水泥和乳化沥青稳定碎石半柔性基层路用性能试验研究

吕达仁

（邯郸市交通运输局，河北邯郸 056000）

0 引言

道路建设中大多采用半刚性基层材料，进而导致早期沥青路面会出现许多比较严重的问题，一些新建成两三年的道路路面就出现反射裂缝、车辙等问题，使用寿命受到很大的影响[1]。另外，部分单位把精力主要放在建设上，把公路的养护工作放在次要位置，对道路的养护工作不够重视，影响了道路的使用寿命。

于伟[2]以乳化沥青-水泥稳定碎石以及泡沫沥青-水泥稳定碎石两种半柔性基层材料，通过对材料路用性能进行试验分析，总结出了半柔性基层材料满足现行规范的最佳集料级配、最佳结合料计量以及混合料设计方法等。唐建超[3]采用不同含量的乳化沥青和泡沫沥青为研究样本，对路用性能进行了试验分析，得出加入适量乳化沥青可以有效防止单路出现早期病害问题。王伟明[4]通过矿料主骨料空隙体积填充法、谢伦堡析漏以及肯塔堡飞散试验的方法，制备出基体空隙率不同的半柔性路面材料，然后采用马歇尔试验、车辙试验、冻融劈裂、小梁弯曲以及疲劳等室内试验对其路用性能进行综合评价，研究得出半柔性路面材料高温稳定性较好，抗疲劳能力较强，但在低温抗裂方面略显不足。郝培文[5]通过车辙试验对半柔性基层的高温稳定性进行分析，以劈裂试验和蠕变试验对疲劳和低温稳定性能进行分析，半柔性基层混合料有较好的低温、高温稳定性以及耐疲劳性，适用于道路建设，符合道路基层材料的使用要求。本文针对新建设的道路的使用寿命与设计要求不符的问题，对半柔性基层混合材料进行研究，以有效防止或避免沥青路面早期病害出现等问题。

1 原材料性能

1.1 乳化沥青

根据《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTG E20—2011）[6]，采用的乳化沥青为慢裂阳离子，通过破乳速度试验对乳化沥青技术指标进行测试，试验结果为：慢裂，沥青微粒离子电荷为+，固含量为62%，黏附性合格，针入度为82，软化点为48.4，延度大于100，与粗细集料拌和试验结果均匀，符合试验指标要求。

1.2 水泥

试验采用P·O 32.5水泥，细度为3.4%，比重为3%，初凝时间和终凝时间分别为3h和6h，3d抗压强度和抗折强度分别为20.4MPa、4.9MPa。

1.3 集料

集料选取石灰岩，集料级配根据AC-25型级配中值进行设计[7]，矿粉采用石灰岩矿粉，集料指标性能测试结果为：石料压碎值为21.8%，洛杉矶磨损损失23%，视密度2 800kg/m3，吸水率1.8%，坚固性8.7%，针片状颗粒含量15.6%，对沥青的黏附性为4.5。

2 试验方案

为提高高速公路的建设质量，充分发挥半柔性基层材料的价值，需对半柔性基层材料性能指标进行严格控制[8]。本试验配合比拟定水泥掺量为2%，乳化沥青掺量为3%、4%、5%、6%，集料级配根据AC-25型级配中值进行设计，通过击实试验确定各配比下混合料的最优含水量和最大干密度，分析4种掺量的乳化沥青对混合料进行劈裂强度、抗压回弹模量、温缩特性等路用性能的影响。参考《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》（JTG E51—2009）[9]，劈裂强度试验基层混合料采用静力压实成型制备的φ150×150mm的圆柱体试件，仪器采用WDW3100电子式万能试验机，加载速率为1mm/min。抗压回弹模量试验基层混合料采用φ150×150mm的圆柱形试件，设备采用国产NYL2000D型压力试验机，试验温度为25℃，以3mm/min的加载速率进行加载。温缩试验采用尺寸为150mm×150mcm×550mm的试件，利用平卧式试验装置进行测试。无侧限抗压强度试验基层混合料采用静力压实成型制备的φ150×150mm的圆柱体试件，实验设备采用路面材料强度试验机。水泥稳定碎石、乳化沥青-水泥稳定碎石和乳化沥青稳定碎石各一组5个试件，拟定乳化沥青含量为2.5%，水泥含量为2.0%，研究7d、28d养生龄期下无侧限抗压强度变化规律。四种试验均采用标准养生方法进行养生，养生温度为20±2℃，湿度在95%以上。

3 路用性能结果分析

3.1 劈裂强度

通过上述试验方案，劈裂强度试验结果详情见表1。

表1 劈裂强度在不同乳化沥青含量下试验结果

从表1可知，随着乳化沥青掺量的增加劈裂强度呈先增长后下降趋势，基层混合料干劈裂强度主要位于0.45～0.6MPa，最佳乳化沥青含量为4%，在水的不利条件影响下饱水劈裂强度位于0.3～0.45MPa，表明半柔性基层混合料变形能力、应力松弛能力与强度较好，适用于道路建设。通过对饱水劈裂强度与干劈裂强度进行残留强度比表明，各乳化沥青掺量下，经过饱水后的劈裂强度均能达到干劈裂强度的64%以上，饱水情况下的劈裂强度与半刚性基层材料的劈裂强度相当，表明掺入部分乳化沥青后形成的水泥-乳化沥青稳定碎石半柔性基层混合料的水稳性表现优异。

3.2 抗压回弹模量

通过上述试验方法，对28d时与60d养生龄期的水泥和乳化沥青稳定碎石半柔性基层混合料进行抗压回弹模量试验，结果见表2。

从表2可知，各乳化沥青掺量下半柔性基层混合料的抗压回弹模量随着养生龄期的增长而增长，各养生龄期条件下抗压回弹模量随着乳化沥青掺量的增加而降低。28d抗压回弹模量主要位于700～1 000MPa，60d的抗压回弹模量主要位于800～1 200MPa，达到半刚性基层混合料抗压回弹模量的50%左右，由此表明，掺入部分乳化沥青后形成的基层混合料具有一定柔性。

表2 抗压回弹模量在不同乳化沥青含量下试验结果

3.3 温缩特性

通过上述试验方法，温缩试验结果详情见表3。

表3 温缩系数试验结果

由表3可知，基层混合料温缩系数随着乳化沥青掺量的增加呈一定增长趋势，一般情况下水泥混凝土的温缩系数在10×10-6左右，由此可以看出掺入一定乳化沥青后制备的水泥和乳化沥青稳定碎石半柔性基层混合料的抗温缩变形能力更加优异，能够满足高等级道路基层的使用要求。

3.4 无侧限抗压强度试验

通过上述试验方案，7d、28d无侧限抗压强度试验结果由表4、5可知，随着养生龄期的增加乳化沥青—水泥稳定碎石混合料的无侧限抗压强度呈现增长趋势，28d养生龄期的无侧限抗压强度大约是7d养生龄期的1.6倍。同时通过试验对水泥稳定碎石、乳化沥青—水泥稳定碎石和乳化沥青稳定碎石三种基层混合材料在7d、28d养生龄期的无侧限抗压强度进行了研究，结果如表6所示，其中R28/R7为7d与28d无侧限抗压强度比值。

通过表6和图1可以得出，在相同养生龄期的条件下，水泥稳定碎石混合料的无侧限抗压强值最高，其次为乳化沥青-水泥稳定碎石混合料，乳化沥青稳定碎石混合料抗压值最低。且7d养生龄期水泥稳定碎石混合料的无侧限抗压强度值是乳化沥青稳定碎石混合料的5.6倍，28d时为2.69倍，由此可以表明无侧限抗压强度值在形成时，水泥稳定碎石比乳化沥青稳定碎石要更早；随着养生龄期的增加，三种不同的混合料的无侧限抗压强度值也呈现增长的趋势。从7d与28d养生龄期无侧限抗压强度之比可以得出，乳化沥青碎石混合料的无侧限抗压强度值增幅最大，达到了54%，其次为乳化沥青-水泥稳定碎石混合料和水泥稳定碎石混合料，分别为49%、28%。

表4 7d乳化沥青-水泥稳定碎石混合料无侧限抗压强度

表5 28d乳化沥青-水泥稳定碎石混合料无侧限抗压强度

表6 不同材料的无侧限抗压强度

图1 不同材料无侧限抗压强度趋势对比图

4 结论

本文通过大量试验，分别测定了劈裂强度、抗压回弹模量、温缩特性在不同乳化沥青含量作用下的路用性能，以及三种不同材料在7d与28d养生龄期下无侧限抗压强度对比，得到三种材料的力学性能增长规律。综上，可以得出以下结论：

（1）半柔性基层混合材料的劈裂强度在0.45～0.6MPa，而且最佳乳化沥青含量为4%，饱水后的劈裂强度均能达到干劈裂强度的64%以上，与半刚性基层混合料相近，表现出良好的力学性能和水稳性，满足高等级道路基层的使用要求，将其应用于道路基层中可以有效减少早期道路出现的病害问题。

（2）半柔性基层混合料抗压回弹模量随着乳化沥青掺量的增加而减小，60d的抗压回弹模量主要位于800～1 200MPa，达到半刚性基层的50%左右，表明掺入一定乳化沥青后基层混合料在具备相当强度的同时又具有较好的柔性。

（3）半柔性基层混合料温缩系数随乳化沥青掺量的增加呈一定增长趋势，与水泥混凝土相比表现出的抗温缩变形能力更加优异，可以有效减少早期出现裂缝的问题，能够满足高等级道路基层的使用要求。

（4）随着养生龄期的增加，三种不同的混合料的无侧限抗压强度值也呈现增长的趋势，最快的为乳化沥青碎石，其次为乳化沥青—水泥稳定碎石，在水泥稳定碎石半刚性基层中掺入部分乳化沥青符合道路基层材料的使用要求，适用于道路建设。