公路工程项目半刚性与半柔性基层材料差异性及适用性分析.docx

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公路工程项目半刚性与半柔性基层材料差异性及适用性分析

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摘要：半刚性基层沥青混凝土路面病害一直困扰着工程界，尤其是早期破坏，其防治一直是工程行业攻关的重点，由于半刚性基层沥青路面早期病害难以发现，一旦早期病害出现，其后续劣化进程较快，直接威胁到沥青路面的正常服役年限；本文通过对比半刚性和半柔性基层材料之间的特性，提出了选用半柔性基层和复合基层用于路面承重结构层的工程方案，希望能够解决当前半刚性基层沥青路面早期破坏的现实难题。

关键词：公路工程；半刚性基层；半柔性基层；复合式基层；结构适用性

0引言

经实践调研发现，国内在役公路项目有超过90%的路面采用了半刚性基层，半刚性基层与沥青面层一度成为公路结构层的“黄金组合”；虽然半刚性基层拥有承载力高、抗变形能力强、荷载稳定性佳等优势，但依旧存在自身的“硬伤”，其中，半刚性基层沥青路面早期病害就是典型的“硬伤”之一。

1半刚性基层和半柔性基层的材料特点

（1）半刚性基层的用料取材广泛，只要满足荷载稳定性即可，常用的半刚性基层原材料有粉煤灰、水泥、矿渣、碎石等；

（2）半柔性基层材料较全柔性基层材料而言，其对环境温度变化的反馈不明显，自身稳定性良好，基层的后期强度增长显著；较全刚性基层材料而言，在温度变化条件下的脆性特性不明显，不容易出现脆性开裂，早期强度更高；

（3）半柔性基层不仅具备良好的塑性和应力松弛性能，同时兼具较高的抗变形刚度，且水泥掺加量明显低于半刚性基层，满足低碳绿色的选材宗旨。半柔性基层目前已经在大量的公路施工项目中得到应用，通过工程实践检验，其工程适用性良好，满足推广应用的条件。

2材料性能差异

2.1强度特性

（1）半柔性基层混合料中的乳化沥青含量对其力学特性的影响较为明显，通过分析半柔性基层混合料在7天饱水条件下的无侧限抗压强度指标发现，试验试件饱水条件下的吸水能力较差，侧面证明了半柔性基层混合料的水稳特性；半柔性基层混合料在60℃条件下的动稳定度超过6000次/mm，充分说明半柔性基层混合料在抗车辙方面的优异性能。

2.2温缩特性

大量研究结果表明，水泥混凝土路面的温度收缩系数为10×10-6，外界环境温度相同的前提下，半刚性基层混合料的温度收缩变形量超过了水泥混凝土路面混合料的1倍，是半柔性基层混合料温度收缩变形量的3倍。据此发现，半柔性基层混合料在抗温缩变形方面优势显著。

2.3耐疲劳特性

选用小跨径梁进行疲劳荷载试验，试验基于应力控制，加载周期为正弦波形，波形频率为10Hz，疲劳试验温度条件为20℃，通过试验研究发现，当应力控制条件为0.1时，半柔性基层的疲劳寿命为25089次，其指标与大粒径沥青混合料基本相当，远超半刚性基层混合料，通过疲劳试验表明，半柔性基层的抗疲劳能力更强。

2.4路面结构特性

半刚性基层混合料与沥青面层混合料之间的性能差异较大，引进半柔性基层能够较好地弥补半刚性基层及面层的性能短板，进而缓解路面结构层间的受力不合理及变形不协调等问题，最终发挥到优化路用性能，延长服役寿命的作用。

3半刚性与半柔性基层材料适用性分析

3.1半刚性基层

通过试验研究发现，半刚性基层混合料的温湿度敏感性较强，在外界温湿度变化的条件下，容易产生收缩开裂，在设计实践中，工程技术人员通过调整半刚性基层的层位，可以适当缓解该问题。调整后的复合路面结构层示意详见下图1所示：

图1：半刚性基层复合式路面结构

3.1.1级配碎石+半刚性基层组合

（1）在半刚性基层和面层间增设连续级配碎石层，能够有效阻抑反射裂缝的出现和扩展进程；

（2）置于中间的连续级配碎石层能够大量吸收来自半刚性基层的断裂能，阻断反射裂缝的传递路径；此外，中间层还可以发挥密封和保温功能，压缩半刚性基层周围的温湿度变化梯度，最终控制温缩及干缩裂缝的发展。

3.1.2沥青稳定碎石+半刚性基层组合

（1）将半刚性基层调整至底基层位置，建立“面层+稳定碎石基层+半刚性基层”的路面结构，通过工程实践检验，稳定碎石基层能够充分发挥密封和保温功能，压缩半刚性基层周围的温湿度变化梯度，进而提高路面结构整体的抗裂性能；

（2）复合式路面结构层依靠合理的层间结构形式，极大地提高了路面结构整体的抗裂性和承载能力，控制并减少了路面早期病害，延长了路面的服役年限。

3.2半柔性基层

半柔性基层可直接充当路面结构的基层，且半柔性基层混合料制备可大量利用废旧沥青材料，其绿色、低碳性能优异。

3.2.1半柔性基层冷再生技术

（1）半柔性基层复合路面结构示意详见下图2所示：

图2：半柔性基层复合式路面结构

（2）基于废旧沥青混合料回收利用的沥青再生技术实现了路面病害的快速修补目的，以乳化沥青厂拌冷再生技术为例，将废旧沥青混合料与一定比例的乳化沥青