高性能半柔性復(fù)合路面與基層的開(kāi)發(fā)應(yīng)用研究-西部交通建設(shè)

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高性能半柔性復(fù)合路面與基層的開(kāi)發(fā)應(yīng)用研究

報(bào)告簡(jiǎn)本

西部交通建設(shè)科技項(xiàng)目

合同號(hào)：200631881478 交通編號(hào)：

分類號(hào)：

單位編號(hào)：

密級(jí)：

高性能半柔性復(fù)合路面與基層的開(kāi)發(fā)應(yīng)用研究

（總報(bào)告簡(jiǎn)本）

重慶交通大學(xué)

交通運(yùn)輸部公路科學(xué)研究所

長(zhǎng)安大學(xué)

2009年12月

目錄

引言1

1概述1

2主要研究?jī)?nèi)容3

2.1灌注式半柔性路面路面混合料研究3

2.2就地冷再生半柔性路面混合料研究5

2.3半柔性路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)與典型結(jié)構(gòu)形式研究10

2.4保水降溫半柔性路面的研發(fā)17

2.5灌注式半柔性路面的施工技術(shù)與技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析17

3結(jié)論18

3.1主要結(jié)論18

3.2創(chuàng)新點(diǎn)21

引言

結(jié)合我國(guó)已建瀝青路面面層厚度較薄和養(yǎng)護(hù)維修工程的特點(diǎn)、開(kāi)展舊瀝青路面冷再生修筑半柔性路面基層的相關(guān)研究，提出了冷再生技術(shù)再生劑標(biāo)準(zhǔn)，研究了發(fā)泡劑對(duì)瀝青發(fā)泡和混合料性能帶來(lái)的影響，并進(jìn)行了基于混合料力學(xué)性能的發(fā)泡效果研究以及瀝青路面冷再生混合料配合比設(shè)計(jì)、路用性能研究和抗疲勞性能，據(jù)此提出了瀝青路面冷再生半柔性結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)參數(shù)和其典型結(jié)構(gòu)。

結(jié)合我國(guó)大部分地區(qū)存在濕熱的氣候特征、山區(qū)公路長(zhǎng)大縱坡段多和我國(guó)瀝青路面高溫穩(wěn)定性差、抗推移與抗車轍能力弱的缺點(diǎn)等技術(shù)問(wèn)題，開(kāi)展灌注式半柔性路面的相關(guān)技術(shù)研究，確定了推薦基體瀝青混合料SFAC-20和SFAC-13的級(jí)配和最佳瀝青用量、灌注用水泥基砂漿的物理力學(xué)性能和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)值；分析對(duì)比了灌注式半柔性路面與SBS改性瀝青路面的高溫穩(wěn)定性、水穩(wěn)定性、低溫抗裂性與線收縮系數(shù)等路用性能；對(duì)橡膠瀝青半柔性路面的高溫穩(wěn)定性、低溫抗裂性、水穩(wěn)性能等路用性能進(jìn)行研究。通過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)首次得到了半柔性路面的抗拉強(qiáng)度結(jié)構(gòu)系數(shù)Ks、劈裂抗拉強(qiáng)度和抗壓回彈模量的推薦值，據(jù)此提出了半柔性路面的典型結(jié)構(gòu)圖表。

根據(jù)依托工程的實(shí)施情況和國(guó)外相關(guān)研究成果，對(duì)半柔性路面的施工工藝、水泥基砂漿施工的方法及其相應(yīng)的應(yīng)用條件進(jìn)行了分析總結(jié)。對(duì)半柔性路面水泥基砂漿灌注施工的機(jī)械配置作了較為全面的研究，提出了用稀漿封層機(jī)等配套機(jī)械施工水泥基砂漿的新工藝；提出了基體瀝青混合料的參考施工定額、三種水泥基砂漿施工方法的參考施工定額以及半柔性路面與同體積普通瀝青路面的施工成本比較，認(rèn)為半柔性路面在技術(shù)經(jīng)濟(jì)上有許多優(yōu)勢(shì)。

項(xiàng)目的研究成果經(jīng)示范工程驗(yàn)證具有良好的路用性能，特別適合作為重載交通條件路面結(jié)構(gòu)層，在此基礎(chǔ)上編制了《半柔性路面應(yīng)用技術(shù)指南》，為該新型路面的推廣應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)，對(duì)提高公路交通行業(yè)整體的科技水平具有重要作用。

1概述

改革開(kāi)放以來(lái)，隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的持續(xù)增長(zhǎng)，我國(guó)公路建設(shè)也得到前所未有的發(fā)展，尤其是高等級(jí)公路發(fā)展更為迅猛。截止2008年底，全國(guó)公路總里程達(dá)到368萬(wàn)公里，其中高速公路達(dá)6.03萬(wàn)公里。目前，我國(guó)高速公路的通車?yán)锍碳航?jīng)躍居世界第二位，僅次于美國(guó)，高速公路密度逐年增加。但是由于我國(guó)復(fù)雜的氣候環(huán)境和惡劣的交通條件等原因，許多高等級(jí)公路投入使用沒(méi)有多久，就出現(xiàn)了不同程度的早期損壞，如瀝青混凝土路面出現(xiàn)車轍、水損壞和開(kāi)裂等主要病害，水泥混凝土路面出現(xiàn)斷板、開(kāi)裂、脫空和唧泥等損壞。雖然年年投入了大量資金進(jìn)行維修，但是往往補(bǔ)不勝補(bǔ)，不僅后期維修投資大，而且影響了交通的通行能力和行車的舒適性，在社會(huì)上造成不良影響。為此，開(kāi)展路面新材料研究以減少路面早期損害，具有重要的理論和實(shí)際意義。

我國(guó)現(xiàn)有的高速公路和城市道路路面基本可分為兩大類，即瀝青混凝土路面和水泥混凝土路面。其中瀝青混凝土路面具有無(wú)接縫、表面平整性好、柔性強(qiáng)而行車平穩(wěn)舒適等優(yōu)點(diǎn)，而且施工機(jī)械化程度高、進(jìn)度快、質(zhì)量好、維護(hù)簡(jiǎn)單，因此，瀝青混凝土路面在我國(guó)高速公路建設(shè)中得到了廣泛的推廣和應(yīng)用。但是，由于瀝青材料具有粘彈塑等特性，導(dǎo)致瀝青路面結(jié)構(gòu)層的強(qiáng)度和流變性受溫度變化的影響很大。夏季高溫時(shí)，瀝青材料粘度的降低導(dǎo)致集料顆粒間凝聚力減弱，若在水平力作用下，極易使瀝青混合料顆粒之間產(chǎn)生滑動(dòng)和位移，導(dǎo)致瀝青路面結(jié)構(gòu)層形成車轍、推移、波浪、擁包之類的剪切變形破壞，降低了行車的舒適性。在渠化交通的高等級(jí)公路上，瀝青混凝土路面容易產(chǎn)生過(guò)大的塑性變形而形成車轍。在冬季低溫時(shí)，瀝青混凝土路面結(jié)構(gòu)材料的強(qiáng)度雖然有所增高，但因?yàn)r青材料粘度的提高而抗變形能力大為降低，表現(xiàn)出脆性，結(jié)果導(dǎo)致瀝青路面結(jié)構(gòu)層開(kāi)裂。車轍不僅危害行車安全，降低行車操縱穩(wěn)定性和舒適性，且由于車轍內(nèi)易于積水，路表水通過(guò)面層裂縫滲透至基層和路基，易導(dǎo)致基層和路基早期損壞。

水泥混凝土路面材料具有抗變形能力強(qiáng)、使用壽命長(zhǎng)以及日常養(yǎng)護(hù)費(fèi)用低等特點(diǎn)，但是這種路面結(jié)構(gòu)具有行駛舒適性差和路面結(jié)構(gòu)產(chǎn)生病害后修復(fù)困難等不足。另外，水泥混凝土是由一定厚度的混凝土板組成，由于四季氣溫周期性的變化和一天內(nèi)晝夜氣溫的變化，使板與周圍的溫度相差很大，在溫度應(yīng)力的作用下，水泥混凝土板容易產(chǎn)生裂縫；裂縫在行車荷載的反復(fù)作用下，應(yīng)力集中處最先擴(kuò)展，結(jié)構(gòu)承載力降低，另一方面，水泥混凝土是一種非均質(zhì)多相結(jié)構(gòu)，在重復(fù)溫度和濕度荷載的作用下，會(huì)使原有微裂紋產(chǎn)生新的應(yīng)力集中，使裂紋向前擴(kuò)展，發(fā)生破壞現(xiàn)象。

另外，目前我國(guó)高速公路瀝青路面普遍采用半剛性基層，經(jīng)過(guò)近20年的實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，修筑的瀝青路面使用壽命遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到設(shè)計(jì)年限等缺陷，已建高速公路和一般公路的瀝青面層普遍較薄，在進(jìn)行路面維修與養(yǎng)護(hù)過(guò)程中如何充分利用原有路面結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)材料的循環(huán)再生利用，且修筑成高強(qiáng)耐久的下面層或基層也是亟待解決的問(wèn)題。

因此，研究開(kāi)發(fā)一種新型的路面材料，使其兼顧剛性和柔性兩種路面的優(yōu)點(diǎn)、摒棄兩者缺點(diǎn)的路面結(jié)構(gòu)，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。據(jù)日本等國(guó)的研究與應(yīng)用表明，半柔性路面正是這樣一種剛?cè)岵?jì)的新型路面材料；它是指在碾壓成型的基體瀝青混合料(空隙率高達(dá)20%～28%)中，灌入以水泥為主要成分的特殊漿劑而形成的路面。與瀝青混合料相比，半柔性路面既提高了抗車轍能力，同時(shí)又改善了其低溫抗裂性和耐久性。另一方面較水泥混凝土而言，半柔性材料降低了其模量，提高了抗裂性能，同時(shí)也改善了其行車舒適性和耐久性。另外，半柔性路面材料還具有耐油、耐酸、耐熱、耐水、抗滑、和易著色等特性。

在對(duì)原有瀝青路面進(jìn)行維修過(guò)程中，采用瀝青路面冷再生技術(shù)修筑的半柔性基層，與柔性基層相比，半柔性基層的強(qiáng)度與剛度高、抗車轍能力和抗開(kāi)裂能力強(qiáng)，造價(jià)低；與半剛性基層相比，半柔性基層的耐久性和抗水損害能力強(qiáng)，且可以與瀝青混合料類柔性基層相當(dāng)。同時(shí)，半柔性路面混合料不僅可以作為瀝青路面的基層和面層材料，也是修筑水泥路面基層的優(yōu)質(zhì)材料。

綜上所述，開(kāi)展半柔性基層與路面的開(kāi)發(fā)應(yīng)用研究，對(duì)于提高西部地區(qū)高速公路以及一般公路建設(shè)水平，特別是提高路面的使用性能和延長(zhǎng)路面的使用壽命，減少路面建設(shè)投資等諸多方面，都具有十分重要的理論意義和實(shí)用價(jià)值。

根據(jù)對(duì)半柔性路面現(xiàn)狀的調(diào)研和歸納分析，主要從以下五個(gè)方面開(kāi)展研究。

1）就地冷再生半柔性路面混合料研究

（1）就地冷再生技術(shù)應(yīng)用的乳化瀝青及再生劑研究

（2）瀝青路面就地冷再生半柔性路面混合料設(shè)計(jì)研究

（3）就地冷再生半柔性路面的結(jié)構(gòu)組合形式研究

（4）就地冷再生半柔性路面施工質(zhì)量控制與驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)

2）灌注式施工半柔性路面混合料研究

（1）灌注式施工半柔性復(fù)合路面用基體瀝青混合料的配合比設(shè)計(jì)方法與標(biāo)準(zhǔn)

（2）灌注水泥基砂漿的物理力學(xué)性能與技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)研究

（3）灌注式半柔性路面的結(jié)構(gòu)組合形式研究

（4）灌注式半柔性路面施工質(zhì)量控制與驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)

3）半柔性路面混合料路用性能研究

（1）半柔性路面混合料物理力學(xué)參數(shù)研究；

（2）高性能半柔性復(fù)合路面的抗裂特性研究。

4）半柔性路面典型結(jié)構(gòu)形式研究

(1)高性能半柔性復(fù)合路面對(duì)路基與基層結(jié)構(gòu)的要求研究；

(2)高性能半柔性復(fù)合路面結(jié)構(gòu)層的最小厚度研究；

(3)高性能半柔性復(fù)合路面典型結(jié)構(gòu)的推薦型式研究。

5）半柔性路面施工技術(shù)研究

（1）半柔性路面復(fù)合施工方法與質(zhì)量控制指標(biāo)研究；

（2）高性能半柔性復(fù)合路面混合料的不同施工工藝和方法進(jìn)行對(duì)比研究。

2主要研究?jī)?nèi)容

2.1.灌注式半柔性路面路面混合料研究

1）水泥基砂漿試驗(yàn)研究

（1）在參考國(guó)內(nèi)外研究資料的基礎(chǔ)上，對(duì)水泥基砂漿的配合比進(jìn)行了試配，確定了滿足力學(xué)性能和流動(dòng)度的水泥基砂漿配合比；在此基礎(chǔ)上，摻加外加劑和聚合物乳液，檢測(cè)其力學(xué)性能和流動(dòng)度，研發(fā)出綜合性能較好的幾種配合比，即普通型、早強(qiáng)型、聚合物型水泥基砂漿。也進(jìn)一步證明了采用表2.1所示的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)來(lái)控制砂漿的技術(shù)性能是可行的，可作為今后設(shè)計(jì)半柔性路面用水泥基砂漿的性能目標(biāo)值。

表2.1水泥基砂漿性能目標(biāo)值

指標(biāo)

范圍

備注

流動(dòng)度(S)

10~14

抗折強(qiáng)度(MPa)

>2.0

7天養(yǎng)生

抗壓強(qiáng)度(MPa)

10~30

（2）開(kāi)發(fā)了幾種彩色水泥基砂漿，并確定了配合比。

2）半柔性路面母體瀝青混合料試驗(yàn)研究

提出SFAC-20（Semi-FlexibleAsphaltConcrete20，簡(jiǎn)稱SFAC-20）基體瀝青混合料的推薦性級(jí)配范圍（見(jiàn)表2.2）。

表2.2SFAC-20基體瀝青混合料級(jí)配范圍

篩孔尺寸（mm）

26.5

19.0

13.2

4.75

2.36

0.6

0.3

0.15

0.075

通過(guò)質(zhì)量百分率（%）

100

90~100

32~60

14~24

7~16

3~11

2~9

2~7

1~6

同理可以得到SFAC-13（Semi-FlexibleAsphaltConcrete13，簡(jiǎn)稱SFAC-13）基體瀝青混合料的推薦性級(jí)配范圍（見(jiàn)表2.3）。

表2.3SFAC-13基體瀝青混合料級(jí)配范圍

篩孔尺寸（mm）

19.0

13.2

4.75

2.36

0.6

0.3

0.15

0.075

通過(guò)質(zhì)量百分率（%）

100

90～100

15～30

6～16

5～14

4～12

3～8

1～5

3）半柔性路面路面混合料試驗(yàn)研究

(1)根據(jù)本研究推薦級(jí)配制備基體瀝青混合料試件，提出連通空隙率的計(jì)算公式，可在實(shí)際工程中根據(jù)連通空隙率直接計(jì)算水泥基砂漿的用量。

(2)在瀝青混合料最大相對(duì)理論基礎(chǔ)上提出了半柔性路面混合料的理論最大相對(duì)密度計(jì)算式和半柔性路面剩余空隙率的測(cè)試計(jì)算方法。

(3)對(duì)養(yǎng)護(hù)好的混合料進(jìn)行切割試驗(yàn)，可知水泥基砂漿基本填滿基體瀝青混合料試件的空隙，比較密實(shí)，填充效果較好。

(4)對(duì)于半柔性路面混合料的高溫穩(wěn)定性，不論其基體設(shè)計(jì)空隙率的大小或灌何種水泥基砂漿，都具有普通瀝青混合料無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)。在低溫抗裂性方面，隨著基體空隙率的增大，其低溫性能降低、水穩(wěn)性能逐漸變好；基體混合料設(shè)計(jì)空隙率和砂漿類型對(duì)溫度收縮系數(shù)影響較小。

(5)摻加聚合物水泥基砂漿的半柔性路面路用性能各項(xiàng)指標(biāo)都優(yōu)于普通水泥基砂漿的半柔性路面混合料，因此可以在水泥基砂漿中摻加聚合物，改善半柔性路面混合料的路用性能。

(6)對(duì)橡膠瀝青混合料基體配合比設(shè)計(jì)進(jìn)行了探討，瀝青含量在3.0~5.0%之間。

(7)對(duì)橡膠瀝青半柔性路面材料ARSFAC-20的高溫穩(wěn)定性、低溫抗裂性、水穩(wěn)性能等路用性能進(jìn)行研究，并和ARAC-16的路用性能進(jìn)行比較，得出前者優(yōu)于后者的結(jié)論。

2.2就地冷再生半柔性路面混合料研究

1)瀝青路面冷再生半柔性路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)

(1)抗拉強(qiáng)度結(jié)構(gòu)系數(shù)Ks

我國(guó)現(xiàn)行《公路柔性路面設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定，對(duì)于高速公路、一級(jí)公路、二級(jí)公路的瀝青路面結(jié)構(gòu)，應(yīng)以路表回彈彎沉值和整體性結(jié)構(gòu)層的層底拉應(yīng)力為設(shè)計(jì)指標(biāo)。而容許拉應(yīng)力表示為抗拉強(qiáng)度與抗拉強(qiáng)度結(jié)構(gòu)系數(shù)之比。

通過(guò)試驗(yàn)研究和理論分析確定：若考慮公路等級(jí)不同的影響，則泡沫瀝青再生料的抗彎拉強(qiáng)度結(jié)構(gòu)系數(shù)可表示為下列一般表達(dá)式：

(2.1)

作為路面設(shè)計(jì)用的泡沫瀝青冷再生穩(wěn)定基層的抗彎拉強(qiáng)度結(jié)構(gòu)系數(shù)推薦采用：

(2.2)

式中：為道路等級(jí)系數(shù)，高速公路一級(jí)公路和大城市主干路為1.1，二級(jí)公路為1.1,三、四級(jí)公路為1.2。

（2）劈裂抗拉強(qiáng)度推薦值

我國(guó)目前尚未確定對(duì)泡沫瀝青半柔性路面混合料劈裂抗拉強(qiáng)度的技術(shù)要求。我們對(duì)選定的最佳配合比泡沫瀝青馬歇爾試件做25℃相對(duì)濕度90％齡期為90d的養(yǎng)生，得到極限劈裂強(qiáng)度(15℃)范圍0.69～0.91MPa,平均值0.81MPa,標(biāo)準(zhǔn)差0.077MPa，具有95%保證率的劈裂強(qiáng)度代表值0.75MPa。

對(duì)冷再生泡沫瀝青半柔性路面混合料的試驗(yàn)表明，經(jīng)過(guò)合理設(shè)計(jì)的泡沫瀝青冷再生混合料的極限劈裂強(qiáng)度可以達(dá)到0.8MPa以上。參照路面設(shè)計(jì)中各種基層材料設(shè)計(jì)參數(shù)要求，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)路測(cè)試結(jié)果，我們建議，對(duì)泡沫瀝青冷再生混合料極限劈裂強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)取為0.8MPa。

（3）抗壓回彈模量推薦值

泡沫瀝青穩(wěn)定基層材料的回彈模量室內(nèi)試驗(yàn)方法一般采用頂面法。《公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范》的瀝青混合料靜態(tài)抗壓回彈模量的測(cè)試加載方式為：預(yù)壓0.1P～0.2P（P為試件破壞荷載），然后以0.1P～0.7P七級(jí)分別加載，繪制曲線，修正原點(diǎn)，取0.5P時(shí)的模量作為設(shè)計(jì)參數(shù)。本研究仍然采用這種方法進(jìn)行試驗(yàn)。

我們對(duì)選定的最佳配合比泡沫瀝青馬歇爾試件做25℃相對(duì)濕度90％齡期為90d的養(yǎng)生，得到15℃抗壓回彈模量在1100MPa左右,20℃抗壓回彈模量在900MPa左右。參照路面設(shè)計(jì)中各種基層材料設(shè)計(jì)參數(shù)要求和拾方治博士做過(guò)的研究，我們建議，泡沫瀝青冷再生混合料15℃抗壓回彈模量在1000～1200MPa之間；20℃抗壓回彈模量在800～1000MPa之間。

2）瀝青路面冷再生半柔性路面典型結(jié)構(gòu)研究

（1）路面結(jié)構(gòu)組合設(shè)計(jì)

a.交通量等級(jí)的劃分與結(jié)構(gòu)層厚度的關(guān)系

交通量等級(jí)劃分以不同交通等級(jí)對(duì)上基層或底基層厚度產(chǎn)生大致相同的效應(yīng)為依據(jù)。據(jù)設(shè)計(jì)和施工經(jīng)驗(yàn)，相鄰交通等級(jí)對(duì)上基層和底基層厚度分別產(chǎn)生4cm和5cm左右影響為宜。據(jù)京津唐高速公路資料表明，累計(jì)標(biāo)準(zhǔn)軸次每增加106導(dǎo)致容許彎沉值少量差別，反映到路面厚度上，僅底基層差lcm左右，所以累計(jì)當(dāng)量軸次的少量差別對(duì)路面厚度幾乎沒(méi)有什么影響。本課題主要根據(jù)累計(jì)當(dāng)量軸次的變化對(duì)路面底基層厚度變化的影響程度來(lái)劃分交通等級(jí)。

根據(jù)累計(jì)當(dāng)量標(biāo)準(zhǔn)軸次，擬定4個(gè)交通量等級(jí)，分別為：

T120×105——45×105

T245×105——75×105

T375×105——110×105

T4110×105——150×105

采用的路面結(jié)構(gòu)層材料的回彈模量和厚度如下：

瀝青面層(h1)1200/18001200/1800表示20℃/15℃時(shí)回彈模量。

半柔性基層(h2)1500

通過(guò)各地區(qū)公路調(diào)查和飽和通行能力的驗(yàn)證，并考慮公路重要程度和工程造價(jià)等因素，交通等級(jí)與公路等級(jí)大致有表2.4的關(guān)系。

表2.4交通等級(jí)與公路等級(jí)關(guān)系表

交通等級(jí)

T4

T3

T2

T1

公路等級(jí)

高速公路

高速公路、一級(jí)公路

一級(jí)公路、二級(jí)公路

二級(jí)公路

b.路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)包括：瀝青面層類型的選擇、面層結(jié)構(gòu)組合、上基層材料選擇、底基層材料選擇、路面結(jié)構(gòu)組合、隔離層和防凍層及路基改善層的考慮、瀝青面層的最小厚度、半柔性面層或基層最小厚度等。

①瀝青面層類型選擇

干線公路改造瀝青面層通常分一層或兩層，分兩層時(shí)可分別稱為表面層和底面層，分一層時(shí)只做表面層。瀝青面層能達(dá)到裂縫少、車轍輕、平整、抗滑性能好和經(jīng)久耐用，與所用瀝青、瀝青混合料的類型性質(zhì)以及瀝青面層的厚度有密切關(guān)系，應(yīng)根據(jù)各種瀝青混合料的特性來(lái)選擇合適的面層結(jié)構(gòu)。

②瀝青路面冷再生半柔性面層材料的選擇

由于干線公路的基層或下面層應(yīng)采用收縮性小，抗變形能力強(qiáng)的材料，所以可采用瀝青路面冷再生半柔性面層。

③瀝青面層的合適厚度

就我國(guó)使用的半柔性面層瀝青路面來(lái)說(shuō)，各地的實(shí)踐證明路面承載能力完全可由半柔性材料層滿足，瀝青面層對(duì)半柔性路面的承載能力無(wú)影響。

為了減輕面層的溫度裂縫而增厚瀝青面層的得益不多，反而會(huì)帶來(lái)一些不利后果。增厚瀝青面層會(huì)明顯增加車轍深度。此外增加瀝青面層厚度還會(huì)明顯增加路面工程費(fèi)用。因此從技術(shù)經(jīng)濟(jì)全面分析，瀝青面層厚9cm～12cm是合適的厚度。在其它高等級(jí)公路(包括輕交通一級(jí)公路)上采用的瀝青面層合適厚度是6cm～9cm。具體說(shuō)，當(dāng)交通等級(jí)為T(mén)4時(shí)，瀝青面層厚度為15cm；當(dāng)交通等級(jí)為T(mén)3時(shí)，瀝青面層厚度為12cm；當(dāng)交通等級(jí)為T(mén)2時(shí)，瀝青面層厚度為9cm；當(dāng)交通等級(jí)為T(mén)1時(shí)，瀝青面層厚度為6cm。

c.瀝青路面冷再生半柔性面層或基層的最小厚度

冷再生半柔性路面主要用于公路的大修，這是因?yàn)槭褂门菽瓰r青穩(wěn)定舊路更具有環(huán)保性、經(jīng)濟(jì)性的優(yōu)點(diǎn)；

就再生方式來(lái)講，高速公路通常采用廠拌再生，國(guó)道、省道等道路通常采用就地再生。由于廠拌再生可以在舊料再生前進(jìn)行預(yù)處理，例如預(yù)先破碎等，不僅可以去除超粒徑材料，還可以使得集料更加規(guī)格，富有棱角性。同時(shí)由于材料拌和時(shí)采用強(qiáng)制拌和這樣也會(huì)使得半柔性瀝青混合料分散的更加均勻，材料品質(zhì)更為穩(wěn)定。與就地再生相比，這種再生方式造價(jià)較高，工序較為復(fù)雜。

從路面結(jié)構(gòu)形式上看，作為基層厚度一般在15～25cm，設(shè)計(jì)時(shí)由于考慮到半柔性瀝青穩(wěn)定材料屬于柔性材料，其強(qiáng)度和抗疲勞等性質(zhì)接近粗粒式瀝青混合料，因此其熱瀝青罩面層的厚度可以適當(dāng)減小，從而可以使得總的路面造價(jià)降低。

多數(shù)試驗(yàn)路段的路面結(jié)構(gòu)也體現(xiàn)了組合式基層的設(shè)計(jì)理念，即把半剛性基層（或是再生后剩下的部分基層）往下放，只起到底基層的作用，這樣可以使半剛性基層的拉應(yīng)變減小，受溫度、水分等環(huán)境的影響也減小，從各方面講對(duì)防止反射裂縫有好處，而且成本會(huì)有所降低。

綜上所述，建議半柔性基層上基層的最小厚度：

當(dāng)土基強(qiáng)度為40～60MPa時(shí)，最小厚度18cm；當(dāng)土基強(qiáng)度為30～40MPa時(shí)，最小厚度25cm。

公路瀝青路面冷再生半柔性結(jié)構(gòu)應(yīng)具有以下功能：

（1）要有足夠的承載能力，以承擔(dān)設(shè)計(jì)使用年限內(nèi)的累計(jì)當(dāng)量軸次的作用，而不導(dǎo)致產(chǎn)生過(guò)早疲勞破壞。

（2）瀝青路面冷再生半柔性結(jié)構(gòu)應(yīng)盡量避免產(chǎn)生裂縫，以減少水分從裂縫滲入瀝青路面而產(chǎn)生局部早期破壞。

（3）瀝青路面的車轍槽應(yīng)加以控制，以養(yǎng)活路面使用期間采取消除轍槽次數(shù)。

（4）表面層應(yīng)具有良好的耐久性和抗滑性能，以減少交通事故。

只有滿足上述要求，瀝青路面冷再生半柔性基層瀝青路才能完成其應(yīng)有的使用功能，使車輛能夠迅速、舒適、安全地通行。

根據(jù)前面論述，結(jié)合我國(guó)各地區(qū)己有實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，瀝青路面冷再生半柔性路面基本結(jié)構(gòu)如2.5。

表2.5結(jié)構(gòu)層組合

結(jié)構(gòu)層位

結(jié)構(gòu)1

結(jié)構(gòu)2

面層

瀝青混凝土

瀝青混凝土

上基層

乳化瀝青冷再生半柔性材料

泡沫瀝青冷再生半柔性材料

底基層

舊路面基層

舊路面基層

(2)典型結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)及設(shè)計(jì)原則

以前述為基礎(chǔ)，以現(xiàn)行公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范為依據(jù)，以我國(guó)各地區(qū)瀝青路面冷再生半柔性路面為研究為對(duì)象，提出適宜舊瀝青路面冷再生修筑半柔性路面的典型結(jié)構(gòu)。

a.設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和依據(jù)

路面結(jié)鉤理論分析采用雙圓垂直均布荷載作用下的彈性層狀體系理論，以路表彎沉值為路面結(jié)構(gòu)整體剛度的設(shè)計(jì)指標(biāo)，以層底拉應(yīng)力為瀝青路面面層和半剛性基層材料的驗(yàn)算指標(biāo)。

路表設(shè)計(jì)彎沉值和瀝青混凝土面層、半剛性基層材料的容許拉應(yīng)力分別為：

(2.3)

(2.4)

式中：

——路表設(shè)計(jì)彎沉值，瀝青路面指路面溫度20℃時(shí)值

——路面結(jié)構(gòu)層材料的容許拉應(yīng)力

——設(shè)計(jì)年限內(nèi)一個(gè)車道上的累計(jì)軸次

——公路等級(jí)系數(shù)，高速公路、一級(jí)公路取1.0；二級(jí)公路取1.1

——面層類型系數(shù)，瀝青混凝土路面取1.0

——基層類型系數(shù)，半剛性基層取1.0

S——路面結(jié)構(gòu)層材料的劈裂強(qiáng)度

——抗拉強(qiáng)度結(jié)構(gòu)系數(shù)

瀝青混凝土面層

半剛性基層

瀝青路面冷再生半柔性基層

路面設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)軸載為BZZ-100，設(shè)計(jì)年限為15年，典型結(jié)構(gòu)的推薦以現(xiàn)行“公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范(JTGD50-2006)”為依據(jù)。

b.設(shè)計(jì)原則

1.瀝青路面冷再生半柔性路面典型結(jié)構(gòu)應(yīng)具有足夠強(qiáng)度

制定典型結(jié)構(gòu)必須保證路面不發(fā)生結(jié)構(gòu)性破壞。尤其是保證基層和底基層不發(fā)生結(jié)構(gòu)性破壞。

2.瀝青路面冷再生半柔性路面典型結(jié)構(gòu)應(yīng)有合理的結(jié)構(gòu)組合

在保證良好的使用性能的前提下，結(jié)合當(dāng)?shù)氐淖匀毁Y源，就地取材，合理調(diào)整面層、上基層和底基層的厚度，降低工程造價(jià)。

3.瀝青路面冷再生半柔性路面各類結(jié)構(gòu)層要滿足最小厚度的要求

半柔性基層各類結(jié)構(gòu)最小厚度是長(zhǎng)期工程實(shí)踐和科研中總結(jié)出來(lái)的。對(duì)于干線公路半剛性基層瀝青混凝土，半柔性基層最小厚度12cm(土基模量為40～60MPa)和18cm(土基模量為30～40MPa)。

4.瀝青路面冷再生半柔性基層厚度應(yīng)考慮施工可行性

在瀝青路面冷再生半柔性公路設(shè)計(jì)中，半柔性基層變化也在12-25cm之間，在選取厚度時(shí)應(yīng)考慮施工可行性。一般情況，瀝青路面冷再生半柔性基層厚度符合表2.6要求。

表2.6瀝青路面冷再生半柔性基層施工厚度

瀝青路面冷再生半柔性基層厚度（cm）

乳化瀝青冷再生

泡沫瀝青冷再生

12～25

13～28

5.瀝青路面冷再生半柔性路面典型結(jié)構(gòu)與公路等級(jí)和交通等級(jí)及其組成相適應(yīng)。

6.瀝青路面冷再生半柔性路面典型結(jié)構(gòu)應(yīng)滿足瀝青路抗滑標(biāo)準(zhǔn)，以保證行車舒適和安全性。

此外，典型結(jié)構(gòu)應(yīng)充分重視路基、路面綜合設(shè)計(jì)，并應(yīng)注意路基、路面的綜合排水。

路面典型結(jié)構(gòu)應(yīng)遵循因地制宜、合理選標(biāo)、方便施工、利于養(yǎng)護(hù)的原則，優(yōu)先選用便于機(jī)械化和工廠化施工的方案，并采用最新研究成果.

c.適用范圍

1.本課題推薦的瀝青路面冷再生半柔性路面典型結(jié)構(gòu)適用于瀝青路面改造，設(shè)計(jì)年限內(nèi)累計(jì)當(dāng)量軸次20×105～150×105的瀝青路面改造設(shè)計(jì)。

2.累計(jì)當(dāng)量軸次Ne＞150×105時(shí)，瀝青路面冷再生半柔性路面結(jié)構(gòu)厚度應(yīng)另行計(jì)算確定。

3.當(dāng)老路基基回彈模量E0＜30MPa時(shí)，首先應(yīng)對(duì)舊路基進(jìn)行工程技術(shù)處理，設(shè)置墊層或改善層，使其E0＞30后，再運(yùn)用瀝青路面冷再生半柔性路面典型結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)。

(3)瀝青路面冷再生半柔性路面典型結(jié)構(gòu)

根據(jù)推薦基本原則與標(biāo)準(zhǔn)及國(guó)內(nèi)外路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則，結(jié)合瀝青路面冷再生半柔性路面實(shí)際情況，經(jīng)綜合分析，推薦出39種瀝青路面冷再生半柔性路面典型結(jié)構(gòu)。

2.3半柔性路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)與典型結(jié)構(gòu)形式研究

1）半柔性路面混合料疲勞性能影響因素分析

（1）溫度對(duì)半柔性路面材料疲勞試驗(yàn)的影響

本研究主要針對(duì)基體瀝青混合料的級(jí)配中值，其空隙率為23%的半柔性路面路面材料進(jìn)行四點(diǎn)彎曲疲勞試驗(yàn)，以試件斷裂為破壞標(biāo)準(zhǔn)。基體瀝青混合料和砂漿的配合比與第二章一致。

溫度對(duì)瀝青混合料疲勞性能有很大的影響，由于半柔性路面材料偏向柔性，其評(píng)價(jià)指標(biāo)也與瀝青混合料相似，所以研究溫度對(duì)半柔性路面材疲勞性能的影響是必不可少的。所以本研究對(duì)對(duì)試驗(yàn)溫度為5℃、15℃、40℃時(shí)的半柔性路面材料的疲勞性能進(jìn)行研究。

通過(guò)試驗(yàn)分析可以看出隨著溫度的升高，半柔性路面材料的極限破壞強(qiáng)度不斷的降低。

將三種溫度下的疲勞曲線對(duì)比匯總于表2.7、2.8，可以看出溫度對(duì)半柔性路面材料的疲勞壽命影響很大，40℃時(shí)的疲勞方程的斜率明顯大于15℃和5℃時(shí)的疲勞方程的斜率，這說(shuō)明環(huán)境溫度40℃時(shí)，半柔性路面材料表現(xiàn)出更多的粘彈性，雖然所受極限強(qiáng)度降低，在同一應(yīng)力強(qiáng)度比的疲勞壽命也較短，但是隨著應(yīng)力強(qiáng)度比的增大，疲勞壽命的降低程度有所減緩。而15℃和5℃時(shí)的疲勞壽命表現(xiàn)出跟多的脆性，隨著應(yīng)力強(qiáng)度比的增大，疲勞壽命極具下降，而5℃比15℃時(shí)，下降趨勢(shì)更加明顯。

表2.7不同溫度的疲勞試驗(yàn)數(shù)據(jù)

溫度

（℃）

應(yīng)力強(qiáng)度比

對(duì)數(shù)壽命lgNf

樣本數(shù)n

均值

標(biāo)準(zhǔn)差S

5

0.2

5.2254

0.1567

5

0.3

4.4654

0.2458

5

0.4

3.8685

0.1451

5

0.5

3.1451

0.1784

5

15

0.24

4.8225

0.0739

5

0.26

4.5102

0.2641

5

0.3

4.0180

0.2843

5

0.4

3.5067

0.1781

5

0.54

3.1395

0.2445

5

40

0.2

3.5945

0.1475

5

0.3

3.1034

0.0987

5

0.4

2.8811

0.1237

5

0.5

2.3802

0.1179

5

表2.8三種溫度的對(duì)數(shù)疲勞方程匯總

溫度（℃）

疲勞方程

相關(guān)系數(shù)

5

lgNf=-6.8378+6.5693

0.9981

15

lgNf=-5.311+5.8476

0.8998

40

lgNf=-3.8652+4.3426

0.9803

（2）加載頻率對(duì)半柔性路面抗疲勞性能的影響

為了對(duì)比加載頻率對(duì)半柔性路面材料疲勞性能的影響，除了研究在加載頻率10HZ，環(huán)境溫度為15℃加載環(huán)境下的疲勞試驗(yàn)，還研究了加載頻率15HZ，環(huán)境溫度為15℃加載環(huán)境下的疲勞試驗(yàn)。

與加載頻率為10HZ的疲勞方程相比，在15HZ的加載環(huán)境下，疲勞壽命要高于在10HZ的加載環(huán)境下的疲勞壽命。但我們不能因?yàn)檫@樣就說(shuō)在15HZ加載頻率環(huán)境下的疲勞壽命比10HZ加載頻率環(huán)境下的疲勞壽命要長(zhǎng)，因?yàn)殡m然隨著頻率的增大，加載循環(huán)次數(shù)增加，但是循環(huán)次數(shù)的增加沒(méi)有頻率增加的幅度大，也就是說(shuō)如果以時(shí)間作為參量的話，疲勞壽命并沒(méi)有隨著頻率的增大而增加。如果以時(shí)間t為參量的話，加載頻率為10HZ和15HZ的對(duì)數(shù)線相差不大。

（3）灌注不同砂漿對(duì)半柔性路面材料抗疲勞性能的影響

在灌入基體瀝青混合料的砂漿中摻入丁苯膠乳能顯著改善半柔性路面材料的路用性能，為了了解聚合物砂漿半柔性路面材料的疲勞性能，本研究對(duì)灌注普通水泥基砂漿的半柔性路面材料與灌注聚合物砂漿的半柔性路面材料進(jìn)行疲勞試驗(yàn)對(duì)比研究，通過(guò)試驗(yàn)研究確定，在砂漿中摻入聚合物能有效的改善半柔性路面材料的疲勞性能，使半柔性路面材料對(duì)應(yīng)力水平的敏感度降低，也就是可以使半柔性路面材料的柔性增加。

（4）與半剛性基層和普通瀝青混合料抗疲勞性能的對(duì)比

為了方便與國(guó)內(nèi)外已有的研究成果比較，本研究也整理出了半柔性路面材料的應(yīng)力水平—壽命均值的疲勞方程：

（2.5）

即：（2.6）

相關(guān)系數(shù)：=0.9526

即半柔性路面的疲勞方程參數(shù)：，。

表2.9給出了一些半剛性基層材料的疲勞方程。從表2.9的數(shù)據(jù)可見(jiàn)，半剛性基層材料的疲勞壽命對(duì)荷載水平時(shí)很敏感的，應(yīng)力水平的很小變化就能導(dǎo)致疲勞壽命的很大變化。從這點(diǎn)上來(lái)看，半柔性路面混合料和半剛性基層材料的性能還是有很大區(qū)別的，半柔性路面材料更加接近柔性。

表2.9半剛性基層材料的疲勞方程參數(shù)

試驗(yàn)方法

材料

研究者

K

n

彎曲

二灰碎石

重慶公路所

2.57×1019

18.954

二灰鋼渣

1.21×1021

20.065

水泥土

7.27×1021

24.029

彎曲

二灰小梁

重慶公路所

18.66332

22.672

二灰中梁

70.11276

23.003

水泥小梁

4138.805

19.198

水泥中梁

16961.82

17.274

可以看出半柔性路面材料的疲勞性能要優(yōu)于普通瀝青混合料，特別是在低應(yīng)力區(qū)，半柔性路面材料要遠(yuǎn)優(yōu)于瀝青混合料。正如前面分析，半柔性路面材料對(duì)于瀝青混合料來(lái)說(shuō)，具有一定的剛性，對(duì)應(yīng)力水平改變比較敏感。也就是說(shuō)隨著應(yīng)力水平的增加，半柔性路面材料的疲勞壽命下降速度要快于瀝青混合料，但是又比半剛性基層材料要慢得多。

2）半柔性路面抗拉強(qiáng)度結(jié)構(gòu)系數(shù)

通過(guò)室內(nèi)四點(diǎn)彎曲疲勞試驗(yàn),對(duì)半柔性路面材料的抗疲勞性能進(jìn)行研究，得到以下研究成果。

（1）對(duì)比三種溫度5℃、15℃和40℃條件下疲勞壽命發(fā)現(xiàn)，隨著溫度的升高同一應(yīng)力強(qiáng)度比的疲勞壽命變短；同時(shí)發(fā)現(xiàn)溫度15℃和5℃時(shí)的疲勞破壞表現(xiàn)出更多的脆性。

（2）對(duì)比加載頻率10HZ和15HZ下的抗疲勞性能發(fā)現(xiàn)，在15HZ的加載條件下，疲勞壽命要高于在10HZ的加載環(huán)境下的疲勞壽命；但如果以加載時(shí)間作為參量的話，疲勞壽命并沒(méi)有隨著頻率的增大而略有增加。

（3）在砂漿中摻入聚合物能有效的改善半柔性路面材料的疲勞性能，使半柔性路面材料對(duì)應(yīng)力水平的敏感度降低，即柔性增加。

（4）半柔性路面材料的疲勞性能要優(yōu)于普通瀝青混合料，特別是在低應(yīng)力區(qū)，半柔性路面材料要遠(yuǎn)優(yōu)于瀝青混合料。隨著應(yīng)力水平的增加，半柔性路面材料的疲勞壽命下降速度要快于瀝青混合料，但是又比半剛性基層材料要慢得多。

（5）運(yùn)用數(shù)理統(tǒng)計(jì)的方法得到了置信度90%，存活率95%的疲勞方程和路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)用的抗拉強(qiáng)度結(jié)構(gòu)系數(shù)。

灌注普通砂漿：

灌注聚合物砂漿：

3）半柔性路面的材料設(shè)計(jì)參數(shù)

（1）劈裂強(qiáng)度

我國(guó)現(xiàn)行《公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTG

D50-2006)中規(guī)定，用于檢驗(yàn)拉應(yīng)力的劈裂強(qiáng)度試驗(yàn)，其測(cè)試溫度采用15℃。對(duì)水泥穩(wěn)定類材料系指齡期為90d的極限劈裂強(qiáng)度；對(duì)二灰穩(wěn)定類、石灰穩(wěn)定類材料系指齡期為180d的極限劈裂強(qiáng)度；對(duì)水泥粉煤灰穩(wěn)定類材料系指齡期為120d的極限劈裂強(qiáng)度。

本研究對(duì)級(jí)配上、中、下限的半柔性路面材料的馬歇爾試件養(yǎng)護(hù)28d，并測(cè)定其15℃和20℃時(shí)的劈裂強(qiáng)度。試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2.10。

表2.10半柔性路面劈裂強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果

項(xiàng)目

普通砂漿

聚合物砂漿

上限

中值

下限

上限

中值

下限

劈裂強(qiáng)度（MPa）

15℃

1.53

1.61

1.72

1.22

1.28

1.37

20℃

1.31

1.45

1.56

1.08

1.16

1.25

從表2.10的試驗(yàn)數(shù)據(jù)不難看出，半柔性路面材的劈裂強(qiáng)度比瀝青混合料和半剛性基層要高，并且隨著空隙率的增大，半柔性路面材料的劈裂強(qiáng)度不斷增大。灌入聚合物水泥基砂漿的半柔性路面材料劈裂強(qiáng)度較灌入粉煤灰水泥基砂漿的半柔性劈裂強(qiáng)度有所降低，說(shuō)明加入聚合物后使半柔性路面材料更加偏于柔性。

（2）抗壓強(qiáng)度和回彈模量

室內(nèi)試驗(yàn)采用圓柱體試件，其直徑d為100mm，高h(yuǎn)為100mm。試驗(yàn)加載的速率為2mm/min?；w瀝青混合料試件采用靜壓法成型，等其冷卻后再灌注水泥基砂漿。用于抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)和抗壓回彈試驗(yàn)的試件個(gè)數(shù)均為3個(gè)。對(duì)抗壓強(qiáng)度要求以2mm/min的加載速率均勻加載直至破壞，對(duì)抗壓回彈模量，應(yīng)根據(jù)試件的平均抗壓強(qiáng)度對(duì)應(yīng)的荷載均勻分成10級(jí)，分別取0.1P，0.2P，0.3P，0.4P，0.5P，0.6P，0.7P七級(jí)作為試驗(yàn)荷載。測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表2.11。

表2.11半柔性路面抗壓強(qiáng)度和抗壓回彈模量試驗(yàn)結(jié)果

灌注砂漿類型

齡期

(d)

級(jí)配

抗壓強(qiáng)度（MPa）

抗壓回彈模量（MPa）

15℃

20℃

15℃

20℃

粉煤灰型砂漿

28

上限

3.26

2.36

2025.3

1825.3

中值

3.78

2.87

2281.1

1996.1

下限

4.51

3.49

2404.6

2204.6

聚合物型砂漿

28

上限

2.75

1.82

1738.5

1562.5

中值

3.14

2.27

1854.1

1719.8

下限

3.68

2.81

1995.6

1824.3

SBS改性瀝青AC-16C

3.59

2.90

1885

1396

通過(guò)對(duì)山西晉中市南太線（K95+260－K95+360）、董榆線（K58+350－K58+400、K46+330－K46+430）試驗(yàn)路段的檢測(cè)彎沉值，按照貝克曼梁測(cè)定瀝青路面回彈模量彎沉的試驗(yàn)方法，計(jì)算出代表彎沉。建立彈性雙層體系，通過(guò)公路路面設(shè)計(jì)程序系統(tǒng)反算得到其相應(yīng)回彈模量值。鑒于國(guó)內(nèi)半柔性路面設(shè)計(jì)仍按柔性路面的設(shè)計(jì)方法，故本研究仍采用柔性路面設(shè)計(jì)程序系統(tǒng)反算其回彈模量。

由水泥穩(wěn)定砂礫基層和半柔性路面建立彈性雙層體系，按區(qū)間測(cè)得的彎沉進(jìn)行反算得基層和半柔性路面的回彈模量，具體見(jiàn)表2.12和表2.13。

表2.12基層的彎沉及回彈模量

標(biāo)段

區(qū)間（m）

代表彎沉(0.01mm)

回彈模量EC(MPa)

第一段

50

33

1438

50

29

1527

第二段

50

30

1413

第三段

70

31

1395

表2.13半柔性路面彎沉及回彈模量

標(biāo)段

區(qū)間

（m）

平均彎沉

(0.01mm)

標(biāo)準(zhǔn)差σ

(0.01mm)

代表彎沉(0.01mm)

回彈模量EC

(MPa)

第一段

50

14

3.352

19

1659

50

10

1.728

14

2230

第二段

50

13

2.137

16

1962

第三段

70

12

1.653

15

2038

注：T0=27℃，5d日平均氣溫為26℃

從表2.13可以看出，由實(shí)測(cè)彎沉反算得到的回彈模量值一般大于1800MPa，所有的模量值都在1600MPa～2400MPa范圍內(nèi)，與室內(nèi)試驗(yàn)所研究的回彈模量（普通型基本一致）。本研究提出半柔性路面混合料的回彈模量值為：1600MPa～2400MPa（普通型）和1400MPa～2000MPa（聚合物型），認(rèn)為半柔性路面混合料仍屬于柔性材料的范疇。

通過(guò)室內(nèi)外試驗(yàn)分析結(jié)合設(shè)計(jì)規(guī)范的規(guī)定，確定半柔性路面材料回彈模量可按表2.14的范圍取值。

表2.14半柔性路面材料回彈模量建議取值范圍

類型

抗壓回彈模量EC(MPa)

20℃

15℃

灌注普通砂漿

1800~2400

2000~2600

灌注聚合物砂漿

1400~2000

1600~2200

半柔性路面材料的抗壓回彈模量和劈裂強(qiáng)度較瀝青混合料的設(shè)計(jì)參數(shù)稍大一些，這一說(shuō)明半柔性路面材料顯示了一定的剛性。但由于其與瀝青混合料的設(shè)計(jì)參數(shù)相差不大，所以可以說(shuō)其仍然偏于柔性。這也就證明了，采用瀝青混合料路面性能試驗(yàn)方法來(lái)檢驗(yàn)半柔性路面材料路用性能的方法是有效的。

4）半柔性路面典型結(jié)構(gòu)研究

（1）交通參數(shù)分級(jí)

我國(guó)現(xiàn)行的《公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTGD50-2006)中，瀝青路面按照公路等級(jí)確定其路面等級(jí)、面層類型和設(shè)計(jì)年限。交通量宜劃分為四個(gè)等級(jí)，見(jiàn)表2.15。設(shè)計(jì)時(shí)可根據(jù)累計(jì)當(dāng)量軸次（次/車道）或每車道、每日平均大型客車及中型以上的各種貨車交通量[輛/(d·車道)]，選擇一個(gè)較高的交通等級(jí)作為設(shè)計(jì)交通等級(jí)。

表2.15交通等級(jí)

交通等級(jí)

BZZ-100累計(jì)標(biāo)準(zhǔn)軸次（次/車道）

大客車及中型以上的各種貨車交通量

[輛/(d·車道)]

輕交通

<3×106

<600

中等交通

3×106～1.2×107

600～1500

重交通

1.2×107～2.5×107

1500～3000

特重交通

>2.5×107

>3000

（2）土基強(qiáng)度分級(jí)

土基是影響瀝青路面結(jié)構(gòu)承載能力、結(jié)構(gòu)層厚度和使用性能的重要因素。土基的強(qiáng)弱直接影響路表彎沉值的大小和瀝青路面使用壽命的長(zhǎng)短。路面力學(xué)計(jì)算結(jié)果表明，瀝青路面的回彈彎沉值絕大部分是由土基引起的。合理劃分土基等級(jí)，保證土基施工質(zhì)量對(duì)路面彎沉控制有重要的意義。

土基強(qiáng)度等級(jí)劃分為S1、S2、S3三個(gè)等級(jí)與各參數(shù)間相互關(guān)系見(jiàn)表2.16。

表2.16土基強(qiáng)度等級(jí)

土基強(qiáng)度等級(jí)

回彈模量范圍(MPa)

承載比范圍(CBR)

S1

30～45

4.5～7.0

S2

45～65

7.0～10.0

S3

＞65

＞10.0

（3）高性能半柔性路面材料設(shè)計(jì)參數(shù)推薦值

根據(jù)以上研究成果，提出半柔性混合料的材料參數(shù)匯總?cè)绫?.17。

表2.17半柔性混合料材料參數(shù)

類型

抗壓回彈模量EC(MPa)

劈裂強(qiáng)度

抗拉強(qiáng)度結(jié)構(gòu)系數(shù)

20℃

15℃

15℃

普通砂漿

1800~2400

2000~2600

1.5~1.8

聚合物砂漿

1400~2000

1600~2200

1.2~1.5

2.4保水降溫半柔性路面的研發(fā)

由于城市區(qū)域發(fā)展日益龐大，使得人口密集、不透水建筑面積增加、排熱機(jī)器繁多，其結(jié)果導(dǎo)致自然降雨滲入地面土壤的機(jī)會(huì)相對(duì)減少，城市的熱平衡受到破壞，以致于路面熱量無(wú)法釋放。改善城市“熱島”效應(yīng)，減少對(duì)生態(tài)的影響、節(jié)約水資源的保水降溫路面成為未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)。本論文擬開(kāi)發(fā)出一種保水降溫砂漿，將其應(yīng)用于半柔性路面結(jié)構(gòu)而成為一種新型的保水降溫半柔性路面，達(dá)到降低城市道路路面溫度、改善城市生態(tài)環(huán)境的目的。

保水降溫半柔性路面是指以大空隙率瀝青混合料（空隙率高達(dá)20%-28%）作為基體，通過(guò)灌注并滲入一定比例的保水砂漿組分，最終硬化形成的一種高性能特殊路面。保水砂漿能夠在下雨或路面灑水時(shí)自動(dòng)蓄水，一旦氣溫升高時(shí)水分蒸發(fā)而吸收熱量，從而達(dá)到降低路面及環(huán)境溫度的效果，溫度降低最大可達(dá)10℃以上。同時(shí)，該路面具有一定的排水功效，可以防止路面積水。

以半柔性路面為基體鋪筑保水降溫路面，國(guó)外進(jìn)行了較為廣泛的研究和應(yīng)用，其中以日本為代表。如日本橫浜市道路局開(kāi)展了保水性鋪裝路面性能及施工研究，提出了性能和施工要求；三菱商事プラスチック株式會(huì)社在“保水性舗裝構(gòu)造”發(fā)明專利中對(duì)保水材料、路面施工、路面結(jié)構(gòu)提出了相應(yīng)的要求，結(jié)果顯示保水性路面具有良好的降溫效果。相對(duì)而言，我國(guó)在保水降溫半柔性路面領(lǐng)域研究極少，目前幾乎沒(méi)有相關(guān)報(bào)道。

通過(guò)本項(xiàng)目研究表明，保水降溫半柔性路面混合料SFAC-13表現(xiàn)出極強(qiáng)的高溫穩(wěn)定性、水穩(wěn)性，且其低溫（溫度-10℃）抗裂性能（破壞拉伸應(yīng)變、勁度模量）比AC-16稍好；半柔性混合料抗疲勞性能優(yōu)于普通瀝青混合料。本研究提出了路面24小時(shí)保水量和灑水8小時(shí)后的路面降溫參數(shù)為兩項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)。

保水降溫半柔性路面可廣泛應(yīng)用于城市小區(qū)道路鋪裝、城市主干道鋪設(shè)以及大型廣場(chǎng)路面鋪裝。若在城市道路大面積鋪裝該路面，可改善城市生態(tài)結(jié)構(gòu)，降低城市熱島效應(yīng)，優(yōu)化城市人居環(huán)境。

2.5灌注式半柔性路面的施工技術(shù)與技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析

針對(duì)半柔性路面水泥基砂漿的施工特點(diǎn)，并結(jié)合現(xiàn)階段現(xiàn)有的路面施工機(jī)械情況對(duì)半柔性路面水泥基砂漿的施工工藝與機(jī)械配置進(jìn)行了優(yōu)化和改進(jìn)，主要研究成果如下：

①稀漿封層機(jī)用于水泥基砂漿的制作與灌注。首先分析了國(guó)內(nèi)現(xiàn)有的稀漿封層機(jī)的型號(hào)與特點(diǎn)以及稀漿封層機(jī)的工作原理，在此基礎(chǔ)上結(jié)合水泥基砂漿的施工特性分析了稀漿封層機(jī)用于半柔性路面施工的可行性以及施工注意事項(xiàng)。

②小型振動(dòng)壓路機(jī)用于水泥基砂漿的輔助灌注作業(yè)：考慮到平板振動(dòng)器施工的低效性以及大型振動(dòng)壓路機(jī)對(duì)基體瀝青混合料的破壞性，所以選擇小噸位的振動(dòng)壓路機(jī)比較適合于水泥基砂漿的輔助灌注施工。

③根據(jù)施工路段水源的充足與否提出了灑水車與清掃車用于半柔性路面殘余水泥基砂漿整除施工的可行性：首先分析了國(guó)內(nèi)主要灑水車的型號(hào)以及灑水車用于砂漿整除施工的特點(diǎn)與注意事項(xiàng)；清掃車用于砂漿整除施工的可行性考慮了國(guó)內(nèi)與國(guó)外清掃車兩種情況，用國(guó)內(nèi)清掃車進(jìn)行施工需對(duì)其技術(shù)進(jìn)行相關(guān)改進(jìn)，提高施工效率及功能多樣化，國(guó)外的清掃車可直接用于水泥基砂漿的清除工作，但成本較高。

④結(jié)合以上機(jī)械配置情況，得出優(yōu)化后的水泥基砂漿的施工工藝：備料—稀漿封層機(jī)拌和灌注水泥基砂漿—小型振動(dòng)壓路機(jī)輔助灌注—灑水車或清掃車進(jìn)行整除—養(yǎng)生、開(kāi)放交通。

本項(xiàng)目研究從技術(shù)經(jīng)濟(jì)角度分析了半柔性路面的特點(diǎn)以及與普通瀝青路面的比較。首先按照半柔性路面的施工工藝對(duì)其施工定額作了分析研究：基體瀝青混合料的施工定額、應(yīng)力吸收層的施工定額、人工拌和施工水泥基砂漿施工定額、廠拌施工水泥基砂漿的施工定額以及稀漿封層機(jī)施工水泥基砂漿的施工定額。在這些定額的基礎(chǔ)上并參考縱橫造價(jià)軟件上的最新定額對(duì)半柔性路面的施工成本作了較為詳盡的分析。最后對(duì)同一體積的路面實(shí)體將半柔性路面與普通瀝青路面的施工成本作了對(duì)比，得出半柔性路面在技術(shù)經(jīng)濟(jì)方面的優(yōu)勢(shì)。

3結(jié)論

3.1主要結(jié)論

項(xiàng)目研究通過(guò)國(guó)內(nèi)外調(diào)研、室內(nèi)試驗(yàn)研究和依托工程的實(shí)施應(yīng)用，得到如下結(jié)論：

（1）通過(guò)對(duì)瀝青路面冷再生混合料的微觀結(jié)構(gòu)與再生機(jī)理的分析，研究了瀝青發(fā)泡技術(shù)并分析其影響因素。首次進(jìn)行了基于混合料力學(xué)性能的發(fā)泡效果評(píng)價(jià)研究，討論了用于冷再生的乳化瀝青標(biāo)準(zhǔn)與其效果評(píng)價(jià)；通過(guò)對(duì)泡沫瀝青混合料的強(qiáng)度形成機(jī)理分析，提出了其強(qiáng)度增長(zhǎng)的三個(gè)重要階段。研究了瀝青路面冷再生混合料配合比設(shè)計(jì)及其水穩(wěn)定性、高溫穩(wěn)定性和抗裂性能，發(fā)現(xiàn)其路用性能優(yōu)于半剛性基層，也是目前我國(guó)薄層瀝青路面再生利用的最佳選擇之一。

（2）通過(guò)疲勞試驗(yàn)并用統(tǒng)計(jì)學(xué)分析了其抗疲勞性能，首次提出了該類半柔性路面的抗拉強(qiáng)度結(jié)構(gòu)系數(shù)，并得到了劈裂抗拉強(qiáng)度、抗壓回彈模量的推薦值等設(shè)計(jì)參數(shù)，在此基礎(chǔ)上提出了瀝青路面冷再生修筑半柔性路面的典型結(jié)構(gòu)。

（3）在參考國(guó)外研究資料的基礎(chǔ)上，結(jié)合室內(nèi)試驗(yàn)分析提出了灌注式半柔性路面用水泥基砂漿的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)值。在此基礎(chǔ)上，摻加外加劑和聚合物乳液，檢測(cè)其力學(xué)性能和流動(dòng)度，優(yōu)選研制出了綜合性能較好的4種砂漿，即普通型、早強(qiáng)型、聚合物型水泥基砂漿和彩色水泥基砂漿。

（4）對(duì)基體瀝青混合料的配合比設(shè)計(jì)進(jìn)行了探討，并結(jié)合國(guó)內(nèi)實(shí)際情況，提出了瀝青混合料基體設(shè)計(jì)步驟流程，確定了基體瀝青混合料SFAC-20和SFAC-13的級(jí)配范圍。

混合料類型

通過(guò)下列篩孔（方孔篩，mm）的質(zhì)量百分率（%）

26.5

19.0

13.2

4.75

2.36

0.6

0.3

0.15

0.075

SFAC-20

100

93~100

40~60

12~24

8~18

6~14

5~10

4~8

2~6

SFAC-13

100

100

82~90

20~32

10~21

8~13

5~10

3~8

2~7

（5）提出了半柔性路面基體瀝青混合料連通空隙率的計(jì)算公式，在實(shí)際工程中可以根據(jù)連通空隙率直接計(jì)算水泥基砂漿的用量。對(duì)養(yǎng)護(hù)好的半柔性路面進(jìn)行切割試驗(yàn)，可看出水泥基砂漿基本填滿瀝青混合料基體的空隙，比較密實(shí)，填充效果較好，并提出了測(cè)定半柔性路面剩余空隙率的測(cè)試計(jì)算方法。

（6）半柔性路面的抗高溫變形能力比普通瀝青混凝土路面明顯增強(qiáng)，路面的車轍深度很小，抗車轍性能好，抗車轍動(dòng)穩(wěn)定度達(dá)到15000次/mm；隨著基體孔隙率的增大，半柔性路面材料的低溫抗裂性能呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，本研究推薦級(jí)配的半柔性路面混合料的低溫抗裂性能在對(duì)比試驗(yàn)中，低溫性能優(yōu)于普通AC-16型瀝青混凝土；在水穩(wěn)性能方面，而是隨著空隙率的增大，其水穩(wěn)性能逐漸變好，水穩(wěn)性能略低于普通AC-16型瀝青混凝土。因此，在北方或高原嚴(yán)寒地區(qū)，基體混合料空隙率設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)偏向級(jí)配的級(jí)配上限；在南方高溫多雨地區(qū)，基體混合料空隙率設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)偏向級(jí)配的下限。

（7）半柔性路面混合料的溫度收縮系數(shù)隨溫度的降低逐漸減小，在高溫區(qū)減小趨勢(shì)較快，隨溫度的降低趨于緩和，且具有較小的線收縮系數(shù)，測(cè)試表明其線收縮系數(shù)＝1.2×10-5~2.5×10-5，小于普通AC-16型瀝青混凝土的線收縮系數(shù)（＝2.6×10-5~4.5×10-5）。可見(jiàn)半柔性路面由于降溫引起的收縮比較小，從而產(chǎn)生較小的溫度應(yīng)力，產(chǎn)生溫度裂縫的可能性不大。

（8）灌注聚合物水泥基砂漿的半柔性路面混合料各項(xiàng)路用性能指標(biāo)（高溫穩(wěn)定性、低溫抗裂性和水穩(wěn)定性）均得到普遍提高。綜合考慮路用性能其排序?yàn)椋壕酆衔锷皾{型半柔性路面混合料＞普通砂漿型半柔性路面混合料＞普通AC-16型瀝青混凝土。

（9）在國(guó)內(nèi)首次研究橡膠瀝青半柔性路面，得出橡膠瀝青形成的瀝青膜比較厚，基體橡膠瀝青混合料的空隙率比普通瀝青基體混合料的空隙率較小，為保證水泥基砂漿的充分灌入，因此在基體橡膠瀝青混合料的配合比設(shè)計(jì)過(guò)程中偏向級(jí)配下限；并對(duì)其高溫穩(wěn)定性、低溫抗裂性、水穩(wěn)性能等路用性能進(jìn)行分析研究和試驗(yàn)路的鋪筑，其性能優(yōu)于ARAC-16的路用性能，在重載、大縱坡等路段具有很好的抗車轍、抗推移等性能。

（10）保水降溫半柔性路面是將特殊級(jí)配的水泥基保水砂漿灌入大空隙基體瀝青混合料(空隙率高達(dá)20%-28%)中而形成的一種新型路面。保水降溫半柔性路面具有半柔性路面的一切優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)還具有保水降溫的功效，具有可降低城市熱島效應(yīng)的功能。對(duì)四種保水劑A、B、C、D進(jìn)行保水砂漿配合比試驗(yàn)，確定出了滿足力學(xué)性能、流動(dòng)度和保水率等技術(shù)要求的水泥基保水砂漿配合比。與普通AC-16瀝青混凝土進(jìn)行比較表明，保水降溫半柔性復(fù)合路面材料表現(xiàn)出良好的路用性能。在其保水性能和降溫性能的試驗(yàn)研究基礎(chǔ)上，提出采用“路面24h保水量”和“灑水8h后的路面降溫參數(shù)”為主要評(píng)價(jià)指標(biāo)。

（10）通過(guò)半柔性路面材料的四點(diǎn)彎曲疲勞試驗(yàn)，研