李章珍 高晨揚

摘要 為了使室內(nèi)灌漿時灌注飽和度盡可能達(dá)到最佳狀態(tài)，文章先用圖解法確定一個合成級配，隨后通過結(jié)合模具內(nèi)灌注法和脫模灌注法的優(yōu)點得出一種新的灌漿工藝，達(dá)到在簡化操作步驟的基礎(chǔ)上提高灌注效果的目的。最后通過測試灌注飽和度、高溫穩(wěn)定性、水穩(wěn)定性以及凍融劈裂性能，得出結(jié)論：優(yōu)化后灌漿工藝試件的各方面性能相較于現(xiàn)有灌漿工藝均有提高。

關(guān)鍵詞 半柔性路面；室內(nèi)灌注；灌注方法優(yōu)化；路用性能

中圖分類號 U416.22文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A文章編號 2096-8949（2024）06-0066-04

0 引言

隨著經(jīng)濟和生產(chǎn)力的發(fā)展，當(dāng)前我國的交通量正處于高速的增長中，車輛的荷載等級也在逐年提升，因此對道路各方面的要求也在不斷提升。目前國內(nèi)的路面主要有兩種，第一種是瀝青路面，即柔性路面，這種路面因其舒適度高，通車快，維修方便以及高機械化的施工模式，在國內(nèi)被主要運用于各級道路上。但是由于瀝青材料的溫度性較差，因此在受到車輪荷載的反復(fù)碾壓、起步、剎車等情況下，在高溫的夏季下易出現(xiàn)波浪、擁包等損害，低溫的冬天則會出現(xiàn)脆裂等病害。另一種則是水泥混凝土路面，即剛性路面，相對于瀝青路面，水泥路面由于強度較高，故有抗變形能力強、耐久性高、養(yǎng)護(hù)費用低等優(yōu)點，但水泥混凝土路面接縫較多，且在氣溫變化的反復(fù)作用下，路面易產(chǎn)生裂縫，在車輛荷載的作用下裂縫會不斷擴大，且水泥路面的修復(fù)難度大，成本較高，加上行車舒適度差，目前國內(nèi)正在逐步取締這種路面形式。

針對現(xiàn)有兩種路面存在的諸多不足之處，研發(fā)出一種既能結(jié)合這兩種路面的優(yōu)點，又能盡量規(guī)避它們存在的種種缺點的新型路面就顯得尤為重要。半柔性路面就是在這種背景下應(yīng)運而生，通常情況下半柔性路面是指通過向大孔隙基體瀝青混合料（一般情況下孔隙率在20%～30%之間）灌入流動度較高的水泥漿而形成的特殊路面，這種路面結(jié)合了柔性路面和剛性路面的優(yōu)點，使用嵌擠的方法從而形成一種骨架嵌擠—密實結(jié)構(gòu)以達(dá)到剛?cè)岵哪康?，通過瀝青混合料和水泥混凝土形成的整體強度來抵抗外部的荷載。由于既有較高的抗車轍能力和耐久性，又兼具美觀和行車舒適度，故這種路面可以在十字路口、收費站處以及普通的高級路面發(fā)揮出很好的作用。

灌注式半柔性路面近年來開始在國際上得到廣泛的應(yīng)用，不同于傳統(tǒng)的瀝青路面和水泥混凝土路面，作為一種新型的路面，半柔性路面結(jié)合了二者的優(yōu)點，在具有較高的抗車轍性、抗水損、抗疲勞等特點的同時也有良好的行車舒適度[1]，而目前國內(nèi)半柔性路面的研究還處于起步階段。

影響半柔性路面材料性能的一個主要因素就是室內(nèi)灌注，現(xiàn)有的灌漿方法通常是在試件成型完成之后直接在試模內(nèi)用水泥漿進(jìn)行試模內(nèi)灌注，或者脫模之后將試件進(jìn)行簡單包裹之后進(jìn)行灌注。前者灌注環(huán)節(jié)較為簡單，但后續(xù)脫模時很容易因為操作不當(dāng)導(dǎo)致試件受到液壓脫模機的擠壓，從而發(fā)生破壞，進(jìn)而影響后續(xù)路用性能的測試；后者也會因為把握不好灌漿時的速度和灌漿料的用量，從而導(dǎo)致灌注率達(dá)不到預(yù)期[2]。為了使后續(xù)路用性能的測試更加準(zhǔn)確，該研究將對現(xiàn)有的室內(nèi)灌注方法作出改進(jìn)。

1 混合料組成設(shè)計

1.1 原材料選擇

該試驗采用SBS改性瀝青，具體指標(biāo)如表1所示。

灌漿料采用P.O 42.5水泥，流動度按照《灌注式半柔性路面鋪裝層設(shè)計與施工技術(shù)規(guī)范》（DB11/T 1817—2021）要求[3]，控制在10～13 s。

1.2 試驗方案

1.2.1 集料級配的確定

根據(jù)《灌注式半柔性路面鋪裝層設(shè)計與施工技術(shù)規(guī)范》（DB11/T 1817—2021），選擇基體瀝青混合料礦料級配范圍為SFAC-20，利用矩形圖解法初步確定三種石料的合成級配，如表2所示。

1.2.2 連通孔隙率確定

由于大孔隙基體瀝青混合料，無法用傳統(tǒng)的方法測定其內(nèi)部連通孔隙率，因此自制了一套儀器（見圖1）。其原理是通過將瀝青混合料試件放入裝了一定量水的桶內(nèi)，液面穩(wěn)定后記錄與桶相連的移液管內(nèi)升高的水位，取出試件，加水至最高水位處并記錄此時加入的水的體積，即為試件排開水的體積，隨后根據(jù)試件的體積計算出內(nèi)部的連通孔隙率[4]。

根據(jù)設(shè)計的試驗進(jìn)行排水測定內(nèi)部連通孔隙率，每種合成級配測定兩次，試驗得出的數(shù)據(jù)如表3所示。

式中，VVc——連通孔隙率（%）；V——試件的體積（mm3）；Vm——混合料和封閉孔隙的體積（mm3）。

計算可得試件的連通孔隙率，實驗結(jié)果如表4所示，級配Ⅲ相較其他兩個合成級配有較大的連通孔隙率，為保證水泥漿的灌注效果根據(jù)需求取級配Ⅲ。

2 室內(nèi)灌漿工藝的研究

使用設(shè)計好的材料成型瀝青混合料試件后，將對現(xiàn)有的室內(nèi)灌漿工藝作出改進(jìn)。

對馬歇爾試件的灌注實際上是對灌注式復(fù)合路面材料的水穩(wěn)定性和凍融劈裂試驗作準(zhǔn)備，如果在灌注飽和度方面出現(xiàn)不足，可能會對試驗的數(shù)據(jù)及結(jié)論產(chǎn)生影響，無法對灌注式復(fù)合路面材料的性能作出正確的評估。

馬歇爾試件的灌漿主要是對灌注式復(fù)合路面材料的水穩(wěn)定性能和凍融循環(huán)試驗作準(zhǔn)備。一種合適的灌漿方法，可以讓試驗數(shù)據(jù)更加真實可靠，更加貼近于工程實際需要。如果灌漿方面出現(xiàn)不足，可能會影響試驗的數(shù)據(jù)及結(jié)論，無法論證灌注式復(fù)合路面材料自身性能的好壞。

2.1 現(xiàn)有灌漿工藝

2.1.1 帶模灌漿

把成型好的馬歇爾試件連同模具放在室內(nèi)，冷卻至室溫，然后截取一定大小的錫紙（把底面包裹起來為宜），對靠近底座的一面用錫紙把模具包裹起來，且要超過模具高度的一半及以上，捋平周邊的錫紙，再用透明膠帶把模具周邊包裹一層，起到加固的作用。其他試件按照此方法一次包裹好，最后用攪拌好的灌漿料，邊用橡皮錘輕敲模具周邊，邊向試件表面澆筑，直到試件表面的漿體無明顯變化。1 h后進(jìn)行試件表面（未包裹的一面）抹面處理，以露出表面被瀝青包裹的集料為宜。室內(nèi)放置5 h后，取下另一端的錫紙，底面用小鏟刀抹平表面，把試件連同模具一起套袋，放入標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)箱中，養(yǎng)護(hù)至規(guī)定的齡期。

2.1.2 脫模灌漿

脫模灌漿法主要是用液壓脫模機把試件取出，然后取空隙較大的一面為上表面，取一定大小的錫紙，將試件下表面及其周邊包裹住，且高度要超過試件高度的50～100 mm，捋平周圍的錫紙，然后進(jìn)行灌漿，這種方法主要靠砂漿的自身重力作用往下流動，等到試件上表面漿體無明顯的變化，停止灌漿。等到初凝時，去掉底部錫紙，抹平試件上下兩個面，最后，套袋放入養(yǎng)護(hù)箱中進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。兩種方法各有優(yōu)劣：

（1）帶模灌漿方法主要靠振動和砂漿自身的重力進(jìn)行空隙的填充，因此灌漿會更加充分，方法也較為簡單，易懂。但是如果養(yǎng)護(hù)不當(dāng)，脫模時，試件在壓力的作用下，會把試件內(nèi)部砂漿與瀝青集料的結(jié)合處，通過擠壓而產(chǎn)生破壞；或者未被砂漿填充的空隙，在壓力的作用下，空隙會被擠壓，導(dǎo)致試件內(nèi)部產(chǎn)生微破壞，影響試驗結(jié)果。

（2）脫模灌漿法則不用考慮由壓力脫模機帶來的內(nèi)部損壞情況，但是靠砂漿自身重力往下流淌，試件的空隙被砂漿完全填充的概率會降低，導(dǎo)致試件整體性能較差。

綜上所述，兩種不同灌漿方法各有所長，但均存在一定問題，因此該文在這兩種灌漿方法的基礎(chǔ)上提出一種新的灌漿工藝，同時具有兩種現(xiàn)有灌漿工藝優(yōu)點又盡可能規(guī)避它們存在的問題，達(dá)到操作簡單，灌注效果優(yōu)越的目的。

2.2 室內(nèi)灌漿工藝優(yōu)化

考慮現(xiàn)場灌漿時的情況，室內(nèi)灌漿要盡可能模擬出現(xiàn)場情況，最大限度貼合現(xiàn)場的灌注效果。參考前人的研究成果，結(jié)合該研究的實際情況，對灌漿工藝作出調(diào)整，在不影響后續(xù)試驗數(shù)據(jù)的情況下，使灌注率盡可能達(dá)到最佳效果。

首先根據(jù)成型的混合料試件的直徑準(zhǔn)備內(nèi)徑略大于直徑的塑料筒若干，隨后將成型的混合料試件正常進(jìn)行脫模[5-6]，用3M防水膠帶將周圍包裹，用塑料筒套住要灌漿的試件，標(biāo)記好之后將水泥漿緩緩灌注到試件上方，并用橡皮錘輕敲模具外側(cè)，讓水泥漿充分灌注[7]（見圖2）。

水泥漿初凝時間過后，撤去塑料筒，刮掉表面的水泥漿，用噴壺沖去多余的水泥，直至能看清表面的瀝青混合料[8]，隨后將試件移至標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。

相較于傳統(tǒng)的灌注方法，改進(jìn)后的灌注方法優(yōu)勢明顯：

（1）將試件脫模后用塑料筒套住進(jìn)行灌注，灌注完成之后可以直接撤去塑料筒，避免了直接在試模內(nèi)灌漿再脫?？赡軙υ嚰w造成損害。

（2）相比傳統(tǒng)模具內(nèi)灌漿需要小心控制灌入的水泥漿的量，防止之后水泥硬化難以去除和脫模灌漿，難以分辨試件灌注滿的時間，該文灌漿工藝可直接灌入較多的水泥漿并敲擊試模外側(cè)保證充分灌注，還可以在水泥漿未完全硬化時就脫去塑料筒將其刮除。

3 試件性能比較

用現(xiàn)有的室內(nèi)灌漿方法成型試件，并對優(yōu)化前和優(yōu)化后的灌漿試件進(jìn)行灌注飽和度和路用性能測試，以確定該文灌漿工藝的可行性與優(yōu)越性。

3.1 灌注飽和度測試

使用上文測試連通孔隙率的方法進(jìn)行試驗，利用公式（2）計算灌注飽和度。

式中，Pr——灌注率（%）；V12——灌注之前的連通孔隙率（%）；V2——灌注完成之后的連通孔隙率（%）。

如表5所示，分析試驗數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，該文優(yōu)化后的灌注工藝的灌注飽和度略優(yōu)于現(xiàn)有的傳統(tǒng)灌漿工藝，下面要通過路用性能對兩種灌漿工藝成型的試件進(jìn)行對比。

3.2 路用性能測試

路用性能指標(biāo)主要采用高溫穩(wěn)定性、水穩(wěn)定性以及凍融劈裂試驗進(jìn)行評估，根據(jù)《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》（JTG E20—2011）[9]進(jìn)行高溫穩(wěn)定性（馬歇爾穩(wěn)定度試驗）、水穩(wěn)定性（殘留穩(wěn)定度試驗）和凍融劈裂性能的試驗，每組做三次平行試驗，結(jié)果如表6所示。從試驗結(jié)果可以看出，雖然用現(xiàn)有灌漿工藝和該文的灌漿工藝所成型試件的灌注飽和度差距不大，但由于現(xiàn)有灌漿工藝在拆模過程中對試件帶來的影響，導(dǎo)致其馬歇爾穩(wěn)定度以及凍融前的劈裂強度均要明顯低于該文優(yōu)化后的灌漿工藝，而這也導(dǎo)致在浸水48 h和凍融循環(huán)之后，其穩(wěn)定度和劈裂強度顯著降低，殘留穩(wěn)定度和凍融強度比也遠(yuǎn)低于該文優(yōu)化后的灌注工藝的性能。

4 結(jié)論

該文在現(xiàn)有的室內(nèi)灌漿工藝的基礎(chǔ)上，總結(jié)了他們的優(yōu)點并對其不足之處進(jìn)行優(yōu)化，最后又對優(yōu)化前后的灌漿試件的路用性能進(jìn)行測試，得出以下結(jié)論：

（1）在脫模之后用塑料筒套住進(jìn)行灌漿，避免了脫模過程中帶來的損失，同時灌漿結(jié)束后的處理也大幅簡化。

（2）該文優(yōu)化后的灌漿工藝可以提高試件的灌注飽和度。

（3）使用該文優(yōu)化后的室內(nèi)灌漿工藝成型的試件進(jìn)行路用性能測試，其高溫穩(wěn)定性、水穩(wěn)定性以及凍融劈裂性能相較于現(xiàn)有的室內(nèi)灌漿工藝均有提升，可以更好地體現(xiàn)出材料的路用性能。

參考文獻(xiàn)

[1]Picoux B， Millien A， Petit C， et al. Diagnosis of a Flexible Pavement using Falling Weight Deflectometer Technology and Numerical Modelling of Dynamic Response[C]. International Conference on Civil， Structural and Environmental Engineering Computing. 2007.

[2]Louw L， Se mmelink C J， Verhaeghe B. Development of a SMA Design Method for South African Condition[J]. Eighth International Conference on Asphalt Pavements， 1997（3）： 12- 22.

[3]灌注式半柔性路面鋪裝層設(shè)計與施工技術(shù)規(guī)范： DB11/T 1811—2021[S]. 北京：人民交通出版社， 2011.

[4]韋林杰. 孔隙率對PAC瀝青混合料路用性能的影響研究[J]. 西部交通科技， 2022（1）： 11-12.

[5]黎侃. 半柔性材料作為瀝青路面抗車轍功能層的適用性研究[D]. 廣州：華南理工大學(xué)， 2016.

[6]董營營．高性能半柔性路面設(shè)計參數(shù)及施工工藝研究[D]. 重慶：重慶交通大學(xué)， 2008.

[7]凌森林， 王永鑫， 金輝球， 等. 灌注式半柔性路面研究進(jìn)展（1）——半柔性混合料組成設(shè)計[J]. 石油瀝青， 2021（5）： 50-59.

[8]Setyawan， A. Asessing the Compressive Strength Properties of Semi-Flexible Pavements[J]. Procedia Engineering， 2013， 54： 863–874.

[9]公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程： JTG E20—2011

[S]. 北京：人民交通出版社， 2011.