呂達仁

（邯鄲市交通運輸局，河北邯鄲 056000）

0 引言

道路建設中大多采用半剛性基層材料，進而導致早期瀝青路面會出現(xiàn)許多比較嚴重的問題，一些新建成兩三年的道路路面就出現(xiàn)反射裂縫、車轍等問題，使用壽命受到很大的影響[1]。另外，部分單位把精力主要放在建設上，把公路的養(yǎng)護工作放在次要位置，對道路的養(yǎng)護工作不夠重視，影響了道路的使用壽命。

于偉[2]以乳化瀝青-水泥穩(wěn)定碎石以及泡沫瀝青-水泥穩(wěn)定碎石兩種半柔性基層材料，通過對材料路用性能進行試驗分析，總結出了半柔性基層材料滿足現(xiàn)行規(guī)范的最佳集料級配、最佳結合料計量以及混合料設計方法等。唐建超[3]采用不同含量的乳化瀝青和泡沫瀝青為研究樣本，對路用性能進行了試驗分析，得出加入適量乳化瀝青可以有效防止單路出現(xiàn)早期病害問題。王偉明[4]通過礦料主骨料空隙體積填充法、謝倫堡析漏以及肯塔堡飛散試驗的方法，制備出基體空隙率不同的半柔性路面材料，然后采用馬歇爾試驗、車轍試驗、凍融劈裂、小梁彎曲以及疲勞等室內試驗對其路用性能進行綜合評價，研究得出半柔性路面材料高溫穩(wěn)定性較好，抗疲勞能力較強，但在低溫抗裂方面略顯不足。郝培文[5]通過車轍試驗對半柔性基層的高溫穩(wěn)定性進行分析，以劈裂試驗和蠕變試驗對疲勞和低溫穩(wěn)定性能進行分析，半柔性基層混合料有較好的低溫、高溫穩(wěn)定性以及耐疲勞性，適用于道路建設，符合道路基層材料的使用要求。本文針對新建設的道路的使用壽命與設計要求不符的問題，對半柔性基層混合材料進行研究，以有效防止或避免瀝青路面早期病害出現(xiàn)等問題。

1 原材料性能

1.1 乳化瀝青

根據(jù)《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》（JTG E20—2011）[6]，采用的乳化瀝青為慢裂陽離子，通過破乳速度試驗對乳化瀝青技術指標進行測試，試驗結果為：慢裂，瀝青微粒離子電荷為+，固含量為62%，黏附性合格，針入度為82，軟化點為48.4，延度大于100，與粗細集料拌和試驗結果均勻，符合試驗指標要求。

1.2 水泥

試驗采用P·O 32.5水泥，細度為3.4%，比重為3%，初凝時間和終凝時間分別為3h和6h，3d抗壓強度和抗折強度分別為20.4MPa、4.9MPa。

1.3 集料

集料選取石灰?guī)r，集料級配根據(jù)AC-25型級配中值進行設計[7]，礦粉采用石灰?guī)r礦粉，集料指標性能測試結果為：石料壓碎值為21.8%，洛杉磯磨損損失23%，視密度2 800kg/m3，吸水率1.8%，堅固性8.7%，針片狀顆粒含量15.6%，對瀝青的黏附性為4.5。

2 試驗方案

為提高高速公路的建設質量，充分發(fā)揮半柔性基層材料的價值，需對半柔性基層材料性能指標進行嚴格控制[8]。本試驗配合比擬定水泥摻量為2%，乳化瀝青摻量為3%、4%、5%、6%，集料級配根據(jù)AC-25型級配中值進行設計，通過擊實試驗確定各配比下混合料的最優(yōu)含水量和最大干密度，分析4種摻量的乳化瀝青對混合料進行劈裂強度、抗壓回彈模量、溫縮特性等路用性能的影響。參考《公路工程無機結合料穩(wěn)定材料試驗規(guī)程》（JTG E51—2009）[9]，劈裂強度試驗基層混合料采用靜力壓實成型制備的φ150×150mm的圓柱體試件，儀器采用WDW3100電子式萬能試驗機，加載速率為1mm/min。抗壓回彈模量試驗基層混合料采用φ150×150mm的圓柱形試件，設備采用國產(chǎn)NYL2000D型壓力試驗機，試驗溫度為25℃，以3mm/min的加載速率進行加載。溫縮試驗采用尺寸為150mm×150mcm×550mm的試件，利用平臥式試驗裝置進行測試。無側限抗壓強度試驗基層混合料采用靜力壓實成型制備的φ150×150mm的圓柱體試件，實驗設備采用路面材料強度試驗機。水泥穩(wěn)定碎石、乳化瀝青-水泥穩(wěn)定碎石和乳化瀝青穩(wěn)定碎石各一組5個試件，擬定乳化瀝青含量為2.5%，水泥含量為2.0%，研究7d、28d養(yǎng)生齡期下無側限抗壓強度變化規(guī)律。四種試驗均采用標準養(yǎng)生方法進行養(yǎng)生，養(yǎng)生溫度為20±2℃，濕度在95%以上。

3 路用性能結果分析

3.1 劈裂強度

通過上述試驗方案，劈裂強度試驗結果詳情見表1。

表1 劈裂強度在不同乳化瀝青含量下試驗結果

從表1可知，隨著乳化瀝青摻量的增加劈裂強度呈先增長后下降趨勢，基層混合料干劈裂強度主要位于0.45～0.6MPa，最佳乳化瀝青含量為4%，在水的不利條件影響下飽水劈裂強度位于0.3～0.45MPa，表明半柔性基層混合料變形能力、應力松弛能力與強度較好，適用于道路建設。通過對飽水劈裂強度與干劈裂強度進行殘留強度比表明，各乳化瀝青摻量下，經(jīng)過飽水后的劈裂強度均能達到干劈裂強度的64%以上，飽水情況下的劈裂強度與半剛性基層材料的劈裂強度相當，表明摻入部分乳化瀝青后形成的水泥-乳化瀝青穩(wěn)定碎石半柔性基層混合料的水穩(wěn)性表現(xiàn)優(yōu)異。

3.2 抗壓回彈模量

通過上述試驗方法，對28d時與60d養(yǎng)生齡期的水泥和乳化瀝青穩(wěn)定碎石半柔性基層混合料進行抗壓回彈模量試驗，結果見表2。

從表2可知，各乳化瀝青摻量下半柔性基層混合料的抗壓回彈模量隨著養(yǎng)生齡期的增長而增長，各養(yǎng)生齡期條件下抗壓回彈模量隨著乳化瀝青摻量的增加而降低。28d抗壓回彈模量主要位于700～1 000MPa，60d的抗壓回彈模量主要位于800～1 200MPa，達到半剛性基層混合料抗壓回彈模量的50%左右，由此表明，摻入部分乳化瀝青后形成的基層混合料具有一定柔性。

表2 抗壓回彈模量在不同乳化瀝青含量下試驗結果

3.3 溫縮特性

通過上述試驗方法，溫縮試驗結果詳情見表3。

表3 溫縮系數(shù)試驗結果

由表3可知，基層混合料溫縮系數(shù)隨著乳化瀝青摻量的增加呈一定增長趨勢，一般情況下水泥混凝土的溫縮系數(shù)在10×10-6左右，由此可以看出摻入一定乳化瀝青后制備的水泥和乳化瀝青穩(wěn)定碎石半柔性基層混合料的抗溫縮變形能力更加優(yōu)異，能夠滿足高等級道路基層的使用要求。

3.4 無側限抗壓強度試驗

通過上述試驗方案，7d、28d無側限抗壓強度試驗結果由表4、5可知，隨著養(yǎng)生齡期的增加乳化瀝青—水泥穩(wěn)定碎石混合料的無側限抗壓強度呈現(xiàn)增長趨勢，28d養(yǎng)生齡期的無側限抗壓強度大約是7d養(yǎng)生齡期的1.6倍。同時通過試驗對水泥穩(wěn)定碎石、乳化瀝青—水泥穩(wěn)定碎石和乳化瀝青穩(wěn)定碎石三種基層混合材料在7d、28d養(yǎng)生齡期的無側限抗壓強度進行了研究，結果如表6所示，其中R28/R7為7d與28d無側限抗壓強度比值。

通過表6和圖1可以得出，在相同養(yǎng)生齡期的條件下，水泥穩(wěn)定碎石混合料的無側限抗壓強值最高，其次為乳化瀝青-水泥穩(wěn)定碎石混合料，乳化瀝青穩(wěn)定碎石混合料抗壓值最低。且7d養(yǎng)生齡期水泥穩(wěn)定碎石混合料的無側限抗壓強度值是乳化瀝青穩(wěn)定碎石混合料的5.6倍，28d時為2.69倍，由此可以表明無側限抗壓強度值在形成時，水泥穩(wěn)定碎石比乳化瀝青穩(wěn)定碎石要更早；隨著養(yǎng)生齡期的增加，三種不同的混合料的無側限抗壓強度值也呈現(xiàn)增長的趨勢。從7d與28d養(yǎng)生齡期無側限抗壓強度之比可以得出，乳化瀝青碎石混合料的無側限抗壓強度值增幅最大，達到了54%，其次為乳化瀝青-水泥穩(wěn)定碎石混合料和水泥穩(wěn)定碎石混合料，分別為49%、28%。

表4 7d乳化瀝青-水泥穩(wěn)定碎石混合料無側限抗壓強度

表5 28d乳化瀝青-水泥穩(wěn)定碎石混合料無側限抗壓強度

表6 不同材料的無側限抗壓強度

圖1 不同材料無側限抗壓強度趨勢對比圖

4 結論

本文通過大量試驗，分別測定了劈裂強度、抗壓回彈模量、溫縮特性在不同乳化瀝青含量作用下的路用性能，以及三種不同材料在7d與28d養(yǎng)生齡期下無側限抗壓強度對比，得到三種材料的力學性能增長規(guī)律。綜上，可以得出以下結論：

（1）半柔性基層混合材料的劈裂強度在0.45～0.6MPa，而且最佳乳化瀝青含量為4%，飽水后的劈裂強度均能達到干劈裂強度的64%以上，與半剛性基層混合料相近，表現(xiàn)出良好的力學性能和水穩(wěn)性，滿足高等級道路基層的使用要求，將其應用于道路基層中可以有效減少早期道路出現(xiàn)的病害問題。

（2）半柔性基層混合料抗壓回彈模量隨著乳化瀝青摻量的增加而減小，60d的抗壓回彈模量主要位于800～1 200MPa，達到半剛性基層的50%左右，表明摻入一定乳化瀝青后基層混合料在具備相當強度的同時又具有較好的柔性。

（3）半柔性基層混合料溫縮系數(shù)隨乳化瀝青摻量的增加呈一定增長趨勢，與水泥混凝土相比表現(xiàn)出的抗溫縮變形能力更加優(yōu)異，可以有效減少早期出現(xiàn)裂縫的問題，能夠滿足高等級道路基層的使用要求。

（4）隨著養(yǎng)生齡期的增加，三種不同的混合料的無側限抗壓強度值也呈現(xiàn)增長的趨勢，最快的為乳化瀝青碎石，其次為乳化瀝青—水泥穩(wěn)定碎石，在水泥穩(wěn)定碎石半剛性基層中摻入部分乳化瀝青符合道路基層材料的使用要求，適用于道路建設。