【技术】就地冷再生半柔性沥青路面混合料研究
摘要：结合我国已建沥青路面面层厚度较薄和养护维修工程的特点、开展旧沥青路面冷再生修筑半柔性路面基层的相关研究，提出了冷再生技术再生剂标准，研究了发泡剂对沥青发泡和混合料性能带来的影响，并进行了基于混合料力学性能的发泡效果研究以及沥青路面冷再生混合料配合比设计、路用性能研究和抗疲劳性能，据此提出了沥青路面冷再生半柔性结构的设计参数和其典型结构。关键词：就地冷再生，半柔性路面，混合料1.沥青路面冷再生半柔性路面结构设计参数1.1抗拉强度结构系数Ks我国现行《公路柔性路面设计规范》规定，对于高速公路、一级公路、二级公路的沥青路面结构，应以路表回弹弯沉值和整体性结构层的层底拉应力为设计指标。而容许拉应力表示为抗拉强度与抗拉强度结构系数之比。通过试验研究和理论分析确定：若考虑公路等级不同的影响，则泡沫沥青再生料的抗弯拉强度结构系数可表示为下列一般表达式：
作为路面设计用的泡沫沥青冷再生稳定基层的抗弯拉强度结构系数推荐采用：
式中：Ac为道路等级系数，高速公路一级公路和大城市主干路为1.1，二级公路为1.1, 三、四级公路为1.2。1.2劈裂抗拉强度推荐值我国目前尚未确定对泡沫沥青半柔性路面混合料劈裂抗拉强度的技术要求。我们对选定的最佳配合比泡沫沥青马歇尔试件做25℃相对湿度90％龄期为90d的养生，得到极限劈裂强度(15℃)范围0.69～0.91MPa,平均值0.81MPa,标准差0.077MPa，具有95%保证率的劈裂强度代表值0.75MPa。对冷再生泡沫沥青半柔性路面混合料的试验表明，经过合理设计的泡沫沥青冷再生混合料的极限劈裂强度可以达到0.8MPa以上。参照路面设计中各种基层材料设计参数要求，结合现场试验路测试结果，我们建议，对泡沫沥青冷再生混合料极限劈裂强度的标准取为0.8MPa。1.3抗压回弹模量推荐值泡沫沥青稳定基层材料的回弹模量室内试验方法一般采用顶面法。《公路沥青路面设计规范》的沥青混合料静态抗压回弹模量的测试加载方式为：预压0.1P～0.2P（P为试件破坏荷载），然后以0.1P～0.7P七级分别加载，绘制
曲线，修正原点，取0.5P时的模量作为设计参数。本研究仍然采用这种方法进行试验。我们对选定的最佳配合比泡沫沥青马歇尔试件做25℃相对湿度90％龄期为90d的养生，得到15℃抗压回弹模量在1100MPa左右, 20℃抗压回弹模量在900MPa左右。参照路面设计中各种基层材料设计参数要求和拾方治博士做过的研究，我们建议，泡沫沥青冷再生混合料15℃抗压回弹模量在1000～1200MPa之间；20℃抗压回弹模量在800～1000MPa之间。2.路面结构组合设计2.1交通量等级的划分与结构层的关系交通量等级划分以不同交通等级对上基层或底基层厚度产生大致相同的效应为依据。据设计和施工经验，相邻交通等级对上基层和底基层厚度分别产生4cm和5cm左右影响为宜。据某公路资料表明，累计标准轴次每增加106导致容许弯沉值少量差别，反映到路面厚度上，仅底基层差lcm左右，所以累计当量轴次的少量差别对路面厚度几乎没有什么影响。根据累计当量标准轴次，拟定4个交通量等级，分别为：T1 20×105——45×105T2 45×105——75×105T3 75×105——110×105T4 110×105——150×105采用的路面结构层材料的回弹模量和厚度如下：沥青面层(h1) 1200~1800(表示20℃/15℃时回弹模量)。半柔性基层(h2) 1500通过各地区公路调查和饱和通行能力的验证，并考虑公路重要程度和工程造价等因素，交通等级与公路等级大致有表1的关系。表1 交通等级与公路等级关系表交通等级T4T3T2T1公路等级高速公路高速公路、一级公路一级公路、二级公路二级公路2.2路面结构设计路面结构设计包括：沥青面层类型的选择、面层结构组合、上基层材料选择、底基层材料选择、路面结构组合、隔离层和防冻层及路基改善层的考虑、沥青面层的最小厚度、半柔性面层或基层最小厚度等。①沥青面层类型选择干线公路改造沥青面层通常分一层或两层，分两层时可分别称为表面层和底面层，分一层时只做表面层。沥青面层能达到裂缝少、车辙轻、平整、抗滑性能好和经久耐用，与所用沥青、沥青混合料的类型性质以及沥青面层的厚度有密切关系，应根据各种沥青混合料的特性来选择合适的面层结构。②沥青路面冷再生半柔性面层材料的选择由于干线公路的基层或下面层应采用收缩性小，抗变形能力强的材料，所以可采用沥青路面冷再生半柔性面层。③沥青面层的合适厚度就我国使用的半柔性面层沥青路面来说，各地的实践证明路面承载能力完全可由半柔性材料层满足，沥青面层对半柔性路面的承载能力无影响。为了减轻面层的温度裂缝而增厚沥青面层的得益不多，反而会带来一些不利后果。增厚沥青面层会明显增加车辙深度。此外增加沥青面层厚度还会明显增加路面工程费用。因此从技术经济全面分析，沥青面层厚9cm～12cm是合适的厚度。在其它高等级公路(包括轻交通一级公路)上采用的沥青面层合适厚度是6cm～9cm。具体说，当交通等级为T4时，沥青面层厚度为15cm；当交通等级为T3时，沥青面层厚度为12cm；当交通等级为T2时，沥青面层厚度为9cm；当交通等级为T1时，沥青面层厚度为6cm。2.3沥青路面冷再生半柔性面层或基层的最小厚度冷再生半柔性路面主要用于公路的大修，这是因为使用泡沫沥青稳定旧路更具有环保性、经济性的优点；就再生方式来讲，高速公路通常采用厂拌再生，国道、省道等道路通常采用就地再生。从路面结构形式上看，作为基层厚度一般在15～25cm，设计时由于考虑到半柔性沥青稳定材料属于柔性材料，其强度和抗疲劳等性质接近粗粒式沥青混合料，因此其热沥青罩面层的厚度可以适当减小，从而可以使得总的路面造价降低。多数试验路段的路面结构也体现了组合式基层的设计理念，即把半刚性基层（或是再生后剩下的部分基层）往下放，只起到底基层的作用，这样可以使半刚性基层的拉应变减小，受温度、水分等环境的影响也减小，从各方面讲对防止反射裂缝有好处，而且成本会有所降低。综上所述，建议半柔性基层上基层的最小厚度：当土基强度为40～60MPa时，最小厚度18cm；当土基强度为30～40MPa时，最小厚度25cm。根据前面论述，结合我国各地区己有实践经验，沥青路面冷再生半柔性路面基本结构如表2。表2 结构层组合结构层位结构1结构2面层沥青混凝土沥青混凝土上基层乳化沥青冷再生半柔性材料泡沫沥青冷再生半柔性材料底基层旧路面基层旧路面基层3.典型结构设计标准及设计原则以前述为基础，以现行公路沥青路面设计规范为依据，以我国各地区沥青路面冷再生半柔性路面为研究为对象，提出适宜旧沥青路面冷再生修筑半柔性路面的典型结构。3.1设计标准和依据路面结钩理论分析采用双圆垂直均布荷载作用下的弹性层状体系理论，以路表弯沉值为路面结构整体刚度的设计指标，以层底拉应力为沥青路面面层和半刚性基层材料的验算指标。路表设计弯沉值和沥青混凝土面层、半刚性基层材料的容许拉应力分别为：
式中:
路面设计的标准轴载为BZZ-100，设计年限为15年，典型结构的推荐以现行“公路沥青路面设计规范(JTG D50-2006)”为依据。3.2设计原则1.沥青路面冷再生半柔性路面典型结构应具有足够强度制定典型结构必须保证路面不发生结构性破坏。尤其是保证基层和底基层不发生结构性破坏。2.沥青路面冷再生半柔性路面典型结构应有合理的结构组合在保证良好的使用性能的前提下，结合当地的自然资源，就地取材，合理调整面层、上基层和底基层的厚度，降低工程造价。3.沥青路面冷再生半柔性路面各类结构层要满足最小厚度的要求半柔性基层各类结构最小厚度是长期工程实践和科研中总结出来的。对于干线公路半刚性基层沥青混凝土，半柔性基层最小厚度12cm (土基模量为40～60MPa)和18cm(土基模量为30～40MPa)。4.沥青路面冷再生半柔性基层厚度应考虑施工可行性在沥青路面冷再生半柔性公路设计中，半柔性基层变化也在12-25cm之间，在选取厚度时应考虑施工可行性。一般情况，沥青路面冷再生半柔性基层厚度符合表3要求。表3 沥青路面冷再生半柔性基层施工厚度沥青路面冷再生半柔性基层厚度（cm）乳化沥青冷再生泡沫沥青冷再生12～2513～285.沥青路面冷再生半柔性路面典型结构与公路等级和交通等级及其组成相适应。6.沥青路面冷再生半柔性路面典型结构应满足沥青路抗滑标准，以保证行车舒适和安全性。此外，典型结构应充分重视路基、路面综合设计，并应注意路基、路面的综合排水。路面典型结构应遵循因地制宜、合理选标、方便施工、利于养护的原则，优先选用便于机械化和工厂化施工的方案，并采用最新研究成果.4.结论通过疲劳试验并用统计学分析了其抗疲劳性能，首次提出了该类半柔性路面的抗拉强度结构系数Ks，并得到了劈裂抗拉强度、抗压回弹模量的推荐值等设计参数，在此基础上提出了沥青路面冷再生修筑半柔性路面的典型结构。根据推荐基本原则与标准及国内外路面结构设计原则，结合沥青路面冷再生半柔性路面实际情况，经综合分析，推荐出多种沥青路面冷再生半柔性路面典型结构。