性能，SRX稳定级配碎石的温缩系数要远小于这些路用材料的温缩系数，仅为水泥稳定碎石的15%左右，这也表明SRX稳定级配碎石具有良好的温缩性能，可有效抑制半刚性基层收缩裂缝引起的沥青面层的反射裂缝。

3 水稳定性能试验及评价

3.1 试验

水稳定性能采用干湿循环试验来检验和评价，用软化系数和干湿强度损失率来表征，其中干湿强度损失率为浸水再养生烘干后的损失强度与未浸水的强度之比，用%表示。本次干湿循环下的水稳定性能试验，SRX稳定剂的基本掺量为0.5%，按98%的压实度振动成型试件尺寸为Φ150 × 150 mm的圆柱体试件，并在100 ℃± 2 ℃干燥烘箱内养生16 h。水稳试验中对试件再次养生烘干的主要目的在于保证各SRX级配碎石试件能够在相同含水率条件下进行水稳定性能试验，并以此为参考标准，确保具有同等初始条件的SRX级配碎石试件进行试验，以评价SRX级配碎石的水稳定性。不同干湿循环次数下试件的抗压强度变化规律、软化系数和强度损失率如图2所示。试验过程中标准养生(即干湿循环前)试件和第4次干湿循环再养生烘干试件的外观如图3所示。

(a) 抗压强度变化规律

(b) 软化系数和强度损失率

(a) 标准养生试件

(b) 4次干湿循环后的试件

3.2 试验结果分析

由图2可知，随干湿循环次数的增加，浸水试件和浸水再烘干试件的强度都有所降低，软化系数略有减小，干湿强度损失率略有增加，但变化幅度逐渐缩小，到第4次干湿循环后基本不再变化，水稳定性能已趋稳定。

第1次干湿循环，其软化系数为57%左右，即强度损失约43%，但再次养生烘干后强度得到较大的恢复，干湿强度损失率仅约为2%；经4次干湿循环后，软化系数降至53%，干湿强度损失率约为4%，这表明SRX稳定级配碎石通过再次养生烘干，强度基本可全部恢复。其原因是水的侵入仅暂时使SRX材料在集料表面形成的有机粘膜软化，降低其与集料之间的粘结力，但结构并未破坏，当重新失去水分干燥后，SRX与集料之间的粘结力得到了很好恢复，因而干湿循环作用基本不会对SRX稳定级配碎石造成损伤。

3.3 水稳性能评价

综上所述，SRX稳定级配碎石经4次干湿循环后强度并未出现大幅度降低。从图3试件外观来看，经4次干湿循环后，试件表面几乎无剥落，完整性很好，试件质量几乎无损失，表明经过干湿循环并未造成试件结构组成的破坏。

4 冻稳定性能试验及评价

4.1 试验

冻稳定性能采用冻融循环试验来检验和评价，以冻融系数和冻融强度损失率来表征，其中冻融强度损失率为冻融再养生烘干后的损失强度与未浸水的强度之比，用%来表示。试件采用与干湿循环试验同样的成型方法制备，基于干湿循环试验基本相同的原因，冻融循环试验中对试件再次进行养生烘干。不同冻融循环次数下的试验结果如图4所示，标准养生(即冻融循环前)试件和第5次冻融循环再养生烘干试件的外观如图5所示。

(a) 抗压强度变化规律

(b) 冻融系数和强度损失率

(a) 标准养生试件

(b) 5次冻融循环后的试件

4.2 试验结果分析

由图4可知，1次冻融循环后SRX稳定级配碎石的冻融系数约为86%，主要与浸水后强度降低较大(降幅达43%左右)有关，当再次养生烘干后冻融强度损失率约为10%，较干湿强度损失率大，但总体上强度也得到较大恢复，表明1次冻融循环后，SRX稳定级配碎石的冻稳定性能较好。随冻融循环次数的增加，强度逐渐降低，冻融系数不断减小，冻融强度损失率不断增加，但变化幅度逐渐减小。经5次冻融循环后，冻融系数仅约为51%，冻融强度损失率约42%，强度损失非常显著。原因是在冻融循环中，SRX与集料之间的粘结力降低，不仅集料表面形成的有机粘膜发生损坏，结构也受到一定破坏，重新失去水分干燥后，冻融强度损失率不断增加，表明强度不能得到完全恢复。

由此可知，冻融循环作用对SRX稳定级配碎石产生了永久性损伤，且随冻融循环次数的增加而增大，直至破坏。从图5试件外观来看，经5次冻融循环后，试件破损不明显，剥落并不严重，仅在试件边角处有轻微破损，试件质量变化不大，约为3%。

4.3 性能评价

综上分析，SRX稳定级配碎石的冻稳定性能不佳，是SRX稳定级配碎石推广应用的薄弱方面。因此，在多雨潮湿寒冷冰冻地区使用，一定要做好排水防冻措施，以免SRX稳定级配碎石结构层遭受冻融影响。为改善SRX稳定级配碎石的冻稳定性能，研究了不同掺量SRX稳定级配碎石的冻融循环性能，其中第5次冻融循环试验结果如图6所示。

图6 不同掺量SRX稳定级配碎石的冻融系数和强度损失率

由图6可知，随SRX稳定剂掺量的增加，冻融系数和冻融强度损失率分别有不同程度的增大和减小，经5次冻融循环后，SRX稳定剂掺量从0.25%增加到1.0%时，冻融系数由41.6%增大到68.4%，增幅64.5%，冻融强度损失率由52.3%增大到26.8%，降幅95%左右，冻稳定性能得到明显改善，这表明SRX稳定剂掺量的增加，使集料表面形成的SRX有机粘膜厚度增加，抵抗冻融损伤的能力得到加强。因此，适当增加SRX稳定剂掺量对SRX稳定级配碎石基层抵抗冻融作用有一定帮助。

5 结论

1) SRX稳定级配碎石具有良好的温缩性能，在-10 ℃～ 0 ℃时，温缩系数最大；在0 ℃ ～ 10 ℃时，温缩系数最小，但量值总体上都较小；相较于其他路用材料，SRX稳定级配碎石的温缩系数很小，仅约为水泥稳定碎石的15%。若SRX稳定级配碎石应用于沥青面层与半刚性基层之间，能有效抑制半刚性基层收缩裂缝引起的沥青面层的反射裂缝。

2) 干湿循环试验表明，经4次干湿循环后，软化系数和干湿强度损失率基本不再变化，且干湿强度损失率仅约为4%，再养生烘干后强度基本得到恢复，这表明SRX稳定级配碎石能有效抵抗干湿循环作用产生的损伤，具有良好的水稳定性能。

3) 冻融试验表明，经5次冻融循环后，冻融系数较小，冻融强度损失率较大，强度损失约42%，冻融再养生烘干后强度也得不到完全恢复，这表明冻融循环作用对SRX稳定级配碎石产生了较为严重的损伤，可通过适当增加SRX稳定剂掺量来改善其冻稳定性能。