工程施工發(fā)展論文：水泥—瀝青復合半柔性路面研究現(xiàn)狀與發(fā)展

1、.工程施工發(fā)展論文：水泥瀝青復合半柔性路面研究現(xiàn)狀與發(fā)展【摘 要】本文針對水泥-瀝青復合半柔性路面混合料的研究與應用進行介紹,重點介紹半柔性路面混合料的材料組成,設計要求,路用性能以及國內(nèi)外研究現(xiàn)狀與發(fā)展。 【關鍵詞】道路工程;半柔性路面;水泥砂漿;母體瀝青混合料;耐久性 Research and Development situation of Cement - Asphalt Composite semi-flexible pavement 【Abstract】The article cement - asphalt mixture semi-flexible pavement resea

2、rch and applications are introduced, focusing on semi-flexible pavement material mixture composition, design, pavement performance and the research status and development. 【Key words】Road engineering; Semi-flexible pavement; Cement mortar; Matrix asphalt; Durability 1. 概況 半柔性路面指的是在大空隙(空隙率達到20%以上)的母體

3、瀝青混合料中灌入水泥砂漿形成的水泥-瀝青復合型路面材料,半柔性路面兼具水泥路面的剛性和瀝青路面的柔性,結(jié)合了二者的優(yōu)點,具有良好的高溫抗變形性能,由于加入了水泥砂漿,降低了其溫度敏感性,對路面的低溫抗開裂性能也有所改善,此外,半柔性路面具有耐油、酸腐蝕特性,特別適合于加油站、化工廠和碼頭等有特殊要求的路面,對于城市交叉口路段和爬坡路段特別適用,由于灌入的水泥砂漿具有較好的著色性,使得半柔性路面特別適合于城市或景區(qū)的景觀路面。由此可見,半柔性路面由于材料的可塑性較強,其用于也十分廣泛。 2. 半柔性路面材料組成設計 半柔性路面混合料包括兩大部分,一部分是母體瀝青混合料,一部分是水泥砂漿。對于母體

4、瀝青混合料而言,要求一定的空隙率,通常在25%左右,且具有一定的強度和穩(wěn)定性,滿足馬歇爾相關設計指標的要求,具體要求可參見相關技術規(guī)范。母體瀝青混合料一般采用高粘度的改性瀝青作為膠結(jié)料,采用單一粒徑的粗集料作為骨料,集料要求潔凈,形狀規(guī)整,相比普通瀝青混合料而言,其含泥量與針片狀含量指標要求會更高,目的是確保母體瀝青混合料的體積性能穩(wěn)定。母體瀝青混合料所用粗集料粒徑建議范圍為9.5至19,選擇時須根據(jù)工程實際情況和路用性能要求而定。母體瀝青混合料的設計方法可參照常規(guī)瀝青混合料采用馬歇爾方法進行設計,控制的關鍵指標是空隙率。瀝青用量的選擇可采用飛散試驗和析漏試驗加以確定,驗證馬歇爾穩(wěn)定和流值指標

5、。 水泥砂漿是半柔性路面的另一部分主要材料,設計半柔性路面混合料所用的水泥砂漿,需要考慮其流動性、體積穩(wěn)定性(收縮特性)和強度等指標。其中,流動性關系到施工的難以程度進而決定半柔性路面的施工成敗,十分關鍵。體積穩(wěn)定性指標關系到半柔性路面在后期使用過程中的穩(wěn)定性和耐久性,也是很要緊的。未來滿足流動性和體積穩(wěn)定性的要求,通常采用在水泥砂漿中添加聚合物(苯乙烯丁二烯膠乳)改性劑,研究表明,添加聚合物膠乳后,有助于改善半柔性混合料的路用性能。此外,凌天清等人在大量半柔性路面研究成果基礎上,研究開發(fā)了彩色水泥砂漿和保水降溫型水泥砂漿,從而開發(fā)出彩色半柔性路面和保水降溫環(huán)保型半柔性路面,該項研究成果的應用

6、將有助于提高城市道路的識別性,有助于環(huán)節(jié)城市熱島效應,對建設環(huán)境友好型城市具有一定的作用。 3. 半柔性混合料的路用性能 由于半柔性路面材料采用的是大空隙的母體瀝青混合料中灌入水泥砂漿,成型后的混合料模量介于水泥混凝土和瀝青混合料之間,研究表明:半柔性混合料較傳統(tǒng)型瀝青混合料在高溫抗車轍方面具有絕對的優(yōu)勢,室內(nèi)試驗結(jié)果顯示,半柔性混合料車轍試驗動穩(wěn)定度值都在10000以上,遠遠超過目前常用的聚合物改性瀝青混合料。原因包括兩個方面:半柔性混合料中的水泥砂漿固化后形成水泥石骨架,與母體瀝青混合料粗集料骨架一起,承受荷載作用,其承載能力得以提高;另一方面,由于水泥砂漿的灌入,減少了瀝青混合料所占的比

7、例,瀝青用量也大為減少,半柔性混合料的瀝青用量通常在3.3左右。這意味著半柔性混合料的溫度敏感性將大為降低,進而提高了其溫度穩(wěn)定性。室內(nèi)試驗研究表明:半柔性路面的水穩(wěn)定性和低溫抗開裂性能與普通瀝青混合料相當甚至優(yōu)于一般的普通瀝青混合料,其抗疲勞性能優(yōu)于常規(guī)的瀝青混合料。由此可見,半柔性路面具有良好的路用性能,是一種值得推廣的可靠的新型路面結(jié)構(gòu)材料。 由于半柔性混合料中灌入了水泥砂漿,相對減少了瀝青用量,而瀝青在當前的市場價格是水泥的1015倍左右,因此,半柔性路面混合料造價較目前常用的SBS改性瀝青低很多,具有較好的經(jīng)濟效益。 4. 半柔性路面在國外的研究與應用現(xiàn)狀 在國外,半柔性路面技術的發(fā)

8、展已經(jīng)很成熟了,法國早在1954年就研制成功了“灌水泥漿開級配瀝青混凝土路面施工法”,在科涅雅克(Cognac)航空港噴氣式飛機用的跑道上進行試驗鋪裝,作為耐熱用道面,并申請了專利,稱為“Salviacim”施工法。英國、德國、日本、俄羅斯等國家也開展了這方面的研究并進行推廣應用,發(fā)表了許多有關半柔性路面材料的力學性能以及結(jié)構(gòu)設計的論文和報告,這些研究成果均表明半柔性路面可以提高路面的高溫穩(wěn)定性并延長路面的使用壽命。 美國對半柔性路面的研究始于上世紀九十年代,證實了這種復合膠結(jié)材料的路面形式在提高混合料的高溫穩(wěn)定性、低溫抗裂性和耐久性方面的優(yōu)勢很明顯,而費用增加不大。1988年,日本建設省技術

9、事務所和日本道路建設業(yè)協(xié)會就此種半柔性路面的開發(fā)進行了歷時三年的研究,提出了設計標準、施工方法及管理等一系列的研究成果,大大推進了半柔性路面在日本的發(fā)展?，F(xiàn)階段,日本許多高速公路的收費站、停車場、加油站、爬坡路段以及集裝箱碼頭和公共汽車專用線等場所,都進行了大規(guī)模的半柔性路面的鋪裝,并且利用半柔性混合料易著色的特點在東京建成了數(shù)條專供公共汽車行駛的彩色道路,并且制定了設計標準推廣應用,每年都有二十多萬平方米的施工面積。 5. 國內(nèi)半柔性路面研究現(xiàn)狀與進展 半柔性路面的研究在國內(nèi)起步較晚,但研究熱情高,取得了許多與之相關的科研成果。1986年,同濟大學等針對國產(chǎn)普通瀝青混合料使用拌合法和灌注式加

10、注水泥漿,制成特種瀝青混凝土,進行了各種物理力學試驗,比較了高低溫條件下的力學性質(zhì),并于1986年底,在廣東省惠深線上修建了試驗路,經(jīng)過近幾年的行車,使用效果良好。同濟大學的林繡賢教授等主持的國家自然科學基金資助課題“新型路面材料-特種瀝青混合料的研究”,黑龍江省交通科學研究所進行的“水泥瀝青混凝土路面性能的研究”課題,華南理工大學交通學院張肖寧教授曾于1997年與吉林省交通廳合作立項題為“半柔性鋪裝材料的研究”課題,并已在室內(nèi)完成了大量試驗工作與基礎理論工作以及少量試驗路鋪筑工作,初步論證了該技術的可行性與優(yōu)越性。 近年來,長沙理工大學的查旭東對樹脂改性半剛性面層復合材料的配比及其性能進行了

11、研究,通過對比分析證明半剛性面層復合材料具有優(yōu)良的力學性能與路用性能。長安大學的郝培文等人對灌注式半剛性面層復合材料的性能進行了研究,對其高、低溫性能、水穩(wěn)定性進行研究,結(jié)果表明該復合材料具有優(yōu)良的高溫穩(wěn)定性、低溫性能、水穩(wěn)定性能。并對應力比小于0.5條件下不同空隙率的基體瀝青混合料的復合材料疲勞性能進行研究,并得出其抗疲勞性能隨基體瀝青瀝青混合料空隙率的增大而增大的結(jié)論。長安大學的徐培華等人研究認為,由于有水泥材料的存在因而應用時要注意養(yǎng)生期溫度的影響,該路面材料具有較低的溫度敏感性和良好的耐久性;并通過對比分析得出,在應力值為0.3MPa時復合材料的疲勞壽命是瀝青混凝土的3.2倍,表明灌注

12、式半剛性面層復合材料可以有效地提高路面的耐久性。此處,須指出,近年來有人將水泥灌漿瀝青混合料成為半剛性路面材料,其本質(zhì)與前面講的半柔性路面材料是一回事,只不過叫法不一樣而已。 重慶交通大學的凌天清等人對水泥灌漿半柔性路面進行了系統(tǒng)深入的研究,對半柔性混合料組成設計,母體瀝青混合料的設計,水泥砂漿的設計,半柔性路面的施工工藝、冷再生半柔性路面和橡膠瀝青半柔性路面等進行了研究,通過對水泥砂漿的著色性進行研究,開發(fā)出了彩色半柔性瀝青路面;通過對水泥砂漿的保水性進行研究,開發(fā)出了保水降溫環(huán)境友好型半柔性路面。針對泡沫瀝青及乳化瀝青的研究,開發(fā)出水泥-乳化瀝青冷再生半柔性路面混合料,適用于路面的快速養(yǎng)護與改造工程。凌天清等人還對各種類型的半柔性路面混合料的路用性能(如:高溫抗變形性、低溫抗裂性、水穩(wěn)定性、疲勞特性等)進行了深入的研究,取得了關于半柔性路面的大量科研成果,代表半柔性路面在國內(nèi)研究的最新進展。 6. 結(jié)語 半柔性路面不僅具有優(yōu)越的路用性能,且具有良好的經(jīng)濟性,由于自身材料特性,半柔性路面又具有良好的可塑性,如:著色性和降溫降噪性。是一種值得研究和推廣的新型路面結(jié)構(gòu)材料。鑒于半柔性路面在國內(nèi)的