淺談高性能半柔性復(fù)合路面與基層的開發(fā)

蘇士超 楊萌萌

【摘要】結(jié)合我國已建瀝青路面面層厚度較薄和養(yǎng)護(hù)維修工程的特點(diǎn)、開展舊瀝青路面冷再生修筑半柔性路面基層的相關(guān)研究，分析了開發(fā)高性能半柔性復(fù)合路面與基層的必要性，闡述了半柔性路面新型材料的特點(diǎn)，提出了半柔性水泥砂漿灌注的施工方法及其不足之處。

【關(guān)鍵詞】高性能，半柔性，復(fù)合式基層

1 引言

我國現(xiàn)有的高速公路和城市道路路面基本可分為兩大類，即瀝青混凝土路面和水泥混凝土路面，且普遍采用半剛性基層，經(jīng)過近20年的實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，修筑的瀝青路面使用壽命遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到設(shè)計年限等缺陷，已建高速公路和一般公路的瀝青面層普遍較薄，在進(jìn)行路面維修與養(yǎng)護(hù)過程中如何充分利用原有路面結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)材料的循環(huán)再生利用，且修筑成高強(qiáng)耐久的下面層或基層也是亟待解決的問題。本文根據(jù)依托工程的實(shí)施情況和國外相關(guān)研究成果，對半柔性路面的施工工藝、水泥基砂漿施工的方法及其相應(yīng)的應(yīng)用條件進(jìn)行了分析總結(jié)。較為全面的研究了半柔性路面水泥基砂漿灌注施工方法，并且半柔性路面與同體積普通瀝青路面的施工成本比較，認(rèn)為半柔性路面在技術(shù)經(jīng)濟(jì)上有許多優(yōu)勢。

2 國內(nèi)路面現(xiàn)狀分析

我國現(xiàn)有的高速公路和城市道路路面基本可分為兩大類，即瀝青混凝土路面和水泥混凝土路面。其中瀝青混凝土路面具有無接縫、表面平整性好、柔性強(qiáng)而行車平穩(wěn)舒適等優(yōu)點(diǎn)，而且施工機(jī)械化程度高、進(jìn)度快、質(zhì)量好、維護(hù)簡單，因此，瀝青混凝土路面在我國高速公路建設(shè)中得到了廣泛的推廣和應(yīng)用。但是，由于瀝青材料具有粘彈塑等特性，導(dǎo)致瀝青路面結(jié)構(gòu)層的強(qiáng)度和流變性受溫度變化的影響很大。夏季高溫時，瀝青材料粘度的降低導(dǎo)致集料顆粒間凝聚力減弱，若在水平力作用下，極易使瀝青混合料顆粒之間產(chǎn)生滑動和位移，導(dǎo)致瀝青路面結(jié)構(gòu)層形成車轍、推移、波浪、擁包之類的剪切變形破壞，降低了行車的舒適性。在渠化交通的高等級公路上，瀝青混凝土路面容易產(chǎn)生過大的塑性變形而形成車轍。在冬季低溫時，瀝青混凝土路面結(jié)構(gòu)材料的強(qiáng)度雖然有所增高，但因瀝青材料粘度的提高而抗變形能力大為降低，表現(xiàn)出脆性，結(jié)果導(dǎo)致瀝青路面結(jié)構(gòu)層開裂。車轍不僅危害行車安全，降低行車操縱穩(wěn)定性和舒適性，且由于車轍內(nèi)易于積水，路表水通過面層裂縫滲透至基層和路基，易導(dǎo)致基層和路基早期損壞。

水泥混凝土路面材料具有抗變形能力強(qiáng)、使用壽命長以及日常養(yǎng)護(hù)費(fèi)用低等特點(diǎn)，但是這種路面結(jié)構(gòu)具有行駛舒適性差和路面結(jié)構(gòu)產(chǎn)生病害后修復(fù)困難等不足。另外，水泥混凝土是由一定厚度的混凝土板組成，由于四季氣溫周期性的變化和一天內(nèi)晝夜氣溫的變化，使板與周圍的溫度相差很大，在溫度應(yīng)力的作用下，水泥混凝土板容易產(chǎn)生裂縫；裂縫在行車荷載的反復(fù)作用下，應(yīng)力集中處最先擴(kuò)展，結(jié)構(gòu)承載力降低，另一方面，水泥混凝土是一種非均質(zhì)多相結(jié)構(gòu)，在重復(fù)溫度和濕度荷載的作用下，會使原有微裂紋產(chǎn)生新的應(yīng)力集中，使裂紋向前擴(kuò)展，發(fā)生破壞現(xiàn)象。

從以上分析可以發(fā)現(xiàn)，兩種高等級路面結(jié)構(gòu)形式的性能各有所長，但也存在各自的缺陷。針對上述問題，應(yīng)著眼于研究開發(fā)一種新型的路面材料，使其兼顧剛性和柔性兩種路面的優(yōu)點(diǎn)、摒棄兩者缺點(diǎn)的路面結(jié)構(gòu)。其研究目的是通過研究得到一種綜合性能優(yōu)良、病害較少、設(shè)計和施工技術(shù)可行、適應(yīng)性較強(qiáng)、行車舒適、比較經(jīng)濟(jì)的新型路面，提高路面的使用品質(zhì)。于是許多發(fā)達(dá)國家率先提出了半柔性路面的概念，并已通過論證，在各級公路及城市道路中鋪筑使用。

3 新型路面材料的特點(diǎn)

半柔性路面正是這樣一種剛?cè)岵?jì)的新型路面材料，它是指在碾壓成型的基體瀝青混合料（空隙率高達(dá)20%～28%）中，灌入以水泥為主要成分的特殊漿劑而形成的路面。它具有水泥混凝上路面的剛性和瀝青混凝土路面的柔性，而且充分發(fā)揮了它們各自優(yōu)良的路用性能。半柔性路面從路面綜合力學(xué)性能、施工工藝及景觀裝飾效果出發(fā)，在抗車轍、抗推移、取消伸縮縫、提高路面材料的應(yīng)力松弛性能等方面改善路面的使用性能。半柔性路面在材料強(qiáng)度機(jī)理方面具有其特有的長處，它利用嵌擠原則，通過骨料之間的相互嵌擠作用和灌注式的水泥膠漿共同形成材料強(qiáng)度，提高了路面抵抗荷載作用的能力，同時，其高溫穩(wěn)定性能大大優(yōu)于普通瀝青混凝土路面，其低溫抗裂性能、抗疲勞性能和抗滑耐磨性能也都優(yōu)于普通瀝青混凝土路面。它是一種既保留瀝青混凝上路面主要使用品質(zhì)，又具有水泥混凝土路面部分性能的路面結(jié)構(gòu)型式。同時，半柔性路面還具有耐油、耐酸、耐熱、耐水、抗滑和易著色等特性。這種路面材料應(yīng)用于舊路改造中，可以節(jié)約大量寶貴的路面養(yǎng)護(hù)維修費(fèi)用，還可以有效地提高瀝青加鋪層的使用性能和使用壽命，保證公路網(wǎng)的交通安全、暢通和服務(wù)能力。把高性能半柔性面層材料應(yīng)用在新建的高等級公路面層中，可以綜合柔性路面和剛性路面的兩種優(yōu)點(diǎn)，不但能使行車的舒適性得到提高，而且使其抗車轍變形的能力得到提高，可以有效減少高等級公路路面的早期損害，從而延長路面的使用壽命。

據(jù)日本等國的研究與應(yīng)用表明，與瀝青混合料相比，半柔性路面既提高了抗車轍能力，同時又改善了其低溫抗裂性和耐久性。另一方面較水泥混凝土而言，半柔性材料降低了其模量，提高了抗裂性能，同時也改善了其行車舒適性和耐久性。另外，半柔性路面材料還具有耐油、耐酸、耐熱、耐水、抗滑、和易著色等特性。

4 半柔性水泥砂漿灌注的施工方法

國內(nèi)現(xiàn)有的用于水泥砂漿灌注的施工方法主要有人工拌和灌注與廠拌法灌注施工。

①人工路拌法施工。首先根據(jù)常規(guī)方法確定水泥砂漿的配合比，然后就依托工程的施工工藝：人工拌制干料--運(yùn)輸至施工現(xiàn)場--加水拌和--人工灌注施工--平板振動器輔助灌注--噴灑緩凝劑--灑水車結(jié)合人工沖洗殘余水泥砂漿--開放交通。整個過程基本通過人工完成，因此稱其為人工路拌法施工。

②廠拌法施工。此方法是對人工路拌法施工效率低的部分改進(jìn)，水泥砂漿在混凝土攪拌站集中拌和、通過水泥攪拌運(yùn)輸車運(yùn)至攤鋪現(xiàn)場、水泥攪拌運(yùn)輸車灌注的一種施工方法。輔助灌注和整除工藝與人工路拌法相同。

③目前施工方法存在的問題。由于半柔性路面在國內(nèi)還處于初步研究階段，己有的鋪筑路面都是小范圍的，工程規(guī)模不大，施工工藝都較為簡單。人工路拌法主要通過人工完成，施工效率低、施工機(jī)械簡陋、質(zhì)量得不到保證。廠拌法通過購買商品砂漿的方式節(jié)省了施工時間，提高了施工效率。但廠拌法通過水泥攪拌運(yùn)輸車進(jìn)行灌注，施工質(zhì)量也難得到保證。而且廠拌法輔助灌注工藝與殘留水泥砂漿整除工藝與人工路拌法相同，總體而言，其施工效率也有待提高。

5 結(jié)論

綜上所述，開展半柔性基層與路面的開發(fā)應(yīng)用研究，對于提高西部地區(qū)高速公路以及一般公路建設(shè)水平，特別是提高路面的使用性能和延長路面的使用壽命，減少路面建設(shè)投資等諸多方面，都具有十分重要的理論意義和實(shí)用價值。

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作者介紹； 蘇士超（1985-），男，本科，河南濮陽人，助理工程師，單位：南樂縣公路管理局。