李會(huì)軍 王海有

【摘 要】為了解讀半剛性路面難于推廣應(yīng)用的原因，本文分析了傳統(tǒng)半剛性路面施工工藝的優(yōu)缺點(diǎn)，得出的結(jié)論是施工工藝復(fù)雜，配套機(jī)械設(shè)備繁多，施工工藝亟待改進(jìn)。

【關(guān)鍵詞】半剛性路面；施工工藝；優(yōu)缺點(diǎn)

[文章編號(hào)]1619-2737（2016）05-14-260

【Abstract】Understanding the reasons for the semi-rigid pavement is difficult to promote the application，the paper analyzes the advantages and disadvantages of the traditional semi-rigid pavement construction process，concluded that the construction process is complex，many ancillary equipment，construction technology needs to be improved.

【Key words】Construction technology；Advantages and disadvantages of semi-rigid pavement

1. 前言

為了克服瀝青路面的高、低溫性能上的不足，早在1954年就開(kāi)發(fā)了以水泥-瀝青復(fù)合材料作為結(jié)合料的路面，這種路面兼具剛性路面和柔性路面的優(yōu)點(diǎn)，表現(xiàn)出半剛半柔性的力學(xué)特征。就世界范圍來(lái)看，雖然以水泥-瀝青復(fù)合材料作為膠結(jié)材料的半剛性路面性能優(yōu)良，但是與以（改性）瀝青作為膠結(jié)材料的柔性路面相比，應(yīng)用量少之又少。

2. 半剛性路面施工工藝的優(yōu)缺點(diǎn)

2.1 拌和法（水泥-熱拌瀝青混合料）半剛性路面施工工藝的優(yōu)缺點(diǎn)。

2.1.1 這種施工工藝是在熱拌瀝青混合料中，摻加預(yù)先拌制好的水泥砂漿，在一定的溫度下利用強(qiáng)制式拌和機(jī)迅速對(duì)瀝青混合料進(jìn)行二次拌和，然后運(yùn)到施工路段進(jìn)行攤鋪碾壓。

2.1.2 水泥-熱拌瀝青混合料需要三道工序制成，即水泥砂漿的拌制、熱瀝青混合料的拌制及水泥砂漿與熱瀝青混合料的拌和。與普通瀝青混凝土路面施工工藝相比，增加了水泥砂漿的拌制及水泥砂漿與熱瀝青混合料的二次裹覆拌和。

2.1.3 這種施工工藝需要配套的主要施工機(jī)械設(shè)備有：瀝青混合料拌和站、水泥砂漿拌和機(jī)、水泥混凝土拌和站、大量大型運(yùn)輸車(chē)輛、大型混合料攤鋪機(jī)、大型壓路機(jī)等。此施工工藝繁多，配套機(jī)械設(shè)備復(fù)雜。

2.1.4 水泥-熱拌瀝青混合料半剛性路面結(jié)構(gòu)中，骨架形成的形式為：“石——瀝青——石”或“石——瀝青+薄層水泥石——石”，瀝青膜是荷載承受和傳遞的主要參與者，另外水泥石與瀝青沒(méi)有相互混合，自由瀝青較多，這些都造成路面的高溫時(shí)的敏感性強(qiáng)，降低路面的抗車(chē)轍性能。

2.1.5 這種工藝所做半剛性面層具有如下優(yōu)點(diǎn)： （1）抗壓強(qiáng)度及穩(wěn)定度都顯著提高，溫度穩(wěn)定系數(shù)減??；（2）抵抗變形的能力增強(qiáng)；（3）水穩(wěn)定性及耐久性均有提高；（4）低溫開(kāi)裂性能有了一定改善。

2.1.6 但是這種半剛性面層存在下述問(wèn)題：

（1）疲勞壽命較低，根據(jù)同濟(jì)大學(xué)在惠州試驗(yàn)路的驗(yàn)證結(jié)果，這種半剛性面層到第三年時(shí)就發(fā)現(xiàn)網(wǎng)裂，裂縫率達(dá) 6.38%，而同樣厚度的瀝青面層的裂縫率為3.73%；

（2）溫度敏感性較高，根據(jù)湖南大學(xué)的試驗(yàn)結(jié)果，水泥瀝青混凝土和瀝青混凝土 20 ℃ 的抗壓強(qiáng)度分別為7.55 MPa和 5.49 MPa，50℃時(shí)則分別為2.08MPa和1.48MPa，兩者比較不難看出，水泥瀝青混凝土具有和瀝青混凝土相接近的溫度敏感性；

（3）施工難度較大，由于瀝青混合料的高溫將促進(jìn)水泥砂漿中水分的蒸發(fā)和加速水泥的凝結(jié)硬化，所以除在水泥砂漿中加入緩凝劑等外加劑以外，要求各施工工序銜接緊密，嚴(yán)格控制施工時(shí)間，做到快拌、快鋪、快壓，若按正常施工時(shí)間要求較難實(shí)現(xiàn)。此外，高溫條件下水泥砂漿中的水分有礙于瀝青對(duì)集料的粘附作用，對(duì)材料的力學(xué)性能造成不良影響，路面質(zhì)量較難保證。

2.2 拌和法（水泥-乳化瀝青混合料）半剛性路面施工工藝的優(yōu)缺點(diǎn)。

（1）這種施工工藝是冷拌冷鋪法，其第一種方式是把水泥、礦粉和砂一起拌和形成混合料，乳化瀝青和集料拌和也形成混合料，然后把兩種混合料放在一起進(jìn)行拌和，再經(jīng)過(guò)運(yùn)輸、攤鋪、碾壓等工序形成路面；第二種方式是把水泥、砂和礦粉進(jìn)行第一次拌和，再加入濕潤(rùn)的礦料進(jìn)行第二次拌和，然后再加入乳化瀝青進(jìn)行第三次拌和，之后經(jīng)過(guò)運(yùn)輸、攤鋪、碾壓等工序形成路面。

（2）這種施工工藝需要配套的主要施工機(jī)械設(shè)備有：兩套水泥混凝土拌和站（或一套水泥混凝土拌和站和一套瀝青混合料拌和站）、大量大型運(yùn)輸車(chē)輛、大型混合料攤鋪機(jī)、大型壓路機(jī)等。

（3）水泥-乳化瀝青混合料半剛性路面結(jié)構(gòu)中，骨架形成的主要形式為： “石——瀝青+薄層水泥石——石”，瀝青膜是荷載承受和傳遞的主要參與者，路面的抗車(chē)轍性能對(duì)瀝青的依賴(lài)程度大。但是在這種路面結(jié)構(gòu)中水泥石與瀝青相互混合，自由瀝青較少，結(jié)構(gòu)瀝青增多。所以，與水泥-熱拌瀝青混合料半剛性路面相比，這種路面的高溫敏感性有所降低，抗車(chē)轍性能有所提高。

2.3 綜合分析國(guó)內(nèi)外已有研究成果。

2.3.1 可以發(fā)現(xiàn)水泥-乳化瀝青混凝土半剛性面層具有如下優(yōu)點(diǎn)： （1）早期強(qiáng)度高，加入1%的水泥比未加水泥對(duì)乳化瀝青混合料早期強(qiáng)度提高3.36倍；（2）高溫穩(wěn)定性好，加入1%的水泥比未加水泥對(duì)乳化瀝青混合料高溫穩(wěn)定性提高1.67倍；（3）抗水剝落性能有了較大的提高；（4）耐久性能提高。

2.3.2 但是這種半剛性面層存在下述主要問(wèn)題： （1） 剛度過(guò)高，乳化瀝青混合料基體的回彈 模量為1240MPa ，加入3%的水泥后回彈模量達(dá)5512MPa； （2）疲勞性能差，水泥乳化瀝青混凝土的疲勞壽命低于熱拌瀝青混凝土，在高應(yīng)變水平下也低于冷拌乳化瀝青混凝土，并且隨水泥含量增加，疲勞壽命進(jìn)一步下降。日本通過(guò)51條試驗(yàn)路近四年的跟蹤觀測(cè)表明，只有限制水泥含量不超過(guò)3%，路面疲勞開(kāi)裂的可能性才能減少；河北工業(yè)大學(xué)采用水泥含量8%～10% 的水泥乳化瀝青混凝土鋪筑了400m試驗(yàn)路，到3個(gè)月齡期時(shí)，就開(kāi)始有網(wǎng)裂出現(xiàn)，一年以后出現(xiàn)了嚴(yán)重的疲勞開(kāi)裂。

2.4 拌和法（水泥混凝土拌和物母體中摻加柔性材料）半剛性路面施工工藝的優(yōu)缺點(diǎn)。

2.4.1 這種施工工藝是冷拌冷鋪法，它是把水泥與骨料并加適量的水拌和，形成水泥混凝土基體，然后把細(xì)料和乳化橡膠瀝青加入到基體之中適當(dāng)拌和，再進(jìn)行攤鋪、 碾壓等工序而形成的半剛性面層。

2.4.2 這種施工工藝需要配套的主要施工機(jī)械設(shè)備有：大型水泥混凝土拌和站、大量大型運(yùn)輸車(chē)輛、大型混合料攤鋪機(jī)等。

2.4.3 水泥混凝土拌和物母體中摻加柔性材料半剛性路面結(jié)構(gòu)中，骨架形成的主要形式為： “石——水泥石——石”，瀝青膜不是荷載承受和傳遞的主要參與者，路面的抗車(chē)轍性能對(duì)瀝青的依賴(lài)程度小。并且在這種路面結(jié)構(gòu)中水泥石與瀝青相互混合，自由瀝青較少，結(jié)構(gòu)瀝青增多。所以，與水泥-熱乳化瀝青混合料半剛性路面相比，這種路面的高溫敏感性有所降低，抗車(chē)轍性能有所提高。

2.4.4 這種半剛性面層材料具有如下優(yōu)點(diǎn)： （1）剛度較適宜，乳化瀝青水泥混凝土的彈性模量比半剛性基層的回彈模量高，而彎拉彈性模量則介于上述幾種半剛性材料的彎拉彈性模量之間；（2）強(qiáng)度較高，乳化瀝青水泥混凝土的抗壓強(qiáng)度、抗彎拉強(qiáng)度和抗劈裂強(qiáng)度都是比較高或是最高的，其中抗彎拉強(qiáng)度和抗劈裂強(qiáng)度的提高幅度比抗壓強(qiáng)度提高幅度更大一些，這一特點(diǎn)表明這種材料具有較好的路用性能，更符合路面結(jié)構(gòu)受力特點(diǎn)，較好地解決了一般水泥材料抗壓強(qiáng)度增長(zhǎng)較快而抗折強(qiáng)度增長(zhǎng)緩慢的矛盾；（3）感溫性小，從25℃到 ～5℃范圍內(nèi)，乳化瀝青水泥混凝土的抗彎拉強(qiáng)度變化速率為0.04 MPa/℃，瀝青混凝土為0.28MPa/℃，乳化瀝青水泥混凝土的回彈模量變化速率為30.9MPa/℃，瀝青混凝土為164.9MPa/℃；（4）低溫抗裂能力好，乳化瀝青水泥混凝土的干縮率及溫縮系數(shù)均比碾壓混凝土及瀝青混凝土小；（5）疲勞性能好，當(dāng)應(yīng)力強(qiáng)度比為0.6時(shí)，乳化瀝青水泥混凝土的疲勞壽命已與普通水泥混凝土的疲勞壽命較為接近，但遠(yuǎn)遠(yuǎn)長(zhǎng)于瀝青混凝土；試驗(yàn)結(jié)果還表明，乳化瀝青水泥混凝土的疲勞性能在 N≥106次以后最佳，這為減薄面層和提高路面的使用年限提供了保證，具有較高的經(jīng)濟(jì)效益。但根據(jù)同濟(jì)大學(xué)的試驗(yàn)結(jié)果，乳化瀝青水泥混凝土的耐磨性能優(yōu)于碾壓混凝土，但比普通水泥混凝土要差，這表明乳化瀝青水泥混凝土的耐磨能力只能基本滿足要求，仍應(yīng)把進(jìn)一步提高它的耐磨性能作為深入研究要解決的問(wèn)題。作為一種新型的復(fù)合材料，國(guó)內(nèi)外對(duì)它的研究應(yīng)用尚處于起步階段，研究成果也相對(duì)較少，缺乏對(duì)該種復(fù)合材料的長(zhǎng)期使用性能的跟蹤觀測(cè)，它的長(zhǎng)期路面使用性能還需等待實(shí)踐的驗(yàn)證。

2.5 貫入法（水泥乳漿）半剛性路面施工工藝的優(yōu)缺點(diǎn)。

2.5.1 這種施工工藝是將摻有適量外加劑的水泥乳漿材料，采用灌注的方式填充在具有特殊級(jí)配的瀝青混合料母體骨架中，然后經(jīng)過(guò)適當(dāng)時(shí)間養(yǎng)生硬化后的混合材料便形成半剛性路面。

2.5.2 這種施工工藝需要配套的主要施工機(jī)械設(shè)備有：瀝青混合料拌和站、水泥混凝土拌和站、大量大型運(yùn)輸車(chē)輛、大型混合料攤鋪機(jī)、大型壓路機(jī)等。

2.5.3 在貫入法（水泥乳漿）半剛性路面結(jié)構(gòu)中，骨架形成的形式為：“石——瀝青——石”，瀝青膜是荷載承受和傳遞的主要參與者，其主要承重部分是骨架空隙型的瀝青碎石，另外水泥石與瀝青沒(méi)有完全相互混合，沒(méi)有充分形成交錯(cuò)的空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，自由瀝青較多，瀝青膜也較厚，這些都造成路面的高溫時(shí)的敏感性強(qiáng)，降低路面的抗車(chē)轍性能。

2.5.4 貫入法（水泥乳漿）半剛性路面施工時(shí)，必須保證空隙率能夠大，而且還要保證空隙是相互聯(lián)通的，否則不能保證所有空隙被貫滿，這在施工中難度是很大的。

2.5.5 綜合分析已有研究成果。

2.5.5.1 可以發(fā)現(xiàn)貫入法（水泥乳漿）半剛性面層具有如下優(yōu)點(diǎn)： （1）低溫抗裂性能有了較大的改善；（2）高溫抗車(chē)轍性能比較好；（3）熱穩(wěn)定性能較好；（4）耐久性能有了明顯提高，該復(fù)合材料的疲勞特性試驗(yàn)結(jié)果表明，這種半剛性復(fù)合材料的疲勞壽命是瀝青混凝土的3.2倍。

2.5.5.2 但是貫入法（水泥乳漿）半剛性面層也存在許多不足之處： （1） 達(dá)到一定抗拉強(qiáng)度時(shí)的剛度過(guò)高，根據(jù)美國(guó)的試驗(yàn)結(jié)果，當(dāng)劈裂強(qiáng)度達(dá)1.2MPa時(shí)，其回彈模量達(dá)4900MPa，日本的試驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)抗彎拉強(qiáng)度大于2.5MPa以后，回彈模量可高達(dá)上萬(wàn)MPa；（2）與瀝青混合料基體比較，常溫抗彎拉強(qiáng)度未有明顯改善，根據(jù)同濟(jì)大學(xué)的試驗(yàn)結(jié)果，25℃的抗彎拉強(qiáng)度比瀝青混合料基體增加不大，15℃的劈裂強(qiáng)度則比基體稍低；（3）施工難度大，國(guó)內(nèi)外的施工經(jīng)驗(yàn)表明，為便于水泥漿的灌入與容納，要求瀝青混合料基體具有20%以上的剩余空隙率，施工中很難把握。

3. 小結(jié)

通過(guò)上述分析可知，傳統(tǒng)半剛性路面施工工藝存在的問(wèn)題有：

（1）施工工藝配套復(fù)雜，需要大型機(jī)械設(shè)備繁多、量大；

（2）施工技術(shù)難度大，材料用量需要精確控制，工藝銜接緊湊甚至是困難，施工中很難把握；

（3）承重骨架的主要形式為：“石——瀝青——石”或“石——薄層水泥石——石” 或“石——瀝青+薄層水泥石——石”，沒(méi)有真正形成“石——石”形式，抗車(chē)轍性能還有提高的空間；

（4）水泥石與瀝青沒(méi)有完全相互混合，沒(méi)有充分形成交錯(cuò)的空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，自由瀝青較多，瀝青膜也較厚，路面高溫時(shí)的敏感性強(qiáng)，降低了路面的抗車(chē)轍性能。

綜上所述，傳統(tǒng)半剛性路面施工工藝亟待改進(jìn)。

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