陳亞春，駱道銀，張冬生，熊子佳，鄧成，洪錦祥

（江蘇蘇博特新材料股份有限公司，江蘇 南京 211103）

0 引言

半柔性路面是在大空隙瀝青混合料基體中灌入流動性較好的水泥基灌漿材料，它以瀝青膠漿的凝膠結(jié)構(gòu)、水泥漿體的晶體及膠凝體兩者共同組合在一起，形成典型的雙重網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)系，是一種將柔性的母體瀝青混合料和剛性的水泥漿體組合而成的復(fù)合材料。半柔性路面材料抗車轍能力遠(yuǎn)高于瀝青路面，而其抗裂能力、行車舒適性又優(yōu)于水泥混凝土路面。另外，半柔性路面材料具有耐油、耐酸、耐熱、耐水、抗滑和易著色等特性。半柔性路面材料應(yīng)用極為廣泛，可用于十字路口、公交車專用道、長大縱坡路段、機場道面、港口碼頭、收費站等車轍嚴(yán)重的道面。其不僅適于車轍病害路面的處置維修，也可用于新建路面。

國內(nèi)外對半柔性路面材料的研究主要集中在灌漿料和整體的基本性能的研究上，對半柔性材料瀝青基體的研究較少。凌天清等以半柔性路面中的水泥砂漿為研究對象，提出符合要求的素水泥砂漿配合比。胡曙光等研究了水膠比、砂膠比、減水劑對水泥膠漿工作性能的影響。王巍等以半柔性路面材料灌注所需的水泥膠漿為研究對象，采用正交試驗法研究了水膠比、砂種類、砂膠比、膨脹劑摻量等不同因素對水泥膠漿性能的影響。IL等通過研究半柔性材料的實驗室性能表明半柔性路面材料的強度和耐久性優(yōu)于熱拌瀝青混合料。對于半柔性路面中起著骨架、聯(lián)接的作用的瀝青混合料基體，其空隙率、穩(wěn)定度等對灌漿率和漿體固化后半柔性材料的性能有著重要影響。因此，探討瀝青混合料基體空隙率對半柔性路面的力學(xué)強度有著重要的意義。

通過SCB試驗探究了不同空隙率基體混合料半柔性試件的斷裂能，得出最佳空隙率值。在最佳空隙率條件下對比了半柔性路面材料SFP-13、SMA-13、AC-13這三種不同的路面材料，通過車轍試驗、低溫小梁彎曲和凍融劈裂試驗，探究了半柔性路面材料的高低溫性能和抗水損害性能。

1 試驗原材料和方法

1.1 原材料

（1）SBS 瀝青

選用江陰泰富瀝青有限公司的I-D型SBS改性瀝青。其基本性能指標(biāo)見表1。試驗結(jié)果滿足JTG F40—2004《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》的要求。

（2）礦料

采用的玄武巖集料和石灰石礦粉，由南京天印市政工程材料有限公司提供?；局笜?biāo)按JTG E42—2005《公路工程集料試驗規(guī)程》進(jìn)行測試，集料的基本性能均滿足JTG F40—2004《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》的要求。

（3）灌漿料

表1 SBS瀝青基本性能

采用江蘇蘇博特新材料股份有限公司的生產(chǎn)的JGM半柔性路面專用灌漿料，水料比為0.3，用高速攪拌機攪拌2 min即可。其基本性能如表2所示。該灌漿料具有超早強、高流態(tài)、低收縮等特性。

1.2 試驗方法

表2 半柔性路面專用灌漿料性能指標(biāo)

（1）半圓彎拉試驗。采用旋轉(zhuǎn)壓實儀成型直徑為150 mm，高為150 mm的圓柱體試件。灌漿后在標(biāo)養(yǎng)室（溫度20℃，濕度90%）中養(yǎng)生3 d。將試件切割成直徑為150 mm，厚度為50 mm的半圓形試件，在試件中部預(yù)切15 mm的裂縫切口。試驗溫度為25℃，加載速率為50 mm/min。

（2）車轍試驗。按照J(rèn)TG E20-2011《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》的要求成型車轍板試件，尺寸為300 mm×300 mm×50 mm。半柔性試件需向瀝青混合料基體車轍板中灌注JGM半柔性路面專用灌漿料，放入標(biāo)養(yǎng)室（溫度20℃，濕度90%）中養(yǎng)生3 d。用QCZ-2型全自動車轍試驗儀測試動穩(wěn)定度和最大車轍深度。試驗溫度為60℃，輪壓為0.7 MPa，橡膠輪碾壓速度為（42±1）次/min。

（3）低溫小梁彎曲試驗。采用IPC UTM-30型試驗機，通過低溫彎曲試驗測定瀝青混合料的低溫性能。按照J(rèn)TG E20-2011《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》的要求，將輪碾成型的車轍板用切割機制成尺寸為250 mm×30 mm×35 mm的棱柱體，作為瀝青混合料小梁試件。試驗溫度為-10℃，加載速率為50 mm/min。半柔性試件需向瀝青混合料基體車轍板中灌注JGM半柔性路面專用灌漿料，放入標(biāo)養(yǎng)室（溫度20℃，濕度90%）中養(yǎng)生3 d。

（4）水穩(wěn)定性試驗。按照J(rèn)TG E20-2011《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》的要求用擊實法成型小馬歇爾試件，通過測試凍融劈裂強度比評價瀝青混合料抗水損害性能。半柔性試件需向瀝青混合料基體馬歇爾中灌注JGM半柔性路面專用灌漿料，放入標(biāo)養(yǎng)室（溫度20℃，濕度90%）中養(yǎng)生3 d。

2 試驗結(jié)果與分析

2.1 SCB試驗

通過調(diào)整不同粒徑集料占比，得到不同空隙率的瀝青混合料基體。通過SCB實驗，計算得到不同空隙率材料的斷裂能，以此表征半柔性材料能夠承受變形做功的能力。實驗加載方式和試件破壞如圖1所示，實驗結(jié)果如圖2所示。

圖1 SCB試件破壞

圖2 空隙率與斷裂能的關(guān)系曲線

由圖2可知，空隙率與斷裂能曲線可分為三個階段，其中空隙率為10%～14%為第一階段，此區(qū)間的試件由于空隙率較小，灌漿料難以灌入，斷裂能主要由具有彈性性質(zhì)的瀝青混合料基體提供，因此其斷裂能較大?？障堵蕿?4%～24%為第二階段，此區(qū)間的試件隨著空隙率的增大，灌漿料在試件中的占有率增大，而起主要膠連作用的仍為瀝青混合料基體中的瀝青膠體，因此其斷裂能隨空隙率的增大緩慢減小?？障堵?4%～27%為第三階段，此區(qū)間的試件空隙率較大，灌漿料灌注率較高，斷裂能隨空隙率的增大急劇減小，說明此時剛性的灌漿料占主導(dǎo)地位，試件容易發(fā)生脆斷。因此，為平衡材料的剛?cè)嵝?，并保證灌漿率，選用24%為合適的空隙率值。

基于以上試驗，設(shè)計半柔性瀝青混合料瀝青基體級配見表3，油石比為3.4%，空隙率為24%。

2.2 路用性能

表3 半柔性路面材料SFP-13瀝青混合料基體級配

為了便于對比，將SMA-13與AC-13兩種常用的瀝青混合料與半柔性路面材料SFP-13進(jìn)行對比。探究了三種不同材料的高低溫性能和抗水損害性能。

2.2.1 高溫穩(wěn)定性試驗

采用常規(guī)車轍試驗，在60℃試驗溫度條件下，通過車輪的往返運動，對材料施加壓實、剪切、推移和流變作用，模擬實際路面車輛車轍產(chǎn)生情況，更有效地反映出路面材料在高溫條件下抵抗塑性變形的能力。通過動穩(wěn)定度和車轍深度評價不同種路面材料的高溫穩(wěn)定性能。車轍試驗結(jié)果見表4。

由表4可知，SMA-13和AC-13均有較好的抗車轍效果，其動穩(wěn)定度都能滿足一般路面的指標(biāo)要求。半柔性路面材料SFP-13的動穩(wěn)定度達(dá)到了萬次的量級，且車轍深度明顯較小，說明半柔性材料SFP-13具有較好的高溫穩(wěn)定性，能充分滿足更嚴(yán)苛的特殊路段抗車轍的要求。

2.2.2 低溫抗裂性試驗

在-10℃試驗條件下，采用三點彎曲進(jìn)行低溫小梁試驗，探究材料的低溫勁度模量、抗彎拉強度和彎曲應(yīng)變能密度，從而評價路面材料的低溫抗裂性能。試驗結(jié)果見表5。

表4 不同路面材料的動穩(wěn)定度測試結(jié)果

表5 不同路面材料低溫小梁彎曲測試結(jié)果

由表5可知，半柔性路面材料SFP-13的抗彎拉強度和彎曲勁度模量均較大，這是因為固化后的灌漿料在瀝青混合料基體中形成骨架作用，相比于SMA-13和AC-13來說強度有提升。另一方面由于半柔性瀝青混合料基體為大空隙瀝青混合料，其骨料間的鉸接作用仍由瀝青膠漿提供，半柔性路面材料SFP-13仍具有一定的柔性。因此，半柔性路面材料SFP-13能適應(yīng)低溫地區(qū)對路面的抗裂性要求。

2.2.3 抗水損性試驗

凍融劈裂試驗是對試件進(jìn)行凍融處理后，對試件施加作用力，使試件內(nèi)部呈受拉狀態(tài)，試件由于水分進(jìn)入導(dǎo)致材料內(nèi)部的粘結(jié)力不足以抵抗外加荷載而破壞，模擬路面水損害的實際情況，以此來評價路面材料的抗水損害性能。試驗溫度為25℃，加荷速度為50 mm/min，實驗結(jié)果見表6。

表6 不同瀝青混合料TSR值

由表6可知，半柔性路面材料SFP-13的劈裂抗拉強度明顯較大，說明灌漿料的骨架作用對材料的強度有改善。由于SFP-13中瀝青混合料基體空隙由灌漿料填充，其空隙率較小，加之灌漿料中的水泥在凍融進(jìn)程中存在進(jìn)一步水化作用，增強了灌漿料的強度，提高了灌漿料與瀝青膠漿的連接力。因此，SFP-13的劈裂強度比較大，具有較好的抗水損性能。

3 工程應(yīng)用

2017年7月半柔性路面在常州懷德中路、通江南路等路段BRT車道實現(xiàn)了工程應(yīng)用，鋪裝面積達(dá)1萬m2。本工程采用江蘇蘇博特新材料股份有限公司生產(chǎn)的JGM半柔性路面專用灌漿料，用SFP-13的級配，現(xiàn)場空隙率為24%。路面結(jié)構(gòu)為8 cm半柔性路面上面層，中面層為7 cm AC-20的高模量瀝青混凝土層。路面至今已使用1年，無車轍無裂縫，使用性能好。

4 結(jié)論

通過正交試驗探究了不同篩孔通過率對半柔性路面瀝青混合料基體空隙率和穩(wěn)定度的影響，并通過試驗研究了半柔性路面材料的性能，主要結(jié)論如下：

（1）通過SCB實驗為平衡材料的剛?cè)嵝?，并保證灌漿率，選用24%為合適的空隙率值。

（2）半柔性材料SFP-13動穩(wěn)定度為39 375次/mm，比普通瀝青混合料具有更好的高溫穩(wěn)定性。能充分滿足更嚴(yán)苛的特殊路段抗車轍的要求。

（3）半柔性路面的低溫彎拉強度較大，最大彎拉應(yīng)變?yōu)? 562 με，與普通瀝青混合料相當(dāng)。劈裂抗拉強度比為93%，具有較好的抗水損害性能。