賀果蒙，夏 永，徐金玉

（1四川成渝高速公路股份有限公司成渝分公司，四川成都 610000；2蘇交科集團(tuán)股份有限公司，江蘇南京 211112）

按照我國瀝青公路建造原則，瀝青公路通常由兩層組成：表面層的瀝青混合料和下層的不透水瀝青混合層。為了保證瀝青路面的排水性能，一般都會(huì)在兩層之間鋪設(shè)防水抗裂的粘結(jié)物料，中間的防水抗裂層通常得具備較低的空隙率，較高的抗疲勞能力、抗壓能力、抗剪切能力和粘結(jié)能力[1]。所以瀝青路面建造過程中的防水抗裂層的好壞直接關(guān)系到瀝青路面的排水和粘結(jié)效果。我國南方地區(qū)由于常年降雨量較大，造成我國公路常年浸泡在水中。在長期浸泡下，一旦防水抗裂層出現(xiàn)松動(dòng)，則雨水會(huì)直接進(jìn)入路面基層，長期的雨水侵襲會(huì)使地基松動(dòng)，從而造成嚴(yán)重的內(nèi)陷、塌方，直接威脅到人們的人身和財(cái)產(chǎn)安全[2-3]。因此在充分考量經(jīng)濟(jì)性能的前提下，探索防水抗裂層的粘結(jié)、防水及抗疲勞等功能，是提高瀝青路面整體使用性能和年限的必行之務(wù)。

1 防水抗裂方案設(shè)計(jì)及評(píng)價(jià)模型建構(gòu)

1.1 防水抗裂層聚合物配合比方案設(shè)計(jì)

以往的專家學(xué)者在瀝青路面設(shè)計(jì)中將更多關(guān)注點(diǎn)放在瀝青路面混合膠結(jié)料上，但是相比于混合膠的結(jié)料而言，瀝青混合料的配比選擇對(duì)路面防水抗裂效果才更加明顯[4]。因此對(duì)瀝青路面防水抗裂性能的研究，需要將更多的重點(diǎn)放在用料的配比選擇上。用料的級(jí)配選擇通過篩分選擇、馬歇爾試驗(yàn)及空隙率小于2%選擇共同決定。在具體選擇級(jí)配過程中，要根據(jù)路面建造環(huán)境和使用集料粒徑進(jìn)行選擇[5]。以AC-5密集作為研究級(jí)配指標(biāo)，按照《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》JTGE-20-2011進(jìn)行篩分選擇和馬歇爾試驗(yàn)，可得到三種基本的級(jí)配用料配比，見表1。

表1 加入SRX的三種篩分配通過率（%）Table 1 Distribution pass rate of three sieves added to the SRX(%)

表1三種級(jí)配選擇方案中都以SRX混合物原材料為中心進(jìn)行級(jí)配，SRX由于其可溶于水的特性，在瀝青路面鋪設(shè)過程中，其可以通過與水的融合形成一種膠結(jié)劑，將路面內(nèi)部的混合物充分融合形成一個(gè)整體，提高路面的防水抗裂效果。在篩分基礎(chǔ)上，對(duì)三種級(jí)配進(jìn)行馬歇爾試驗(yàn)，可得出表2基本結(jié)論。

表2 馬歇爾試驗(yàn)下的三種級(jí)配性能Table 2 Three gradation properties under Marshall test

表2是對(duì)三種級(jí)配進(jìn)行馬歇爾試驗(yàn)的結(jié)果，以確定最佳級(jí)配選擇。三種級(jí)配在馬歇爾試驗(yàn)之后，級(jí)配1表現(xiàn)雖然空隙率最小，但是其穩(wěn)定度和流值無法測定，如此一來其測量的范圍便會(huì)距離上下限較近，無法滿足瀝青路用要求。而級(jí)配2和3則表現(xiàn)出較高的吻合性，在此基礎(chǔ)上對(duì)級(jí)配2和3進(jìn)行滲水試驗(yàn)。

通過滲水試驗(yàn)就可以判定最終的最優(yōu)級(jí)配。滲水試驗(yàn)之后，可以通過對(duì)空隙率和滲水情況兩方面綜合評(píng)判級(jí)配性能[6]。首先試驗(yàn)后得出級(jí)配2的空隙率2.7%相較于級(jí)配3的1.5%而言較大，空隙率的大小直接決定了路面滲水量的多少，因此表現(xiàn)為級(jí)配3基本不滲水，而級(jí)配2出現(xiàn)滲水現(xiàn)象。所以配合比設(shè)計(jì)認(rèn)為級(jí)配3為研究擬采用最佳級(jí)配選擇。

1.2 防水抗裂層聚合物試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)

為了進(jìn)一步驗(yàn)證最優(yōu)級(jí)配結(jié)果，引入震動(dòng)擊實(shí)CBR值，對(duì)三種級(jí)配進(jìn)行垂直振動(dòng)擊實(shí)，驗(yàn)證三種級(jí)配在擊實(shí)條件下，路面內(nèi)部材料結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定程度[7]。CBR值與混合料中SRX聚合物原材料參量之間的關(guān)系可表示為公式（1）。

公式（2）表示每增加一元的SRX，CBR的提升率結(jié)果。其中Yi為表示第i級(jí)別下的材料費(fèi)用，考慮到瀝青路面建設(shè)現(xiàn)狀，在具體經(jīng)濟(jì)性計(jì)算過程中通常以20cm/m2計(jì)。為了進(jìn)一步驗(yàn)證路面用料混合物在失水情況下的收縮性能，在現(xiàn)有CBR基礎(chǔ)上增加了室內(nèi)養(yǎng)生測試，測試方法如圖1所示。

公式（1）表示在第 個(gè)級(jí)配條件下每增加1%的SRX，CBR值的提升率結(jié)果，CBR值提升率越高，表明第i個(gè)級(jí)配條件下，瀝青路面的內(nèi)部結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性越好。i為參量級(jí)別，共分為0.1%、0.3%、0.5%、0.8%和1.0%五個(gè)級(jí)別。Pi表示第i級(jí)別下的CBR值。li表示第 級(jí)別下的SRX參量。路面建設(shè)是多種insulting綜合作用的結(jié)果，在此過程中不僅要考慮CBR值結(jié)果，還應(yīng)著重關(guān)注道路建設(shè)的經(jīng)濟(jì)要素。因此在CBR與SRX關(guān)系中引入價(jià)格要素，計(jì)算每增加一元的SRX聚合物對(duì)CBR值的影響關(guān)系如公式（2）所示。

按照?qǐng)D1所示，設(shè)定聚合物中的SRX參量為0.5%，以規(guī)格為100mm的正方體為試件，對(duì)三種級(jí)配進(jìn)行試驗(yàn)。分別計(jì)算第i次的失水率ωi、觀測干縮率δi、干縮應(yīng)變?chǔ)舏及干縮系數(shù)αdi值，如公式（3）所示。

為了實(shí)現(xiàn)綠色施工，需要做好以下方面的工作：（1）將施工場地和非施工場地進(jìn)行隔離，以減少施工過程中對(duì)周圍動(dòng)植物產(chǎn)生的影響；（2）需要對(duì)施工產(chǎn)生的廢棄物進(jìn)行回收，并派專職人員進(jìn)行施工廢棄物檢查與處理，對(duì)可回收利用部分進(jìn)行再利用，確保最大程度發(fā)揮其作用，減少施工垃圾，達(dá)到綠色施工的目的[3]。

5．試做填空。聽力材料播放完后，學(xué)生要進(jìn)行歸納總結(jié)，判斷是否聽懂并明白大概意思，在明白的基礎(chǔ)上，作相關(guān)方面的練習(xí)，以修正學(xué)生的聽力，提升他們對(duì)學(xué)習(xí)材料的理解。

圖1 干縮試驗(yàn)過程示意圖Fig.1 Schematic diagram of dry shrinkage test

（4）選擇適宜間距的導(dǎo)向裝置緊貼試件表面，握住刀具，使刀垂直于試樣表面，對(duì)刀具均勻施力，并以均勻的切割速度移動(dòng)刀具，使其在涂層上形成規(guī)定的切割數(shù)。所有切割都應(yīng)劃透至基材表面；

公式（3）中，mi表示在第i次測試當(dāng)中試件的質(zhì)量值，以g為單位；Xi,j表示第i個(gè)測試值中的第j個(gè)測試千分表的讀數(shù)，以單位mm計(jì)；I表示標(biāo)準(zhǔn)試件的長度，以單位mm計(jì)算；mp表示標(biāo)準(zhǔn)試件的烘干衡量，以g計(jì)。在失水收縮基礎(chǔ)上，通過從高溫到低溫改變溫度變化，觀察混合物的試件長度變化，結(jié)合干縮系數(shù)ai計(jì)算第i個(gè)溫度下的平均混合物收縮應(yīng)變度εi，以驗(yàn)證混合物的耐溫效果，計(jì)算公式如（4）所示。

他說，這筆經(jīng)費(fèi)屬于國民稅金（國庫資金），借了不還的話，原則上是觸犯了“詐騙罪”，但是一次的話，警察不會(huì)追究。如果多次借錢不還的話，那么，警察就會(huì)采取行動(dòng)。

在瀝青路面建造過程中，對(duì)路面的受力分析過程中，通常采用數(shù)值法和解析法。在分析相對(duì)復(fù)雜的混合物路面用材過程中，簡單的解析法是行不通的，因此研究采用數(shù)值分析法中的有限元分析方法[9]。首先，將瀝青路面混合結(jié)構(gòu)進(jìn)行離散化處理，將整體路面結(jié)構(gòu)進(jìn)行單元化處理，假定單元的位移分布，并建構(gòu)單元的位移模式。圖2所示是根據(jù)南方多雨氣候建構(gòu)的路面模型結(jié)構(gòu)。

第二天，老婆起床，眼圈居然有些泛青。顯然這一夜她也沒睡好。便站在寢室門口問：你是不是生病了？要不哪能連著兩宿這么咳嗽呢？有病趁早治，可別大意了，不行一會(huì)兒我陪你到醫(yī)院找個(gè)專家看看吧。

公式（5）為瀝青路面在浸水前后的質(zhì)量損失度（%）。其中，mi、mj分別代表試驗(yàn)前后測試樣本的烘干質(zhì)量（g）。在進(jìn)行以上測試過程中，仍需要對(duì)瀝青路面的抗剪程度進(jìn)行測試，從而保證剪切的速率，保證瀝青路面建造過程中路面內(nèi)部的層間的穩(wěn)定程度，計(jì)算公式為：

公式（6）為瀝青路面抗剪強(qiáng)度，路面的抗剪強(qiáng)度由剪切力F和剪切面積S之比決定。其中剪切面積為上述馬歇爾試件中的橫截面面積，以m2計(jì)算。

1.3 防水抗裂層有限元分析模型建構(gòu)

公式（4）中，li為i度區(qū)間內(nèi)測試混合物的平均長度結(jié)果（cm）；L0為試件的參照初始長度；ti為測試時(shí)控制第i溫度內(nèi)的溫度變化區(qū)間。除了必要的失水收縮和耐溫性能測試之外，抗水損特性也是瀝青路面建造過程中的關(guān)鍵要素[8]。為了驗(yàn)證瀝青路面長期浸泡在水中的抗水侵和抗沖刷性能，研究通過對(duì)比浸水前后的車轍質(zhì)量損失度加以分析。其中涉及到的計(jì)算公式為：

圖2 南方多雨地區(qū)的路面模型圖Fig.2 Pavement model of rain-fed areas in the south

其次在原有離散結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上根據(jù)力學(xué)特性建構(gòu)一個(gè)剛性矩陣，如圖3所示。網(wǎng)格建構(gòu)中位移的計(jì)算采用ABAQUS軟件作為計(jì)算工具，該軟件具有精準(zhǔn)計(jì)算網(wǎng)格中的種子的位移和應(yīng)力情況能力[10]。瀝青路面有限元分析中的完全積分，采用高斯積分可以實(shí)現(xiàn)最為精確的多項(xiàng)式計(jì)算。由于瀝青防水抗裂層的復(fù)雜性，研究在多種網(wǎng)格模型中選擇了六面體網(wǎng)格模型，通常采用六面體剛性矩陣建構(gòu)單元計(jì)算式可分為中性軸算法和進(jìn)階算法兩種，算法建構(gòu)如圖3所示。圖3中（a）、（b）分別為規(guī)則六面體在中性軸算法和進(jìn)階算法分析下的結(jié)果。通過兩種算法的模型對(duì)比可知，圖3（a）中中性軸算法的網(wǎng)格與種子之間的擬合效果較低，但是其生成的種子關(guān)系在網(wǎng)格中會(huì)呈現(xiàn)較為規(guī)則的形態(tài)。且其網(wǎng)格的質(zhì)量較高，不會(huì)因種子劃分的精細(xì)程度有所改變。相比之下進(jìn)階算法中種子的劃分程度會(huì)導(dǎo)致網(wǎng)格發(fā)生扭曲現(xiàn)象，網(wǎng)格的質(zhì)量不能夠得到保證，且網(wǎng)格與種子之間的擬合程度較高，會(huì)在一定程度上削弱種子變化的整體效應(yīng)[11]。綜合對(duì)比下，研究將中性軸算法作為參數(shù)計(jì)算模型。矩陣結(jié)構(gòu)之后最后計(jì)算單元應(yīng)力，利用ABAQUS軟件對(duì)路面結(jié)構(gòu)進(jìn)行應(yīng)力對(duì)比分析，計(jì)算模型如圖4所示。

圖3 六面體網(wǎng)格算法示意圖Fig.3 Schematic illustration of hexahedral grid algorithm

圖4 應(yīng)力計(jì)算模型中裂縫的位置圖示Fig.4 The location of cracks in the stress calculation model

圖4（a）、（b）分別為應(yīng)力計(jì)算下分析所得的裂縫位置結(jié)果。通過應(yīng)力計(jì)算可以得出瀝青路面在設(shè)置和不設(shè)置防水層條件下路面的荷載性能。路面荷載性能的變化能夠直接反應(yīng)防水抗裂層的抗剪壓能力，荷載性能越好則表明其抗剪壓能力越好，瀝青路面的防水抗裂路用性能就越好[12]。

給夏小凡拍的這張相片，是高志明的最后一張流動(dòng)攝影作品。1981年初秋，因?yàn)槲椿槠薷赣H的關(guān)系，高志明終于成為城區(qū)春風(fēng)照相館的一名正式職工。那些活潑的湖村姑娘，以及他悄悄注目過的少女，夏小凡，如醉湖上的波光，在之后的日子里，隨嶄新的生活和忙碌的工作，漸漸淡去。

2 模型使用性能評(píng)測

2.1 防水抗裂層經(jīng)濟(jì)效應(yīng)評(píng)測

按照篩分和馬歇爾試驗(yàn)對(duì)已經(jīng)選定的三種級(jí)配進(jìn)行分析，得出如圖5所示級(jí)配結(jié)果，礦粉比為31.5：67.5：1.0，礦料比為2.36：4.75：2.36。在如此配比情況下，可以看出現(xiàn)有合成級(jí)配能夠合理控制在上下限之間，穩(wěn)定在中值附近，表明合成級(jí)配配比性能較優(yōu)。

圖5 級(jí)配礦粉粗細(xì)程度對(duì)比Fig.5 Comparison of the thickness of graded mineral powder

表3中表現(xiàn)的是在合成級(jí)配條件下，與同等條件下的其他兩種級(jí)配的經(jīng)濟(jì)性能比較結(jié)果。通過經(jīng)濟(jì)性能分析對(duì)比可知，相比于水泥穩(wěn)定碎石基層瀝青路面結(jié)構(gòu)而言，加入SRX聚合物的基層路面結(jié)構(gòu)整體厚度減少29 mm，且平均單價(jià)降低28.17元，在極大縮減基層結(jié)構(gòu)厚度的條件下，較大程度上節(jié)約了建造成本。

表3 選定級(jí)配條件下路面結(jié)構(gòu)經(jīng)濟(jì)性能比較Table 3 Comparison of economic performance of pavement structures under selected grading conditions

2.2 防水抗裂層防疲勞效應(yīng)評(píng)測

圖6為路面防疲勞效應(yīng)評(píng)測結(jié)果。其中圖6（a）為應(yīng)力水平和荷載作用次數(shù)關(guān)系，圖6（b）為疲勞試驗(yàn)結(jié)果。從圖6（a）中可以看出，隨著荷載作用頻率的增加，應(yīng)力水平都出現(xiàn)明顯增加。其中瀝青碎石的應(yīng)力水平顯著高于同等頻率下的優(yōu)質(zhì)砂、劣質(zhì)砂和水泥，其平均荷載作用次數(shù)在6次左右，相較于優(yōu)質(zhì)砂、劣質(zhì)砂和水泥，平均荷載作用次數(shù)分別提高1次、1.5次和3次，表明研究提高的瀝青防水抗裂層具有較高的抗壓能力。從圖6（b）可以看出，相較于普通結(jié)合料類的基層路面而言，加入SRX聚合物的混合基層路面結(jié)構(gòu)荷載作用次數(shù)范圍為5～7，相較于優(yōu)質(zhì)砂、劣質(zhì)砂和水泥對(duì)應(yīng)的荷載作用次數(shù)范圍為4～5.5、3.5～5、2～4而言，其起點(diǎn)較高，且荷載終點(diǎn)也較高，表明其抗疲勞強(qiáng)度更強(qiáng)。

圖6 路面防疲勞效應(yīng)評(píng)測結(jié)果Fig.6 Evaluation results of anti-fatigue effect on pavement

2.3 防水抗裂層抗壓效應(yīng)評(píng)測

圖7為路面抗壓CBR強(qiáng)度提升率測試結(jié)果。從圖7中可以看出，隨著SRX聚合物的加入，路面結(jié)構(gòu)的CBR值的提升率會(huì)不斷增加。且當(dāng)整體SRX的摻量為0.3%和0.5%時(shí)，其CBR值相對(duì)較高，平均CBR值提升率高達(dá)13%左右。而SRX參量為0.8%和1.0%時(shí)，其CBR值平均增長率在0.9%左右。由此可見SRX聚合物的摻量在0.3%和0.5%時(shí)，其CBR值提升最大。但是隨著SRX的增加，摻量達(dá)到0.5%和0.8%時(shí)，其抗壓強(qiáng)度CBR值不會(huì)出現(xiàn)較大增幅。

圖7 路面抗壓性能評(píng)測結(jié)果Fig.7 Evaluation of Pavement Comp performance

3 結(jié)論

由于我國南方地區(qū)多雨，長期的雨水沖刷侵襲對(duì)我國南方公路瀝青公路的建造及維護(hù)提出了較大挑戰(zhàn)。為了提高我國南方地區(qū)瀝青路面的防水抗裂性能，研究引入馬歇爾試驗(yàn)、高溫車轍試驗(yàn)、室內(nèi)模擬、浸水試驗(yàn)、抗剪切試驗(yàn)及三維模型建構(gòu)對(duì)級(jí)配進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證瀝青路面防水抗裂混合物料級(jí)配選定的最優(yōu)化。在多種試驗(yàn)及模型檢測之后，研究提出的摻加SRX混合防水抗裂層的經(jīng)濟(jì)性能平均單位價(jià)格降低28.17元，同時(shí)建造厚度減少29cm，級(jí)配經(jīng)濟(jì)效應(yīng)得到提高；在經(jīng)受同等壓力條件下平均荷載作用頻率高達(dá)6次之多，顯著高于同等條件下的其他級(jí)配荷載量；當(dāng)SRX摻量為0.3時(shí)其CBR值最高，平均CBR值提高13%左右。但由于防水抗裂層本身是一個(gè)10～15 cm厚的隔離層，其具體施工無法控制，因此還需在施工落實(shí)技術(shù)上進(jìn)行研究，提高瀝青路面防水抗裂實(shí)效性。