■許曉琨

（泉州市公路局直屬分局，泉州　350001）

半柔性路面結(jié)構(gòu)應(yīng)用技術(shù)探索

■許曉琨

（泉州市公路局直屬分局，泉州350001）

通過鋪筑試驗路，對下面層注漿及基層注漿兩種半柔性基層的施工工藝進(jìn)行對比研究，并對試驗路進(jìn)行取芯試驗分析，得出半柔性基層可提高水泥板碎石化后基層強(qiáng)度及其均勻性，并提高瀝青路面的高溫穩(wěn)定性及低溫抗裂性。

半柔性路面水泥膠漿碎石化基體瀝青混合料

在“白改黑”工程中，采用共振破碎機(jī)對舊水泥混凝土路面板進(jìn)行碎石化處理，對碎石化后的路段進(jìn)行斷面開挖檢測發(fā)現(xiàn)，路面強(qiáng)度較好的路段碎石化層顆粒分布均呈“金字塔”狀，水穩(wěn)基層未見開裂；路面強(qiáng)度較差的路段其破碎分層和碎塊分布則很不均勻，且水穩(wěn)基層出現(xiàn)裂縫或碎塊下沉。針對上述問題，本文采用半柔性基層注漿的方法，對水泥混凝土路面碎石化后局部強(qiáng)度較低達(dá)不到規(guī)范要求的進(jìn)行注漿補(bǔ)強(qiáng)處理，提高碎石化施工后基層強(qiáng)度的均勻性。就半柔性路面結(jié)構(gòu)試驗施工方法進(jìn)行總結(jié)，為“半柔基層”的施工方法的推廣應(yīng)用提供理論與技術(shù)參考。

1　半柔性路面概述

一般半柔性路面是指水泥注漿瀝青混凝土路面，即在大空隙基體瀝青混合料中注入特殊性能的水泥膠漿復(fù)合而形成的路面［1-3］。

根據(jù)材料及施工工藝的不同，半柔性路面材料可以分為三種類型［4-5］：水泥膠漿灌注式瀝青混凝土路面、熱拌式水泥—瀝青混凝土路面、水泥膠漿—乳化瀝青混凝土路面，其定義和特點見表1。

表1　半柔性路面材料的三種形式

以上三種類型的半柔性路面材料遵循一個共同的原則：彌補(bǔ)柔性路面的剛性不足和剛性路面的柔性不足，延長路面使用壽命、節(jié)約投資。

2　半柔性路面經(jīng)濟(jì)性

⑴半柔性路面施工工藝較為復(fù)雜，因而其施工費用相比瀝青路面較高。但是，因為使用了便宜的水泥材料，其原材料費用比瀝青路面還要低。綜合原材料費用與施工費用，半柔性路面與瀝青路面造價相差不大。

⑵在造價與瀝青路面相近的情況下，半柔性路面可以顯著提高路面性能，延長使用壽命，因此半柔性路面材料的性價比很高。

⑶如果能夠規(guī)范施工操作流程，并實現(xiàn)機(jī)械化施工，半柔性路面的性價比又可以大幅提高。

三種半柔性路面的優(yōu)缺點如表2所示。

表2　三種路面的優(yōu)缺點對比

3　試驗路施工工法

本次半柔性路面試驗路位于縣道304線復(fù)線ZK11+ 828～ZK11+872，全長44m，路面寬度為6.2m，半柔性層厚度為10cm。試驗設(shè)為兩小段，在ZK11+848～ZK11+872處下面層的ATB中注漿；在ZK11+828～ZK11+848處舊水泥板經(jīng)碎石化壓實后注漿（兩種結(jié)構(gòu)如圖1所示）。兩種結(jié)構(gòu)均采用水泥凈漿，通過自流滲透方式注入大空隙ATB瀝青混凝土和原舊路面基層，經(jīng)養(yǎng)護(hù)形成了半柔性基層，如圖2和圖3所示。兩種施工方案的具體施工方法如下。

3.1下面層注漿結(jié)構(gòu)施工流程

半柔性基層施工主要由瀝青混合料的鋪筑和水泥膠漿的灌注兩個部分組成，施工流程如圖4所示。

3.1.1基體瀝青混合料的鋪筑

⑴基層準(zhǔn)備工作

鋪設(shè)面的基層應(yīng)當(dāng)具備平整、堅實、潔凈、干燥，高程和橫坡符合要求，不符合要求不得鋪筑基體瀝青混合料。在鋪筑基體瀝青混合料之前必須噴灑透層油，在透層油完全滲入基層后方可鋪筑。另外，如需要防止注入的水泥膠漿滲透到基體瀝青混合料鋪裝層以下的基層內(nèi)，鋪筑前要認(rèn)真檢查基層的密實情況，必要時可加設(shè)隔離層。

該試驗路下基層是由22cm厚的水泥舊板經(jīng)碎石化壓實而成，如圖5所示。在鋪筑基體瀝青混合料之前，先噴灑一層改性乳化瀝青透層油，如圖6所示。

⑵基體瀝青混合料拌制

基體瀝青混合料在瀝青拌和廠內(nèi)拌制，拌和設(shè)備可采用間隙式拌和機(jī)或連續(xù)滾筒式拌和機(jī)，其拌制過程與普通瀝青混合料基本一致。拌和時需要嚴(yán)格控制瀝青用量與拌和溫度，溫度的確定主要由瀝青的粘度決定。

⑶基體瀝青混合料的攤鋪與碾壓

基體瀝青混合料的攤鋪與瀝青路面施工工藝基本一致，現(xiàn)場鋪筑包括放樣、攤鋪、整平和碾壓等工序，采用熱拌熱鋪并碾壓成型，鋪筑中要嚴(yán)格控制骨架空隙率、平整度等方面的質(zhì)量管理，選擇合適的壓實機(jī)械和碾壓次數(shù)?；w瀝青混合料的鋪設(shè)以低噸位雙鋼輪壓路機(jī)為宜，碾壓分為初壓（1～2遍）、復(fù)壓（2～3遍）、終壓（1～2遍）?；w瀝青路面成型后，冷卻至50℃以下，并防止砂石、臟物等附在路面上堵塞空隙，影響水泥膠漿的注入效果。

該試驗路基體瀝青混合料為ATB，瀝青含量為3.7%，穩(wěn)定度為10.71kN，流值為3.4mm，厚度為10cm?；w瀝青混合料ATB的攤鋪和碾壓如圖7所示。

3.1.2水泥膠漿的拌制和注入

⑴水泥膠漿的制作

利用試驗測得的基體瀝青混合料連通空隙率計算水泥膠漿的用量，考慮10%的膠漿損失率，再根據(jù)水泥膠漿的配比計算出各組成材料的用量。通常使用水泥砂漿拌和機(jī)現(xiàn)場制作水泥膠漿，不同組成材料的加料順序一般為：水—水泥—外加劑，充分?jǐn)嚢柚敝了嗄z漿均勻混合。細(xì)砂的公稱粒徑應(yīng)小于0.6mm?？筛鶕?jù)工程規(guī)模，選用專門適用水泥膠漿制作和注入的移動式拌和設(shè)備車進(jìn)行施工，也可以購買滿足性能要求的商品砂漿。

該試驗路選用的是硅酸鹽P.O425R早強(qiáng)水泥，水膠比為0.85。外加劑選用TW-3（F）早強(qiáng)高效減水劑和AEA混凝土膨脹劑，外加劑用量分別為2%和10%。

⑵水泥膠漿的灌注

準(zhǔn)備完畢后，將設(shè)計用量的水泥膠漿盡快注漿，一般應(yīng)在攪拌后的5～15min內(nèi)使用，若超過時間，應(yīng)當(dāng)再次充分?jǐn)嚢杈鶆?，或廢棄。注漿時，應(yīng)將水泥膠漿反復(fù)在基體瀝青混合料鋪裝層表面攤鋪，使用橡膠路耙反復(fù)拖拉使其自然滲透。當(dāng)路面有較大縱向坡度時，要從低處向高處灌注膠漿，以防止水泥膠漿因為快速流動而造成滲透效果不好。為了幫助膠漿滲透，要及時采用小型振動設(shè)備碾壓幫助滲透，使膠漿能充分均勻地滲入基體骨架空隙中。

下面層注漿結(jié)構(gòu)試驗路全長24m，路面寬度為6m，基體瀝青混合料厚為10cm，水泥用量為2.1t，平均水泥用量約為14.6kg/m2。

3.1.3表面處理

滲透完畢后，用橡膠路耙將殘余在瀝青路面表面上的水泥砂漿清除干凈，以暴露出基體瀝青混凝土表面的凹凸不平為宜，防止水泥膠漿殘留在鋪裝面上，影響路面外觀，并降低半柔性路面的抗滑性能?？稍谒嗄z漿灌注完畢，在初凝前將表面清理干凈；也可將緩凝劑噴灑在路表面上，最后在內(nèi)部水泥膠漿終凝以前將表面的砂漿用水沖洗干凈。這樣既可以保證下層水泥漿體的強(qiáng)度，又能保證路表面色澤的均勻性。

3.1.4養(yǎng)生

對注入水泥膠漿后的路面要進(jìn)行一定時間的灑水養(yǎng)生，保持路面水分，待膠漿硬化至一定強(qiáng)度后即可開放交通。養(yǎng)生時間視膠漿的性質(zhì)而定，通常2～3d后便可開放交通，如在砂漿中使用早強(qiáng)水泥或摻加早強(qiáng)劑，則可望在數(shù)小時后開放交通。開放交通前的一般養(yǎng)生時間，可參見表3。

表3　半柔性路面開放交通時間表

3.1.5注意事項

下面層注漿施工工法較為復(fù)雜，施工過程中一般應(yīng)注意如下幾點：

⑴要控制好基體瀝青混合料中瀝青用量，瀝青用量過大，會在基體瀝青混合料面層底部出現(xiàn)積油現(xiàn)象，影響水泥膠漿的注入深度。

⑵基體瀝青混合料的攤鋪和壓實，要嚴(yán)格控制混合料的均勻、壓實度和平整度，保證基體瀝青混合料具有合適的空隙率和均勻的空隙結(jié)構(gòu)，否則會對水泥膠漿的灌注產(chǎn)生較大影響，水泥膠漿未充盈的路面位置會形成軟弱點。

⑶基體瀝青混合料的碾壓以鋼輪壓路機(jī)為宜，膠輪壓路機(jī)易使空隙阻塞。

⑷水泥膠漿的灌注施工必須在路面溫度降至50℃以下，否則過高的溫度會使膠漿迅速硬化，且容易蒸發(fā)膠漿中水分，使膠漿迅速失水，不利于膠漿強(qiáng)度的形成。

⑸要注意初期嚴(yán)格封閉交通，并防止雨水沖刷和污物阻塞孔隙。

⑹水泥膠漿的灌注要迅速，一次撒足灌注量，盡量避免在開始硬化后二次補(bǔ)料。注漿后應(yīng)將多余的膠漿迅速刮除，以保證半柔性路面擁有理想的表面構(gòu)造深度。

⑺選擇砂漿的類型時，冬季要考慮膠漿的強(qiáng)度增長時間，夏季則要避免砂漿過快硬化造成收縮裂縫。

⑻膠漿灌注完畢后，要保持路面水分充足，及時灑水養(yǎng)生，避免膠漿硬化過程中缺水造成收縮裂縫。

3.2基層注漿結(jié)構(gòu)施工流程

3.2.1舊水泥板處理

該試驗路舊水泥板采用碎石化，并用壓路機(jī)壓實處理，處理后再注入水泥膠漿作為基層使用。處理后的舊板應(yīng)當(dāng)平整、堅實、潔凈、干燥，高程和橫坡符合要求。

3.2.2水泥膠漿的拌制和注入

水泥膠漿拌制和注漿要點同3.1.2。該段試驗路選用的是硅酸鹽P.O425R早強(qiáng)水泥，水膠比為0.9。試驗路全長20m，路面寬度為6m，舊板厚度為22cm，水泥用量為1t，平均水泥用量約為8.3kg/m2。

3.2.3養(yǎng)生

對注入水泥膠漿后的路面要進(jìn)行一定時間的灑水養(yǎng)生，保持路面水分，待膠漿硬化后即可開放交通。

4　試驗路質(zhì)量檢驗

4.1試驗路取芯

半柔性路面注漿后，持續(xù)數(shù)天定時灑水養(yǎng)生，10天后對試驗路段進(jìn)行取芯，如圖14所示。下面層注漿結(jié)構(gòu)試驗路段取芯的位置及芯樣編號如圖15所示，其中芯樣A、D高度約為14cm，芯樣B、C高度約為10cm，如圖16所示。在對基層注漿結(jié)構(gòu)試驗路段取芯時，發(fā)現(xiàn)基層注漿深度約為3～5cm，但由于水泥膠漿的強(qiáng)度尚未完全形成，取出的芯樣容易碎裂，因此未對基層注漿結(jié)構(gòu)試驗路段芯樣進(jìn)行檢測。

4.2芯樣檢驗結(jié)果

4.2.1外觀檢驗

通過對芯樣側(cè)面和截面的觀察（如表4所示），可以看出：

⑴芯樣A、B的瀝青混合料粗集料嵌擠成為骨架結(jié)構(gòu)，空隙適中，孔結(jié)構(gòu)較好，灌注效果也較好，水泥膠漿可以灌注到瀝青混合料底部；

⑵芯樣C、D的瀝青混合料粗集料也嵌擠成為骨架結(jié)構(gòu)，但是細(xì)集料過多，空隙過少，灌注效果較差。

表4　芯樣側(cè)面和截面圖及其說明

4.2.2馬歇爾試驗

對芯樣進(jìn)行尺寸加工，符合瀝青路面馬歇爾試驗（T0710—2011）尺寸要求。除芯樣B加工成2個馬歇爾試件以外，其余芯樣均加工成1個馬歇爾試件。對5個試件進(jìn)行馬歇爾試驗，結(jié)果如表5所示。

表5　芯樣馬歇爾試驗結(jié)果

芯樣馬歇爾試驗結(jié)果表明：

⑴芯樣A、B瀝青混合料具有適宜的孔結(jié)構(gòu)，水泥膠漿灌注效果較好。兩芯樣穩(wěn)定度和流值的平均值為14.9kN和4.7mm。相比室內(nèi)實驗ATB的試驗數(shù)據(jù)（穩(wěn)定度10.71kN，流值3.4mm），灌注水泥膠漿后，路面的馬歇爾穩(wěn)定度提高了1.4倍。

⑵芯樣C、D瀝青混合料中，細(xì)集料過多，填充了粗集料之間的空隙，水泥膠漿灌注效果較差，兩芯樣穩(wěn)定度和流值的平均值為5.3kN和5.0mm，低于室內(nèi)實驗ATB的試驗數(shù)據(jù)。

5　結(jié)語

半柔性路面結(jié)構(gòu)層試驗段經(jīng)過實際運營，至今快滿四年，使用效果良好。經(jīng)跟蹤檢測和結(jié)果分析，證實半柔性路面結(jié)構(gòu)可以提高瀝青路面的高溫穩(wěn)定性、低溫抗裂性，尤其是對抵抗永久性變形有較大的改善。能夠適用普通公路車轍現(xiàn)象較為嚴(yán)重的地段，能有效解決路面在車輛荷載作用下產(chǎn)生的車轍問題，起到延長路面使用壽命、節(jié)約投資的效果。

［1］徐旺興.關(guān)于半柔性復(fù)合路面結(jié)構(gòu)設(shè)計的探討［J］.福建建設(shè)科技，2009（4）.

［2］徐曉峰.半柔性路面的施工工藝及其應(yīng)用的探討［J］.黑龍江交通科技，2010（7）.

［3］潘武清.淺談半柔性路面的性能特點及發(fā)展概況［J］.山西建筑，2009（12）.

［4］陳成.高速公路隧道路面半柔性結(jié)構(gòu)的研究［D］.重慶交通大學(xué)，2011.

［5］王偉鵬.半柔性復(fù)合路面材料與結(jié)構(gòu)研究［D］.長沙理工大學(xué)，2012.