浆体强度对半柔性路面材料路用性能影响研究

0 引言

半柔性路面是一种在空隙率为30%左右的大空隙沥青混合料中灌入高流态的水泥基材料后复合而成的新型路面材料。半柔性路面具有高承载能力，是目前用来解决BRT、道路交叉口处的沥青路面车辙病害最为有效的新方法。实际工程中，水泥基灌浆料的强度对半柔性路面的路用性能影响较为关键，强度过低会导致半柔性路面整体承载能力不足，强度过高会导致半柔性路面材料刚度过大，开裂风险大。

为了研究浆体强度灌入率对半柔性路面材料的路用性能影响规律，试验首先制备出孔隙率为28%的大空隙沥青混合料PFC-13，然后灌入20 MPa、30 MPa、40 MPa、50 MPa、60 MPa共 5 种不同力学性能的半柔性路面专用灌浆料，从而制备出半柔性路面材料SFP-13，通过路用性能与力学性能的测试来研究浆体强度对半柔性路面材料的性能影响规律。

1 试件制备

1.1 大空隙沥青混合料PFC-13组成

大空隙沥青混合料PFC-13由SBSI-C改性沥青、玄武岩粗集料、石灰岩细集料、矿粉组成。大空隙沥青混合料的级配如表1所示，油石比为3.1%，制备出的试件孔隙率为28.2%，马歇尔稳定度为3.7 kN。

1.2 水泥基灌浆材料的制备

高流态水泥基灌浆材料由水泥、矿粉、石英砂、减水剂、水按一定质量比例通过高速搅拌而成。制备出的水泥基灌浆材料性能指标如表2所示。

1.3 半柔性路面材料试件制备

首先制备出相应尺寸的大空隙沥青混合料PFC-13试件，待沥青混合料冷却后，将四周用胶带进行包裹，然后将制备好的水泥基灌浆材料灌入大空隙沥青混合料中。灌入相同质量的几种不同强度的灌浆料，从而制备出不同的半柔性路面材料。控制剩余空隙在4%以下。

采用线性收缩系数来评价半柔性路面材料的体积稳定性能，试件尺寸为20 mm×20 mm×250 mm的小梁试件，由车辙试块中切割而来。测试的温度范围为20～10℃，试验结果如表5所示。

 

表1 大空隙沥青混合料PFC-13级配

  

筛孔尺寸/mm 16 13.2 9.5 4.75 2.36 1.18 0.6 0.3 0.15 0.075通过率/% 100 84.5 17.4 8.7 7.6 6.5 5.4 4.2 3.1 2.8

 

表2 水泥基灌浆料的性能指标

  

浆体编号 水胶比 胶材用量/（t·m-3） 流动度/s 28 d抗压强度/MPa 28 d干缩率/% 分离度/%A B C D E 0.31 0.35 0.38 0.42 0.45 360 342 335 318 280 13.47 14.27 14.39 14.64 15.12 45.9 36.4 31.4 27.3 24.4 0.47 0.38 0.34 0.30 0.27 4.7 3.4 2.8 2.5 2.2

从表4中可以看出，随着浆体强度的增加，半柔性路面材料贯入强度及抗压回弹模量也随之增加。与浆体强度为20 MPa的半柔性路面材料相比，当浆体强度分别增加至30 MPa、40 MPa、50 MPa、60 MPa时，贯入强度分别增加了8%、27%、50.9%、60.6%，单轴动态压缩模量分别增加了25.6%、58.5%、99.4%、120%。由此可知，浆体强度增加后，半柔性路面刚度急剧增加，单轴动态压缩模量增长幅度更为明显，材料的抗车辙能力与抗剪切能力大幅度增加。

2 性能测试结果与分析

2.1 路用性能测试

从表3中可以看出，随着浆体强度的增加，半柔性路面材料的冻融劈裂强度逐步增加，范围在3.2～6.5 MPa之间。与浆体强度为20 MPa相比，当浆体强度分别增加至 30 MPa、40 MPa、50 MPa、60 MPa 时，冻融劈裂强度分别增加了18.8%、53.1%、68.8%、103%。而冻融劈裂强度比均在104%～113%之间，没有明显的规律，但均远远高于沥青混合料大于80%的技术要求。而传统的沥青混合料的冻融劈裂强度在0.8～1.3 MPa之间，因此，考虑半柔性路面材料的抗水稳定性能，浆体强度为20 MPa时即可。

采用单轴动态压缩模量与贯入强度来评价半柔性路面材料的力学性能，单轴动态压缩模量与贯入强度作为非常重要的2个参数指标，用于路面结构设计的需要试件采用旋转压实仪成型的圆柱体试件，灌浆养护3 d后钻芯取样，试件规格为Φ（100±2） mm×（100±2） mm，实验方法参照沥青混合料试验规程与沥青路面设计规范进行。成型试件8个并分为两组，一组进行单轴动态压缩模量试验，试验温度为15℃，荷载为0.7 MPa。另一组进行贯入强度试验，试验温度为60℃，加载速率为1 mm/min，试验结果如表4所示。

 

表3 半柔性路面材料的路用性能评价结果

  

浆体强度/MPa冻融劈裂强度/MPa冻融劈裂强度比/%动稳定度/（次·mm-1）20 30 40 50 60 3.2 3.8 4.9 5.4 6.5 112.1 104.6 113.3 107.8 108.7 16 658 24 336 28 262 34 680 42 860

采用冻融劈裂试验测试来评价半柔性路面材料的水稳定性能。采用车辙试验来测试半柔性路面材料的高温稳定性，测试温度为70℃，轮压为0.9 MPa,其它与沥青混合料车辙试验一致，测试结果如表3所示。

从动稳定度来看，浆体强度对半柔性路面的动稳定度影响很大，浆体强度越高，半柔性路面动稳定度越大。但是半柔性路面材料的动稳定度均在16 000次/mm以上，远远高于沥青混凝土的范畴。因此，从高温稳定性来看，提高灌浆料的强度对半柔性路面材料的抗车辙性能意义不大。

2.2 力学性能测试

B厂NOx原始值350～400 mg/m3，正常工况下，烟气再循环比例控制在12%～18%，配合SNCR使用，锅炉出口NOx浓度可控制在200 mg/m3以下，达到欧盟2010/75/EU的NOx排放要求，且相比于单独使用SNCR脱硝，药剂消耗量约减少36%。同时，烟气再循环比例达到18%时，炉膛温度约降低50℃左右，可有效控制炉温。另外，运行对比发现，采用烟气再循环可以有效减少炉膛结焦的现象。

在VOCs治理方面，目前工业上常用的吸附设备有固定床、移动床、流化床和转轮式吸附装置。其中固定床最常用，其结构较为简单，需要的吸附剂损失较少，但操作较麻烦，并且需要间歇操作；移动床可以连续吸附，分离能力较强，但易磨损，并且设备较大；流化床最近应用也较多，其传热面积较大、传热效果好，但结构较为复杂，吸附剂磨损严重。目前国外发达国家普遍应用转轮式吸附装置，其设备体积小、操作方便，可以连续操作，解吸出来的气体则浓度高而流量低，一般增浓比可达10～15倍；但该装置不能处理含尘废气，容易堵塞旋转轮。

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表4 半柔性路面材料试件力学性能

  

浆体强度/MPa贯入强度/MPa单轴动态压缩模量/MPa 20 30 40 50 60 5.68 6.14 7.21 8.57 9.12 11 746 14 926 18 543 23 061 25 824

将试件放入养生，养生12 h后将包裹的胶带清理干净，继续养生3 d后，进行试件的钻芯或切割并进行相关性能测试。

索赔是一个既要求科学严谨，又要求艺术灵活的工程管理行为。索赔没有固定的模式和标准答案，不同的人进行相同的索赔也会得到不同的结果。由于索赔工作对施工企业的经济利益有着直接的影响，所以，索赔人员应注重知识的综合运用，不断学习、总结，将索赔工作贯穿于整个施工过程，提升工程管理水平，为企业谋求更好的经济效益。

2.3 体积稳定性

京沪线高铁的建设，对于控制民航机票价格有着重要影响，可以促使民航运输降低自身的票价，这有利于降低旅客的出行成本。民航为了提高自己的竞争力，会积极改善服务态度，促进民航开拓其他市场，促进交通网的完善。京沪线高铁的建设，有利于促进高铁和民航之间进行竞争，相互促进，相互改善，有竞争才会有进步。只有降低垄断，才能优化服务意识，更好地为人民群众服务，实现顾客就是上帝的这条服务业要求[3]。

 

表5 半柔性路面材料自温缩系数

  

浆体强度/MPa 20～-10℃温缩系数（×10-5/℃）20 30 40 50 60 0.92 1.104 1.126 1.137 1.142

从表5来看，半柔性路面材料的温缩系数在0.92～1.142（×10-5/℃）之间，随着浆体强度增加，半柔性路面材料的温缩系数增加。当灌浆料强度在40MPa后，温缩系数增长幅度缓慢。考虑到浆体强度的增加，脆性加大，会带来浆体自身体积变形加大，在温度作用下，浆体与沥青之间的界面带来一定的冲击。因此，从体积稳定性来考虑，半柔性路面材料的浆体强度不宜超过40 MPa。

3 结论

从高温性能来看，随着浆体强度的增加，半柔性路面材料的高温抗车辙能力增加，但均在160 000次/mm以上，远远超出沥青混合料的高温抗车辙性能，此时，提高灌浆料的强度对半柔性路面材料的抗车辙性能意义不大。

从水稳定性来看，随着浆体强度的增加，半柔性路面材料的冻融劈裂强度也增加，但是冻融劈裂强度比没有明显的变化规律，因此，半柔性路面材料具有优异的抗水损害性能，此时提高浆体强度作用不大。

从力学性能测试来看，随着浆体强度的增加，半柔性路面材料的贯入强度及抗压回弹模量也随之增加，而单轴动态压缩模量增长幅度更为明显，材料的抗车辙能力与抗剪切能力大幅度增加。从体积稳定性来看，当灌浆料强度在40 MPa以上时，温缩系数增长幅度趋于缓慢。

综合考虑半柔性路面材料的高温性能、水稳定性能、路用性能、力学性能体积稳定性，半柔性路面材料的浆体强度不宜超过40 MPa。

参考文献

[1]Pereira G.Semi-flexible polymers under incompatible solventconditions [J].CurrentApplied Physics，2008（8）：347-350.

[2]Errill D，Van Dommelen A，Gaspar L.A review of practical experience throughout Europeon deterioration in fully-flexible and semi-rigid long-life pavements[J].International Journal of Pavement Engineering，2006（7）：101-110.

[3]张荣鹍.高性能灌注式半柔性路面材料的研究与应用[D].武汉：武汉理工大学，2009.

[4]交通运输部公路科学研究院.《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》：JTG E20-2011[S].2011.

[5]JTG D50-2017，公路沥青路面设计规范[S].

[6]黄冲.半柔性路面材料体积稳定性与抗裂性能研究[D].武汉：武汉理工大学，2010.