半柔性水泥瀝青混合料的路用性能分析

李茜,李瑩

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半柔性水泥瀝青混合料的路用性能分析

李茜,李瑩

四川大學(xué)錦城學(xué)院, 四川 成都 611731

半柔性水泥瀝青混合料可以有效提高路面的使用性能和服役年限，基于此，本文設(shè)計(jì)了不同孔隙率的瀝青混合料，探討了孔隙率對(duì)其力學(xué)性能、穩(wěn)定性、抗裂性和疲勞性的影響規(guī)律，分析了半柔性水泥瀝青混合料的路用性能。結(jié)果表明：1）半柔性水泥瀝青混合料的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度為2.0~3.0 MPa，抗壓彈性模量為0.9~1.2 GPa，馬歇爾試驗(yàn)穩(wěn)定度為19~22 kN，車轍試驗(yàn)動(dòng)穩(wěn)定度則為8000~12000 次/mm；2）半柔性水泥瀝青混合料的浸水劈裂強(qiáng)度百分比均達(dá)到75%以上，并隨孔隙度的增大而增大；3）半柔性水泥瀝青混合料的干縮系數(shù)隨孔隙率的增大而增大，孔隙度對(duì)溫縮系數(shù)無顯著影響；4）水泥膠漿的灌入增大了半柔性水泥瀝青混合料的脆性，不利于路面結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)期穩(wěn)定。

半柔性水泥瀝青混合料; 孔隙率; 路用性能

2018年我國(guó)高速公路總里程數(shù)達(dá)到13.6萬km，位居世界第一[1]，其中絕大部分為瀝青路面[2]。而歐洲和美國(guó)的瀝青路面占比也分別達(dá)到了90%和96%以上[3]。但在交通量不斷增大的條件下，瀝青路面的使用性能和服役年限均面臨著嚴(yán)重的考驗(yàn)。半柔性路面（灌注式）能夠有效提高瀝青混合料的抗車轍能力，同時(shí)改善瀝青混合料的低溫抗裂性和耐久性，許多高速公路開始嘗試使用半柔性路面來提高路面的使用性能和服役年限[4]。

目前，學(xué)者們已經(jīng)開展了半柔性路面路用性能的研究。其中，王巍等[5]采用正交試驗(yàn)法分析了不同配合比，研究水膠比、砂種類、砂膠比、膨脹劑摻量、礦粉摻量、粉煤灰摻量的半柔性路面材料的工作性能、力學(xué)性能和體積穩(wěn)定性，提出了合理的半柔性路面用水泥膠漿配合比；張曉燕等[6]分析了普通水泥灌漿材料以及陰離子、陽(yáng)離子水泥瀝青灌漿材料的半柔性路面的低溫性能，為其低溫路用性能提供了理論基礎(chǔ)；蔡旭等[7]基于數(shù)字圖像技術(shù)與有限元分析方法，分析了半柔性路面材料內(nèi)部薄弱部位的極限應(yīng)力狀態(tài)，認(rèn)為水泥膠砂的收縮變形是造成半柔性路面材料內(nèi)應(yīng)力的主要因素。但目前針對(duì)灌注式半柔性路面材料的瀝青混合料孔隙率對(duì)其路用性能的研究較少，因此，本文設(shè)計(jì)不同的瀝青混合料孔隙率，分析其力學(xué)性能、穩(wěn)定性能、抗裂性能和疲勞性能，進(jìn)而完成不同瀝青混合料孔隙率條件下半柔性路面的路用性能評(píng)價(jià)。研究成果可為灌注式半柔性水泥瀝青混合料的使用提供理論基礎(chǔ)。

8月25日上午，黃石高速南高營(yíng)互通立交處，在施工區(qū)域與通行區(qū)域之間，被一排紅色的水碼隔離開來。這標(biāo)志著黃石高速（藁城至石家莊段）改造工程正式開工建設(shè)，計(jì)劃至2019年7月31日結(jié)束。

1 試驗(yàn)材料與方法

1.1 樣品材料

半柔性水泥原材料選用乳化瀝青、集料（碎石）、礦粉、水泥和水。依據(jù)《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》（JTG E20—2011）對(duì)乳化瀝青各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)，其各項(xiàng)指標(biāo)均滿足規(guī)程指標(biāo)要求（表1）；集料選用玄武巖碎石和石屑，依據(jù)《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》（JTGF40-2004）對(duì)集料的各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)，滿足規(guī)范要求（表2）；水泥的檢測(cè)結(jié)果滿足各項(xiàng)技術(shù)要求（表3）。

?愛新覺羅·弘歷:《寄暢園雜詠》，裴大中、倪咸生修，秦緗業(yè)等纂:《光緒無錫金匱縣志》，《中國(guó)地方志集成·江蘇府縣志輯》第24冊(cè)，第27頁(yè)。

表 1 乳化瀝青指標(biāo)檢驗(yàn)結(jié)果

表 2 集料指標(biāo)檢測(cè)

表 3 水泥性能參數(shù)

1.2 試驗(yàn)方法

其中，W為粗骨料的用量百分?jǐn)?shù)；V為設(shè)計(jì)孔隙率；和W分別為細(xì)骨料的表觀密度和用量百分?jǐn)?shù)；W和分別為礦粉的表觀密度和用量百分?jǐn)?shù)；W和分別為瀝青的表觀密度和用量百分?jǐn)?shù)。

高校食堂是校園生活的重要場(chǎng)所，同時(shí)也是食品安全風(fēng)險(xiǎn)隱患突出和事故易發(fā)的地方。隨著國(guó)家政治經(jīng)濟(jì)社會(huì)的高速發(fā)展進(jìn)步，師生對(duì)飲食的要求越來越高，維權(quán)意識(shí)越來越強(qiáng)，這就要求食堂不斷提升質(zhì)量，確保師生安全用餐。

目前國(guó)內(nèi)整體開工率不足55%，短期國(guó)內(nèi)尿素市場(chǎng)震蕩盤整為主，局部或窄幅松動(dòng)。長(zhǎng)線來看明年春季之前國(guó)內(nèi)尿素廠家開工率將繼續(xù)維持低位，市場(chǎng)供應(yīng)緊張局面將持續(xù)至明年開春。

2.2.1 高溫穩(wěn)定性能分析不同設(shè)計(jì)孔隙率條件下半柔性水泥瀝青混合料的馬歇爾試驗(yàn)穩(wěn)定度及車轍試驗(yàn)動(dòng)穩(wěn)定度（圖3、4）。由于水泥的加入改善了混合料的孔隙結(jié)構(gòu)和粘結(jié)能力，半柔性水泥瀝青混合料的馬歇爾試驗(yàn)穩(wěn)定度能夠達(dá)到19~22 kN，較普通熱拌瀝青混合料的馬歇爾試驗(yàn)穩(wěn)定度（8 kN）提高了約1~2倍；而車轍試驗(yàn)動(dòng)穩(wěn)定度則達(dá)到8000~12000 次/mm，較普通瀝青混合料的一般值（500~800 次/mm）有了十分巨大的提高?？梢?，半柔性水泥瀝青混合料比普通瀝青混合料擁有更好的高溫穩(wěn)定性能，有利于路面結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。從馬歇爾試驗(yàn)穩(wěn)定度以及車轍試驗(yàn)動(dòng)穩(wěn)定度隨設(shè)計(jì)孔隙率的變化大小上看，設(shè)計(jì)孔隙率越大，半柔性水泥瀝青混合料的馬歇爾試驗(yàn)穩(wěn)定度以及車轍試驗(yàn)動(dòng)穩(wěn)定度也越大，但設(shè)計(jì)孔隙率對(duì)馬歇爾試驗(yàn)穩(wěn)定度的影響較小，而對(duì)車轍試驗(yàn)動(dòng)穩(wěn)定度影響很大。

根據(jù)計(jì)算得到設(shè)計(jì)孔隙率分別為19%、21%、23%、25%的瀝青混合料的材料用量百分比（表4）。瀝青混合料制備完成后利用馬歇爾試驗(yàn)儀擊實(shí)，并在孔隙中灌注水泥砂漿（水灰比0.6，砂用量10%）。試樣制備完成后分別利用無側(cè)限抗壓試驗(yàn)、回彈模量試驗(yàn)、車轍試驗(yàn)、浸水劈裂試驗(yàn)、溫縮干縮試驗(yàn)以及疲勞試驗(yàn)測(cè)定半柔性水泥瀝青混合料的力學(xué)性能、穩(wěn)定性能、抗裂性能和疲勞性能。

表 4 材料用量百分?jǐn)?shù)

2 試驗(yàn)結(jié)果分析

2.1 力學(xué)性能分析

由于水泥膠漿的加入，改善了基體瀝青混合料的孔隙結(jié)構(gòu)，減小了混合料顆粒或界面與水的有害接觸面積，因此，半柔性水泥瀝青混合料的水穩(wěn)定性要比普通瀝青混合料好得多。由圖可知，不同設(shè)計(jì)孔隙率條件下半柔性水泥瀝青混合料的浸水劈裂強(qiáng)度百分比都保持在75%以上，設(shè)計(jì)孔隙率越大，半柔性水泥瀝青混合料的浸水劈裂強(qiáng)度百分比也越大，但增大幅度并不是十分明顯。

圖 1 半柔性水泥瀝青混合料的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度

圖 2 半柔性水泥瀝青混合料的抗壓彈性模量

2.2 穩(wěn)定性能分析

剛過去的雙十一，再一次讓跨區(qū)取件這一行業(yè)痼疾浮上了水面。作為快遞公司，確實(shí)應(yīng)該加強(qiáng)內(nèi)部監(jiān)管了，不管是黃牛也好，內(nèi)爭(zhēng)也罷，表面看來，受到傷害的，似乎僅僅是快遞員本人，但最終和最大的受害者卻是公司自身。所以這么說，依據(jù)來自兩點(diǎn)，而這兩點(diǎn)都戳中了公司的命門！

隨著近年來人們生活方式的不斷改變，社會(huì)老齡步伐的加快，促使肥胖和老年癡呆發(fā)展為威脅健康和社會(huì)安全的關(guān)鍵問題，有研究表明，肥胖可導(dǎo)致一系列心腦血管疾病，肥胖的血管效應(yīng)可能會(huì)加速認(rèn)知功能下降，從而造成認(rèn)知功能障礙[1]。認(rèn)知功能障礙泛指各種原因?qū)е碌母鞣N程度的認(rèn)知功能損害，從輕度認(rèn)知功能損害到癡呆[2]。早期認(rèn)知功能損害可表現(xiàn)在注意力與定向力方面[3]。本次為了分析和研究本次分析中年人肥胖與認(rèn)知功能之間的相關(guān)性，選取對(duì)象是2016年5月—2018年2月陸軍軍醫(yī)大學(xué)附屬第三醫(yī)院收治的90例患者，報(bào)道且分析中年人肥胖與認(rèn)知功能之間的相關(guān)性。

其中，V為粗骨料孔隙率；為馬歇爾擊實(shí)試驗(yàn)測(cè)得的粗骨料緊裝密度；為粗骨料的表觀密度。

圖 3 半柔性水泥瀝青混合料的馬歇爾試驗(yàn)穩(wěn)定度

圖 4 半柔性水泥瀝青混合料的車轍試驗(yàn)動(dòng)穩(wěn)定度

圖 5 半柔性水泥瀝青混合料的浸水劈裂強(qiáng)度百分比

不同設(shè)計(jì)孔隙率條件下半柔性水泥瀝青混合料的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度和抗壓彈性模量如圖1和圖2所示。由圖可以看出，半柔性水泥瀝青混合料的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度為2.0~3.0 MPa，抗壓彈性模量為0.9~1.2 GPa，隨著基體瀝青混合料設(shè)計(jì)孔隙率的增大，水泥膠漿灌入量變大，導(dǎo)致水化產(chǎn)物也逐漸增多，進(jìn)而半柔性水泥瀝青混合料的密實(shí)度增加也越明顯。因此，基體瀝青混合料設(shè)計(jì)孔隙率越大，半柔性水泥瀝青混合料的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度和抗壓彈性模量也越大，而且增長(zhǎng)的速率越來越快。

2.3 抗裂性能分析

不同設(shè)計(jì)孔隙率條件下半柔性水泥瀝青混合料的平均溫縮系數(shù)以及干縮系數(shù)如圖6和圖7所示?？梢钥闯觯肴嵝运酁r青混合料的平均溫縮系數(shù)為7.5×10-6/℃左右，約為水泥砂礫材料的50%；半柔性水泥瀝青混合料的干縮系數(shù)為150~300×10-6，是水泥穩(wěn)定碎石的70%。可見，半柔性水泥瀝青混合料具有較好的抗裂性能，能夠有效減小路面加鋪后的裂縫面積。由半柔性水泥瀝青混合料的平均溫縮系數(shù)以及干縮系數(shù)隨設(shè)計(jì)孔隙率的變化大小可知，設(shè)計(jì)孔隙率的增大對(duì)半柔性水泥瀝青混合料的平均溫縮系數(shù)影響較小，但卻增大了干縮系數(shù)值，不利于路面結(jié)構(gòu)的養(yǎng)護(hù)。

2.2.2 水穩(wěn)定性能分析不同設(shè)計(jì)孔隙率條件下半柔性水泥瀝青混合料的浸水劈裂強(qiáng)度百分比（圖5）。

2.4 疲勞性能分析

應(yīng)力比為0.5時(shí)，不同設(shè)計(jì)孔隙率條件下半柔性水泥瀝青混合料疲勞方程lgNf=-(/max)回歸系數(shù)、的分布曲線如圖8所示。由圖可知，隨著基體瀝青混合料設(shè)計(jì)孔隙率的增大，半柔性水泥瀝青混合料疲勞方程值出現(xiàn)了先增大后減小的趨勢(shì)，這說明，一定量水泥膠漿的灌入有利于提高半柔性水泥瀝青混合料的疲勞壽命，但如水泥膠漿過量，則會(huì)反過來會(huì)影響混合料的疲勞壽命；另外，隨著基體瀝青混合料設(shè)計(jì)孔隙率的增大，半柔性水泥瀝青混合料的疲勞方程值由3.4增加至4.2，表明水泥膠漿的灌入，增大了半柔性水泥瀝青混合料的脆性，導(dǎo)致其對(duì)應(yīng)力變化更為明顯。

圖 6 半柔性水泥瀝青混合料的平均溫縮系數(shù)

圖 7 半柔性水泥瀝青混合料的干縮系數(shù)

圖 8 半柔性水泥瀝青混合料疲勞方程系數(shù)的分布曲線

3 結(jié)論

為研究半柔性水泥瀝青混合料的路用性能，本文對(duì)不同設(shè)計(jì)孔隙率條件下半柔性水泥瀝青混合料的力學(xué)性能、高溫穩(wěn)定性、水穩(wěn)定性、抗裂及疲勞性能進(jìn)行研究分析，得到了以下幾個(gè)主要結(jié)論：

（1）半柔性水泥瀝青混合料的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度為2.0~3.0 MPa，抗壓彈性模量為0.9~1.2 GPa；隨著基體瀝青混合料設(shè)計(jì)孔隙率的增大，半柔性水泥瀝青混合料的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度和抗壓彈性模量也越大，而且增長(zhǎng)的速率越來越快；

（2）半柔性水泥瀝青混合料要比普通瀝青混合料擁有更好的高溫穩(wěn)定性能，其馬歇爾試驗(yàn)穩(wěn)定度能夠達(dá)到19~22 kN，而車轍試驗(yàn)動(dòng)穩(wěn)定度則為8000~12000 次/mm；

（3）不同孔隙率條件下半柔性水泥瀝青混合料的浸水劈裂強(qiáng)度百分比都保持在75%以上，設(shè)計(jì)孔隙率越大，半柔性水泥瀝青混合料的浸水劈裂強(qiáng)度百分比也越大，但增大幅度并不是十分明顯；

（4）半柔性水泥瀝青混合料的平均溫縮系數(shù)為7.5×10-6/℃、干縮系數(shù)為150~300×10-6；設(shè)計(jì)孔隙率的增大對(duì)混合料的平均溫縮系數(shù)影響較小，但卻增大了干縮系數(shù)值，不利于路面結(jié)構(gòu)的養(yǎng)護(hù)；

（5）隨著基體瀝青混合料設(shè)計(jì)孔隙率的增大，半柔性水泥瀝青混合料疲勞方程值出現(xiàn)了先增大后減小的趨勢(shì)，而值則逐漸增大，表明水泥膠漿的灌入，增大了半柔性水泥瀝青混合料的脆性，不利于路面結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)期穩(wěn)定。

[1] 張磊.高速公路養(yǎng)護(hù)管理現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)[J].人民交通,2018(3):48-49

[2] 鄭健龍.基于結(jié)構(gòu)層壽命遞增的耐久性瀝青路面設(shè)計(jì)新思想[J].中國(guó)公路學(xué)報(bào),2014,27(1):1-7

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Analysis on the Pavement Performance of Semi-flexible Cement Asphalt Mixture

LI Qian, LI Ying

611731,

Semi flexible cement asphalt mixture can effectively improve the use performance and service life of pavement. Based on this, concrete and asphalt mixtures with different porosity were designed in this article. The influence laws of porosity on the anti- the mechanical performance, stable performance, cracking performance and fatigue performance were explored and the pavement performance of the semi flexible cement asphalt mixture was evaluated. The results showed that: 1) The unconfined compressive strength of semi-flexible cement asphalt mixture was 2.0~3.0 MPa, the compressive elastic modulus was 0.9~1.2 GPa, the Marshall test stability was 19~22 kN, and the stability in the rut test was 8,000~12,000 times /mm. 2) The percentage of submerged splitting strength of semi-flexible cement asphalt mixture reached over 75% and increased with the increase of porosity; 3) The dry shrinkage coefficient of semi-flexible cement asphalt mixture increased with the increase of porosity, there was insignificant influence of porosity on temperature shrinkage coefficient; 4) Cement grouting increased the brittleness of semi-flexible cement asphalt mixture, which was disadvantageous for a long-term stability of a pavement structure.

Semi-flexible cement asphalt mixture; porosity; pavement performance

TU528.01

A

1000-2324(2018)05-0815-04

10.3969/j.issn.1000-2324.2018.05.018

2018-03-11

2018-05-15

李茜(1983-),女,碩士,講師.主要研究方向?yàn)楣こ坦芾?、建筑技術(shù). E-mail:wllq123456@163.com