半柔性材料的性能及优越性

唐建超，吴 梁

（1.遵义交通建设投资（集团）有限公司，贵州 遵义 563000；2.遵义道路桥梁建设投资（集团）有限公司，贵州 遵义 563000）

0 引 言

中国高等级公路大多数采用半刚性基层路面结构。多年的道路运营发现，半刚性基层沥青路面在早期损害方面问题较为严重，甚至在公路建成后的2～3年内就出现损坏，对于整个公路行业的发展产生较为明显的影响。另一方面在当前公路行业发展中，相关单位过多地将精力放在了公路建设上，对于后续维修的重视度不够。因此，除了要做好高速公路建设控制，还需防止新建沥青路面发生早损破坏［1-3］。本文通过对乳化沥青或泡沫沥青稳定集料的路用性能进行分析，发现半柔性基层沥青路面结构能有效避免或减少沥青路面的早期病害，提高其使用性能和寿命。

1 半柔性材料的强度特征

1.1 劈裂强度

为了更好地提升高速公路半柔性材料的应用价值，必须重点围绕半柔性材料的强度进行严格把关，其中劈裂强度是比较关键的一点，其主要是指半柔性材料在应用后出现破坏时所承受的极限应力大小，直接关系到路面后续出现病害的几率。在以往高速公路的施工建设中，往往对抗压能力要求比较高，对抗剪强度要求不足，这就导致很多高速公路路面出现明显的裂缝问题，其常见的破坏表现如下［4-5］。

（1）结构表面出现了较为明显的变形或滑移，这主要是结构受到剪应力过大的影响。

（2）结构表面出现的断裂主要与拉应力有关。

本研究中所涉及到的半柔性材料为泡沫沥青、水泥稳定碎石混合料，利用ITS试验进行该类材料的详细分析，结果见表1（其中TSR为冻融劈裂强度比）。

表1 半柔性基层混合料的劈裂强度

由上述试验结果可以看出，该类半柔性材料的劈裂强度在0.4～0.7MPa之间。试验操作主要在干燥状况下进行，由此可见，相对于热拌沥青混凝土材料，半柔性材料的强度存在较大问题，很难满足高速公路路面施工需求，但可以作为基层材料进行施工处理。

从表1可以发现，不同级配之间存在着一定的劈裂强度差异，并且在2.36mm以下粒径级配中表现出较为明显的影响机制，但超过这一标准，则很难再形成较大影响，对劈裂强度的干扰不大。基于此，在该类半柔性材料的具体配制中需要关注集料的应用，确保其能够在强度和黏结性之间达到较为理想的平衡［6-8］。

因为上述试验是在干燥状况下进行，在实际应用中还需要重点考虑水的威胁。在水的影响下，半柔性材料的劈裂强度一般在0.3～0.5MPa之间。在具体的高速公路施工建设中，半柔性材料对于劈裂强度的限定需要符合表2的要求。

表2 半柔性基层材料容许劈裂强度

由表2的相关要求来看，当TSR为70%时，半柔性材料的劈裂强度相对较为合理，能够符合施工要求，可以引入运用。但在进一步的试验研究中可以发现，半柔性材料的劈裂强度还与水泥添加量存在一定联系，需要严格控制水泥添加量，尽量保证在2%以内。

总结试验结果可知，提高泡沫沥青混合料水稳性的措施有以下几点。

（1）改善混合料的级配，确保细集料粒径较为适宜，避免应用过大粒径的集料。

（2）添加一定用量的水泥类填料，以提升半柔性材料的劈裂强度。

（3）沥青材料的用量增加对于改善半柔性材料的劈裂强度同样有效，但是添加要适量，避免过度添加产生其他问题。

1.2 抗压回弹模量

一般而言，半柔性材料的回弹模量随泡沫沥青用量的增加而逐渐减小，这就表明泡沫沥青的添加量要较为适宜，不能过度增加。不同路面材料的抗压回弹模量如表3所示。

表3 不同路面材料抗压模量的比较

由表3可知，该类半柔性材料的抗压模量偏小，且明显小于半刚性材料，在800～1 200MPa之间。基于这一表现，在高速公路的基层或下面层施工中运用该类半柔性材料能够表现出理想的适应性。

2 半柔性材料的温缩特性

对于半柔性材料在高速公路中的有效应用，温缩特性也是比较关键的一点［9］，半刚性基层材料的抗裂系数见表4。

表4 常见半刚性基层材料抗裂系数

由表4可知，水泥砂砾的抗裂系数相对更低，而半柔性材料加入的水泥量为2%，沥青类材料为6%，也就能够表现出明显的沥青类材料的黏性，具体的抗温性能参数如表5所示。

表5 不同类型材料的抗温性能参数

由表5可知，半柔性材料在抗弯方面表现出理想的作用，在抗温性能方面，无论是在40℃还是-4℃时，都能够表现出较强的稳定性，不容易受到温度的影响和干扰。

3 半柔性材料的耐疲劳性能

一般而言，沥青材料的添加量是影响半柔性材料耐疲劳性能的重要指标，应该在具体配置中予以高度关注。

在以往的研究中，半柔性材料的应力、应力比与疲劳寿命在双对数坐标上表现出线性关系。通常可用式（1）来表示。

式中：lg Nf为疲劳寿命对数；k为应力-疲劳寿命对数曲线的截距；n为应力-疲劳寿命对数曲线的斜率；σ为应力。

泡沫沥青冷再生混合料的劈裂疲劳试验结果见表6，表7是对应力-疲劳寿命的双对数方程的回归结果。

试验结果表明：泡沫沥青中水泥的添加确实具备较为明显的强度提升效果，但在抗疲劳性能方面却产生了一些不良影响，容易形成较为明显的脆性变化，应力比的变化较为突出；半柔性材料则表现出了较强的抗疲劳性能，对应力的敏感性也较小［10-11］。

4 结 语

（1）半柔性混合料的应用在劈裂强度方面的表现并不是特别理想，不如半刚性材料，但是在基层结构或者是下面层结构中的应用效果较为理想。

表6 泡沫沥青冷再生混合料劈裂疲劳试验结果

表7 泡沫沥青混合料疲劳方程

（2）从抗水损害方面来看，半柔性混合料的应用效果较为理想，这也是其能够在高速公路中有效应用的重要优势表现。

（3）从抗裂系数方面来看，半柔性材料的应用效果也比较理想，稳定性较高。

（4）从抗疲劳性能方面来看，泡沫沥青半柔性材料的应用效果同样比较理想，能够较好地适应于高速公路的通行要求，不容易形成较大病害。