基于碎石化基層的溫拌瀝青路面結構力學分析

張弓亮 范騰

【摘要】節能減排、保護環境、可持續發展是當前世界各國共同關注的熱點問題。本文通過碎石化基層與舊水泥板基層在不同軸載和溫度下的力學性能對比，研究表明，路用性能達到（接近）熱拌瀝青混合料的標準，在我國具有廣闊的應用前景。

【關鍵詞】碎石化基層；溫拌瀝青；力學分析

前言

碎石化技術是指舊水泥混凝土路面大面積破壞，并已喪失了整體承載能力，通過局部壓漿等處治方式已不能恢復其使用功能的一種技術手段。碎石化技術的最大優點是舊水泥路面板經過沖擊、破碎、壓實處理后，使其形成約5厘米粒徑的碎石基層，在此基層上加鋪瀝青路面或水泥路面可以防止反射裂縫，避免水泥路面被挖除換板帶了的環保問題。

溫拌瀝青及瀝青混合料，是通過溫拌改性劑使熱瀝青能在相對較低的溫度下進行拌和、施工，同時保持不低于熱瀝青性能的改性技術。其技術關鍵是在不損傷熱瀝青路用性能的前提下降低瀝青拌和及碾壓溫度。

1、碎石化基層的溫拌瀝青混合料路面

1.1 碎石化基層的溫拌瀝青路面結構

碎石化基層與溫拌瀝青路面組合，可以成為目前環保節能的一種路面結構形式，為了對這種全新的路面組合結構進行研究，采用有限元分析法對溫拌瀝青面層與碎石化基層之間的作用進行分析。路面結構圖式見圖1，計算采用的參數見表1。

圖1 路面結構圖

瀝青混凝土路面h=16cm，E=17003Mpa 溫拌瀝青混凝土路面h=16cm，E=1600Mpa

5cm瀝青混合料調平層 應力吸收層1cm

舊水泥路面 h=25cm 破碎后的碎石化基層h=22cm

E=25X103Mpa E=800Mpa

表1路面各結構層計算參數

路面結構層 路面設計厚度（cm） 泊松比 抗壓回彈模量（MPa）

熱瀝青混凝土路面 16 0.25 1700

舊水泥混凝土板 25 0.10 3000

溫拌瀝青混凝土路面 16 0.25 1600

碎石化基層 22 0.35 800

瀝青混合料調平層 5.0 0.25 1400

應力吸收封層 1.0 0.45

土基 0.35 40

1.2碎石化基層的溫拌瀝青路面層間應力分析

分別對舊水泥路面板上加鋪瀝青混凝土，以及對舊水泥路面碎石化后加鋪溫拌瀝青路面的層間應力進行計算，其結果見表2。

表2瀝青路面底面連接層間最大應力結果

計算層間位置 瀝青面層底面最大應力（MPa）

彎拉應力 剪應力 主應力 彎拉應變

舊水泥板與加鋪瀝青路層間 0.946 0.439 1.083 403

碎石化基層與加鋪溫拌瀝青路面層間 0.610 0.393 0.675 206

路面結構計算中僅僅考慮垂直荷載的作用，表 2列出了荷載下層間最大應力應變計算結果，層間應力應變顯示，碎石化溫拌瀝青路面較優。

為了研究不同軸載對路面結構層間的影響。計算了不同軸載載下面層底部的應力、應變見表3。表3中A表示舊水泥板與瀝青混凝土之間的層間連接，B表示碎石化基層與溫拌瀝青混凝土之間的層間連接。

表3 不同軸載對2種路面結構層間應力的影響

軸載 標準軸載 1.3倍標準軸載 1.5倍標準軸載 2倍標準軸載

拉應力，MPa A 0.945 1.218 1.361 1.897

B 0.876 1.015 1.214 1.458

剪應力，MPa A 0.439 0.518 0.586 0.809

B 0.354 0.501 0.457 0.758

主應力，MPa A 1.083 1.407 1.602 2.144

B 0.889 1.325 1.468 2.064

不同軸載對路面結構層間應力的影響很大。瀝青路面面層的各項應力均隨著軸載的增加而增加，當軸載超過1.5倍時，面層中應力增速加快。數據表明，在2倍標準軸載下碎石化溫拌瀝青路面層間應力相對于普通瀝青路面要小。

當溫度變化時，舊水泥板與加鋪瀝青路面層間最大應力和應變見圖2，碎石化基層加溫拌瀝青路面最大應力和應變見圖3。

表4碎石化基層與加鋪溫拌瀝青路面層間最大應力和應變

降溫速率 10℃/s 10℃/h 1℃/h 0.1℃/h 0.05℃/h

拉應力，MPa 2.47 1.295 0.937 0.839 0.817

剪應力，MPa 0.251 0.293 0.319 0.326 0.332

拉應變，

159 287 499 786 903

剪應變，

41 223 547 997 1107

表5舊水泥板與加鋪瀝青路層間最大應力和應變

降溫速率 10℃/s 10℃/h 1℃/h 0.1℃/h 0.05℃/h

拉應力，MPa 2.67 1.305 0.907 0.819 0.813

剪應力，MPa 0.364 0.321 0.338 0.391 0.341

拉應變，

166 304 542 842 1003

剪應變，

49 328 635 1022 1132

由以上圖知，兩種路面層間的應力和應變均受到降溫速率的影響。比較而言，當溫度驟降（降溫速率為10℃/s）時，兩種結構的層間彎拉應力相差17%，剪應力相差31%，碎石化基層加溫拌瀝青組合結構有較強的抵御能力。

3碎石化基層灌封和溫拌瀝青路面施工工藝

1）采用多錘頭碎石沖擊破碎機對舊水泥混凝土路面進行破碎，直至碎石最大粒徑小于50mm。

2）將摻有12%溫拌劑的熱熔瀝青澆淋在碎石表面，每平方米的瀝青用量控制在2.3kg.并繼續進行振動捶打，使溫拌瀝青沿碎石縫隙進入碎石層內，充分粘結碎石。

3）采用振動壓路機隨后進行碾壓，使碎石基層形成整體。

4）攤鋪5cm溫拌瀝青調平層，形成平整的瀝青路面下臥層。

5）根據設計厚度攤鋪上面層，形成碎石化基層的瀝青路面

參考文獻

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