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半柔性抗车辙路面材料的性能与应用研究

文新鹏

黑龙江农垦建工路桥有限公司

摘要: 半柔性抗车辙路面是在大空隙沥青混合中灌入水泥浆而形成的一种新型路面结构,这一路面的抗车辙能力比较强,路用性能较为明显。本文主要对半柔性抗车辙路面材料的性能进行了研究,其中材料空隙率和浆体灌注率是影响性能的重要因素,通过试验分析确定了半柔性路面施工中上述参数的最佳值,将其应用到工程实例中获得了良好效果,路面整体承载能力和抗滑性能得到明显提升。
关键词: 半柔性路面材料;抗车辙;路用性能;空隙率;浆体灌注率
DOI:10.12721/ccn.2021.157078
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道路工程在投入使用期间的病害问题比较多,车辙问题是常见病害之一,对道路路面的使用性能和形成安全有着较大影响,严重时会产生裂缝,导致路面结构损坏。半柔性抗车辙路面主要使用大空隙混合料作为主要的施工材料,柔性高,承载能力比较强,能够改善普通路面的车辙问题和水损问题,将其应用到路面工程建设中能够起到较为显著的应用效果。

1.试验原材料与方法

1.1原材料

半柔性抗车辙路面材料主要有改性沥青、集料填料和灌浆料组成。

1.2试验方法

灌浆材料的制备:灌浆材料采用行星式水泥胶砂搅拌机搅拌,搅拌制度为:将水加入搅拌锅内,再加入水泥基灌浆干料,立即开动搅拌机慢速搅拌2min,然后再快速搅拌1min。

大空隙母体沥青混合料的制备:半柔性路面的大空隙母体沥青混合料属于骨架—空隙结构,采用基于体积法的沥青混合料设计方法,制备不同空隙率的沥青混合料。试验采用自制高粘橡胶沥青,沥青用量均为3.5%。

半柔性路面材料的制备及性能测试:采用轮碾成型法制备出车辙板尺寸的大空隙沥青混合料试件,制备完毕冷却至室温后,脱模,用胶带将试件的周围与底部进行包裹,留取上表面露出。然后将制备好的灌浆材料灌入大空隙沥青混合料中。

2.基体空隙率、浆体灌注率对半柔性路面材料路用性能影响

2.1基体空隙率对半柔性路面材料性能影响

试验设计了不同空隙率(15. 2%、20. 3%、24. 7%、28. 9%)的基体混合料试件,向上述不同空隙率的基体混合料试件中灌入灌浆料制备半柔性路面材料试件,试验测试了其马歇尔稳定度、高温抗车辙、低温抗裂等路用性能。

从不同基体混合料空隙率制备的半柔性路面材料的马歇尔稳定度试验结果中可以看出,随着基体混合料空隙率的增大,半柔性路面材料的 3d 和 28d马歇尔稳定度均呈现逐渐增加的趋势。导致这种现象的原因较为明显,因为混合料的空隙率变大,浆液的可灌注量也越多,单位面积内的强度也有所提高。同时,养护时间越长路面强度也越高,通过对相关数值的研究发现,半柔性抗车辙路面材料性能可以很好的满足道路路面的施工需要。

采用60℃车辙试验来评价半柔性路面材料的高温抗车辙性能,从不同基体混合料空隙率制备的半柔性路面材料的高温抗车辙性能测试结果中可以看出,随着基体混合料空隙率的增大,半柔性路面材料的3d和高温抗车辙性能均呈现逐渐增加的趋势。这与文献所得结果相似。半柔性路面材料28d的60℃动稳定度数值基本在30000~80000次·mm-1范围,充分说明了半柔性路面材料具有优异的高温抗车辙性能。

从不同基体混合料空隙率制备的半柔性路面材料的低温性能测试结果中可以看出,随着基体混合料空隙率从15.2%增大至28.9%,半柔性路面材料的最大弯拉应变呈现逐渐降低的趋势。说明了半柔性路面材料的基体空隙率并不是越大越好,过高对其低温性能不利。从最大弯拉应变数值来看,半柔性路面材料基本在900~1200με范围,低于普通AC-13的低温弯拉应变,虽然材料低温性能下降但是整体的抗车辙能力得到了显著提升,可以满足抗车辙路面的施工需要。在进行材料配置的过程中还需要考虑到其低温抗裂性能。

综合考虑马歇尔稳定度、高温抗车辙、水稳定性、低温抗裂性能,认为对于半柔性抗车辙路面材料来说,在本文试验条件下,合适的基体混合料空隙率范围为20.3%~24.7%。

2.2浆体灌注率对半柔性路面材料性能影响

试验制备了相同空隙率(20.3%)的基体混合料、不同浆体灌注率(105%、95%、85%、75%)的半柔性路面试件,以模拟实际施工过程中可能出现的灌浆情况。从浆体灌注率对半柔性路面材料稳定度及水稳定性能的影响试验结果从中可以看出,养护龄期28d,体灌注率越大的,马歇尔稳定度越高。半柔性路面材料的浸水残留稳定度均超过了100%,但灌浆率对半柔性路面材料浸水残留稳定度的影响并不显著。

路面抗滑性能是关系到行车安全的一项重要指标,通过对路面抗滑性的影响因素研究分析可以了解到,路面的构造深度越大,抗滑摆值越高,整体的抗滑能力也比较高。浆体灌注率也是影响路面抗滑性能的重要因素,通过对具体的数据试验研究可知,将这一数值控制在85%~95%范围能够获得良好的抗滑效果。

3.半柔性抗车辙路面的应用研究

 将半柔性抗车辙路面应用到某一道路工程交叉路口建设中,对原来的沥青路面进行铣刨处理,保证铣刨深度的合理性,全面细致清理后铺洒粘层油,而后进行半柔性路面的摊铺,对于铺筑材料的质量和性能要进行合理管控,将空隙率控制在23%左右,灌注率控制在90%,再进行表面平整处理。该路段使用1年后对其性能检测可以发现,路面表面质量比较高,没车辙痕迹,也没有出现裂缝情况。

为了确定该路段的路用性能是否满足相关要求标准,对路面改造前后的路面弯沉值进行了对比分析,从分析结果可以看出使用半柔性路面后整体的抗压能力得到了明显提升,弯沉值相对较低。对试验段路面构造深度检测可以发现,其具体数值在设计要求标准范围内,抗滑摆值也满足设计要求,整体的抗滑性能比较高。

结语:通过实践研究可以发现,半柔性抗车辙路面材料具有高温抗车辙、水稳定性和低温抗弯拉性能,能够很好的满足现代道路工程的施工需要,提高路面结构的整体性能。在实际应用过程中要结合工程建设的实际需要进行材料的合理选择,明确具体的工艺流程,实现规范化作业,这样才能将半柔性抗车辙路面材料的路用性能充分体现出来,使其满足路面建设需求。

参考文献:

[1]张弛.半柔性抗车辙路面技术应用研究[J].城市建设理论研究(电子版),2019,304(22):40.

[2]孙秀明,邓成,柯文汇,等.半柔性路面材料的性能研究与应用[J].江苏建筑,2016(3):92-94.