半柔性路面的路用性能

1、半柔性路面路用性能的試驗(yàn)研究王霍明、凌天慶、周剛（ 重慶交通科研設(shè)計(jì)院，重慶400067 ，中國;民事學(xué)院工程與建筑，重慶交通大學(xué)，重慶400074 ，中國）AE-郵箱： wanghuoming ， BE-郵箱： lingtq ，CE郵箱：關(guān)鍵詞：道路工程師，半柔性合劑，抗車轍性能，四點(diǎn)彎曲疲勞，疲勞壽命摘要：半柔性路面是指基質(zhì)瀝青混合料（空隙率高達(dá)20 28），其中填充特種砂漿，其主要成分是水泥。通過抗車轍性能實(shí)驗(yàn)室研究其性能和疲勞特性。結(jié)果表明：半柔性混合物具有良好的高溫穩(wěn)定性，其測(cè)試溫度為70 ，輪壓為1.0MPa ，動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性超過6000 ，相比于傳統(tǒng)的瀝青混合料，甚至可以適應(yīng)高溫和重

2、阻力路面變形的需要。溫度對(duì)半柔性混合物疲勞特性的影響顯著，溫度越低，材料的極限拉伸強(qiáng)度越高，疲勞壽命的下降速度越快。1.引言 半柔性路面是指基質(zhì)瀝青混合料（空隙率高達(dá)20 28 ），其中填充特種砂漿，其主要成分是水泥1,2 。研究表明，半柔性路面的高溫抗車轍性能，低溫抗裂性和耐久性比瀝青混合料 3,4,5要好。對(duì)于水泥混凝土路面，具有較低的模量和改善交通的舒適性和耐久性。此外，半柔性路面具有很好的耐油、酸、熱、水和防滑性，且容易上色。基于上述特性，半柔性路面成為研究的熱點(diǎn)，近年來，一些地區(qū)已經(jīng)開始鋪設(shè)半柔性路面來嘗試改善日益突出的車轍問題。在本文中，通過試驗(yàn)研究半柔性路面車轍性能和溫度負(fù)荷水平

3、水化驗(yàn)等因素，通過四點(diǎn)彎曲測(cè)試研究半柔性混合料的疲勞特性，通過回歸分析接收在不同溫度下疲勞壽命的對(duì)數(shù)方程。2.半柔性混合料設(shè)計(jì) 通過這項(xiàng)研究之前的成就和多次實(shí)驗(yàn)而集中在母體瀝青混合料的配合比，此配合比符合馬歇爾穩(wěn)定性試驗(yàn)，在本研究可用于作為母體-瀝青混合料的最佳配合比和瀝青含量。見表1和表2 6,7,8 。 表1 母體-瀝青混合料在研究中的配合比 網(wǎng)眼尺寸 （mm ） 26.5 19.0 13.2 4.75 2.36 0.6 0.3 0.075篩分百分比 （） 100 97 47 18 13 10 8 3 表2 母體-瀝青混合料的物理力學(xué)指標(biāo)油石比（） 飛散碎石損失（）排水虧損（） 孔隙比 （

4、） 馬歇爾穩(wěn)定度 （KN） 流值 (0.1mm) 2.8 24.7 0.58 23.26.832.4 通過大量實(shí)驗(yàn)，我們得到的砂漿配合比能滿足力學(xué)性能和流動(dòng)性的需要。研究表明，粉煤灰砂漿或摻雜聚合物有助于提高性能6,8，本研究采用摻粉煤灰的水泥砂漿，其物理力學(xué)性能如表3和表4所示。 表3關(guān)于原水泥砂漿混合比例的研究水泥 (%)水分 (%)粉煤灰(%)河砂 (%)粉 (%)41.531.56129表4原水泥砂漿的物理力學(xué)指標(biāo) 1 指標(biāo)范圍備注流動(dòng)性 (s)1014彎曲強(qiáng)度 (MPa)>2.07天壓縮強(qiáng)度 (MPa)10303.關(guān)于半柔性混合物的抗車轍性能研究 使用車轍試驗(yàn)來研究變形的半柔性

5、混合料的電阻，并考慮溫度，荷載，以及水抵抗變形的影響，測(cè)試結(jié)果如下。3.1 溫度對(duì)車轍試驗(yàn)結(jié)果的影響 瀝青是彈性材料，溫度對(duì)它抗變形能力的影響很明顯4。在車轍試驗(yàn)中以60 和70 為條件，試驗(yàn)輪壓為0.7MPa。瀝青是SK70 A級(jí)道路石油瀝青， SBS改性瀝青采用實(shí)驗(yàn)室制備的SBS含量為4 ，瀝青試驗(yàn)結(jié)果見表5 ，測(cè)試結(jié)果符合技術(shù)規(guī)范建設(shè)（ JTG F40-2004 ） 9 。參照本說明書中AC- 20混合物的規(guī)范值，其組合物和混合物的體積指標(biāo)水平見表6和表7。其結(jié)果見表8和 圖1 ， 圖2 。 表5 本文中的瀝青指標(biāo)測(cè)試結(jié)果 項(xiàng)目 滲透值(25,0.1mm) 軟化點(diǎn) （) 延展性(15,c

6、m) 延展性 (5,cm)彈性恢復(fù) 25(%)運(yùn)動(dòng)粘性135(Pa.s)SK70道路石油瀝青 72 47>100/4% 的SBS改性瀝青 65 56/42781.7 表6 AC- 20混合料的級(jí)配Grading篩分 (%),mm級(jí)配 26.5 19 16 13.2 9.5 4.75 2.36 1.18 0.6 0.3 0.15 0.075設(shè)計(jì)級(jí)配 100 95.8 84.5 70.2 53.1 31.5 26.8 18.7 15.6 10.2 7.1 5.5 注意：傳統(tǒng)瀝青AC -20和SBS改性瀝青AC -20，使用相同的等級(jí)。 表7 AC- 20混合料的馬歇爾指數(shù)測(cè)試結(jié)果 表8 不同

7、溫度條件下的車轍試驗(yàn)結(jié)果 表1 60條件下車轍實(shí)驗(yàn)結(jié)果 表2 70條件下車轍實(shí)驗(yàn)結(jié)果 從實(shí)驗(yàn)結(jié)果看，半柔性材料在在60 和70 的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性是6000（次/毫米）或更大。當(dāng)溫度升高10 ，動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性從11225下降到9886 ，下降了11.9 。與此相反，該普通AC - 20的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性從1890下降到1120，下降了40.7 ， SBS改性AC -20的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性由3850下降至2650 ，跌幅為31.2 。因此，溫度對(duì)普通AC材料的車轍動(dòng)穩(wěn)定性的影響最大，其次是SBS改性AC材料 ，對(duì)半柔性材料的影響最小。3.2 負(fù)載水平對(duì)車轍試驗(yàn)結(jié)果的影響 近年來，常規(guī)瀝青鋪裝層因?yàn)檫^載的車轍或不堪重負(fù)

8、而發(fā)生車轍，為減輕瀝青路面的車轍，采取了一系列的措施，如采用高粘度改性瀝青，低級(jí)瀝青，高彈性模量的瀝青混凝土，利用骨架致密灰度等等，雖然這些措施使瀝青路面車轍的疾病有所緩解，但面對(duì)超負(fù)荷，常規(guī)瀝青路面仍出現(xiàn)車轍。 半柔性材料介于水泥混凝土和瀝青混合物之間，是混凝土和瀝青的混合，具有更大的剛性和更好的柔韌性，具有水泥和瀝青的優(yōu)勢(shì)。研究和實(shí)踐表明，半柔性材料是一種解決當(dāng)前車轍疾病的有效的方式。 實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，與重量具有良好相關(guān)性的輪壓試驗(yàn)，為每重量增加約50，試驗(yàn)輪壓約增加0.1MPa。因此，調(diào)整試驗(yàn)輪壓的不同程度來模擬超載，以做車轍試驗(yàn)的不同負(fù)荷水平。結(jié)果見表9和圖3 。 表9 在不同負(fù)荷水平下

9、的車轍試驗(yàn)結(jié)果 圖3 不同的試驗(yàn)輪壓下的車轍試驗(yàn)結(jié)果 從測(cè)試結(jié)果來看，隨著測(cè)試輪壓的增加，所有材料的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性表現(xiàn)出減少的趨勢(shì)。當(dāng)測(cè)試輪壓從0.7MPa增加至1.1MPa （等效為超載200 ） ，普通的AC- 20材料和SBS改性AC- 20半柔性材料，動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性下降為58.5 ， 51.2 ， 23.5 。因此，使用改性瀝青可以顯著改善瀝青的溫度敏感性，但它被限于改善負(fù)載靈敏度。使用半柔性材料可改進(jìn)溫度敏感性和負(fù)荷靈敏度。即使在公路超載200 的條件下，半柔性材料的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性也是8000（次/毫米）或更大。3.3 浸水車轍試驗(yàn) 為了測(cè)試半柔性材料在水中的穩(wěn)定性，可做浸水車轍試驗(yàn)，該軌道板放

10、置在60 的飽和水中5小時(shí)，然后做車轍試驗(yàn)。測(cè)試條件為60 ， 0.7MPa。其結(jié)果見于表10 。 表10 浸水車轍試驗(yàn)結(jié)果 從測(cè)試結(jié)果來看，普通AC- 20 材料、SBS改性AC -20和半柔性材料的浸水車轍試驗(yàn)的剩余動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性分別為73.8 ， 79.3 ， 85.2 。根據(jù)以往的結(jié)果，當(dāng)剩余動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性達(dá)到70 時(shí)，它可以滿足路面性能的要求 。必須采用高質(zhì)量的瀝青或其他措施，使剩余動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性達(dá)80以上。浸水車轍試驗(yàn)中，半柔性材料的剩余動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性為85.2 ，表明該水穩(wěn)定性非常好。4 半柔性混合料的疲勞性能研究半柔性混合料的疲勞四點(diǎn)彎曲試驗(yàn)中，考慮了沖擊溫度對(duì)疲勞性能的影響。在半柔性路面混合

11、物疲勞性能試驗(yàn)下，一共有三種不同的溫度（ 5 ， 20 ， 40 ），考慮四個(gè)壓力水平，應(yīng)力強(qiáng)度比分別為0.2,0.3,0.4和0.5 ，分別對(duì)應(yīng)于每個(gè)標(biāo)本的應(yīng)力水平數(shù)量是5 ，負(fù)載控制時(shí)的測(cè)試頻率為10Hz。結(jié)果如圖4和表11所示，可以從圖4中可以看出，隨著測(cè)試溫度的增加，半柔性路面混合物抗裂強(qiáng)度降低。圖4 溫度對(duì)抗裂強(qiáng)度的影響 圖5 溫度對(duì)疲勞壽命的影響 表11 不同的溫度和壓力水平下的疲勞試驗(yàn)結(jié)果 從圖5三個(gè)溫度疲勞試驗(yàn)的結(jié)和表12疲勞曲線方程結(jié)果可見，在40 條件下的疲勞方程斜率顯著低于5 ，它表明該半柔性混合料具有顯著的粘彈性特性，雖然最終拉伸強(qiáng)度較低，但隨著應(yīng)力強(qiáng)度比的增大，疲勞壽

12、命的下降速率更平緩。半柔性混合料在5 顯示更大的脆性 ，隨著應(yīng)力強(qiáng)度比的增加，疲勞壽命下降的更快，隨著預(yù)期溫度的降低，疲勞壽命的下降速度更快。 表12 半柔性混合料在三種不同溫度下的疲勞壽命公式5. 結(jié)論 通過對(duì)半柔性混合料的車轍和四點(diǎn)彎曲疲勞試驗(yàn)研究，可以得出以下結(jié)論： ( 1 )與實(shí)驗(yàn)結(jié)果，半柔性的混合物在60 和70 的動(dòng)穩(wěn)定性高于6000 （次/毫米） 。的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性隨著溫度的增加而降低，其中普通AC-20下降最快，其次是SBS改性AC ，半柔性混合料下降最慢。 ( 2 )使用改性瀝青可以顯著改善溫度敏感性，但它只限于提高負(fù)載靈敏度。半柔性混合料可以提高溫度靈敏度和負(fù)載敏感度。即使有2

13、00 超載，半柔性混合料的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性也高于8000 （次/毫米）。 ( 3 )在相同的應(yīng)力水平下，半柔性混合料的疲勞壽命隨溫度升高而下降，并且半柔性混合料在5 表現(xiàn)出一定的脆性，實(shí)際使用時(shí)應(yīng)該考慮這個(gè)特性。參考文獻(xiàn)：1日本道路協(xié)會(huì)。解釋瀝青路面工程的通用代碼M 。東京：丸善有限公司， 1992年。2楊禹良，鄒桂蓮，張效寧。研究公路填充半柔性瀝青混合料的水泥漿。 2002年11月，編號(hào)11：77-80。3彭川秦，楊禹良。研究公路半柔性混合料的屬性。2004年4月，編號(hào)4： 108-110 。4 Tayebali ， AA ;羅維，GM ;索薩，J.B。研究瀝青混合料.疲勞反應(yīng)。瀝青攤鋪技師雜志協(xié)會(huì)， 1992年9月。 61 ： 333-360 。5李長(zhǎng)貴。研究半柔性路面混合設(shè)計(jì)方法。重慶交通大學(xué)。 2003年12月第22卷：