孫耀鶴

（河南省交通檢測技術(shù)研究院有限公司，河南 鄭州 450000）

隨著經(jīng)濟(jì)提升，我國交通行業(yè)進(jìn)入一個(gè)高速發(fā)展的階段[1]，對道路行駛舒適性提出更高的要求[2]，目前，道路路面材料主要以熱拌瀝青混合料為主[3]，部分道路采用水泥混凝土路面，其中瀝青路面以施工便捷、行車平穩(wěn)舒適等優(yōu)點(diǎn)，受到廣泛推廣。瀝青是典型的粘彈性材料[4]，溫度敏感性高，高溫地區(qū)的瀝青路面受到車輛反復(fù)的動荷載，瀝青路面產(chǎn)生滑動和車轍，降低路面使用壽命，因此，國內(nèi)外學(xué)者提出灌入式半柔性路面材料[5]，該路面材料是指在大孔隙瀝青混合料（空隙率20%～30%）中[6]，灌入以水泥為主要材料的特種漿料，與集料間產(chǎn)生嵌擠作用，共同提高復(fù)合材料路面在高溫作用下抵抗變形的能力[7]。灌入式復(fù)合路面材料的高溫穩(wěn)定性能、低溫抗裂性能和抗滑耐磨能力性能有顯著提升[8]，然而特殊漿體在復(fù)合材料性能中起到關(guān)鍵性作用，本文通過復(fù)配不同漿體，采用UTM-25 試驗(yàn)機(jī)分別對不同的灌入式半柔性復(fù)合路面材料進(jìn)行四點(diǎn)彎曲疲勞性試驗(yàn)，對不同漿體的復(fù)合材料疲勞性能進(jìn)行對比，擬合疲勞壽命曲線圖。

1 試驗(yàn)材料與礦料級配

1.1 瀝青

灌入式復(fù)合路面材料在空隙率20%以上，其中集料中粗集料占比大，瀝青吸附面積小，應(yīng)使用性能優(yōu)異的瀝青以增加黏附性[9]，提高混合料的空隙率，本文采用SBS 改性瀝青Ⅰ-C 型，其檢測結(jié)果如表1 所示。

表1 SBS 改性瀝青試驗(yàn)結(jié)果

1.2 礦料

集料選用平頂山市石龍區(qū)石料廠玄武巖，礦粉選用石灰石礦粉，各項(xiàng)試驗(yàn)結(jié)果如表2、表3 所示。

表2 集料試驗(yàn)結(jié)果

表3 礦粉試驗(yàn)結(jié)果

依據(jù)集料碎石的篩分情況進(jìn)行合成級配，本文研究GRAC-13 型基底瀝青混合料，合成結(jié)果如表4 所示。

表4 GRAC-13 配合比設(shè)計(jì)

1.3 灌漿料

日本半柔性路面設(shè)計(jì)規(guī)范中，對灌漿料的性能提出目標(biāo)值，并以目標(biāo)值為設(shè)計(jì)目標(biāo)[10-11]，確定普通型灌漿料配合比，其配合比見表5。

表5 普通型灌漿料配合比

乳化瀝青砂漿（CA 砂漿），是在普通型灌漿料中加入乳化瀝青，利用水泥水化和乳化瀝青破乳后形成交織結(jié)構(gòu)，具有一定強(qiáng)度并且有彈性的復(fù)合漿料[12]，其配合比及性能如表6 所示。

表6 CA 型灌漿料配合比

2 灌入式半柔性路面材料疲勞性能研究

2.1 試驗(yàn)方法

疲勞試驗(yàn)一般分為三種類型:第一種是模擬路面實(shí)際狀態(tài)下在真實(shí)汽車輪胎碾壓作用下的疲勞試驗(yàn)，其中最常用的是美國AASHO 試驗(yàn)路，但其研究周期長，用時(shí)四年才完成試驗(yàn)。第二種是足尺路面結(jié)構(gòu)在模擬汽車行駛荷載作用下的疲勞試驗(yàn)，其中最常用的是小型加速加載設(shè)備等，該設(shè)備投資大，研究時(shí)間長。第三種是JTG E20-2011 規(guī)范中對瀝青混合料疲勞試驗(yàn)的要求，該方法快捷準(zhǔn)確，因此本文中所采用該方法對復(fù)合材料路面的疲勞壽命進(jìn)行評價(jià)。

依據(jù)JTG E20-2011 規(guī)范中對瀝青混合料的疲勞性能采用四點(diǎn)彎曲疲勞試驗(yàn)進(jìn)行評價(jià)，將不同灌漿料的GRAC-13 基底瀝青混合料進(jìn)行制樣[13]，如圖1 所示。

圖1 GRAC-13 基底瀝青混合料試樣

由溫度效應(yīng)理論可知，瀝青在高溫狀態(tài)下流動能力強(qiáng)，灌漿料中摻入不同種聚合物降低材料本身剛性強(qiáng)度可能最有效，因此在制樣過程中，選擇先將基地瀝青混合料制備完成后，采用可自由流體的灌漿料注入。

制樣過程：依據(jù)設(shè)計(jì)空隙率為25%，制作試樣，后將乳化瀝青水泥漿（CA 灌漿）與普通型灌漿料注入，養(yǎng)護(hù)成型，具有一定強(qiáng)度再切割成試驗(yàn)尺寸，如圖2 所示。

圖2 制備試樣

采用UTM機(jī)器進(jìn)行四點(diǎn)彎曲疲勞試驗(yàn)，選擇單向無側(cè)向抗壓，模具選擇試驗(yàn)的夾具頭，采用應(yīng)力控制模式，應(yīng)力比設(shè)置0.2、0.4、0.6、0.8，荷載是通過一根1.27cm 的加載壓條作用在試樣上，試驗(yàn)前預(yù)壓30 秒，預(yù)壓荷載2KPa，試驗(yàn)溫度15℃、30℃、45℃、60℃，記錄疲勞壽命次數(shù)[14-15]。

2.2 試驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)2.1 節(jié)中試驗(yàn)方法，對不同灌漿料的復(fù)合材料進(jìn)行疲勞試驗(yàn)，結(jié)果如表7 所示。

選用普通灌漿料、CA 灌漿料的對數(shù)疲勞壽命平均值進(jìn)行線性擬合，如圖3、圖4 所示。

由表7 可得出來乳化瀝青水泥灌漿料的疲勞壽命整體比普通水泥灌漿料高，這是由于乳化瀝青在破乳過程中，促進(jìn)水泥水化，與水泥水化產(chǎn)物形成交織網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，從而提高灌入式路面材料抗疲勞能力；同時(shí)，隨著溫度的升高，兩種灌漿料的疲勞壽命降低較大，最大降低54.5%，說明溫度對疲勞壽命影響較大，但摻入乳化瀝青的灌漿料后，最大降低51%，提高疲勞性能2%左右。

表7 不同灌漿料的復(fù)合材料疲勞壽命

由圖3、圖4 可得出應(yīng)力比與對數(shù)疲勞壽命存在線性關(guān)系，且乳化瀝青水泥灌漿料的疲勞壽命整體高于普通型灌漿料，同時(shí)隨著溫度升高，疲勞壽命降低明顯，從45℃至60℃時(shí)，下降速率最快，乳化瀝青水泥灌漿料溫度敏感性低。

圖3 普通灌漿料對數(shù)疲勞壽命擬合圖

圖4 CA 灌漿料對數(shù)疲勞壽命擬合圖

3 結(jié)論

3.1 摻入乳化瀝青后水泥復(fù)合灌漿料溫度敏感性降低，其中乳化瀝青破乳過程促進(jìn)水泥水化作用，整體性提高復(fù)合材料的性能，并且作為乳化瀝青水泥灌漿料可提高復(fù)合路面材料的疲勞性能。

3.2 應(yīng)力比與對數(shù)疲勞性能存在線性關(guān)系，可使用四點(diǎn)彎曲試驗(yàn)采集的疲勞壽命，整理為對數(shù)疲勞性能來對比不同灌漿料抗疲勞性能的能力。