冷拌半柔性路面材料路用性能研究_吴旷怀
年第李绪梅：关于公路盐渍土工程分类的探讨研究Ｈ公路０１４ ３期０１４年３月ＩＧＨＷＡＹ Ｍａｒ．２０１４ Ｎｏ．３２ ２ 第３期
（）４５１－０７１２２０１４０３－００２３－０５ 中图分类号：４１６．２１７ 文献标识码：０ＵＢ 文章编号：
冷拌半柔性路面材料路用性能研究
吴旷怀，王伟明２，王凤华２，杨国良１
（）广州大学土木工程学院 广州市 ５广东建设职业技术学院 广州市 ５１．１０００６；２．１０４４０
——冷拌半柔性路面材料，摘 要：提出一种新型的路面材料—采用自主研发适用于冷拌半柔性路面的高稠度乳化沥青，同时以矿料主骨料空隙体积填充法、裹覆试验及修正马歇尔试验法设计出３种不同基体空隙率下的冷拌半柔性路面材料，通过马歇尔试验、车辙试验，以及冻融劈裂、耐油腐蚀、小梁弯曲、蠕变、单轴压缩等室内试验评价其综合路用性能。结果表明，冷拌半柔性路面材料具有优良的高温稳定性、水稳定性，抗变形能力强，综合路用性能良好。
关键词：冷拌；半柔性路面；路用性能
半柔性路面材料的基体沥青混合料大都采用热
拌热铺工艺，拌和时沥青和骨料都需加热到较高的温度，消耗大量能源且污染环境，另外对操作人员的身体健康也造成一定程度的危害，同时还存在沥青
１］
。老化的问题［
提高了路面材料的承载力，增强了骨料间的黏结力，从而克服了冷拌乳化沥青混合料常常存在的脱落、松散、强度不高等缺点。
本文参考国内外的研究成果，并根据现有的条件，自主研发适用于冷拌半柔性路面的高固含量乳化沥青。
［］２
对冷拌同时以矿料主骨料空隙体积填充法（ＡＶＦ）Ｃ
针对传统半柔性材料的上述缺点，本文提出一——冷拌半柔性路面材料。它是种新型的路面材料—
以大空隙开级配的乳化沥青混合料经冷拌冷铺后形成基体，灌入特制的水泥砂浆而形成的新型复合路面材料。冷拌半柔性路面采用冷拌冷铺工艺解决了热拌半柔性材料的能耗和老化问题，而砂浆的灌入
基金项目：广东省重大科技专项资助，项目编号２Ａ０８０８０２０１２０１１
半柔性路面材料进行级配设计，由裹覆试验及马歇尔试验法确定材料的沥青用量与用水量，由此确定３种不同基体设计空隙率的配合比；结合马歇尔试验、车辙试验、冻融劈裂试验、小梁弯曲试验、蠕变试验等对冷拌半柔性路面材料的路用性能进行综合评价。
收稿日期：２０１３－０７－２２
檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷
本与实际相符合，同时大幅提高了粗颗粒盐渍土的入，未来盐渍土的描述及分类研究将更多地从定性含盐界限，较以往更加接近工程实际。但其试验方盐渍土地区公路设法对粗颗粒土的代表性不足。《
（中公路盐交工便字［计与施工指南》００６］２４３号）２渍土工程分类标准使用过５ｍｍ筛孔的试样进行试验的方法，对粗颗粒盐渍土的代表性更好；但粗颗粒盐渍土和细颗粒盐渍土按同一标准划分，有可能造成对粗颗粒盐渍土的要求比较严格。
（）结合公路工程实践数据对现有盐渍土工程２
分类标准提出：试验制备①粗颗粒盐渍土分类体系、粒径还需进一步完善；②现行的单纯考虑盐渍化程度的分类方式与地基实际盐胀性对应性不强的问题比较突出。
最后，笔者认为随着对盐渍土的认识进一步深
参考文献：
［］ＪＴＪ０１－２００１ 新疆盐渍土地区公路路基路面设计１ Ｘ
］与施工规范［Ｓ．
［］］２ＴＧＤ３０－２００４ 公路路基设计规范［Ｓ． Ｊ ［］］３ＴＧＥ４０－２００７ 公路土工试验规程［Ｓ． Ｊ
［］］４２００６２４３号 盐渍土地区公路设计与施工 交公便字［
］指南［Ｓ．
［］］５ＴＧＦ１０－２００６公路路基施工技术规范［Ｓ． Ｊ
向定量发展，分类的方法也会从单项内容向综合指标过渡，对盐渍土地区的公路工程实际特点的反映也更全面。
—２０１４年 第３期 ４— 公 路 ２
１ 原材料１．１ 乳化沥青
冷针对目前冷拌乳化沥青混合料存在的缺陷，拌半柔性路面材料的基体沥青混合料采用高固含量的乳化沥青进行拌和，通过增加乳化沥青的固含量，使得乳化沥青在混合料拌和过程中，更容易黏附在石料表面，破乳后能够形成足够厚度的沥青膜（普通乳化沥青较稀，拌和过程易流淌，通常只能形成较薄，从而提高基体乳化沥青混合料的强度和的沥青膜）
３］
，达到灌浆所需要的强度。另外一方面，沥耐久性［
沥青混合料中的空隙，水泥浆体最终形成水泥石与基体沥青混合料一起构成冷拌半柔性路面材料的强度，因此水泥砂浆还应具有较高的强度，以提高材料的路面承载力。
本文采用的半柔性路面专用砂浆，其性能指标检测结果如表２所示。砂浆流动度以１Ｌ的砂浆通过标准漏斗的流出时间测定。漏斗参数：上端为圆柱内径１高７中段为圆锥体，上端内径体，７８ｍｍ，５ｍｍ；下端内径１高１下段为流出１７８ｍｍ，３ｍｍ，９２ｍｍ；
管，内径１长３内容量为１３ｍｍ，８ｍｍ；７２５ｍＬ。
表２ 专用砂浆技术性能指标
密度
３／ｍｇｃ
抗折强度
ＭＰａ７ｄ
２．１３２
２８ｄ
抗压强度
ＭＰａ７ｄ
２８ｄ
１２流动度
ｓＬ
从而减青固含量的增加可以减少乳化沥青的用量，少了乳化沥青混合料中自由水的存在，使得基体乳化沥青混合料可较快形成强度，为后续工艺节省时间。
，基质沥青选用泰普克ＡＨ－７乳化剂采用法国０ＣＥＣＡ公司生产的慢裂慢凝型阳离子乳化剂ＰＣ－
，。稳定剂选用ＣａＣｌＶＡ，Ｃｌ２０Ｈ值调节剂为Ｈｐ２与Ｐ水温５油温１Ｈ值为２．０左右，０℃，４５℃。利用国ｐ
际先进的沥青乳化设备ＥｍｕｌｂｉｔｕｍｅｎＬａｂｏｒａｔｏｒ ｙ，按前述配方制得本文中的高稠度乳化沥青。Ｕｎｉｔ
按我国现行规范《公路工程沥青及沥青混合料（）进行检测，试验规程》各项指标ＪＴＧＥ２０－２０１１ 均符合要求。检测结果如表１所示。
表１ 乳化沥青基本性能
试验项目破乳速度离子电荷
筛上剩余量（１．１８ｍｍ）
恩格拉黏度Ｅ２５）储存稳定性（５ｄ
含量
蒸发残留物
％! ％％
．１＜０ ５～１５ ．０≤５
单位
标准
检测结果慢裂阳离子（＋）０．０３１０．２４．２６９．５６８．６９９５８．５
粗集料材料名称
［４］
１２．７３．５６．７３．３ １ ５ ６
１．３ 集料
集料应选用强度高、硬度大、耐磨性好的碎石，且洁净、干燥、不含杂质、质地坚韧、无风化，同时应颗粒形状以接近严格控制集料中针片状颗粒的含量，
立方体为宜。为保证基体沥青混合料有足够的连通粗集料选用１空隙用于灌浆，３．２ｍｍ～９．５ｍｍ和
细集料选用２９．５ｍｍ～４．７５ｍｍ两档料，．３６ｍｍ～填料则选用优质石灰岩矿粉、过０１．１８ｍｍ，．０７５ｍｍ
的方孔筛后使用。参照《公路工程集料试验规程》（对集料性能进行检测，集料及矿ＪＴＧＥ４２－２００５）
粉的各项指标见表３。
表３ 集料与填料的性能指标
试验项目石料压碎值／％洛杉矶磨耗值／％水洗法＜０．０７５ｍｍ颗粒
含量／％吸水率／％表观相对密度
质量要求６≤２ ８≤２ ．０≤１ ．０≤２ ．６＞２ ．５≥２ ０≥６ ．５≥２ ≤１ ＜１
试验结果１３．９１０．１０．２０．９８２．７６４２．７３５７３２．８３１０．０９＜１
，针入度２５℃，１００５ｓ０．１ｍｍ０～１２０ｇ溶解度（三氯乙烯）／延度５℃，５ｃｍｍｉｎ
％ｃｍ
７＞９ ０≥２
１．２ 水泥砂浆
灌注半柔性路面材料基体沥青混合料的水泥砂一般由水泥、细砂、矿物掺合料、添加剂和水组浆，
成。水泥砂浆需灌入半柔性基体沥青混合料中，除要求基体沥青混合料提供较大的空隙率、较多的连水泥砂浆还应具有良好的流动性，以保证通空隙外，
灌满连通空隙。凝结固化后的水泥浆体将填充基体
填料细集料
表观相对密度砂当量／％表观相对密度含水量／％矿粉亲水系数
冷拌半柔性路面材料路用性能研究０１４年 第３期 吴旷怀等： ２—２５—
由表３可知，集料与填料所测各项指标符合《沥（青路面施工技术规范》沥青混凝ＪＴＧＦ４０－２００４） 土面层集料技术要求的规定。
２ 基体沥青混合料的配合比设计
本文的基体沥青混合料采用的是乳化沥青，因此参考冷拌料的设计方法，沥青用量与用水量由裹覆试验与修正的马歇尔试验确定。即先以ＣＡＶＦ法确定基体沥青混合料的级配；由裹覆试验获得最佳液体用量（乳化沥青的含水量、集料的含水量和外，加水用量之和）再按经验确定５个沥青用量（根据，进行马歇尔试验。根据最佳液体用量调整用水量）
养生条件的不同，分别以室内养生４８ｈ的试件强度表征其早期强度，烘箱养生的试件强度表征其后期
６］
，强度［根据两种强度的马歇尔试验结果获得最佳
能。按《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（）的相关规定，成型马歇尔试件，灌ＪＴＧＥ２０－２０１１
浆后养生。基体沥青混合料试验温度按规范规定，空气中养生乳化沥青混合料取２灌浆后试件试５℃，验温度则为６０℃。试验结果如表５所示。
表５ 马歇尔试验结果
冷拌半柔性路面材料
养生时间
ｄ空隙率／％
３ ２８ ３ ２８ ３ ２８ —
基体设计
稳定度
ｋＮ２０．３ ２８．１ ２３．０ ３０．０ ２６．８ ３３．２ １１．３
流值
０．１ｍｍ２４．３２２．４３５．５２０．１２２．３１８．９３２．１
基体沥青混合料稳定度
ｋＮ
流值
０．１ｍｍ
２２５．２ ３
３．６
２５４．６ ３７．２
２８ＡＣ－１３Ｃ
３．９ —
３９．２—
沥青用量与用水量。
本文按上述方法设计了空隙率为２２％、２５％、其配合比与级配曲线２８％的３种基体沥青混合料，
图１。见表４、
表４ 基体沥青混合料配合比
油石比
％空隙率／％
９．５
２２ ２５ ２８
３．９ ３．５ ３．２
６３．７ ６５．７ ６８．０
基体设计
下列粒径（集料的ｍｍ）
含量／％４
．７５ ２１．３ ２１．９ ２２．７
２．３６１２．０ ９．４ ６．３
３ ３ ３
１．６１．５１．３
矿粉
％
外加用水
％
由表５可知，冷拌半柔性路面材料的３种基体设计空隙率的稳定度均大于普通沥青混合料ＡＣ－且流值小于Ａ这说明冷拌半柔性路面１３Ｃ，Ｃ－１３Ｃ，材料具有较高的力学强度，高温下抵抗变形能力较普通沥青混合料强。灌浆后马歇尔试件强度是灌浆冷拌半柔性路面材料在灌浆后，强度得到前的数倍，了切实的提高。
由表５中的数据可得图２。由图２可知，冷拌半柔性路面材料的３种基体设计空隙率的稳定度随也即养生时间越长，其强着养生龄期的增加而增大，
度越高，与水泥砂浆的增长规律一致。这表明冷拌半柔性路面材料的后期强度主要来源于水泥胶浆。混合料强度随着基体设计空隙率的增大而增加，因灌注的水泥砂浆也就越多，为基体设计空隙率越大，强度随之增大。
图１ 基体沥青混合料级配曲线
３ 冷拌半柔性路面材料路用性能
３．１ 冷拌半柔性路面材料高温稳定性
采用马歇尔试验及车辙试验综合评价其高温性
图２ 冷拌半柔性路面材料稳定度
按规范规定成型车辙试件，灌浆后养生，龄期，为３ｄ试验温度为６经车辙试验后结果如表０℃，
—２０１４年 第３期 ６— 公 路 ２
图３所示。６、
表６ 车辙试验结果
基体设计空隙率／％（动稳定度／次／ｍｍ
）
２２
２５
２８
ＳＭＡ－１３４６８１
由表７可知，在基体设计空隙率为２５％、２８％时出现了浸水残留稳定度大于１这可００％的情况，能是因为长时间高温湿养的条件，促使冷拌半柔性致使路面材料中水泥砂浆水化反应的进一步进行，因此浸水４未完全硬化的水泥浆体硬化，８ｈ后试件稳定度反而要高于浸水３以浸水０ｍｉｎ。由此可见，马歇尔试验评价冷拌半柔性路面材料的水稳定性尚存在一定的局限性，并不能确切反映出冷拌半柔性路面材料抗水损害能力。
同时由冻融劈裂试验可知，不论是未经冻融还是冻融后的试件，其劈裂抗拉强度都比较大，冻融劈且要高于同属骨架密实结构的裂抗拉强度也比较高，
。其水稳定性能优劣顺序改性沥青混合料ＳＭＡ－１３
图３ 车辙试验曲线
１１０５３０３２３２５００ ２ ２ 为２８％＞２５％＞２２％。这说明冷拌半柔性路面材料有着非常好的水稳定性，抗水损害能力较强。灌注的水泥砂浆填充了基体沥青混合料中的空隙，其残留空隙较小，水难以渗入其中，因此其水稳定性较好。
综合浸水马歇尔试验、冻融劈裂试验的试验结冷拌半柔性路面材料具有很强的抗水损害能力，果：
非常好的水稳定性。
３．３ 冷拌半柔性路面材料耐油腐蚀性能
通常的沥青混合料耐油腐蚀性能较差。为评价冷拌半柔性路面材料的耐油腐蚀性能，本文参照文］献［的方法，以９试件灌浆７０号汽油作为浸泡介质，，后养生７ｄ试验温度为６进行耐油腐蚀试验。０℃，试验结果如表８所示。
表８ 冷拌半柔性路面材料耐油腐蚀试验结果
设计空隙率／％
２２ ２５ ２８ ＡＣ－１３Ｃ
稳定度／ｋＮ未浸油２３．６ ２７．７ ２９．８ ９．４
浸油２０．９ ２４．７ ２７．６ ３．１
浸油残留稳定度／％８８．６８９．２９２．６３３．０
由表６可看出，冷拌半柔性路面材料具有优良的高温稳定性，动稳３种空隙率的试件养生３ｄ后，定度均已达到１远远超出了改００００次／ｍｍ以上， 设计空隙率性沥青混合料ＳＭＡ－１３。由图３可知，越大变形越小。这表明随着灌注的水泥胶浆增加，抵抗变形能力增强，其高温稳定性变好。冷拌半柔性路面材料早期强度高，养生１ｄ后强度即可达到开放交通的要求。
综合马歇尔和车辙试验可知，冷拌半柔性路面材料在高温条件下具有较大的抵抗变形能力，且基体设计空隙率越大，灌注的砂浆越多，高温稳定性就越好。３．２ 冷拌半柔性路面材料水稳定性
采用浸水马歇尔试验和冻融劈裂试验评价冷拌半柔性路面材料的水稳定性。浸水试验是根据浸水前后沥青混合料物理、力学性能等指标的差异程度来评价其水稳定性；冻融劈裂试验的试验条件较一其结果更接近实际情况。般的浸水条件更为苛刻，
，试件养生时间为７ｄ浸水马歇尔试验与冻融劈裂试验结果如表７所示。
表７ 浸水马歇尔与冻融劈裂试验结果
基体设计空隙率／％
稳定度／ｋＮ
浸水残留稳定
劈裂抗拉强度／ＭＰａ未冻
冻融０．８５ １．０５ １．２２ ０．７８
冻融劈裂强度比／％９２．５９４．６９７．２９０．７
由表８数据可知，ＡＣ－１３Ｃ浸油残留稳定度仅为３普通沥青混合料存在“怕油”的缺点，耐油３％，腐蚀性差，而冷拌半柔性路面材料３种设计空隙率的浸油残留稳定度均在８的数５％以上。与文献［７］据相比可知，冷拌的半柔性材料耐油性能与热拌半具有很好的耐油腐蚀性能，克服了普柔性材料相似，
通沥青混合料“怕油”的缺点。３．４ 冷拌半柔性路面材料低温抗裂性
目前国内并没有统一的关于冷拌半柔性路面材
／未浸水浸水４８度％
２２ ２５ ２８
２４．９５４．２５７．１９．９２ ２ ９ ０ ２７．７５０．４５０９．７３．１１ ３ １１ ３０．１６３．３１１０．４３．２５ ３ １１
５．８
８７．９
０．８６
ＳＭＡ－１３．６６
冷拌半柔性路面材料路用性能研究０１４年 第３期 吴旷怀等： ２—２７—
料低温抗裂性能的评价方法，本研究采用低温弯曲试验、蠕变试验予以评价。按规范规定，成型车辙板试件后灌浆，养生１弯曲４ｄ后切割成棱柱体小梁，蠕变试验温度为０℃，试验结试验温度为－１０℃，表１果见表９、０。
表９ 低温弯曲试验结果（－１０℃）
基体设计空隙率／％
２２ ２５ ２８ ＳＭＡ－１３
抗弯拉强度／ＭＰａ５．１９ ６．３５ ５．３０ ６．４１
最大弯拉应变／εμ８９７ １３７５ １０５１ ２３３２
应变能密度·ｍ－３模量／ＭＰａＪ５８６９ ４６１２ ５３２０ ２７４８
２１４７ ４０１８ ２５５３ ４６７８
弯曲劲度
由表１不论是－１冷拌１可知，０℃还是１５℃，半柔性路面材料的抗压强度都随基体设计空隙率增大而增大；－１０℃的强度与劲度模量均比１５℃时的要高。这表明冷拌半柔性路面材料低温时刚度较且随着灌浆量的增加，强度与模量越高，抵抗变大，
形能力越强。
综上分析，基体沥青混合料设计空隙率越大，冷拌半柔性材料的力学强度越高，越表现出水泥材料半柔性材料基体的空隙率不宜过大。的刚性。因此，
综合考虑施工等因素，冷拌半柔性路面基体材料的设计空隙率应以２５％左右为宜。
４ 结语
本文采用自主研发的适用于冷拌半柔性路面的以Ｃ裹覆试验及马歇高固含量乳化沥青，ＡＶＦ法、尔试验设计出３种不同基体空隙率下的冷拌半柔性并以马歇尔试验、车辙试验，以及冻融劈路面材料，
裂、耐油腐蚀、小梁弯曲、蠕变、单轴压缩等室内试验评价其路用性能，得出以下结论。
（）冷拌半柔性路面材料抗车辙能力较强，具有１
优良的高温稳定性；不易渗水，水稳定性好；耐油腐蚀性能好；强度较高，抗变形能力强。
（）随着基体设计空隙率的增大、水泥胶浆灌注２
其强度和刚度增强，材料偏刚性，破坏显脆量的增大，
性，柔韧性降低。综合考虑路用性能和施工等因素，冷拌半柔性路面材料基体的设计空隙率以２５％为宜。（）冷拌半柔性路面材料采用冷铺冷拌工艺，综３
节能环保，具有广阔的应用前景。合路用性能好，参考文献：
［］１ｅｔａｗａｎ．ＤｅｖｅｌｏＰｍｅｎｔｏｆＳｅｍｉ－ＦｌｅｘｉｂｌｅＨｅａｖ Ｓ ｙｙ－
［］，ＤｕｔＰａｖｅｍｅｎｔｓＪ．ＰｈＤｔｈｅｓｉｓ．ＵｎｉｖｅｒｓｉｔｏｆＬｅｅｄｓ ｙｙ （）：２００３，１４３５７２－８４．［］王绍怀，吴旷怀，等．沥青混合料组成设计的２ 张肖宁，］（）：公路，ＣＡＶＦ法［Ｊ．２００１，１２１７－２０．
［：ｒｏｂ３］ｒｅｄＣｌｏｓｓ．Ｐｏｔｈｏｌｅｓｃｏｌｄ－ｍｉｘｃａｎｓｏｌｖｅｔｈｅ Ｆ －ｐ
［］，（）：ｌｅｍｓＪ．ＢｅｔｔｅｒＲｏａｄｓ２００３，１２３６６－７１． ［］４ＴＧＥ２０－２０１１ 公路工程沥青及沥青混合料试验规 Ｊ
］程［Ｓ．
［］［平成四年修订版）社团法５Ｓ］． ァスファルト铺装要纲（
人道路协会．
［］阳离子乳化沥青６ 交通部阳离子乳化沥青课题协作组．
路面［北京：人民交通出版社，Ｍ］．１９８８．［半柔性路面用混合料性能及其设计方法研究７］ 程磊．
［西安：长安大学，Ｄ］．２００２．
表１０ 蠕变试验结果（０℃）
基体设计空隙率／％
２２ ２５ ２８
蠕变弯拉应力／ＭＰａ０．５５ ０．６１ ０．５６
弯拉应变ε１
弯拉应变ε２
弯曲蠕变速率
ＭＰ１０－７ｓａ
２．１３２．７２２．１９
０．００１１．００１４ ０ ０．００１６．００１９ ０ ０．０００８．００１０ ０ 由试验结果可知，冷拌半柔性路面材料的最大弯拉应变小于改性沥青混合料ＳＭＡ－１３。随着基体设计空隙率增大，灌入的砂浆越多，冷拌半柔性路面材料的低温抗裂性有下降趋势，脆性较大。弯曲劲度模量越大，材料性能越偏刚性。
弯曲蠕变速率表征的是材料在一定温度和荷载其值越大，表明材料抗变形能力条件下的变形能力，
越强，低温下变形能力较好。由表１砂浆的０可知，蠕变速率减小。灌入使得材料刚度增加，
３．５ 冷拌半柔性路面材料抗变形能力
本研究采用棱柱体单轴压缩试验评价冷拌半柔性路面材料的抗变形能力。按规范规定由车辙板试件切割成８试０ｍｍ×４０ｍｍ×４０ｍｍ的棱柱体试件，验温度分别为１试验结果如表１５℃和－１０℃，１所示。
表１１ 单轴压缩试验结果
基体设计空隙率／％
２２
温度／℃－１０ １５ －１０ １５ －１０ １５
抗压强度／ＭＰａ１５．１３ １２．５９ １５．７０ １３．０５ １５．１２ １３．５０
压缩破坏应变０．０１１２ ０．０１３８ ０．０１１１ ０．０１２８ ０．００８８ ０．０１２０
破坏劲度模量／ＭＰａ１３５６．６２ ９１２．７７１４１９．７９ １０１５．９７ １７２５．８１ １１２７．２４
２５
２８