于宏明，楊清塵

（1.重慶交通大學工程設計研究院有限公司，重慶 400074；2.重慶交通大學，重慶 400074）

0 引言

半柔性路面的路用性能相較于普通瀝青路面與混凝土水泥路面的優(yōu)點突出，隨著交通行業(yè)的發(fā)展，半柔性路面越來越多地應用在實際工程中，并且取得了相當可觀的成果[1]。大部分研究都在材料方面對于半柔性路面性能進行優(yōu)化，很少從實際出發(fā)來研究半柔性路面在實際應用中的性能。該研究依托于實際工程，從實際出發(fā)將SFAC-13與SFAC-20級配分別應用在上面層與中面層并利用有限元分析軟件abaqus，對彈性層狀體系模型在動態(tài)荷載作用下的響應進行模擬分析和校驗[2]，并將傳統(tǒng)SMA路面進行數值模擬分析，對比分析不同路面的受力與變形的特點。

1 半柔性混合料設計

1.1 基體瀝青混合料設計

基體瀝青混合料的設計是半柔性混合料設計的重要步驟。SFAC-13使用SBS I-C改性瀝青，SFAC-20使用70號A級基質瀝青，粗集料為玄武巖，細集料為石灰?guī)r，填料采用礦粉，經過原材料的指標測定試驗均滿足規(guī)范要求。目標級配如圖1、圖2。經試驗SFAC-13最佳油石比為3.7%，SFAC-20最佳油石比為3.4%。通過試驗得到目標配合比的性能試驗結果見表1。

表1 基體瀝青混合料試驗結果

圖1 SFAC-13基體瀝青混合料的配合比設計圖

圖2 SFAC-20基體瀝青混合料的配合比設計圖

1.2 水泥基膠漿的設計

參考相關文獻[3]，水泥采用華潤水泥（湛江）有限公司的P.C32.5R復合硅酸鹽水泥，粉煤灰采用廣東省化州市粵能化工實業(yè)有限公司生產的Ⅱ級粉煤灰，礦粉采用廣東省電白縣霞洞蘭蘭石米廠生產的礦粉，微硅灰采用四川某公司生產的微硅灰，減水劑采用減水率為27%的聚羧酸系高效減水劑。通過正交試驗最終確定膠漿的配合比以水泥為基礎：水泥100%，粉煤灰10%，微硅粉12%，礦粉15%，減水劑1.05%。水為所有膠凝材料總量的50%，水泥基膠漿的性能試驗結果見表2，滿足《道路灌注式半柔性路面技術規(guī)程》T/CECS G：D51-01—2019的要求。

表2 水泥基膠漿的性能試驗結果

2 半柔性路面路用性能試驗

2.1 馬歇爾及浸水馬歇爾試驗

參考相關文獻[4-5]，采用最佳油石比成型馬歇爾試件，進行灌漿。SFAC-13與SFAC-20級配馬歇爾及浸水馬歇爾試驗結果見表3、表4。試驗結果滿足《道路灌注式半柔性路面技術規(guī)程》T/CECS G：D51-01—2019的要求。

表3 馬歇爾試驗指標測定結果

表4 浸水馬歇爾試驗指標測定結果

基體瀝青混合料未灌漿之前，由于空隙率過大，所以馬歇爾穩(wěn)定度較小、流值偏大。水泥基膠漿的灌入，顯著地提高了馬歇爾穩(wěn)定度，使流值減小。

2.2 凍融劈裂試驗

依據《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》JTG E20—2011的試驗方法，采用最佳油石比成型馬歇爾試件，進行瀝青混合料凍融劈裂試驗，SFAC-13與SFAC-20級配試驗結果見表5。試驗結果滿足《道路灌注式半柔性路面技術規(guī)程》T/CECS G：D51-01—2019的要求。

表5 凍融劈裂試驗指標測定結果

灌漿后的基體瀝青混合料擁有極佳的水穩(wěn)性能。

2.3 小梁彎曲試驗

依據《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》JTG E20—2011中的試驗方法，采用最佳油石比成型小梁彎曲試件（尺寸5×5×30 cm，試驗溫度-10℃，加載速度10 mm/min），用彎拉強度與彎拉應變來檢驗低溫抗裂性能。SFAC-13與SFAC-20級配試驗結果見表6，滿足《道路灌注式半柔性路面技術規(guī)程》T/CECS G：D51-01—2019的要求。

表6 小梁彎曲試驗結果

2.4 高溫穩(wěn)定性檢驗

依據《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》JTG E20—2011中T0703—2011的試驗方法，采用最佳油石比成型車轍試件，檢驗混合料的高溫穩(wěn)定性。SFAC-13與SFAC-20級配車轍試驗結果如表7所示。由表中的數據可知滿足《道路灌注式半柔性路面技術規(guī)程》T/CECS G：D51-01—2019的要求。

表7 車轍試驗結果

灌漿后的基體瀝青混合料有著極好的高溫穩(wěn)定性，水泥基膠漿的灌入使瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性大大提高。

3 有限元分析

利用有限元分析軟件abaqus，對彈性層狀體系模型在動態(tài)荷載作用下的響應進行模擬分析。半柔性路面上面層為SFAC-13，中面層為SFAC-20。SMA路面上面層為SMA-13，中面層為SMA-20，參考當地舊路設計情況與相關文獻[6-7]得到路面結構組合形式如表8。

表8 路面結構材料和參數

3.1 模型的基本形式

研究模擬在0.7 MPa均布荷載作用下路面結構的應力與變形情況。路面結構是帶狀構造物，其縱向（行車方向）和深度方向可視為無限大，而橫向尺寸相對較小，但建模過程中無法將模型的尺寸取為無限大，因此需合理確定計算模型的尺寸，使其在保證計算精度的同時又不增加過多的計算量。建立道路模型為15 m×5 m的正方形，土基深度4.24 m，依據對稱原理建立1/2尺寸模型，即7.5 m×3 m的模型。如圖3所示。

圖3 半柔性路面結構有限元模型

3.2 輸出參數的選擇

模型的輸出參數必須能夠反映路面結構整體性能的變化，從半柔性路面抗車轍的角度出發(fā)，首先考慮的是能夠表征瀝青混合料的高溫性能。瀝青混凝土的路面結構內產生的應力以及豎向位移對于高溫車轍有著重要的影響，故選擇沿路體深度的最不利截面的應力變化與沿路面橫向的位移變化為輸出結果。

3.3 計算結果與數據分析

0.7 MPa均布荷載條件下應力沿最不利豎向截面的計算結果見圖4、圖5。

圖4 0.7 MPa均布荷載條件下水平方向應力

圖5 0.7 MPa均布荷載條件下豎直方向應力

0.7 MPa均布荷載條件下豎向位移沿路面橫向的計算結果見圖6。

圖6 0.7 MPa均布荷載條件下豎向位移

通過對結果分析得出，兩種路面不論水平應力還是豎直應力均主要集中在面層。經過對比分析，半柔性路面與SMA路面的應力沿豎向最不利截面的分布上擁有相同的分布規(guī)律，但是半柔性路面的最大應力都略小于SMA路面。半柔性路面的豎向位移要明顯地小于SMA路面，擁有更好的抗車轍能力。

4 結語

a）半柔性路面擁有極佳的路用性能，其性能都能很好地滿足規(guī)范的要求。

b）兩種路面的應力主要集中在面層，而半柔性路面擁有更好的力學性能，所以在整修的路段半柔性路面是較好的選擇。

c）在組合路面中，半柔性路面可以很好地發(fā)揮出自身的優(yōu)勢，通過模擬可以看出，在動荷載作用下，半柔性路面相較于SMA路面變形更小，結合試驗可以看出半柔性路面擁有更好的抗車轍能力。