SFP-16灌入式半柔性瀝青混合料設計及性能探究

續(xù)競臺 張博昊 高穎 郭慶林

（1.中建路橋集團有限公司，河北 石家莊 050000；2.河北工程大學，河北 邯鄲 056000）

一、引言

由于交通量的日漸增多和汽車荷載的增加，瀝青路面出現(xiàn)裂縫、車轍等病害[1]的概率明顯增加。水泥混凝土道路強度較高，但平整度舒適性較低[2]。為了增強路面性能，本文提出了結(jié)合傳統(tǒng)瀝青路面和水泥路面各自優(yōu)點的灌入式半柔性路面。

灌入式半柔性路面的重要組成部分是大空隙母體瀝青混合料，主要起到支撐的作用。南京工業(yè)大學楊國亮等人采用主礦物骨料空隙填充的方法設計瀝青骨架，列出了優(yōu)化瀝青骨架骨料級配的九步設計程序，但研究中沒有考慮瀝青混合料的滲透率。南京工業(yè)大學侯曙光等人評估了22個骨料級配，其中粗骨料和填料的比例各不相同。為填補研究空白，本文研究了級配、瀝青用量對大空隙母體瀝青混合料的影響，最后分析了半柔性路面的高溫穩(wěn)定性、水穩(wěn)定性和穩(wěn)定度。

二、試驗設計

（一）原材料

本文試驗采用SBS改性瀝青，基本指標如表1所示。試驗所用玄武巖集料，粗集料密度為2.713g/cm3,細集料密度為2.711g/cm3。

表1 SBS改性瀝青性能指標

（二）試驗方案

灌入式半柔性瀝青路面大空隙母體瀝青混合料級配的選擇對其力學性能至關(guān)重要，所以首先進行母體瀝青混合料的級配設計。根據(jù)《道路灌注式半柔性路面技術(shù)規(guī)程》（TCECS GD51-01-2019），設計級配通過率如表2所示。

表2 三種級配的設計組成結(jié)果

要得到較為精確的設計目標空隙率（20%）需要在級配范圍內(nèi)進行微調(diào)，本文通過調(diào)整篩孔2.36mm的通過率實現(xiàn)該目標。通過實測空隙率，繪制2.36mm篩孔通過率與空隙率關(guān)系曲線，并在曲線中找到目標空隙率對應的2.36mm篩孔通過率，最終確定目標級配。

灌入式半柔性瀝青路面的母體瀝青混合料油石比，根據(jù)前人研究經(jīng)驗擬定為3.4%。根據(jù)《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》（JTG E20-2011），采用馬歇爾試驗方法進行相關(guān)試驗，根據(jù)2.36mm篩孔通過率和混合料空隙率關(guān)系曲線確定目標空隙率（20%）對應級配。對于確定好的級配，采用測定馬歇爾穩(wěn)定度的方法確定最佳油石比。分別按2.8%、3.2%、3.6%、4%四種油石比測定馬歇爾穩(wěn)定度，選擇最佳油石比。

用確定好的級配和油石比成型試件對半柔性路面的路用性能進行評價，此次研究主要評價灌入式半柔性路面的高溫穩(wěn)定性和水穩(wěn)定性。

三、結(jié)果與討論

（一）半柔性路面級配分析

對上述3種級配進行測試，2.36mm集料通過率與馬歇爾試件空隙率關(guān)系如圖1所示。

圖1 2.36mm篩孔通過率與母體瀝青混合料試件空隙率關(guān)系曲線

由圖1可知，2.36mm篩孔通過率與母體瀝青混合料之間有較好的線性關(guān)系，隨著通過率的增大填充空隙的細集料增多，母體瀝青混合料的空隙率變小。目標空隙率對應2.36mm集料通過率為13.6%，此時馬歇爾試件空隙率為20%，比較設計的三種級配，故選取級配B為最終級配。

（二）半柔性路面油石比分析

馬歇爾試件穩(wěn)定度和馬歇爾空隙率與油石比關(guān)系如圖2、圖3所示。

圖2 馬歇爾穩(wěn)定度-油石比關(guān)系圖

圖3 馬歇爾空隙率-油石比關(guān)系圖

由圖2可以看出，灌入式半柔性路面大空隙母體瀝青混合料馬歇爾穩(wěn)定度隨著油石比的增加逐漸增大，并且在油石比為3.4%時達到最大值，再隨著油石比增大，馬歇爾穩(wěn)定度會呈減小趨勢。由圖3可以看出，隨著油石比的增大，空隙率呈逐漸減小的趨勢。綜上，選擇3.4%為級配B的最佳油石比。

（三）半柔性路面的高溫穩(wěn)定性分析

車轍試驗結(jié)果如表3所示。

表3 車轍試驗結(jié)果

由表3可知灌入水泥基砂漿后半柔性路面高溫穩(wěn)定性得到顯著提升，半柔性路面材料養(yǎng)護7d的動穩(wěn)定度達到2萬次/mm以上，其高溫穩(wěn)定性隨著期齡的增加而增大。這表明半柔性路面抗車轍性能較好，為路面抗車轍提供了解決方案。

（四）半柔性路面的水穩(wěn)定性分析

水穩(wěn)定性試驗結(jié)果如表4所示。

表4 浸水馬歇爾與凍融劈裂試驗結(jié)果

馬歇爾殘留穩(wěn)定度、TSR可以反映半柔性路面抗水損害的能力。由表4可知半柔性路面的抗水損害能力較好，且隨期齡的增長，其水穩(wěn)定性也在增強。在7d養(yǎng)護時，馬歇爾殘留穩(wěn)定度、凍融劈裂強度比都達到85%以上。

（五）半柔性路面穩(wěn)定度分析

大空隙母體瀝青混合料的穩(wěn)定度為6.23kN，灌入水泥基砂漿后養(yǎng)護3d穩(wěn)定度達到15.32kN，養(yǎng)護7d穩(wěn)定度達到16.42kN，穩(wěn)定度得到明顯提升，養(yǎng)護3d時已達到規(guī)范穩(wěn)定度大于15kN的要求，所以SFP-16灌入式半柔性路面在養(yǎng)護3d后即可通車。

四、結(jié)語

在進行半柔性路面材料母體瀝青混合料設計時可以通過2.36mm篩孔通過率與母體瀝青混合料空隙率較好的曲線關(guān)系，得到目標空隙率下的2.36mm篩孔通過率，可以快速進行母體瀝青混合料的設計。

母體瀝青混合料灌入水泥基砂漿料后，在7d養(yǎng)護條件下，馬歇爾穩(wěn)定度由6.23kN上升到16.42kN，大大提升了路面強度，其動穩(wěn)定度可達22659次/mm，路面高溫穩(wěn)定性好、殘留穩(wěn)定度為92.8%，水穩(wěn)定性滿足要求。

通過對比3d養(yǎng)護時間與7d養(yǎng)護時間下的半柔性路面材料的路用性能，發(fā)現(xiàn)隨著養(yǎng)護齡期增長性能逐漸提升。