（管理科学与工程专业论文）高性能半柔性路面的施工工艺与技术经济分析研究.pdf

摘要 半柔性路面是一种新型路面结构形式，它是将特殊级配的水泥胶浆灌注大空 隙母体沥青混合料中而形成的一种路面。半柔性路面在国外已进行了大量的研究 并加以应用，但在国内对半柔性路面的施工工艺及其机械配置的研究尚处于起步 阶段，未得到充分的研究和推广应用。半柔性路面具有高于水泥混凝土的柔性和 高于沥青混凝土的刚性，既具备沥青路面和水泥路面的优点又屏蔽了两者的缺点， 因此，对其进行开发和应用研究具有现实意义和发展前景。 本论文在参考国内外研究基础上，并依据依托工程的使用效果对半柔性路面母 体沥青混合料的配比以及水泥砂浆的配比和材料要求作了相关规定。在参考o g f c 路面施工工艺的基础上对母体沥青混合料的施工工艺进行了较为详尽的分析总 结。提出了三种用于水泥砂浆施工的方法：人工拌和灌注法、厂拌法及稀浆封层 机施工法。首先结合依托工程，对现阶段水泥砂浆的施工方法作了较为详尽的介 绍，指出了其存在施工效率低、精度差、机械配置简陋等不足之处，然后根据国 内现有的路面施工机械，对半柔性路面水泥砂浆施工的机械配置作了较为全面的 研究。提出了用稀浆封层机等配套机械施工水泥砂浆的新工艺：备料一稀浆封层 机拌和与灌注一小型振动压路机辅助灌注一清扫机清理残余水泥砂浆一养生。 另外，本文在施工工艺研究的基础上，对半柔性路面施工定额、技术经济特点 作了相应的研究。提出了母体沥青混合料的施工定额参考、三种水泥砂浆施工方 法的施工定额参考以及半柔性路面与同体积普通沥青路面的施工成本比较。得出 半柔性路面在技术经济上的优势。 本文得到了西部交通建设科技项目“高性能半柔性复合路面与基层的开发应 用研究”的资助。 关键词：半柔性路面，水泥砂浆，母体沥青混合料，施工工艺，机械配置，施工定 额，技术经济。 a bs t r a c t s e m i f l e x i b l ep a v e m e n ti sg e n e r a l l yd e s c r i b e da san e w c o m p o s i t i o np a v e m e n t ， w h i c hi sf i l l e dw i t hp o r t l a n dc e m e n tg r o u ti no p e n g r a d e dm a t r i xa s p h a l tm i x t u r e a g r e a td e a lo fr e s e a r c hh a db e e nd o n ea n dt a k e ni n t ot h ea p p l i c a t i o ni nd o m e s t i ca n d o v e r s e a s b u tt h er e s e a r c ha b o u tt h ec o n s t r u c t i o nm e t h o d sa n dt h em a c h i n ec o l l o c a t i o n o fs e m i f l e x i b l ep a v e m e n ti ss t i l li nt h es t a r ts t a g ei no u rc o u n t r y ，t h ea p p l i c a t i o no ft h e p a v e m e n ti nr o a dh a s n tg o tw e l lr e s e a r c h e da n dg e n e r a l i z e d s e m i - f l e x i b l ep a v e m e n t b e h a v e sw i t hm o r er i g i d i t yt h a na s p h a l tp a v e m e n ta n dm o r ef l e x i b i l i t yt h a nc e m e n t p a v e m e n t i th a sb o t hv i r t u e so fn o r m a la s p h a l ta n dc e m e n tp a v e m e n tb u ta v o i d st h e d e f e c t so ft h e m s o ，i th a sp r a c t i c a lm e a n i n ga n dd e v e l o p m e n tp r o s p e c t st os t u d yi t s a p p l i c a t i o nt e c h n o l o g y o nt h eb a s i so fp r e s e n ts t u d yi nd o m e s t i ca n do v e r s e a s ，a n da c c o r d i n gt ot h er e s u l t o ft h es u p p o r t i n gp r o j e c t ，s o m er e g u l a t i o n sa r em a d ea b o u tt h em a t c hf o rm a t r i xa s p h a l t m i x t u r ea n dc e m e n tm o r t a ra sw e l la sa b o u tt h em a t e r i a l su s e di nt h es e m i f l e x i b l e p a v e m e n t r e f e r r i n gt ot h ec o n s t r u c t i o nm e t h o d so fo g f c ，s o m ea n a l y s i s a n d c o n c l u s i o na r em a d ea b o u tt h ec o n s t r u c t i o nm e t h o d so fm a t r i xa s p h a l tm i x t u r e t h e n t h r e ec o n s t r u c t i o nm e t h o d sw e r em a d e ：m a n p o w e rc o n s t r u c t i o n ；f a c t o r yc o n s t r u c t i o n a n ds l u r r ys e a lc o a tm a c h i n ec o n s t r u c t i o n f i r s to fa l l ，a c c o r d i n gt ot h es u p p o r t i n g p r o j e c t ，s o m ee l a b o r a t e i n t r o d u c t i o nw a sm a d ea b o u tt h ec o n s t r u c t i o nm e t h o d so f c e m e n tm o r t a rp r e s e n t l y ，a n dm e n t i o n si t sd i s a d v a n t a g e s ：l o we f f i c i e n c y ，l o wp r e c i s i o n a n d s i m p l em a c h i n e r y t h e n ，o nt h ef o u n d a t i o no fc u r r e n tp a v e m e n tm a c h i n ei nc h i n a , i t d o e sa c o m p l e t es t u d y o nt h ec o n s t r u c t i o nc o n f i g u r a t i o nf o rc e m e n tm o r t a rc o n s t r u c t i o n o fs e m i f l e x i b l ep a v e m e n t i ta l s os u g g e s t san e wc o n s t r u c t i o nm e t h o dc a l l e ds l u r r ys e a l c o a tm a c h i n em e t h o dw i t ho t h e rm a c h i n e s ：p r e p a r a t i o n - - m i x i n gw i t hs l u r r ys e a lc o a t m a c h i n e - - - i r r i g a t i n gw i t hl i t t l el i b r a t i n gr o l l e r - - - - c l e a n i n ga b u n d a n tc e m e n tm o r t a rw i t h c l e a n i n gc a r m p r e s e r v a t i o n w h a t sm o r e ，o nt h eb a s i so ft h ec o n s t r u c t i o nm e t h o d s ，i td o e ss o m es t u d i e sa b o u t t h ec o n s t r u c t i o nn o n t la n dt e c h n o l o g i c a le c o n o m y t h er e f e r e n c eo fs e m i f l e x i b l e p a v e m e n tc o n s t r u c t i o nn o r n la n dt h r e ec o n s t r u c t i o nm e t h o d sa b o u tc e m e n tm o r t a ra r e p u tf o r w a r d ，a sw e l la st h ec o m p a r i s o no ft h ec o n s t r u c t i o nb e t w e e nt h es e m i f l e x i b l e p a v e m e n ta n dt h en o r m a la s p h a l tc o n c r e t e t h e n ，t h ea d v a n t a g eo nt e c h n o l o g i c a l e c o n o m y i sa p p a r e n tf o rs e m i - f l e x i b l ep a v e m e n t t h i sp a p e rw a ss u b s i d i z eb yt h ew e s t e r nt r a n s p o r t a t i o nc o n s t r u c t i o np r o j e c t s ”t h e d e v e l o pa n da p p l i c a t i o ns t u d yo nh i g h - - p e r f o r m a n c ec o m p o s i t es e m i - f l e x i b l ep a v e m e n t a n db a s ec o a t ” k e yw o r d s ：s e m i f l e x i b l ep a v e m e n t ，c e m e n tm o r t a r ，p a r e n tp o p u l a t i o na s p h a l t m i x t u r e ，c o n s t r u c t i o nt e c h n o l o g y ，m a c h i n ea r r a n g e m e n t ，c o n s t r u c t i o nn o r n l ， t e c h n o l o g i c a le c o n o m y 重庆交通大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究 工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人 或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体， 均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名：稍 日期：刎年1 2 - 月，芗日 重庆交通大学学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保 留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。 本人授权重庆交通大学可以将本学位论文的全部内容编入有关数据库进行检索， 可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。同时授权中国科 学技术信息研究所将本人学位论文收录到中国学位论文全文数据库，并进行 信息服务( 包括但不限于汇编、复制、发行、信息网络传播等) ，同时本人保留 在其他媒体发表论文的权利。 学位论文作者签名：赤降 f 1 期：泖孑年2 - 月5e t 指导教师签名：友札j 日期：w 年f 月i , ie t 本人同意将本学位论文提交至中国学术期刊( 光盘版) 电子杂志社c n k i 系 列数据库中全文发布，并按中国优秀博硕士学位论文全文数据库出版章程规 定享受相关权益。 学位论文作者签名：赤p 筝 日期：沙嚏年，j 月，歹日 指导教师签名：矽左五v 文 日期：计年，月f1 日 第一章绪论 1 1 论文背景 第一章绪论 我国现有的高速公路和城市道路路面基本可分为两大类，即沥青混凝土路面 和水泥混凝土路面。由于复杂的气候环境和恶劣的交通条件等原因，许多高等级 公路投入使用没有多久，就出现了不同程度的早期损坏。水泥混凝土路面是由一 定厚度的混凝土板组成，由于四季气温周期性的变化和一天内昼夜气温的变化， 使板与周围的温度相差很大，在温度应力的作用下，水泥混凝土板容易产生裂缝； 裂缝在行车荷载的反复作用下，应力集中处最先扩展，结构承载力降低，另一方 面，水泥混凝土是一种非均质多相结构，其结构相和相基不仅强度、弹性模量不 同，而且对温度和湿度变化的作用，在这些重复温度和湿度荷载的作用下，会使 原有微裂纹产生新的应力集中，使裂纹向前扩展，发生破坏现象。 与水泥路面相比，沥青混凝土路面具有无接缝、表面平整性好、柔性强而行 车平稳舒适等优点，而且施工机械化程度高、进度快、质量好、维护简单，因此， 沥青混凝土路面在我国高速公路建设中得到了广泛的推广和应用。但是，由于沥 青材料具有黏弹塑等特性，导致沥青路面结构层的强度和流变性受温度变化的影 响很大i l j 。夏季高温时，沥青材料黏度的降低导致集料颗粒间凝聚力减弱，若在水 平力作用下，极易使沥青混合料颗粒之间产生滑动和位移，导致沥青路面结构层 形成车辙、推移、波浪、拥包之类的剪切变形破坏，降低了行车的舒适性。在渠 化交通的高等级公路上，沥青混凝土路面容易产生过大的塑性变形而形成车辙。 在冬季低温时，沥青混凝土路面结构材料的强度虽然有所增高，但因沥青材料黏 度的提高而抗变形能力大为降低，表现出脆性，结果导致沥青路面结构层开裂【2 1 。 车辙不仅危害行车安全，降低行车操纵稳定性和舒适性，且由于车辙内易于积水， 路表水通过面层裂缝渗透至基层和路基，易导致基层和路基早期损坏。 从以上分析可以发现，两种高等级路面结构形式的性能各有所长，但也存在 各自的缺陷。针对上述问题，我们应着眼于研究开发一种新型的路面材料，使其 兼顾刚性和柔性两种路面的优点、摒弃两者缺点的路面结构。其研究目的是通过 研究得到一种综合性能优良、病害较少、设计和施工技术可行、适应性较强、行 车舒适、比较经济的路面及其设计和施工指南，从而进一步完善我国路面设计理 论和方法，提高路面的使用品质。于是许多发达国家率先提出了半柔性路面的概 念，并已通过论证，在各级公路及城市道路中铺筑使用。 半柔性路面是指在母体沥青混合料( 空隙率高达2 0 2 8 ) 路面中，灌注以水泥 2第一章绪论 为主要成分的特殊浆剂而形成的路面，具有高于水泥混凝土的柔性和高于沥青混 凝土的刚性。半柔性路面从路面综合力学性能、施工工艺及景观装饰效果出发， 在抗车辙、抗推移、减少伸缩缝、提高路面材料的应力松弛性能等方面改善路面 的使用性能。半柔性路面在材料强度机理方面具有其特有的长处，它利用嵌挤原 则，通过骨料之间的相互嵌挤作用和灌注式的水泥胶浆共同形成材料强度，提高 了路面抵抗荷载作用的能力，同时，其高温稳定性能大大优于普通沥青混凝土路 面，其低温抗裂性能、抗疲劳性能和抗滑耐磨性能也都优于普通沥青混凝土路面。 它是一种既保留沥青混凝土路面主要使用品质，又具有水泥混凝土路面部分性能 的路面结构型式。同时，半柔性路面还具有耐油、耐酸、耐热、耐水、抗滑、和 易着色等特性。 鉴于此，半柔性路面的推广使用已成必然趋势，但是在国内现有的施工工艺 与机械配置都是针对于传统的沥青混凝土路面和水泥混凝土路面，还没有一套成 熟的设备用于半柔性路面的施工。在已经完成的两个半柔性路面的依托工程中， 由于规模小( 5 0 0 米以内) ，使用的施工机械都很简单，施工速度必然也很慢。如 果半柔性路面大面积展开施工的话，其施工工艺以及施工机械配置必是影响其施 工进度的主要因素。可以说一个合理的旄工工艺与机械配置是半柔性路面大规模 施工的先决条件。本文依托重庆交通大学和交通部公路科学研究院合作进行西部 交通建设科技项目。高性能半柔性复合路面与基层的开发应用研究一课题研究， 将对半柔性路面现有的施工工艺与机械配置作出总结和评价，并在此基础上对大 规模施工的半柔性路面的施工工艺作出系统的研究，而各施工工艺所对应的机械 配置将是本文研究的重点和难点。与此同时，半柔性路面的施工定额研究以及与 现有的沥青路面的技术经济比较也是本文研究的一部分。 1 2 研究的目的与意义 高性能半柔性路面不但具有水泥混凝土路面的刚性和沥青混凝土路面的柔 性，而且充分发挥了它们各自优良的路用性能，克服或减弱了它们的不足，提高 了路面的使用性能。这种路面材料的应用旧路改造中，可以节约大量宝贵的路面 养护维修费用，还可以有效地提高沥青加铺层的使用性能和使用寿命，保证公路 网的交通安全、畅通和服务能力。把高性能半柔性面层材料应用在新建的高等级 公路面层中，可以综合柔性路面和刚性路面的两种优点，不但能使行车的舒适性 得到提高，而且使其抗车辙变形的能力得到提高，可以有效减少高等级公路路面 的早期损害，从而延长路面的使用寿命。可见半柔性路面的优点之多。 现阶段，对半柔性路面的材料配比和路用性能的研究已趋成熟，而系统的对 第一章绪论3 半柔性路面施工工艺和机械配置以及施工消耗定额方面的研究还不多见，特别是 针对于大面积半柔性路面的施工现国内还没有相关的施工规范和技术经济指标。 这也对半柔性路面的大面积展开起了阻碍作用。本文就是在已有的研究成果的基 础上，根据国内现有的施工实力，提出一套较为合理的半柔性路面的施工工艺及 机械配置以及技术经济指标。希望能对半柔性路路面的推广使用起到一定的作用。 总之，高性能半柔性路面是一种经济合理、技术可行、防裂性好且具有良好 路用性能的高等级路面，开展这种新型半柔性路面的施工工艺与技术经济研究， 对于提高我国高速公路以及一般公路建设水平，特别是提高路面的使用性能和延 长路面的使用寿命，减少路面建设投资等诸多方面，都具有十分重要的理论意义 和实用价值。 1 3 国内外研究的现状 半柔性复合路面面层从工艺上分为拌和法半柔性面层和灌浆法半柔性沥青面 层。前者是在沥青混凝土拌和物母体中加入适量的水泥砂浆，凝结硬化后兼有水 泥混凝土路面刚性与沥青混凝土路面柔性的新型路面结构，也称为水泥沥青混凝 土面层；后者是在开级配多孔基体沥青混合料中填充以水泥为主要成分的特殊水 泥砂浆，凝结硬化后形成兼有刚性与柔性的路面结构。 国外的“半柔性路面”的施工方法大多是在沥青混合料路面中贯入特殊水泥 浆液，该技术最早的应用和研究是在法国开展的，并与1 9 5 4 年应用与法国科涅雅 克( c o g n a c ) 航空港喷气式飞机用的跑道上，作为耐热用的道面，并以此申请了 专利，称为“s a l v i a c i m 施工法。早在1 9 6 1 年，日本就以“半柔性路面和半柔性 路面施工法为名申请了专利。日本大林道路株式会社、鹿岛道路株式会社以及 日本铺道株式会社等多家施工企业在获得此项施工方法的专利权后，各自独立的 继续对此种半柔性路面进行了多项研究。目前，该类路面在日本已经成为比较成 熟的路面结构形式，并在有关规范中得到体现和实践中得到推广应用。科威特、苏 联、日本、西德、英国、美国等国家也开展了这方面的研究并加以应用，已经发 表了有关半柔性路面材料的力学性能和路面结构设计计算方法的论文与报告，证 实半柔性路面可以提高路面的高温稳定性并延长使用寿命。 国内对半柔性路面及半柔性路面施工工艺的研究尚处于起步阶段，已经取得 了一些初步的研究成果。如同济大学道路与交通工程研究所林绣贤教授等主持的 国家自然科学基金课题新型路面的复合材料特种沥青混合料的研究中研 究的特种沥青混合料。其部分研究成果已应用到高速公路路面建设中，并通过实 践证明使用性能良好。哈尔滨建筑大学的张肖宁教授，也对这一课题进行了研究， 4 第一章绪论 取得了一定的研究成果。并在吉林省营抚二级公路靖宇县境内试铺了一段试验路， 总体的效果比较好。1 9 9 0 年湖北宜昌地区公路总段在总结国内外经验的基础上， 铺筑了试验路，介绍了水泥沥青混凝土路面的技术性能和施工方法。上海市政工 程研究院的刘益群也就水泥灌浆半柔性路面混合料的性能进行了试验研究。长安 大学的徐培华等人也进行过这方面的研究。我校的樊统江教授对这一课题进行过 类似的研究。另外，黑龙江省交通科学研究所也进行了题为水泥沥青混凝土路 用性能的研究，并已取得了一定的相关成果。另外国内也有一些单位开展了半柔 性路面设计方法及应用技术研究，通过室内试验和试验路段的研究表明，半柔性路 面是修筑公路收费站、停车场、爬坡路段、隧道内路面及城市道路交叉口等场所 的理想路面结构形式。然而，由于这种材料发展期尚短，人们对其性质认识不深， 加上实验方法、条件各异，使各国的研究结果有很大的差异。目前国内半柔性路 面开展的还是比较少，还没有一套成熟的施工工艺和相应的机械配置。近两年对 半柔性路面的研究又重视了起来，主要由长安大学和重庆交通大学的相关专家负 责相关课题研究。比如本论文的依托课题“高性能半柔性复合路面与基层的开发 应用研究”的两个依托工程( 山西南太公路路面改造工程以及重庆小南海水泥厂 路面工程) 就是对半柔性路面使用效果的又一次实践，但由于这两个依托工程都 是短距离施工项目，其施工方法以及施工机械并不能代表大规模半柔性路面施工 的情况，这也为半柔性路面施工工艺以及施工定额的研究埋下了伏笔【4 卜l 副。 国内旧定额是9 2 年颁布执行的，其编制的依据主要是我国七五期间公路基本 建设设计、施工的技术、工艺和设备，反映的是八十年代末期工料机的消耗水平。 只是在9 6 年的时候对编制办法和定额基价迸行了调整。我国公路建设自八五以来 迅速发展，长大隧道、各种特大桥梁、桥梁监控、通讯、收费、安全设施等项目 的设计、施工技术日趋完善，新结构、新工艺、新设备、新材料得到广泛应用， 公路施工企业的机械设备得到较大的改善，综合机械化施工水平不断提高与9 2 定额编制期间对应的国家或部颁有关公路勘察设计施工的标准规范规程多数被补 充或修订，9 2 定额不能反映上述公路建设的变化和发展，造成定额部分缺项，所 包含的施工技术和施工方案、施工机械配套能力、劳动生产率水平等与目前公路 设计施工的实际情况已不相适应。半柔性路面水泥砂浆的施工方法较多，各方法 对应的机械配置也不同。故在选用定额时可参考年初部颁的新定额以及路面工程 预算定额。比如稀浆封层机施工水泥砂浆，在9 2 定额里面就没有稀浆封层机这一 项，而在部颁的路面工程预算定额中可查到。半柔性路面的施工定额分析研究可 在新版定额的基础上进行完善与丰富i 引。 第一章绪论5 1 4 主要研究内容及预提交的研究成果 1 4 1 主要研究内容 关于半柔性路面的研究在国内尚处于起步阶段，还没有一套成熟的施工工艺 与相应的机械配置以及可供参考的施工定额，可以说其研究还处于摸索阶段。本 课题在国内外已有的相关研究的基础上，根据现有的几个依托工程( 山西南太公 路路面改造工程与重庆小南海水泥厂路面工程) ，从以下几个方面作相关的研究： 半柔性路面材料组成及材料的相关要求 1 ) 材料组成 2 ) 沥青混合料的材料要求 3 ) 水泥砂浆的材料要求 现有的施工工艺不足分析及施工机械配置的研究 通过现场调查对现有依托工程的施工工艺做出评价。并总结出一套较为合理 的施工方法，为大面积施工提供参考。 1 ) 现有的施工工艺介绍以及注意事项 a 母体沥青混合料的拌和与运输 b 母体沥青混合料的摊铺与压实 c 水泥胶浆的拌制与灌注 d 砂浆的整除与路面养生 2 ) 现有的施工工艺存在的不足以及改进方法分析 3 ) 施工机械的配置研究 从依托工程的铺筑过程来看，半柔性路面的施工工艺还是比较繁琐，最大的 问题就是没有配套的施工机械，特别是水泥砂浆的拌制与灌注现阶段采用的还是 较为原始的方法进行操作，从而严重影响了施工进度。这也是此课题的难点之一。 半柔性路面的施工消耗定额研究以及技术经济指标分析 这一部分主要从以下三个方面展开研究： 1 ) 母体沥青混合料的施工定额分析 由于母体沥青混合料的施工方法与普通沥青路面的施工方法很类似，故其施 工定额也较类似，不同之处主要体现在材料的配合比上，即材料消耗定额肯定有 所不同。这也是分析半柔性路面技术指标的重要一项。 2 ) 水泥砂浆的施工定额研究 水泥砂浆的施工定额根据其施工方法的不同主要分三部分进行，第一部分即 根据依托工程的施工方法( 简称人工路拌法) 对其工料机的消耗情况进行研究； 第二部分为厂拌施工法，即采用商品砂浆进行水泥砂浆灌注的施工定额研究；第 6 第一章绪论 三部分在初步研究成果上( 稀浆封层机配合其他机械施工) 对其施工定额进行分 析研究。 3 ) 半柔性路面技术经济指标分析 根据母体沥青混合料的施工定额以及水泥砂浆的施工定额分析总结半柔性路 面的技术经济指标，并与普通沥青路面的技术经济指标作比较，分析半柔性路面 技术经济优越性与否。 1 4 2 预期提交的成果 通过论文的研究，得出一套较为合理的半柔性路面施工技术指南，其主要成 果包括：原材料的性能要求及选用标准；母体沥青混合料的配合比以及水泥砂浆 的配合比；根据此课题的依托工程提出半柔性路面现阶段的施工工艺；对现阶段 施工工艺做出相应的评价并指出其存在的不足之处，并对其施工机械配置做出初 步的研究，提出较为合理的施工工艺与相关机械配置；并在此基础上对半柔性路 面的技术经济指标作初步研究，得出一个半柔性路面的施工参考定额，为半柔性 路面的造价计算提供参考。从而完成硕士论文。 第二章半柔性路面材料组成及材料的相关要求 7 第二章半柔性路面材料组成及材料的相关要求 2 1 材料组成及路面混合料的技术标准值 半柔性路面主要由沥青混合料与水泥砂浆两部分组成。沥青混合料主要由沥 青、集料、矿粉组成；水泥砂浆主要由水泥、粉煤灰、细砂、矿粉和外添剂组成。 日本早在1 9 6 1 年，就以“半柔性路面和半柔性路面施工法 为名申请了专利。目 前，该类路面在日本已经成为比较成熟的路面结构形式，并在有关规范中得到体现 和实践中得到推广应用。表2 1 即为日本半柔性路面的混合料技术指标，以供参考。 表2 1 日本半柔性路面混合料技术指标 t a b 2 1t h et e c l m o l o g c a li n d e xo fs e m i - f l e x i b l em i x t u r ei nj a p a n 基体沥青混合料指标要求 密度马歇尔稳流值空隙率击实次数 击实温度( ) ( g c m 3 ) 定度( k n ) ( 1 l o o c m )( ) ( 次) 沥青动黏度达到3 0 0 4 - 3 0 c s t ( m m 2 s ) ( 1 4 04 - 1 5 赛 1 9 0 32 0 - 4 02 0 2 85 0 波特黏度( s a y b o l tf u r 0 1 ) 秒) 的温度 半柔性路面混合料的技术标准值 抗弯强度( m p a )弯曲破坏应变试验条件 试验温度2 0 ，养护7 天试件，尺寸5 5 2 5 3 0 x 1 0 - 3 3 0 c m 跨距2 0 c m ，加荷速度1 0 m m m i n ( 中 央载荷方式) 注：路表面抗滑性能人于6 0 b p n 2 2 沥青混合料的相关要求 沥青混合料是一种复合材料，它由粗集料( - - 4 7 5 r a m ) 、细集料( - - 4 7 5 r a m ) 、 矿粉以及沥青和外加剂组成的。沥青混合料的级配指标无疑是影响沥青混合料力 学性能和施工质量的最重要指标，现行的矿质混合料的级配，可以分为连续级配 和间断级配两种。所谓连续级配，就是矿料中各级粒径的粒料，由小到大逐级按 8第二章半柔性路面材料组成及材料的相关要求 一定的重量比例组成。连续的密级配混合料虽然可以获得最佳的密实度和较大的 黏结力，但不能构成最大的内摩阻力，其强度主要受黏结力所左右。在现代重型 汽车交通荷载作用下，路面可能因热稳定性不足而产生车辙、波浪、推移等变形， 从而影响正常使用。连续开级配混合料， 形成骨架作用，但是由于细集料含量少， 虽然增加了粗骨料的含量，混合料可以 不能充分填充粗骨料之间的空隙。这类 材料的强度主要取决于内摩阻力，黏结力相对是次要的，因而其热稳性可以显著 提高，但是路面耐久性不好。为了解决上述矛盾，近年来发展了一种新的矿料级 配类型一间断级配。所谓间断级配，就是指在矿料组成中，大小颗粒不是连续存 在的，而是在某一个或某几个粒径范围内没有或是很少矿料颗粒所组成的一种矿 质混合料。间断级配虽然在理论上能解决路面热稳性和耐久性之间的矛盾，但是 在实际应用中，由于路面用的矿质混合料的最大粒径不超过4 0 m m ( 或3 5 m m ) ，一 般最多只能间断一个或两个分级。因此许多国家虽已将间断级配应用于沥青混合 料，但只是针对特定的使用目的，凭经验设计，尚未形成成熟的设计方法表2 2 为日本半柔性路面基体沥青混合料的标准级配指标，以供参考。 衰2 2 基体沥青混合料的标准级配范围 t a b 2 2t h es t a n d a r dg r a d a t i o ns c o p eo fm a t r i xa s p h a l tm i x t u r e = 未挚芝 i 型i i 型 筛孔尺寸( 姗) 、 2 6 21 0 0 1 91 0 09 3 1 0 0 ( 9 5 i 0 0 ) 1 3 2 9 3 1 0 04 0 7 0 ( 3 5 7 0 ) 4 7 51 4 3 2 ( 1 0 3 5 )1 2 3 0 ( 7 3 0 ) 通过质量百分率 2 3 69 2 2 ( 5 2 2 )7 - 2 0 ( 5 2 0 ) ( ) o 6每1 4 ( 4 - 1 5 ) 0 35 1 2 ( 3 1 2 ) o 1 54 8 0 0 7 52 _ 6 ( 1 石) 沥青用量( ) 3 0 4 22 7 3 9 水泥砂浆的最大渗透深度( e r a ) ( 5 )( 1 0 ) 注：( ) 内数值来源于日本道路学会丁天77 弦卜铺装工事共通仕檬蓄解蔽( 以下简 称“解说”，1 9 9 2 ) ；其余数据来源于日本道路公团半柔性路面施工要领( 方案) ( 1 9 9 0 ) 。 以下同。 第二章半柔性路面材料组成及材料的相关要求 9 半柔性路面施上要领( 方案) ：l 型级配( 粗集料1 3 r a m ) ，施工厚度4 c m ( 全厚渗透) ， 用于非磨耗地区；型级配( 粗集料2 0 r a m ) ，施工厚度5 c m ，当施工厚度超过5 c m 时，要特 别研究其渗透性。 以下对沥青混合料各组成材料的具体要求加以详细阐述： 沥青：由于母体沥青混合料的空隙率较大，为了避免沥青发生流淌及保证 母体沥青混合料的稳定，可选用国产7 嘴沥青，参照公路工程沥青及沥青混合料 试验规程q t j 0 5 2 2 0 0 0 ) 中的有关方法进行检验，具体检验指标见表2 3 。 表2 3a h 7 0 # 基质沥青主要技术指标性质 t a b 2 3a h - 7 0 # m a t r i xa s p h a l tm a i nt e c h n i c a ls p e c i f i c a t i o np r o p e r t y 试验项目 试验结果技术指标试验方法 针入度( 0 1 m m ) 6 66 0 8 0 l o o g ，2 5 ，5 s 软化点( ) 5 1 64 4 5 4环球法 延度( 锄) 1 0 0= 1 0 01 5 ，5 c m m i n 闪点( ) 2 7 3女2 3 0开口杯法 溶解度( ) 9 9 5 7= 9 9三氯乙烯 含蜡量( ) 2 3- - 32 5 密度3 ) 1 0 1 4 实测 1 5 薄膜 质鼍损失( ) 旬1 8 1 0 0- - 5 05 c m m i n 。1 5 集料：集料分粗集料和细集料两种，粗细集料在满足沥青混合料级配的情 况下，根据工程需要，粗集料可采用玄武岩、石灰岩等，细集料可采用各种石屑。 在本论文的依托工程中，粗集料使用的是石灰岩，细集料为石灰岩石屑，为问断 级配。参照公路工程集料试验规程( j t j 0 5 8 2 0 0 0 ) 实测集料的表观密度，其 技术指标详见表2 4 和表2 5 。 1 0 第二章半柔性路面材料组成及材料的相关要求 表2 4 粗集料质量技术指标 指标试验结果技术标准试验方法 表观密度g e r a 3 2 7 2- 2 5 t 0 3 0 4 2 0 0 0 压碎值( ) 2 0 0= 2 81 0 31 6 2 0 0 0 针片状含量( ) 1 2 6- 1 51 0 3 1 2 2 0 0 0 吸水率( ) 0 3 6 - - 2t 0 3 0 4 2 0 0 0 洛杉矶磨耗值( ) 1 7 0- - 3 0 t 0 3 1 7 2 0 0 0 坚同性( )0 1- 1 2t 0 3 1 4 2 0 0 0 冲击值( )1 4 2- - 2 8t 0 3 2 1 1 9 9 4 含泥量( ) 0 4 - - 2t 0 31 0 2 0 0 0 表2 5 细集料质量技术指标 指标 试验结果技术标准 试验方法 表观密度g l c m 3 2 7 7z 2 5t 0 3 2 8 - 2 0 0 0 吸水率( ) 0 6 2- 2 t 0 3 2 8 2 0 0 0 砂当量( ) 7 8 4术6 0t 0 3 3 4 - 1 9 9 4 坚固性( )1 2= 1 2t q 3 4 i 阻1 9 9 4 矿粉：矿粉选用普通石灰石矿粉，主要技术指标见表2 6 。 表2 6 矿粉质量技术指标 t a b 2 6p o w d e r e do t eq u a l i t yt e c h n i c a ls p e c i f i c a t i o n 试验项目 试验结果技术标准 筛分试验 表观密度筛孔尺寸分计筛余累计筛余 通过率 试验 2 8 1= 2 5 ( g c m 3 ) ( m m )( )( )( )方法 0 3001 0 0 含水量t 0 3 0 2 o 2 7牛1o 1 52 32 39 7 7 ( ) 2 0 0 0 o 0 7 51 1 61 3 98 6 1 第二章半柔性路面材料组成及材料的相关要求 1 1 2 3 水泥砂浆的相关要求 作为灌注沥青混合料母体的水泥砂浆，在国内外经验的基础上可知，水泥砂 浆通常由胶结料、细集料和水配制而成。本文研究水泥砂浆主要是由普通硅盐水 泥、粉煤灰、矿粉、细砂、水和外加剂组成的。 作为使用在半柔性混合料中的水泥砂浆必须具备如下性质： 必须具有足够的抗压强度和抗折强度； 必须具有良好的流动度； 在硬化过程中，体积变化要求小于0 5 ； 具有较小的干缩、温缩特性； 必须具有良好的与混合料结合的性能【1 2 l 考虑以上原则，参照日本道路协会7 天77 儿卜铺装工事共通仕檬害解就， 给出了半柔性路面用水泥砂浆主要性能指标，如表2 7 所示。 表2 7 水泥砂浆性能目标值 t a b 2 7t a r g e t so fc e m e n ts l u r r yp e r f o r m a n c e 指标 范围备注 流动度( s ) 1 0 - 1 4 抗折强度( m p a ) 2 0 7 天养生 抗压强度( m p a ) 1 0 - 3 0 为了使水泥砂浆的性能满足上述要求，本文借鉴以往经验对不同配方的水泥 砂浆进行试验，确定水泥砂浆的参考配合比见表2 8 。 表2 8 水泥砂浆的参考配合比 t a b 2 8t h er e f e f e n c ef o rt h er a t i oo fc e m e n tm o r t a r 质量配合比 序号材料名称备注 ( ) 1 水 2 8 5 2 水泥 4 1 5 3 河砂 1 4 4 矿粉1 0 0 5 粉煤灰 6 1 2 第二章半柔性路面材料组成及材料的相关要求 为了改善水泥砂浆的粘附性，使灌注的水泥砂浆能很好的与母体沥青混合料 结合，降低其脆性，同时提高其早期强度，可考虑加入早强剂、聚合物乳液等外 加剂，对水泥砂浆的配比进一步优化。以下为本论文依托工程中所采用的水泥砂 浆组成材料的各项指标： 水泥：一般使用硅酸盐水泥，水泥的性能指标要达到公路工程水泥及水 泥混凝土试验规程( j t ge 3 0 - 2 0 0 5 ) 中的规定值，依托工程采用的是p 0 4 2 5 r 普通硅酸盐水泥，表2 9 为其性能指标，质量合格。 表2 9e 0 4 2 5 r 性能指标 t a b 2 9p 0 4 2 5 rp e r f o r m a n c ei n d e x 凝结时间抗压强度抗折强度 密度 指标 ( r a i n )( 口a )( m p a ) ( g c m3 ) 初凝终凝3 d7 d2 ：b d3 d7 d2 8 d p 0 4 2 5 r3 1 01 7 23 3 52 1 93 8 84 5 6 3 8 5 47 0 粉煤灰：其各项指标见表2 1 0 。 表2 1 0 粉煤灰化学成分及指标 t a b 2 1 0p u l v e r i z e dc o a la s hc h e m i c a lc o m p o s i t i o na n di n d e x 需水量抗压强 s i c ha l e 0 3i 0 3s o sc a o其他烧失量 度比 4 6 32 3 41 8 5o 72 92 46 61 0 27 3 细砂：为了满足水泥砂浆的流动性要求，细砂采用粒径比较小的当地河砂， 其具体规格见表2 1 1 。 第二章半柔性路面材料组成及材料的相关要求1 3 表2 1 1 细砂物理性能试验 t a b 2 11f i n es a n dp h y s i c a lp e r f o r m a n c et e s t 试验项目试验结果 试验方法筛分试验 含泥量 田d 3 3 3筛孔尺寸分计筛余累计筛余通过率试验 0 7 ( )2 0 0 0 ( m m )( )( )( ) 方法 0 6 1 21 29 8 8 最大粒径 0 36 77 99 2 1 硼3 0 2 1 1 8 ( m m ) o 1 53 4 64 2 55 7 5 2 0 0 0 0 0 7 55 3 79 6 23 8 外加剂：根据工程需要可考虑在水泥砂浆中参加各种聚合物( 如l d - 孚l 液， h y 树脂、d b 乳液等) 来改变水泥砂浆的性能。经过经济分析，推荐在半柔性路面 的水泥砂浆设计中，掺加聚灰比为4 7 的d b 乳液来改善半柔性路面的路用性能。 另外，若施工温度较低，可考虑加入相关早强剂，从而缩短养生时间。 2 4 沥青混合料级配以及油石比的选定 沥青混合料的拌和运用厂拌法，一般采用间歇式拌和设备。在拌和之前应先 设计好混合料的级配以及油石比，从而为拌和站工作人员的调试工作做好准备。 因为半柔性路面采用的沥青混合料是开级配的，与一般的沥青路面混合料在级配 上有比较大的差别，这就有必要使得拌和站进行拌和楼内筛孔的重新匹配。另外， 半柔性路面用的油石比远小于普通沥青路面用混合料的油石比，所以油石比也应 进行调试i7 j 州。 参考国外推荐级配，进行上限和下限的级配试验，实测空隙率，对母体沥青 混合料进行马歇尔试验，经过多次试验，总结出适合我国实际情况的母体沥青混 合料级配范围，推荐母体沥青混合料级配( s e m i f l e x i b l ea s p h a l tc o n c r e t e2 0 ，简 称s f a c 2 0 ) 见表2 1 2 ，级配曲线见图2 1 。 1 4 第二章半柔性路面材料组成及材料的相关要求 表2 1 2s f a c - 2 0 母体沥青混合料级配范围 筛孔尺寸 2 6 51 9 01 3 24 7 52 3 6o 6o 30 1 5 0 0 7 5 ( m m ) 通过质量 1 0 仃9 3