【技术】半柔性路面结构设计参数与典型结构形式研究

摘  要：本文针对空隙率为23%的半柔性路面路面材料进行四点弯曲疲劳试验，以试件断裂为破坏标准，分析了温度对半柔性沥青路面材料疲劳试验的影响，半柔性路面抗拉强度结构系数，半柔性路面的材料设计参数，半柔性路面典型结构。结课表明：半柔性路面在路用性能上有许多优势。

关键词：半柔性路面，典型结构，设计参数

1.温度对半柔性沥青路面材料疲劳试验的影响

将三种温度下的疲劳曲线对比汇总于表1，可以看出温度对半柔性路面材料的疲劳寿命影响很大，40℃时的疲劳方程的斜率明显大于15℃和5℃时的疲劳方程的斜率，这说明环境温度40℃时，半柔性路面材料表现出更多的粘弹性，虽然所受极限强度降低，在同一应力强度比的疲劳寿命也较短，但是随着应力强度比的增大，疲劳寿命的降低程度有所减缓。而15℃和5℃时的疲劳寿命表现出跟多的脆性，随着应力强度比的增大，疲劳寿命急剧下降，而5℃比15℃时，下降趋势更加明显。

表1 不同温度的疲劳试验数据及其对数疲劳方程

2.半柔性路面抗拉强度结构系数

通过室内四点弯曲疲劳试验,对半柔性路面材料的抗疲劳性能进行研究，得到以下结果：

（1）对比三种温度5℃、15℃和40℃条件下疲劳寿命发现，随着温度的升高同一应力强度比的疲劳寿命变短；同时发现温度15℃和5℃时的疲劳破坏表现出更多的脆性。

（2）对比加载频率10HZ和15HZ下的抗疲劳性能发现，在15HZ的加载条件下，疲劳寿命要高于在10HZ的加载环境下的疲劳寿命；如果以加载时间作为参量的话，疲劳寿命并没有随着频率的增大而略有增加。

（3）在砂浆中掺入聚合物能有效的改善半柔性路面材料的疲劳性能，使半柔性路面材料对应力水平的敏感度降低，即柔性增加。

（4）半柔性路面材料的疲劳性能要优于普通沥青混合料，特别是在低应力区，半柔性路面材料要远优于沥青混合料。随着应力水平的增加，半柔性路面材料的疲劳寿命下降速度要快于沥青混合料，但是又比半刚性基层材料要慢得多。

（5）运用数理统计的方法得到了置信度90%，存活率95%的疲劳方程和路面结构设计用的抗拉强度结构系数。灌注普通砂浆：

；灌注聚合物砂浆：

。

3.半柔性路面的材料设计参数

3.1劈裂强度

《公路沥青路面设计规范》(JTG D50-2015)中规定，用于检验拉应力的劈裂强度试验，其测试温度采用15℃。对水泥稳定类材料系指龄期为90d的极限劈裂强度；对二灰稳定类、石灰稳定类材料系指龄期为180d的极限劈裂强度；对水泥粉煤灰稳定类材料系指龄期为 120d的极限劈裂强度。本文对级配上、中、下限的半柔性路面材料的马歇尔试件养护28d，并测定其15℃和20℃时的劈裂强度。试验结果见表2。

表2半柔性路面劈裂强度试验结果

从表2的试验数据可以看出，半柔性路面材的劈裂强度比沥青混合料和半刚性基层要高，并且随着空隙率的增大，半柔性路面材料的劈裂强度不断增大。灌入聚合物水泥基砂浆的半柔性路面材料劈裂强度较灌入粉煤灰水泥基砂浆的半柔性劈裂强度有所降低，说明加入聚合物后使半柔性路面材料更加偏于柔性。

3.2抗压强度和回弹模量

室内试验采用圆柱体试件，其直径d为100mm，高h为100mm。试验加载的速率为2mm/min。基质沥青混合料试件采用静压法成型，等其冷却后再灌注水泥基砂浆。用于抗压强度试验和抗压回弹试验的试件个数均为3个。对抗压强度要求以2mm/min的加载速率均匀加载直至破坏，对抗压回弹模量，应根据试件的平均抗压强度对应的荷载均匀分成10级，分别取0.1P，0.2P，0.3P，0.4P，0.5P，0.6P，0.7P七级作为试验荷载。测试结果见表3。

表3 半柔性路面抗压强度和抗压回弹模量试验结果

由水泥稳定砂砾基层和半柔性路面建立弹性双层体系，按区间测得的弯沉进行反算得基层和半柔性路面的回弹模量，见表4和表5。

表4 基层的弯沉及回弹模量

表5 半柔性路面弯沉及回弹模量

注：T0=27℃，5d日平均气温为26℃

从表5可以看出，由实测弯沉反算得到的回弹模量值一般大于1800MPa，所有的模量值都在1600MPa～2400MPa范围内。本文提出半柔性路面混合料的回弹模量值为见表6所示。半柔性路面材料的抗压回弹模量和劈裂强度较沥青混合料的设计参数稍大一些，说明半柔性路面材料显示了一定的刚性。但与沥青混合料的设计参数相差不大，所以其仍然偏于柔性。这也就证明了，采用沥青混合料路面性能试验方法来检验半柔性路面材料路用性能的方法是合理的。

表6 半柔性路面材料回弹模量建议取值范围

4.半柔性路面典型结构分析

4.1交通参数分级

《公路沥青路面设计规范》(JTG D50-2015)中，沥青路面按照公路等级确定其路面等级、面层类型和设计年限。交通量宜划分为四个等级，见表7。设计时可根据累计当量轴次Ne（次/车道）或每车道、每日平均大型客车及中型以上的各种货车交通量[辆/(d·车道)]，选择一个较高的交通等级作为设计交通等级。

表7 交通等级

4.2土基强度分级

土基是影响沥青路面结构承载能力、结构层厚度和使用性能的重要因素。土基的强弱直接影响路表弯沉值的大小和沥青路面使用寿命的长短。路面力学计算结果表明，沥青路面的回弹弯沉值绝大部分是由土基引起的。合理划分土基等级，保证土基施工质量对路面弯沉控制有重要的意义。土基强度等级划分为S1、S2、S3三个等级与各参数间相互关系见表8。

表8 土基强度等级

4.3高性能半柔性路面材料设计参数推荐值

根据以上分析，提出半柔性混合料的材料参数汇总如表9。

表9 半柔性混合料材料参数

5.结论

通过试验分析可以看出随着温度的升高，半柔性路面材料的极限破坏强度不断的降低；半柔性路面材料的疲劳性能要优于普通沥青混合料，特别是在低应力区，半柔性路面材料要远优于沥青混合料；半柔性路面材料对于沥青混合料来说，具有一定的刚性，对应力水平改变比较敏感，也就是说随着应力水平的增加，半柔性路面材料的疲劳寿命下降速度要快于沥青混合料，但是又比半刚性基层材料要慢得多。

参考文献：

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[3]张晓芹.用半柔性铺装原理处理沥青路面渗水问题的设想[J].中国公路，2005(21).