林建國 （蚌埠市公路管理局，安徽 蚌埠 233000）

0 前 言

根據(jù)我國的瀝青路面設(shè)計方法計算的常用瀝青路面結(jié)構(gòu)的瀝青面層層底往往處于受壓狀態(tài)，而半剛性基層才是承受拉應(yīng)力疲勞的主要層次。半剛性材料的特點之一就是抗拉強度遠(yuǎn)小于抗壓強度。可以認(rèn)為，半剛性基層上瀝青路面出現(xiàn)的橫向開裂是由半剛性基層發(fā)展而來，基層材料的干縮、溫縮結(jié)合荷載的拉應(yīng)力疲勞效應(yīng)使基層產(chǎn)生開裂，然后因應(yīng)力集中而使對應(yīng)位置上的瀝青面層開裂，這些裂縫往往是半剛性基層瀝青路面病害發(fā)展初期的一般特征，并在外界環(huán)境因素，特別是水的作用下，病害會加速發(fā)展，直到達(dá)到使用期末。半剛性基層能否長期發(fā)揮功能就是要看其是否能不出現(xiàn)廣泛、嚴(yán)重的開裂。水泥乳化瀝青穩(wěn)定碎石基層的應(yīng)用，使基層不僅能有效減少或防止反射裂縫的發(fā)生，而且具有比柔性基層更經(jīng)濟、強度更高的優(yōu)勢，提高了路面特別是瀝青路面的使用壽命。因此，綜合考慮水泥和乳化瀝青的材料性能，本研究對材料的配合比設(shè)計方法、材料的物理力學(xué)性能作了一般闡述。

1 材料基本要求

1.1 材料基本性能

水泥-乳化瀝青穩(wěn)定基層的主要材料有：水泥、乳化瀝青及集料，根據(jù)公路工程水泥穩(wěn)定基層和乳化瀝青穩(wěn)定基層的要求，水泥-乳化瀝青穩(wěn)定基層的材料必須兼有這兩個方面的要求。水泥除其強度要滿足要求外，其初凝時間還必須大于3h，以保證混合料從拌和到碾壓有足夠的可操作時間，本次試驗采用的水泥是P.O 32.5級，其初凝時間為242min；乳化瀝青的性能在本試驗研究中表現(xiàn)的尤為重要。在穩(wěn)定基層的材料中，由于水泥及細(xì)集料的存在，乳化瀝青中的活性離子與集料的作用更為活躍，經(jīng)過多次試驗，采用慢裂慢凝陽離子乳化瀝青比較適宜本試驗要求。經(jīng)檢驗，本次試驗所采用的水泥、乳化瀝青及集料的各項技術(shù)指標(biāo)均符合規(guī)范要求。

1.2 級配

級配是保證基層材料具有良好使用性能的又一個重要因素。在水泥-乳化瀝青穩(wěn)定基層材料中，盡管其中有一定量的乳化瀝青，但在其用量有限的情況下，這部分乳化瀝青的主要作用是充當(dāng)粘合劑，而不能像瀝青碎石中的瀝青那樣使混合料具有很大的柔性，至多從一定程度上增加基層材料的柔性，降低材料的剛性破壞。因此，對于水泥-乳化瀝青穩(wěn)定基層而言，對其使用性能起主導(dǎo)作用的仍是其中的水泥穩(wěn)定材料這一部分。所以，本次試驗仍采用現(xiàn)行規(guī)范JTJ034-2000中提供的密級配水泥穩(wěn)定碎石。

2 材料的組合

2.1 級配組合

根據(jù)要求的級配和組成材料的篩分結(jié)果，對組成材料的級配進(jìn)行組合調(diào)整，調(diào)整后的設(shè)計級配曲線如圖1所示，結(jié)果符合要求。根據(jù)計算得知，組成混合料各礦石材料的百分比為：（4.75~31.5）碎石∶ （4.75~26.5）碎石∶石屑∶石粉=20%∶25%∶25%∶30%。

圖1 疲勞試驗曲線圖

2.2 試配

由于乳化瀝青的存在，水泥-乳化瀝青穩(wěn)定基層材料的拌和、試件成型、養(yǎng)生等都與水泥穩(wěn)定基層、乳化瀝青碎石有不同之處，因此，不能完全采用水泥穩(wěn)定基層和乳化瀝青碎石的拌和、試件成型和養(yǎng)生方法。所以，本次試驗試配的目的是：了解和確定水泥-乳化瀝青穩(wěn)定材料的拌和性能、拌和方法，確定試件的成型、壓實和養(yǎng)生方法。

2.3 試拌

水泥-乳化瀝青穩(wěn)定基層材料，由于乳化瀝青的存在，使得這種材料的拌和方法與水泥穩(wěn)定材料的拌和方法有所不同。水泥-乳化瀝青穩(wěn)定基層材料的拌和關(guān)鍵是，乳化瀝青與水泥必須拌和均勻，它們所形成的膠結(jié)料必須均勻的包裹集料。本試驗試拌時采取了下列幾種方法。

①將水泥、乳化瀝青、集料在不加外加水的情況下，同時拌和。觀察到的現(xiàn)象是，乳化瀝青與細(xì)集料拌和不夠均勻，結(jié)成的小顆粒較多，粗集料基本無包裹的乳化瀝青。

無側(cè)限抗壓受力變形試驗結(jié)果 表1

②將乳化瀝青和外加水勾對之后，同時加入水泥和集料之中，同時拌和。觀察到的現(xiàn)象是，乳化瀝青與細(xì)集料拌和基本均勻，但少數(shù)粗骨料有少量乳化瀝青。

③先將外加水加入水泥和集料之中，預(yù)拌30s鐘后，加入乳化瀝青，再拌和60s。觀察到的現(xiàn)象是，乳化瀝青與細(xì)集料拌和基本均勻，粗骨料多數(shù)被乳化瀝青包裹。由此可見，第三種拌和效果較好，且比較適合施工工藝的可能性。

2.4 試件壓實成型

同樣，由于乳化瀝青的存在，水泥-乳化瀝青穩(wěn)定基層材料試件的壓實、成型與水泥穩(wěn)定材料和乳化瀝青碎石都不相同，經(jīng)過大量試驗證明，水泥-乳化瀝青穩(wěn)定基層試件成型壓實比較合適的方法是：

①對于馬氏試件，先兩面各擊實25次，養(yǎng)護(hù)到水泥初凝時間到來之前再進(jìn)行第二次擊實；

②將拌和好的混合料凈置30min~60min（乳化瀝青析水之后終凝之前），然后一次性壓實。

由此可知，第②種壓實成型方法更接近于施工，效果較好。

2.5 養(yǎng)生

水泥-乳化瀝青穩(wěn)定基層養(yǎng)生與水泥穩(wěn)定基層養(yǎng)生有很多相似之處，由于水泥的存在初期應(yīng)保濕養(yǎng)生，養(yǎng)生時間也應(yīng)該是7d。經(jīng)過試驗證明，水泥-乳化瀝青穩(wěn)定基層較水泥穩(wěn)定基層容易保濕，這主要是在密實的情況下，乳化瀝青析水是一個比較緩慢的過程。

3 配合比設(shè)計方法

配合比設(shè)計的最佳方法是采用馬歇爾試驗，根據(jù)馬氏試驗初步確定了3種不同水泥用量的最佳乳液用量分別為：①水泥用量為2.5%的最佳乳液用量為1.8%，折合成瀝青用量為1.08%；②水泥用量為3.0%的最佳乳液用量為2.1%，折合成瀝青用量為1.25%；③水泥用量為3.5%的最佳乳液用量為2.1%，折合成瀝青用量為1.25%。經(jīng)過分析，初步確定穩(wěn)定材料的配合比為：（4.75~31.5）石子∶（4.75~26.5）石子∶石屑∶石粉∶水泥=19.5%∶24.4%∶24.4%∶29.3%∶2.4%，瀝青含量為60%的乳液用量1.8%，水泥劑量為2.5%。

4 力學(xué)變形性能試驗

力學(xué)變形性能試驗是檢驗水泥-乳化瀝青穩(wěn)定基層使用性能的關(guān)鍵性試驗，也是本試驗研究的主要目標(biāo)。了解水泥-乳化瀝青穩(wěn)定基層的力學(xué)變形過程，對減少或消除穩(wěn)定基層的干縮裂縫，提高基層的使用壽命有很高的參考價值。根據(jù)上述初步確定的配比，本試驗主要對水泥-乳化瀝青穩(wěn)定基層的無側(cè)限抗壓受力變形過程、疲勞性能等進(jìn)行了研究。

4.1 無側(cè)限抗壓受力變形試驗

對于無機結(jié)合料而言，常規(guī)的無側(cè)限抗壓試驗只是測定試件破壞時的壓力，但對于水泥-乳化瀝青穩(wěn)定基層尤其是對于本試驗來說，只測定試件破壞時的壓力是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。因此，要比較材料的柔性和力學(xué)情況，在進(jìn)行無側(cè)限抗壓試驗的同時，還要對其受力變形情況進(jìn)行測定，也就是要測定抗壓強度與變形的關(guān)系。養(yǎng)護(hù)7d的試塊測定結(jié)果見表1。

該項試驗結(jié)果說明無論從力學(xué)性能還是從材料成本上考慮，采用乳液用量為1.8%的較乳液用量為2.5%的合適。

4.2 疲勞試驗

為檢驗水泥-乳化瀝青材料的疲勞性能，本試驗主要進(jìn)行了水泥劑量為2.5%、乳化瀝青劑量為0%和1.8%的材料疲勞試驗，根據(jù)疲勞試驗結(jié)果和國內(nèi)外相關(guān)資料提供的修正參數(shù)，得到疲勞預(yù)估方程，其方程曲線見圖1。2種材料的疲勞預(yù)估方程：乳化瀝青用量為0%的，平均疲勞預(yù)估方程為9.47×109ó-3.41，90%概率疲勞預(yù)估方程為8.51×109ó-3.73；乳化瀝青用量為1.8%的，平均疲勞預(yù)估方程為8.44×109ó-4.06，90%概率疲勞預(yù)估方程為6.80×109ó-4.28。試驗表明，乳化瀝青用量為0%的材料特性接近線彈性材料。在疲勞試驗過程中，殘余應(yīng)變隨荷載作用次數(shù)增多而增大，但與回彈應(yīng)變的比值很小，特別是在中、長壽命區(qū)，殘余應(yīng)變更小，在試件臨近斷裂時，殘余應(yīng)變增加很快，應(yīng)變片拉斷時間基本上也就是試件完全斷裂時間，說明試件屬于脆性破壞。而乳化瀝青用量1.8%的材料卻在上述現(xiàn)象中的表現(xiàn)比乳化瀝青用量為0%的材料優(yōu)越，尤其是其試件在應(yīng)變片拉斷后的幾秒鐘才完全斷裂，說明乳化瀝青用量1.8%的材料不象乳化瀝青用量為0%的材料完全表現(xiàn)為脆性破壞，與乳化瀝青用量為0%的材料相比，乳化瀝青用量1.8%的材料可以認(rèn)為是一種低脆高彈性破壞。從這些方面看，乳化瀝青用量1.8%的材料疲勞預(yù)估較乳化瀝青用量為0%的材料疲勞預(yù)估更安全。

5 結(jié) 語

①水泥-乳化瀝青穩(wěn)定碎石基層材料的各項力學(xué)性能指標(biāo)僅接近于規(guī)范要求，但其受壓變形、抗干縮能力等抗變形能力比普通的水泥穩(wěn)定碎石要優(yōu)越的多，其抗變形破壞能力的提高，有利于提高基層抵抗外力作用下的破壞能力。

②由于其膠結(jié)材料是水泥和乳化瀝青的共同體，因此，其配合比設(shè)計較水泥穩(wěn)定碎石和瀝青穩(wěn)定碎石要復(fù)雜得多。進(jìn)行水泥乳化瀝青穩(wěn)定碎石基層配合比設(shè)計，應(yīng)根據(jù)實際包括道路使用要求的實際情況進(jìn)行配合比設(shè)計，以充分發(fā)揮水泥乳化瀝青穩(wěn)定碎石基層的優(yōu)越性，提高路面的使用壽命。

[1] JTJ034-2000.公路路面基層施工技術(shù)規(guī)范[S].北京：人民交通出版社，2000.

[2] 徐培華,王安玲.公路工程混合料配合比設(shè)計與試驗技術(shù)手冊[M].北京：人民交通出版社，2001.

[3] 沙慶林.高等級公路半剛性基層瀝青路面[M].北京：人民交通出版社，1998.

[4] 交通部陽離子乳化瀝青課題協(xié)作組.陽離子乳化瀝青路面[M].北京：人民交通出版社,1998.

[5] JTG E20-2011,公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程[S].北京：人民交通出版社，2011.

[6] TG E51-2009,公路工程無機結(jié)合料穩(wěn)定材料試驗規(guī)程[S].北京：人民交通出版社，2009.