陳波，魏小皓，吳逸飛，鐘科，羅桑

(1.重慶建工集團股份有限公司，重慶市 400000； 2.東南大學(xué) 交通學(xué)院； 3.四川省公路規(guī)劃勘察設(shè)計研究院有限公司；4.交通運輸部公路科學(xué)研究院； 5.東南大學(xué) 智能運輸系統(tǒng)研究中心)

灌入式復(fù)合路面是由水泥砂漿灌入至基體瀝青混合料的孔隙中形成的，基體瀝青混合料的級配組成設(shè)計是影響灌入式路面性能的關(guān)鍵所在，為水泥砂漿的灌入提供前提條件?；w瀝青混合料的孔隙過小，會影響水泥砂漿的灌入效果，導(dǎo)致復(fù)合路面的強度性能無法滿足技術(shù)要求；孔隙過大，粗集料之間難以形成骨架-嵌擠結(jié)構(gòu)，混合料容易出現(xiàn)松散問題，致使水泥砂漿灌入之前基體路面無法承受施工機械荷載。由此可見，基體瀝青混合料的合理設(shè)計與否，對灌入式復(fù)合路面的整體路用性能影響很大。

目前中國對于基體瀝青混合料的檢驗方法研究相對較為缺乏。宋家楠采用OGFC開級配瀝青混合料的設(shè)計思路來確定基體瀝青混合料的配比，研究結(jié)果僅驗證了第一階段中基體骨架的性能指標(biāo)；王鳳華采用主骨架體積填充法(CAVF)設(shè)計得到3組級配，并以穩(wěn)定度、空隙率和滲透系數(shù)等指標(biāo)對其性能進行驗證，但滲透系數(shù)是以水作為介質(zhì)，其在基體瀝青混合料中的流動情況與具有一定粒徑大小的水泥砂漿相差甚遠，滲透系數(shù)作為評判其灌漿能力的說服力明顯不足；胡玲玲采用正交方法考察多種因素對基體瀝青混合料的強度影響，設(shè)計流程繁瑣、試驗量大，不適用于工程項目的實際需求。

基于此，該文提出三階段檢驗法：首先檢驗基體骨架的基本性能，其次考慮水泥砂漿在滿足第一步條件下的灌入效果，最后通過檢驗復(fù)合材料的性能指標(biāo)作為綜合評判標(biāo)準(zhǔn)。以GOAC-13(公稱最大粒徑為13.2 mm的灌入式復(fù)合瀝青混合料)和GOAC-16(公稱最大粒徑為16 mm的灌入式復(fù)合瀝青混合料)兩種瀝青混合料為例進行研究分析。

1 原材料

1.1 瀝青

試驗選用SBS改性瀝青作為結(jié)合料，參照J(rèn)TG E20-2011《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》進行檢驗，各項指標(biāo)檢測結(jié)果如表1所示。

1.2 礦料及級配

集料選用優(yōu)質(zhì)耐磨的玄武巖，填料選用石灰?guī)r礦粉，其技術(shù)要求和檢測結(jié)果分別如表2、3所示。各礦料的篩分結(jié)果如表4所示。

級配范圍參考日本《半柔性路面施工手冊》，根據(jù)表4的篩分結(jié)果，確定GOAC-13和GOAC-16兩種瀝青混合料的級配如表5所示。

1.3 最佳油石比

采用馬歇爾試驗對基體瀝青混合料的最佳油石比進行研究，以馬歇爾穩(wěn)定度、流值和空隙率等指標(biāo)進行綜合確定，得到GOAC-13和GOAC-16兩種瀝青混合料的馬歇爾試驗結(jié)果，如表6所示。

表1 SBS改性瀝青技術(shù)要求及檢測結(jié)果

表2 集料技術(shù)要求及檢測結(jié)果

表3 礦粉技術(shù)要求及檢測結(jié)果

表4 礦料篩分結(jié)果

表5 礦料級配設(shè)計

表6 馬歇爾試驗結(jié)果

2 三階段檢驗流程

2.1 基體骨架性能檢驗

基體瀝青混合料的空隙率一般為20%以上，作為大孔隙瀝青混合料的一種，其性能應(yīng)首先滿足大空隙瀝青混合料的技術(shù)要求。采用飛散試驗和析漏試驗分別計算基體瀝青混合料的飛散損失和析漏損失，從而對基體瀝青混合料的配合比設(shè)計進行驗證，結(jié)果如表7所示。

表7 析漏試驗與飛散試驗結(jié)果

由表7可以看出：GOAC-13和GOAC-16兩種瀝青混合料的飛散損失和析漏損失均滿足規(guī)范要求，說明上述確定的級配和最佳油石比是合理的。進一步觀察可以發(fā)現(xiàn)：GOAC-16瀝青混合料的飛散損失大于GOAC-13，析漏損失的結(jié)果卻正好相反，這主要是由于GOAC-13瀝青混合料的油石比相對較大，增強了集料與瀝青之間的黏附力，同時也使得高溫下流淌的瀝青結(jié)合料相應(yīng)增多。

2.2 水泥砂漿灌入效果檢驗

為評價水泥砂漿對基體瀝青混合料的灌入效果，引入灌漿飽和度的概念進行灌入量分析，灌漿飽和度Sg按照式(1)計算：

(1)

式中：Sg為灌漿飽和度(%)；m1為灌漿前試件質(zhì)量(g)；m2為灌漿后試件質(zhì)量(g)；ρ為水泥砂漿密度(g/cm3)；V為試件體積(cm3)；VV為基體瀝青混合料的空隙率(%)。

試驗結(jié)果如表8所示。

表8 灌漿飽和度和馬歇爾試驗結(jié)果

由表8可知：GOAC-13和GOAC-16瀝青混合料的灌漿飽和度分別達到97.2%和96.9%，表明絕大部分水泥砂漿可以進入基體骨架的孔隙中，形成灌入式復(fù)合結(jié)構(gòu)。由制作的試件也可以看出，經(jīng)過水泥砂漿灌入后，GOAC-13和GOAC-16瀝青混合料馬歇爾試件的孔隙基本被水泥砂漿填滿，達到了水泥砂漿灌入的預(yù)期目的。另外灌入式復(fù)合試件的穩(wěn)定度為23 kN左右，遠超過SBS瀝青改性SMA混合料的馬歇爾穩(wěn)定度，說明灌入式復(fù)合試件的強度很高。

2.3 復(fù)合材料路用性能檢驗

采用60 ℃車轍試驗、低溫小梁彎曲試驗、凍融劈裂試驗和直接剪切試驗分別評價復(fù)合瀝青混合料的高溫性能、低溫性能、水穩(wěn)定性以及抗剪切性能，結(jié)果如表9所示。

由表9可知：水泥砂漿的加入改善了原瀝青混合料在高溫狀態(tài)下易發(fā)生變形的性質(zhì)，大幅度提高了混合料的抗車轍能力，而且適當(dāng)減小集料的公稱最大粒徑，有利于提高灌入式復(fù)合路面結(jié)構(gòu)的密實度，增強高溫穩(wěn)定性能。

表9 復(fù)合材料路用性能試驗結(jié)果

GOAC-13和GOAC-16兩種瀝青混合料的極限彎拉應(yīng)變相差較小，且均小于SMA-13瀝青混合料，但是符合規(guī)范要求，表明灌入式復(fù)合材料的低溫性能有所下降，但仍能滿足低溫條件下的路用需求。

在凍融劈裂試驗中，對照組試件需要真空保水后在-18 ℃條件下靜置16 h，這一凍融循環(huán)條件對水泥砂漿的強度造成一定幅度的影響，但60 ℃下恒溫水浴48 h又使得水泥砂漿的強度得到進一步增長，一定程度上減弱了結(jié)合料在高溫和高濕條件下黏結(jié)效果的衰減，最終使得復(fù)合材料具有良好的水穩(wěn)定性能。

直剪試驗結(jié)果表明：灌入式復(fù)合材料在常溫與高溫下均具有優(yōu)良的抗剪切性能，且隨著溫度的升高，最大剪應(yīng)力下降很小，說明灌入式復(fù)合材料對溫度的敏感性降低。同時，GOAC-13的抗剪切性能優(yōu)于GOAC-16，原因與高溫穩(wěn)定性能一致。

3 三階段檢驗要求

在進行三階段檢驗之前，首先應(yīng)確定原材料以及基體瀝青混合料的級配和最佳油石比。在此基礎(chǔ)上，根據(jù)三階段設(shè)計流程對基體瀝青混合料的各項技術(shù)指標(biāo)依次進行檢驗，不符合要求的應(yīng)當(dāng)重新設(shè)計，其中每一階段的設(shè)計要求如圖1所示。

圖1 三階段檢驗方法設(shè)計要求

4 結(jié)論

采用三階段檢驗方法對GOAC-13和GOAC-16兩種灌入式復(fù)合瀝青混合料進行研究分析，分別對基體瀝青混合料的骨架性能、灌漿效果以及復(fù)合材料的路用性能進行驗證，結(jié)論如下：

(1) 借鑒日本灌入式復(fù)合路面設(shè)計經(jīng)驗得到的兩種基體瀝青混合料，其析漏損失與飛散損失均滿足規(guī)范要求，而且適當(dāng)減小混合料的公稱最大粒徑，有利于提高其抗剪切強度和高溫穩(wěn)定性能。

(2) 引入灌漿飽和度的概念評價水泥砂漿的灌入效果，兩種瀝青混合料的灌漿飽和度均達到預(yù)期要求，灌漿后試件的馬歇爾穩(wěn)定度遠大于SMA瀝青混合料。

(3) 采用車轍試驗、低溫小梁彎曲試驗、凍融劈裂試驗和直接剪切試驗對復(fù)合材料的路用性能進行驗證，結(jié)果表明按照三階段檢驗方法得到的灌入式復(fù)合材料，其高溫性能、水穩(wěn)定性能和抗剪切性能均優(yōu)于SMA瀝青混合料，低溫性能略差，但滿足規(guī)范要求。

(4) 通過基體骨架的性能指標(biāo)、水泥砂漿灌入效果和復(fù)合材料路用性能三個方面依次檢驗得到的灌入式復(fù)合路面材料，其性能符合路面需求，證明了三階段檢驗方法的科學(xué)性與合理性。