查睿， 趙延慶*， 付國志， 董冠一

(1.大連理工大學(xué) 交通運(yùn)輸學(xué)院， 遼寧 大連 116024； 2.大連理工大學(xué) 土木工程學(xué)院)

水基聚合物材料SRX(Solifix romix 以下簡稱SRX)是以多種壓力敏感性樹脂、高強(qiáng)抗老化樹脂聚合而成的特殊聚合物溶液，是水泥和瀝青之外另一種重要的道路膠結(jié)材料。SRX材料可溶于水并以水為傳導(dǎo)媒介均勻分散到穩(wěn)定材料表面，經(jīng)有效壓實(shí)和水分揮發(fā)過程，在固體材料顆粒表面形成有機(jī)黏膜，利用顆粒間的嵌擠作用形成膠結(jié)整體。SRX穩(wěn)定碎石材料主要用于瀝青面層的下承層，屬于柔性基層。SRX穩(wěn)定碎石基層對上層傳遞來的荷載分散，保證其結(jié)構(gòu)不受破壞，相比于半剛性基層，避免了頻繁的路基路面維修，大大降低了養(yǎng)護(hù)成本。

目前國內(nèi)外專家對SRX穩(wěn)定材料進(jìn)行了一定的研究。蔣應(yīng)軍等采用垂直振動法成型試件，并研究了SRX穩(wěn)定碎石含水率的變化規(guī)律與含水率對穩(wěn)定碎石干化抗壓強(qiáng)度的影響；張敏江等在分析SRX穩(wěn)定基層材料力學(xué)性能的基礎(chǔ)上，研究了SRX柔性基層瀝青路面結(jié)構(gòu)力學(xué)響應(yīng)的規(guī)律，并驗證SRX穩(wěn)定材料作為路面基層的可行性；袁素平等結(jié)合SRX穩(wěn)定材料在實(shí)際工程中的應(yīng)用，對SRX穩(wěn)定材料的施工工藝和造價進(jìn)行了研究；Iyengar等研究了SRX穩(wěn)定碎石基層的物理、化學(xué)及機(jī)械碾壓特性，并通過實(shí)際工程狀況對SRX穩(wěn)定基層進(jìn)行了可行性分析；Tandon等研究了SRX材料的技術(shù)特性并在沙漠地區(qū)進(jìn)行了應(yīng)用。由于SRX穩(wěn)定碎石在道路工程中還未得到廣泛應(yīng)用，其路用性能還未得到研究人員的充分認(rèn)識。鑒于此，該文對不同摻量的SRX穩(wěn)定碎石的力學(xué)性能以及0.5%SRX摻量下SRX穩(wěn)定碎石的收縮特性、高溫穩(wěn)定性和抗水損害性能進(jìn)行研究，為SRX穩(wěn)定碎石在道路工程的應(yīng)用推廣提供參考。

1 試驗材料

試驗用SRX溶液為Soilfix VR4，相關(guān)技術(shù)指標(biāo)及檢測結(jié)果見表1。集料選用灰?guī)r，粗集料壓碎值為13.4%，粗、細(xì)集料及礦粉的相對密度見表2。

表1 SRX溶液檢測結(jié)果

表2 各檔集料相對密度

依據(jù)JTG/T F20—2015《公路路面基層施工技術(shù)細(xì)則》確定SRX級配碎石的顆粒組成范圍，SRX穩(wěn)定碎石的級配曲線如圖1所示。依據(jù)JTG E40—2007《公路土工試驗規(guī)程》擊實(shí)試驗方法，擊實(shí)曲線如圖2所示，由圖2可以確定SRX穩(wěn)定碎石的最佳含水量為4.1%，最大干密度為2.318 g/cm3。

圖1 SRX穩(wěn)定碎石級配

圖2 擊實(shí)試驗結(jié)果

2 SRX穩(wěn)定碎石的路用性能

2.1 SRX穩(wěn)定碎石的力學(xué)性能

無側(cè)限抗壓強(qiáng)度(UCS)和加州承載比(CBR)是道路材料的基本力學(xué)性能指標(biāo)，其中，CBR是柔性基層瀝青路面設(shè)計最重要的設(shè)計和驗收指標(biāo)。為了研究SRX穩(wěn)定碎石的力學(xué)性能，采用靜壓法制備不同SRX摻量的試件，SRX摻量分別為0.5%、1.0%和1.5%(質(zhì)量比)，分別在齡期為7、28、90和180 d下進(jìn)行UCS試驗和CBR試驗。

2.1.1 無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗

UCS試驗根據(jù)JTG E51—2009《公路工程無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料試驗規(guī)程》進(jìn)行，試件尺寸為φ150 mm×150 mm，壓實(shí)度為100%，試件制備完成后放入養(yǎng)生室養(yǎng)生，養(yǎng)生溫度為30 ℃。養(yǎng)生結(jié)束后，在常溫水中浸泡24 h，然后進(jìn)行抗壓強(qiáng)度試驗。

不同摻量的SRX穩(wěn)定碎石的UCS與齡期的相關(guān)方程和相關(guān)系數(shù)如圖3所示。

圖3 UCS與齡期的關(guān)系曲線

由圖3可以看出:SRX穩(wěn)定碎石USC與養(yǎng)生齡期具有較好的相關(guān)性，UCS與養(yǎng)生齡期呈對數(shù)關(guān)系。在同一SRX摻量下，UCS隨齡期的增加而逐漸增長，在0～28 d內(nèi)強(qiáng)度增長較快，而后隨著試件內(nèi)水分的蒸發(fā)，含水率的降低，強(qiáng)度趨于平穩(wěn)，增幅變小。在7～28 d養(yǎng)生齡期內(nèi)，當(dāng)SRX摻量為0.5%～1.5%(以0.5%步長增長)時，SRX穩(wěn)定碎石的UCS分別增長了42.74%、20.24%、12.16%，說明在7～28 d養(yǎng)生齡期內(nèi)，隨SRX摻量的增加，養(yǎng)生齡期對SRX穩(wěn)定碎石UCS影響逐漸減少。

SRX穩(wěn)定碎石的UCS與SRX摻量的相關(guān)方程和相關(guān)系數(shù)如圖4所示。

圖4 UCS與SRX摻量的關(guān)系曲線

由圖4可以看出：UCS隨SRX摻量的增加近似線性增加，其中當(dāng)養(yǎng)生齡期為7 d時，UCS與SRX摻量的相關(guān)方程斜率最大，即UCS隨SRX摻量的增加幅度最大，表明在養(yǎng)生初期，SRX摻量對UCS的影響較大。

2.1.2 CBR試驗

CBR試驗根據(jù)JTG E40—2007《公路土工試驗規(guī)程》進(jìn)行。試件尺寸為φ150 mm×120 mm，壓實(shí)度為100%，試件制備完成后放入養(yǎng)生室養(yǎng)生，養(yǎng)生溫度為50 ℃，養(yǎng)生結(jié)束后，在常溫水中浸泡96 h，然后進(jìn)行CBR試驗，試驗結(jié)果如表3所示。JTG D50—2017《公路瀝青路面設(shè)計規(guī)范》中規(guī)定，對于極重、特重交通下的高速公路，級配碎石基層的CBR值大于200%。由表3可知：不同SRX摻量的穩(wěn)定碎石CBR值均大于250%。由此可見，SRX穩(wěn)定碎石可以滿足各交通等級下的CBR值要求。

表3 CBR試驗結(jié)果

圖5為SRX穩(wěn)定碎石的CBR值與養(yǎng)生齡期的相關(guān)曲線。

圖5 CBR值與齡期的關(guān)系曲線

由圖5可見：與UCS相同，CBR值與養(yǎng)生齡期也呈對數(shù)關(guān)系，在同一SRX摻量下，SRX穩(wěn)定碎石的CBR值隨養(yǎng)生齡期的增加而逐漸增加。在0～28 d，CBR值增長速率最快，28 d后CBR值逐漸趨于穩(wěn)定。在7～28 d養(yǎng)生齡期內(nèi)，當(dāng)SRX摻量為0.5%～1.5%(以0.5%步長增長)時，SRX穩(wěn)定碎石的CBR值分別增加了14.39%、17.37%、19.9%，說明在7～28 d養(yǎng)生齡期內(nèi)，隨著SRX摻量的增加，SRX穩(wěn)定碎石CBR值越來越受到齡期的影響。

圖6為SRX穩(wěn)定碎石的CBR值與 SRX摻量的相關(guān)曲線。

圖6 CBR值與摻量的關(guān)系曲線

由圖6可知：與UCS不同，CBR值并不隨SRX摻量的增加而增加，在同一養(yǎng)生齡期下，CBR值隨SRX摻量的增加呈現(xiàn)出先增后減的趨勢，當(dāng)SRX摻量大于1%時，CBR值隨SRX摻量的增加而降低。由此可以看出，SRX穩(wěn)定碎石的摻量并非越高強(qiáng)度越大，在實(shí)際工程中應(yīng)該結(jié)合不同施工路段的情況確定最佳摻入量。

2.2 SRX穩(wěn)定碎石收縮特性

試驗從干縮和溫縮兩個方面研究SRX穩(wěn)定碎石的收縮特性。試驗試件采用靜壓法成型，壓實(shí)度為100%，試件尺寸為100 mm×100 mm×400 mm，SRX原液的推薦添加量為0.5%(質(zhì)量比)，試件制備完成后放入養(yǎng)生室，養(yǎng)生溫度為30 ℃，養(yǎng)生期為7 d，養(yǎng)生結(jié)束后在常溫下浸泡24 h，然后進(jìn)行試驗。

2.2.1 干縮試驗

干縮試驗依據(jù)JTG E51—2009)《公路工程無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料試驗規(guī)程》進(jìn)行，試驗結(jié)果如圖7和表4所示。

圖7 SRX穩(wěn)定碎石干縮試驗結(jié)果

表4 SRX穩(wěn)定碎石干縮試驗最大值

由圖7所示：失水率、干縮量和干縮應(yīng)變隨齡期的增加均呈上升趨勢，在初始6 d內(nèi)，失水率、干縮量及干縮應(yīng)變均急劇上升，在6～17 d齡期內(nèi)均開始趨于平穩(wěn)，30 d后失水率、干縮量以及干縮應(yīng)變基本不變。干縮系數(shù)隨齡期增加而減小，在初始6 d內(nèi)由最大值114.594 5(×10-6)降至55.485 6(×10-6)，7～30 d齡期內(nèi)干縮系數(shù)下降速率減緩，逐漸開始保持穩(wěn)定，30 d之后干縮系數(shù)基本不變。

沙慶林指出，水泥穩(wěn)定類半剛性材料的干縮系數(shù)一般為19.1×10-5～64.9×10-5，而SRX材料的干縮系數(shù)為5.05×10-5～11.4×10-5，干縮系數(shù)遠(yuǎn)小于水泥穩(wěn)定類半剛性材料，說明SRX穩(wěn)定碎石的抗失水收縮性能較強(qiáng)。SRX穩(wěn)定碎石在6 d左右干縮變化逐漸穩(wěn)定，并且在7～30 d內(nèi)的干縮應(yīng)變上升幅度較小，說明SRX基層在養(yǎng)生期之后相當(dāng)長的時間內(nèi)收縮變形不大。

2.2.2 溫縮試驗

溫縮試驗依據(jù)JTG E51—2009《公路工程無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料試驗規(guī)程》進(jìn)行，試驗結(jié)果如表5所示。

表5 SRX穩(wěn)定級配碎石混合料溫縮

由表5可以看出：在-20～20 ℃，收縮變形隨溫度降低而逐漸增大，且在-10～-20 ℃區(qū)間收縮變形最大。沙慶林指出水泥類半剛性材料的溫縮系數(shù)為8×10-6～13×10-6，而SRX穩(wěn)定碎石材料則為2.99×10-6～4.73×10-6，在相同溫度下，SRX穩(wěn)定材料的溫縮系數(shù)遠(yuǎn)低于水泥穩(wěn)定半剛性穩(wěn)定材料。由此可見，SRX穩(wěn)定碎石材料具備良好的抗低溫收縮開裂性能。

2.3 SRX穩(wěn)定級配碎石高溫穩(wěn)定性

采用車轍試驗對SRX穩(wěn)定碎石的高溫穩(wěn)定性進(jìn)行評價。車轍試驗依據(jù)JTG E20—2011《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》進(jìn)行。SRX原液的推薦添加量為0.5%(質(zhì)量比)，采用輪碾法成型300 mm×300 mm×100 mm的板塊狀試件。試驗結(jié)果如表6所示。

表6 SRX穩(wěn)定碎石車轍試驗動穩(wěn)定度值

由表6可知：當(dāng)輪壓為0.7 MPa時，SRX穩(wěn)定碎石的動穩(wěn)定度為35 000次/mm以上，當(dāng)輪壓增加到1.4 MPa時，SRX穩(wěn)定碎石的動穩(wěn)定度為14 000次/mm以上，均大于JTG D50—2017《公路瀝青路面設(shè)計規(guī)范》中對各類瀝青混合料動穩(wěn)定度的要求值。由此可知，采用SRX穩(wěn)定碎石具有良好的高溫穩(wěn)定性，可有效減少和控制路面車轍的產(chǎn)生。

2.4 SRX穩(wěn)定級配碎石抗水損害性能

道路材料的抗水損害性能評價常采用浸水馬歇爾試驗和凍融劈裂試驗，然而浸水馬歇爾試驗有時會出現(xiàn)強(qiáng)度殘留度達(dá)到100%以上的情況，故該文采用凍融劈裂試驗評價SRX穩(wěn)定碎石的抗水損害性能。凍融劈裂試驗依據(jù)JTG E51—2009《公路工程無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料試驗規(guī)程》進(jìn)行。采用靜壓法成型φ150 mm×150 mm的圓柱體試件，壓實(shí)度為100%，依據(jù)相關(guān)規(guī)范，SRX原液的推薦添加量為0.5%(質(zhì)量比)，養(yǎng)生28 d，采用5次凍融循環(huán)方式。結(jié)果顯示:0.5%摻量的SRX穩(wěn)定碎石的殘留強(qiáng)度比(TSR)達(dá)到了88%，對比JTG D50—2017《公路瀝青路面設(shè)計規(guī)范》對各類瀝青混合料TSR要求，SRX穩(wěn)定碎石具有良好的抗水損害性能。

3 結(jié)論

(1) SRX穩(wěn)定碎石的UCS與養(yǎng)生齡期呈對數(shù)關(guān)系。在同一SRX摻量下，UCS隨齡期的增加而逐漸增長，在0～28 d齡期內(nèi)強(qiáng)度增長較快，而后強(qiáng)度趨于平穩(wěn)，增幅變小；UCS隨SRX摻量的增加近似線性增加。

(2) 不同SRX摻量的穩(wěn)定碎石的CBR值均大于250%，SRX穩(wěn)定碎石可以滿足各交通等級下的CBR值要求。CBR值與養(yǎng)生齡期呈對數(shù)關(guān)系。在同一養(yǎng)生齡期下，CBR值隨SRX摻量的增加出現(xiàn)先增后降的情況，當(dāng)SRX摻量大于1%時，CBR值隨SRX摻量的增加而降低。SRX穩(wěn)定碎石的摻量并非越高強(qiáng)度越大，在實(shí)際工程中應(yīng)該結(jié)合不同施工路段的情況確定最佳摻入量。

(3) 在養(yǎng)生6 d后，SRX穩(wěn)定碎石的干縮變化趨于穩(wěn)定，在30 d后，干縮應(yīng)變基本不變；SRX穩(wěn)定碎石的干縮系數(shù)和溫縮系數(shù)均遠(yuǎn)小于水泥穩(wěn)定類半剛性材料，具有良好的抗收縮性能。

(4) 輪壓為0.7 MPa和1.4 MPa時，SRX穩(wěn)定碎石的動穩(wěn)定度均大于規(guī)范對各類瀝青混合料動穩(wěn)定度的要求值，表明其具有良好的抗車轍能力；SRX穩(wěn)定碎石的殘留強(qiáng)度比(TSR)達(dá)到88%，具有良好的抗水損害性能。