嚴守靖， 王洋洋， 謝林林，王曉陽

(浙江省交通運輸科學研究院 道路工程研究所， 浙江 杭州 311305)

1 引言

半柔性路面是由多相材料組成的一種剛柔并濟的復合路面，其中，固相材料來自于瀝青混合料，液相材料來源于水泥膠漿。研究表明：半柔性路面不僅具有較好的抵抗荷載作用的能力，而且高溫穩(wěn)定性能、抗水損害性能也優(yōu)于普通瀝青混凝土路面，同時具有耐油、耐酸和易著色等特性。因此，近年來受到各個國家的廣泛推廣和使用。

眾所周知，半柔性路面具有大空隙(20%～28%)，從而使其具有極好的排水和降噪性能。能有效緩解雨水對于路面的沖刷，減少城市道路在雨天的交通事故率，降低車輛的噪聲污染，因此，在南方城市道路得到廣泛的使用。其次，半柔性路面的高溫性能和抗滑性能遠遠高于普通的瀝青混凝土路面，因此，在城市道路的十字路口和停車場，以及飛機場廣泛地使用半柔性路面。此外，半柔性路面還具有很好的耐腐蝕性，近年來，在加油站附近和機場路亦得到大規(guī)模的使用。

目前，半柔性路面的研究主要集中在半柔性路面的結構設計、新型灌漿材料、半柔性路面的力學特性和路用性能，而對于半柔性路面實際施工中灌漿深度的控制，以及不同灌漿深度的路用性能衰變特性研究鮮有報道。該文采用瀝青混合料CAVF設計法對半柔性路面材料進行級配設計，對預留不同灌漿深度的標準馬歇爾試件進行灌漿試驗，經(jīng)過標準的養(yǎng)護期后，對其路用性能進行測試。得到預留不同灌漿深度半柔性路面的路用性能衰變規(guī)律，找到最佳的預留灌漿深度，為半柔性路面預留灌漿深度和路用性能預估提供參考。

2 母體混合料設計

2.1 瀝青

瀝青選用SBS(I-D)改性瀝青，瀝青性能依據(jù)JTG E20-2011《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》進行試驗檢測，結果見表1。

表1 SBS(I-D)改性瀝青性能測試結果

2.2 集料

集料包括粗集料、細集料和礦粉，其中粗細集料為玄武巖，集料性能指標依據(jù)JTG E42-2005《公路工程集料試驗規(guī)程》進行試驗檢測，結果見表2。

表2 集料性能

2.3 水泥膠漿

水泥膠漿對半柔性路面的影響較大，因此，水泥膠漿不僅要具有較高的流動度，而且能提供足夠高的承載力。該文試驗使用普通硅酸鹽42.5級水泥，水泥膠漿的性能指標檢測按照《半柔性路面應用技術指南》中要求進行檢測，結果見表3。

表3 水泥膠漿性能

2.4 母體混合料級配設計

采用CAVF設計法對半柔性路面材料進行級配設計,級配采用SFAC-13，母體混合料各檔礦料通過率如表4所示。

表4 瀝青混合料各檔礦料通過率

續(xù)表4

篩孔徑/mm通過率/%篩孔徑/mm通過率/%161000.37.513.295.00.155.54.7520.00.0753.5

2.5 母體混合料技術性能

母體混合料的最佳瀝青用量采用謝倫堡析漏和肯塔堡飛散試驗確定，其技術性能包括空隙率、表觀相對密度、流值和穩(wěn)定度，結果見表5。

表5 母體混合料技術性能

3 不同預留灌漿深度的半柔性路面性能

3.1 預留不同的灌漿深度

半柔性路面灌漿預期的預留深度，該文以SFAC-13級配的最大公稱粒徑(13.2 mm)為最大預留深度，以20%的預留深度梯度遞減，6組預留深度變化如表6所示，每一組預留深度值制備2個標準馬歇爾試件。

表6 預留灌漿深度

考慮到每個標準馬歇爾試件的高度不同，為使每一組試件的高度差按照表6的預留深度進行，因此，該文以63.5 mm高度為基準，用切割機切出預留深度，如圖1所示。

圖1 標準馬歇爾試件預留灌漿深度

3.2 試件灌漿試驗

灌漿試驗前將切割好的標準馬歇爾試件固定在水泥振動臺上，拌制水泥膠漿，在90 s內(nèi)邊灌漿邊振動，使水泥膠漿充分灌入試件的連通空隙。灌注完成后，用橡膠耙將試件表面多余的水泥漿體擦除，直至露出粗骨料，經(jīng)過7 d的標準養(yǎng)護后，對試件進行切割觀察，可以明顯看出試件的連通空隙已經(jīng)被水泥膠漿全部灌滿，試件灌漿試驗和灌漿效果如圖2所示。

圖2 試件灌入水泥膠漿

3.3 馬歇爾穩(wěn)定度

馬歇爾穩(wěn)定度是反映路面材料抵抗變形的能力，母體混合料在灌注水泥膠漿以后，其穩(wěn)定度得到了大幅度的提升，但在不同的預留灌漿深度下，其穩(wěn)定度衰變趨勢如圖3所示。

研究表明：未灌漿的母體混合料路面材料的穩(wěn)定度大約為8 kN，而經(jīng)過灌漿以后的半柔性路面材料的穩(wěn)定度不低于25 kN，是未灌漿的母體混合料的3倍。由圖3可知：不同預留灌漿深度的半柔性路面材料，其穩(wěn)定度隨著預留深度的增加而減少，最后在預留深度達到10.56 mm以后趨于穩(wěn)定。整體的穩(wěn)定度減少了4.216 kN，整體衰變程度為14.44%，其中衰變率最大值出現(xiàn)在0～2.64 mm的預留深度段，衰變率為6.59%。

圖3 不同預留灌漿深度下的穩(wěn)定度

3.4 高溫穩(wěn)定性能

半柔性路面的高溫穩(wěn)定性通常采用動穩(wěn)定度來表征，反映高溫抗車轍的能力，不同預留灌漿深度的SFAC-13半柔性路面材料，經(jīng)過7 d的標準養(yǎng)護后，其動穩(wěn)定度和車轍深度變化如圖4所示。

圖4 車轍試驗曲線

由圖4可知：半柔性路面材料的動穩(wěn)定度并不是隨著預留灌漿深度的增加而減少。試驗發(fā)現(xiàn)，預留灌漿深度為0～7.92 mm時，動穩(wěn)定度逐漸增加，并且在7.92 mm時達到峰值42 000次/mm；預留灌漿深度超過7.92 mm后，動穩(wěn)定度急劇下降，并且當預留灌漿深度達到13.2 mm時，其動穩(wěn)定度僅為9 333次/mm，不滿足《半柔性路面應用技術指南》中對于半柔性路面材料動穩(wěn)定度的規(guī)定(>1 000次/mm)。此外，由圖4(b)可以發(fā)現(xiàn)：預留灌漿深度的增加，初始的車轍深度增長越快，但最終的車轍深度卻不是呈現(xiàn)線性增長，在7.92 mm時車轍深度最小。表明半柔性路面材料的高溫穩(wěn)定性能不是水泥膠漿灌入越多越好，而是預留灌漿深度為7.92 mm，灌漿率為98.495%時的高溫穩(wěn)定性能最好。

3.5 低溫性能

針對半柔性路面材料的低溫性能評價，目前沒有統(tǒng)一的評價方法，常用低溫彎曲試驗、低溫劈裂試驗和低溫蠕變試驗。該文采用低溫彎曲試驗，在-10 ℃的條件下，不同灌漿深度下的低溫抗拉強度衰變趨勢如圖5所示。

圖5 低溫抗彎拉強度

由圖5可知：半柔性路面材料的低溫抗彎強度隨著預留灌漿深度的增加而逐漸減少，并在預留灌漿深度達到10.56 mm以后趨向于穩(wěn)定。整體的抗彎拉強度減少了1.425 MPa，整體衰變程度為20.19%，其中衰變率最大值出現(xiàn)在0～2.64 mm的預留深度段，衰變率為6.16%。

3.6 水穩(wěn)定性能

半柔性路面材料的水穩(wěn)定性能通常采用凍融循環(huán)劈裂試驗進行評價。有研究表明，半柔性路面材料具有很好的水穩(wěn)定性。由凍融循環(huán)劈裂試驗結果(圖6)可以看出：隨著預留灌漿深度的增加，凍融前后試件的劈裂強度逐漸降低，在預留灌漿深度為0～7.92 mm階段，劈裂強度衰減較快，在7.92 mm以后衰減的速率減小并趨向于平緩。

由凍融劈裂強度比(TSR)曲線的變化可以發(fā)現(xiàn)，在預留灌漿深度為0～2.64 mm階段劈裂強度衰減速率最快，達到6.52%。但整體強度衰變?yōu)?2.12%，相對于馬歇爾穩(wěn)定度和低溫性能，半柔性路面材料的水穩(wěn)定性衰減程度最小，表明其抗水損害的能力很好。

3.7 抗滑性能

眾所周知，半柔性路面材料空隙很大(20%～28%)，從而具有很好的排水降噪性能。此外，有研究表明，半柔性路面材料表層的紋理構造較深，使其具有很好的抗滑性能，抗滑系數(shù)和構造深度大約是普通AC-13密級配路面材料的1.3～1.5倍。但半柔性路面材料預留不同灌漿深度時，其抗滑系數(shù)和構造深度產(chǎn)生了不同的變化。試驗結果見圖7。

圖6 凍融劈裂試驗結果

圖7 抗滑性能試驗結果

由圖7可知：由于滿灌時水泥膠漿填充了表面的開口空隙，因此抗滑系數(shù)(BPN)較低，相對于未滿灌時的BPN衰減了10.84%，而不同預留灌漿深度下的抗滑系數(shù)基本保持為82～85。此外，不同預留灌漿深度下的構造深度(MTD)卻呈線性增長?？紤]到車輛的高速運動和減速行駛時，其摩擦力主要由表面抗滑系數(shù)BPN決定，而未滿灌的半柔性路面材料的BPN保持在80以上，具有很好的抗滑性能。

4 結論

(1) 隨著預留灌漿深度的增加，半柔性路面材料的馬歇爾穩(wěn)定度、低溫性能和水穩(wěn)定性能發(fā)生了不同程度的衰變，其中馬歇爾穩(wěn)定度衰減了14.44%，低溫性能衰減了20.19%，水穩(wěn)定性能衰減了12.12%。

(2) 半柔性路面材料的馬歇爾穩(wěn)定度、低溫性能和水穩(wěn)定性能三者均在0～2.64 mm預留灌漿深度階段的衰減率最大，在超過7.92～10.56 mm預留灌漿深度后趨向于穩(wěn)定。此外，動穩(wěn)定度和車轍深度的轉(zhuǎn)折點也出現(xiàn)在7.93 mm的預留灌漿深度，在此預留深度下的動穩(wěn)定度最高，車轍深度最小。

(3) 半柔性路面材料的抗滑性能，除了滿灌狀態(tài)時的BPN較小，其余不同預留灌漿深度下的路面抗滑系數(shù)均保持在80以上。

(4) 從不同預留灌漿深度半柔性路面材料的馬歇爾穩(wěn)定度、低溫性能和水穩(wěn)定性能的衰變規(guī)律，高溫性能和抗滑性能的變化趨勢角度綜合考慮，SFAC-13半柔性路面材料的路用性能在預留灌漿深度為7.92～10.56 mm(灌漿率在98%～98.5%)時最佳。