王 濤，李成棟，彭浩然，譚洋洋，于 新

(1.山東路易達(dá)交通科技有限公司 臨沂市 276000； 2.臨沂市城市道路管理處 臨沂市 276000；3.河海大學(xué) 南京市 210098)

灌入式半柔性路面作為道路車(chē)轍病害的新處治方法，是在大空隙瀝青混合料路面中灌注水泥基材料，形成的一種半柔半剛性路面[1]。重點(diǎn)研究不同空隙率下的灌入式半柔性路面在不同溫度、不同荷載條件下的抗車(chē)轍性能[2]，并與傳統(tǒng)SMA-13路面材料比較，結(jié)合研究結(jié)論提出更合理的評(píng)價(jià)指標(biāo)。

1 材料與試驗(yàn)方法

1.1 材料

為研究灌入式半柔性路面材料性能，首先要制備大空隙瀝青混合料后再進(jìn)行灌漿料的灌注，大空隙瀝青混合料在試驗(yàn)室拌和，原材料有SBS改性瀝青、玄武巖粗集料(10～15mm、5～10mm)、石灰?guī)r細(xì)集料(0～3mm)、礦粉，所有材料性能均滿足《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》(JTG F40-2004)的技術(shù)要求。水泥基灌漿料的基本性能滿足表1要求，根據(jù)研究，大空隙瀝青混合料作為母體混合料，推薦空隙率范圍為15%～30%，因此級(jí)配設(shè)計(jì)如表2所示，最佳油石比如表3所示。SMA-13瀝青混合料設(shè)計(jì)也按規(guī)范要求進(jìn)行。

表1 水泥基灌漿材料性能檢測(cè)結(jié)果

表2 瀝青混合料級(jí)配設(shè)計(jì)

表3 瀝青混合料最佳油石比結(jié)果

1.2 試驗(yàn)方法

目前并沒(méi)有規(guī)范的試驗(yàn)方法來(lái)評(píng)價(jià)灌入式半柔性路面材料的路用性能，相關(guān)研究認(rèn)為灌入式半柔性路面材料偏于柔性[3]，因此，采用瀝青混合料車(chē)轍試驗(yàn)來(lái)評(píng)價(jià)灌入式半柔性路面的高溫抗車(chē)轍性能。

眾多研究表明，動(dòng)穩(wěn)定度能較好地反映瀝青路面在高溫季節(jié)抵抗形成車(chē)轍的能力。一般情況下，車(chē)轍試驗(yàn)的試驗(yàn)溫度為60℃，輪壓為0.7MPa，本研究考慮到灌入式半柔性路面所應(yīng)用環(huán)境一般為重載高溫路段，因此還考慮不同溫度條件下(60℃、65℃、70℃、75℃、80℃)的車(chē)轍試驗(yàn)和不同荷載條件下(0.7MPa、0.9MPa、1.1MPa、1.3MPa、1.4MPa)的車(chē)轍試驗(yàn)。

根據(jù)《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》(JTG E20-2011)中的瀝青混合料試件制作方法(輪碾法)制備車(chē)轍試件，成型后用馬歇爾試模輕輕來(lái)回碾壓整平試件。待試件冷卻后用透明塑料布對(duì)試塊進(jìn)行包裹，并用膠帶進(jìn)行綁扎處理完畢后進(jìn)行灌漿處理。將車(chē)轍板試件養(yǎng)護(hù)28d后進(jìn)行車(chē)轍試驗(yàn)。

2 抗車(chē)轍性能研究分析

2.1 標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)條件下的車(chē)轍試驗(yàn)

選取瀝青混合料空隙率分別為15%、20%、25%和30%的灌入式半柔性路面材料進(jìn)行高溫車(chē)轍試驗(yàn)，灌漿材料的養(yǎng)護(hù)齡期為28d。灌入式半柔性路面材料的車(chē)轍試驗(yàn)結(jié)果如圖1所示。

圖1 灌入式半柔性路面材料和SMA-13混合料的動(dòng)穩(wěn)定度

由圖1可知，灌入式半柔性路面材料的動(dòng)穩(wěn)定度明顯高于SMA-13瀝青混合料，當(dāng)空隙率為20%～30%時(shí)，灌入式半柔性路面的動(dòng)穩(wěn)定度約為SMA混合料的5～6.5倍，高溫抗車(chē)轍性能明顯提高。分析原因認(rèn)為由于剛性灌漿料的灌入，因此灌入式半柔性路面的剛度變大，改變了大空隙瀝青混合料的結(jié)構(gòu)形式，車(chē)輛荷載作用下具有較強(qiáng)的抗車(chē)轍性能。

為分析灌入式半柔性路面抗車(chē)轍性是否是由于灌漿料的增加而提高的論點(diǎn)，本項(xiàng)目對(duì)不同空隙率下的灌入式半柔性路面材料進(jìn)行抗壓強(qiáng)度和抗壓回彈模量試驗(yàn)，灌入式半柔性路面材料的齡期為28d，灌漿材料抗壓強(qiáng)度為40MPa，試件的規(guī)格為直徑100mm±2.0mm，高度為100mm±2.0mm，加載速率為2mm/min，結(jié)果如表4所示。并對(duì)動(dòng)穩(wěn)定度和抗壓回彈模量進(jìn)行相關(guān)性分析，結(jié)果如表5所示。

表4 不同空隙率灌入式復(fù)合路面材料

表5 動(dòng)穩(wěn)定度和抗壓回彈模量的相關(guān)性分析

結(jié)果表明，不同空隙率下的動(dòng)穩(wěn)定度和灌入式半柔性路面抗壓回彈模量線性相關(guān)系數(shù)為0.994，大于置信區(qū)間系數(shù)0.95，表明灌入式半柔性路面的抗車(chē)轍性能是由于灌漿料的增加，使得荷載作用下半柔性路面的抗壓強(qiáng)度增加而引起的。

2.2 不同溫度條件下的車(chē)轍試驗(yàn)

普通車(chē)轍試驗(yàn)溫度一般為60℃，本項(xiàng)目考慮灌入式半柔性路面多用于抗車(chē)轍道路，路面溫度較高的情況，因此將研究中的試驗(yàn)溫度變?yōu)?0℃、65℃、70℃、75℃、80℃，加載輪壓為0.7MPa，模擬得到不同溫度下的車(chē)轍試驗(yàn)，動(dòng)穩(wěn)定度試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖2。

圖2 不同溫度條件下灌入式半柔性路面材料動(dòng)穩(wěn)定度

從圖2可以看出，隨著試驗(yàn)溫度的提升，灌入式半柔性路面的動(dòng)穩(wěn)定度下降，表明灌入式半柔性路面的抗車(chē)轍性能隨路面溫度的升高而降低。對(duì)于空隙率為15%和20%的灌入式半柔性路面，當(dāng)路面溫度小于75℃時(shí)，動(dòng)穩(wěn)定度下降不明顯，僅為11.47%和11.54%。空隙率為25%和30%時(shí)，動(dòng)穩(wěn)定度下降率分別僅為9.7%和8.9%。為分析溫度對(duì)動(dòng)穩(wěn)定度的影響程度，對(duì)不同空隙率下的溫度和動(dòng)穩(wěn)定度進(jìn)行相關(guān)性分析，相關(guān)系數(shù)а為0.95，結(jié)果如表6。

表6 不同空隙率下的溫度和動(dòng)穩(wěn)定度相關(guān)性分析

由表6可知，溫度與灌入式半柔性路面的相關(guān)系數(shù)均小于0.95的顯著水平，表明溫度對(duì)半柔性路面的影響不顯著。這是由于灌漿料的灌入改變了灌入式半柔性路面的柔性流變特性，隨著空隙率的增加，“剛性”越來(lái)越明顯，因此不受溫度的影響。

2.3 不同荷載條件下的車(chē)轍試驗(yàn)

由于灌入式半柔性路面多用于重載路段，因此考慮加載輪壓為0.7MPa、0.9MPa、1.1MPa、1.3MPa、1.4MPa，得到的不同荷載條件下車(chē)轍動(dòng)穩(wěn)定度試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖3所示。

圖3 不同荷載條件下灌入式半柔性路面材料動(dòng)穩(wěn)定度

從圖3可以發(fā)現(xiàn)，隨著加載壓力的增大，不管何種大空隙瀝青混合料空隙率條件下，其動(dòng)穩(wěn)定度都呈現(xiàn)逐漸降低的趨勢(shì)，表明灌入式半柔性路面抵抗車(chē)轍變形的能力在下降，但其動(dòng)穩(wěn)定度值均大于10000次/mm，表明灌入式半柔性路面在重載條件下依舊具有良好的抗車(chē)轍性能。

2.4 基于壓實(shí)變形的動(dòng)穩(wěn)定度修正

根據(jù)研究結(jié)果可知，灌入式半柔性路面的動(dòng)穩(wěn)定度都在10000次/mm以上，已有研究表明，當(dāng)材料的動(dòng)穩(wěn)定度≥10000次/mm時(shí)，直接通過(guò)我國(guó)現(xiàn)行車(chē)轍試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算出的動(dòng)穩(wěn)定度與平滑法處理得出的數(shù)據(jù)有較大偏差，而且車(chē)轍試驗(yàn)時(shí)次數(shù)對(duì)應(yīng)的車(chē)轍深度應(yīng)綜合考慮混合料的壓密變形和固結(jié)變形的總量。

動(dòng)穩(wěn)定度試驗(yàn)時(shí)，忽略了壓實(shí)過(guò)渡期的變形，因壓實(shí)過(guò)渡期變形也屬于永久變形，最終也會(huì)直觀地反映為在路面上形成車(chē)轍。在對(duì)灌入式半柔性路面動(dòng)穩(wěn)定度的測(cè)試過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，灌入式半柔性路面的車(chē)轍深度主要產(chǎn)生在碾壓前45min，45min后的車(chē)轍深度基本趨于穩(wěn)定，即在隨后的15min碾壓過(guò)程中，灌入式半柔性路面混合料的永久變形量變化不大。由此計(jì)算出灌入式半柔性路面的車(chē)轍動(dòng)穩(wěn)定度偏大，因此對(duì)車(chē)轍試驗(yàn)的動(dòng)穩(wěn)定度應(yīng)綜合考慮混合料的壓密變形和固結(jié)變形的總量。為使車(chē)轍試驗(yàn)更好地評(píng)價(jià)灌入式半柔性路面抗車(chē)轍性能，對(duì)動(dòng)穩(wěn)定度進(jìn)行修正，結(jié)果如下：

(1)

式中：C—試件的穩(wěn)定度修正指數(shù)，次/mm2；

d1—車(chē)轍試驗(yàn)中試件在45min(t1)時(shí)的變形大小，mm；

d2—車(chē)轍試驗(yàn)中試件在60min(t2)時(shí)的變形大小，mm；

C1，C2——試驗(yàn)機(jī)修正系數(shù)。

按照上式重新計(jì)算修正的動(dòng)穩(wěn)定度，并采用MTS810試驗(yàn)機(jī)測(cè)試灌入式半柔性路面的勁度模量指標(biāo)，該指標(biāo)能更準(zhǔn)確體現(xiàn)灌入式半柔性路面的抗車(chē)轍性能，得到的試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表7所示。

表7 不同空隙率灌入式半柔性路面測(cè)試結(jié)果

通過(guò)繪制動(dòng)穩(wěn)定度和穩(wěn)定度修正指數(shù)與勁度模量的關(guān)系，并進(jìn)行線性回歸，得出關(guān)系曲線如圖4。

圖4 綜合穩(wěn)定指數(shù)、動(dòng)穩(wěn)定度與勁度模量關(guān)系

從圖4以看出，綜合穩(wěn)定指數(shù)與車(chē)轍動(dòng)穩(wěn)定度變化趨勢(shì)一致，都是隨著空隙率的增大而逐漸增大；同時(shí)綜合穩(wěn)定指數(shù)和車(chē)轍動(dòng)穩(wěn)定度與勁度模量呈現(xiàn)線性關(guān)系，其中動(dòng)穩(wěn)定度與勁度模量的相關(guān)系數(shù)為0.9242，綜合穩(wěn)定指數(shù)與勁度模量的相關(guān)系數(shù)為0.9940，說(shuō)明采用綜合穩(wěn)定指數(shù)比現(xiàn)有基礎(chǔ)上車(chē)轍試驗(yàn)得到的動(dòng)穩(wěn)定度評(píng)價(jià)混合料的高溫穩(wěn)定性更加合理。

3 結(jié)論

灌入式半柔性路面動(dòng)穩(wěn)定度是SMA-13混合料動(dòng)穩(wěn)定度的5～6.5倍，具有優(yōu)越的抗車(chē)轍性能，且隨著母體大空隙瀝青混合料空隙率增大，高溫抗車(chē)轍性能不斷提高，數(shù)據(jù)分析表明灌入式半柔性路面的抗車(chē)轍性能主要是由于灌漿料的貢獻(xiàn)。溫度對(duì)于灌入式半柔性路面的抗車(chē)轍性能沒(méi)有顯著的影響，而荷載影響顯著?？紤]壓實(shí)變形后的動(dòng)穩(wěn)定度修正系數(shù)比動(dòng)穩(wěn)定度指標(biāo)評(píng)價(jià)灌入式半柔性路面混合料的高溫穩(wěn)定性能更合理。