何潇律， 付 军， 丁庆军

(武汉理工大学交通学院，湖北 武汉 430063)

0 引 言

目前，我国的高速公路和城市道路路面可分为沥青混凝土路面和水泥混凝土路面两大类，在夏季高温季节，沥青路面易出现车辙、波浪和拥包等变形破坏。水泥混凝土路面在温度应力的作用下容易产生裂缝，且路面结构一旦产生病害后修复困难[1]。半柔性路面便在此背景下应运而生，半柔性路面是指在大孔隙基体沥青混合料路面中灌入以水泥为主要成分的特殊胶浆而形成的路面，它兼具了水泥混凝土路面的柔性和沥青混凝土路面的刚性，且施工方便、造价低廉[2]。

国内外针对半柔性路面基体结构及灌浆材料展开相应研究，利用水泥强度高、耐久的特点，灌入沥青骨架基体中后形成半柔性路面，可明显提高路面承载能力。但国内外尚未开展水泥浆体强度、模量、体积稳定性对路面承载能力与耐久性(抗老化性能、耐疲劳性能、抗水损坏性能)之间的关系研究。

本文依托湖北省公路管理局科技项目“利用废弃沥青混凝土制备高承载、高耐久路面材料的研究”，对不同灌入率高承载高耐久性再生沥青路面材料的力学性能和路用性能进行研究，对于提高我国高速公路以及一般公路建设水平，具有十分重要的理论意义和实用价值。

1 水稳定性能研究

水损害是沥青路面的主要病害之一，导致这一现象的原因主要是沥青混凝土面层的水稳定性能不足，因此用沥青路面的水稳定性能来评价沥青路面在荷载和雨水的作用下抵抗破坏的能力很有必要[3]。本文采用浸水残留稳定度和冻融劈裂强度比来评价高承载高耐久性再生沥青路面材料的水稳定性能主要由，试验结果如表1和表2所示。

表1 浸水残留稳定度测试结果

从表1可以看出：高承载高耐久性再生沥青路面材料的马歇尔稳定度、浸水马歇尔稳定度以及浸水残留稳定度都比普通再生沥青路面材料的要高，其浸水残留稳定度均大于91%；对于不同孔隙率的沥青混合料基体在灌入水泥浆体后，其马歇尔稳定度和浸水马歇尔稳定度随着水泥浆灌入率的增大而提高，而其浸水残留稳定度的变化不大。由表2可以看出：高承载高耐久性再生沥青路面材料的劈裂强度、冻融劈裂强度以及劈裂强度比都比普通再生沥青路面材料的要大，其冻融劈裂强度比在90%以上。

表2 冻融劈裂强度比测试结果

2 高低温性能研究

2.1 高温稳定性能

沥青混合料在外界行车荷载作用下抵抗永久变形的能力称为高温稳定性能。其中车辙问题是沥青路面高温稳定性良好与否的集中体现，车辙、拥包等永久变形的产生，使得路面的平整度明显降低，从而影响路面的行车舒适性；而且坑槽易积水，除了加速路面的破坏之外，还会对行车安全造成很大的威胁[4]。因此应当对再生沥青混合料的高温性能进行评价。本文采用常规车辙试验(0.7MPa)来分析高承载高耐久性再生沥青沥青路面材料高温稳定性能，测试结果如表3所示。

表3 高温稳定性能测试结果

表3的结果表明：高承载高耐久性再生沥青路面材料的动稳定度达到了12 600次/mm以上，远远高于普通再生沥青路面材料的2 423次/mm，满足高等级公路路面性能要求；另外，对于不同的水泥浆的灌入率，随着灌入率的增大，其动稳定度也相应提高。因此，高承载高耐久性再生沥青路面材料具有优异的高温稳定性能。

图1 高承载高耐久再生沥青混合料(车辙板和马歇尔试块)

2.2 低温稳定性能

沥青路面在使用期间的开裂是各国道路界普遍关心的问题。再生沥青混合料中含有的沥青已经经历了较长时间的老化，低温条件下性能大幅降低。因此，需要对再生沥青混合料的低温抗裂性能进行研究。本文通过低温小梁弯曲性能测试对高承载高耐久性再生沥青路面材料的低温性能进行评价，试验结果如表4所示。

表4 低温小梁弯曲性能测试结果

由表4的结果可知：高承载高耐久性再生沥青路面材料的最大弯拉应变均大于2 600 ，而普通再生沥青路面材料的最大弯拉应变还不到2 000 ；高承载高耐久性再生路面材料的抗弯拉强度一般要高于普通再生沥青路面，其劲度模量普遍低于2 200 MPa，因此其低温抗裂性能明显好于普通再生沥青路面材料，在低温条件下具有更加优异的柔韧性，可以降低沥青混合料在低温下出现裂纹的可能性。

3 弯曲疲劳性能研究

疲劳损坏是沥青混凝土路面都会遇到的破坏形式，在路面材料及结构设计中是主要的考虑因素，也是长寿命路面的研究基础。路面在行车荷载的作用下，路面经受反复的应力-应变作用，路面材料的强度会逐渐降低，当荷载作用次数达到一定时，材料的强度降到无法抵抗荷载产生的应力，这时材料容易出现疲劳开裂。本文采用三点弯曲疲劳试验来进行再生沥青路面材料的疲劳性能研究，实验结果如表5所示。

表5 三点弯曲疲劳性能测试结果

实验研究表明：高承载高耐久性再生沥青路面材料具有优异的抗疲劳性能，当水泥浆灌入率一定时，随着应力比的增大，其疲劳寿命次数明显降低，而且幅度很大，应力比从0.2增大到0.4过程中，其疲劳寿命次数由几万次降为几千次，由此可知，高承载高耐久性再生沥青路面材料的疲劳性能对应力很敏感；另外，对于不同的灌入率，其疲劳寿命随水泥浆的灌入率的先增大后降低，孔隙率为25%时抗疲劳性能最好，而随后抗疲劳性能急剧降低，这可能是因为水泥浆的加入增大了路面材料整体的脆性，继而导致其疲劳寿命有所降低，但当灌入率增大到一定程度时，比如从28%到31%，其疲劳寿命次数降低并不明显。

4 抗压回弹模量研究

抗压回弹模量是反映路面材料应力-应变性能的重要指标，也是目前国内路面结构设计中进行力学验算和厚度计算的一个重要参数。参照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》中T0713-2000“沥青混合料单轴压缩试验(圆柱体)”进行高承载高耐久性再生沥青混合料抗压强度和抗压回弹模量的测试。其试验结果如表6所示。

表6 抗压强度和抗压回弹模量测试结果

从表6中可以看出：高承载高耐久性再生沥青路面材料的抗压强度都在2.21 MPa以上，在水泥浆灌入率为31%时甚至可以达到5.17 MPa，是普通再生沥青路面材料2.07 MPa的2.49倍，其抗压回弹模量一般高于490 MPa，远大于普通再生沥青路面的回弹模量值，因此高承载高耐久性再生沥青路面材料具有良好的抗变形能力；另外，随着水泥浆体灌入率的增大，其抗压强度和抗压回弹模量都有明显的提高，说明水泥浆的加入对再生沥青路面材料的抗变形能力有利。

图2 试验用小梁试件和回弹模量试件

5 结束语

(1)高承载高耐久性再生沥青路面材料具有良好的水稳定性能，随着水泥浆体灌入率的增大，马歇尔稳定度和浸水马歇尔稳定度、劈裂抗拉强度和冻融劈裂抗拉强度也相应增大；其浸水残留稳定度均大于91%，冻融劈裂强度比均在90%以上。

(2)高承载高耐久性再生沥青路面材料具有优良的高温稳定性能，动稳定度均在12 600次/mm以上，远远高于普通再生沥青路面材料(2 423次/mm)；随着水泥浆体灌入率的增大，其动稳定度也相应提高，从12 608次/mm增至31 502次/mm。

(3)高承载高耐久性再生沥青路面材料的低温抗裂性能良好，最大弯拉应变均大于2 600 ，优于普通再生沥青路面材料(1995 )，抗弯拉强度均大于4.9 MPa，劲度模量普遍低于2 200 MPa，因此其低温抗裂性能明显好于普通再生沥青路面材料，在低温条件下具有更加优异的柔韧性，可以降低沥青混合料在低温下出现裂纹的可能性。

(4)高承载高耐久性再生沥青路面材料具有优良的抗疲劳性能，当水泥浆灌入率一定时，随着应力比的增大，其疲劳寿命次数明显降低，应力比从0.2增大到0.4过程中，疲劳寿命次数由几万次降为几千次；另外，随着灌入率的增加，其疲劳寿命先增大后降低，当孔隙率为25%时抗疲劳性能最好。

(5)高承载高耐久性再生沥青路面材料具有良好的抗变形能力，其抗压强度均在2.21 MPa以上，高于普通再生沥青路面材料(2.07 MPa)，抗压回弹模量均高于490 MPa；随着水泥浆体灌入率的增大，其抗压强度和抗压回弹模量都有明显的提高，说明水泥浆的加入对再生沥青路面材料的抗变形能力有利。