1、-74-彩色半柔性路面材料的设计与性能研究王一锋，史菊花，薛 礼（无锡市政建设集团有限公司，江苏 无锡 214000）摘要：为深入探究彩色半柔性路面材料性能特点，使其更好地适用于重载、渠化交通路段，采用体积法对基体沥青混合料进行设计，结合肯塔堡飞散试验和谢伦堡析漏试验确定最佳沥青用量。通过车辙试验、浸水马歇尔试验、冻融劈裂试验和低温小梁弯曲试验研究灌入流动性良好的彩色水泥灌浆料后半柔性路面材料的路用服役性能。结果表明，彩色半柔性路面材料具有良好的高温性能、水稳定性，低温性能还需要改善。关键词：路面工程；彩色半柔性路面材料；配合比设计；路用性能中图分类号：U416 文献标识码：ADesign a
2、nd performance research of colored semi-flexible pavement materialsWANG Yifeng,SHI Juhua,XUE Li（Wuxi Municipal Construction Group Co.,Ltd.,Jiangsu Wuxi 214000 China）Abstract:Exploring the performance characteristics of color semi-flexible pavement materials in depth is very important,to make pavemen
3、t can be better applied to heavy-duty,channelized traffic sections.The volume method was used to design the matrix asphalt mixture,and the optimal amount of asphalt was determined by combining the Kentucky Fort fly test and the Schellenberg leak test.The road service performance of semi-flexible pav
4、ement materials filled with color cement grout with good fluidity was studied by rutting test,water immersion Marshall test,freeze-thaw split test and low-temperature trabecular bending test.The results of this study show that the colored semi-flexible pavement material has good high temperature per
5、formance and water stability,and the low temperature performance needs to be improved.Key words:pavement engineering;colored semi-flexible pavement materials;mix design;road performance引言半柔性路面作为一种高性能、长寿命的复合路面材料，兼具沥青路面和水泥路面的优点，具有良好的高温抗车辙性、抗滑性、水稳定性等。沥青路面在高温和重交通荷载条件下，容易出现车辙现象。彩色半柔性路面的高温抗车辙性良好，色彩效果好，更适用
6、于高温重交通路段，用于公路收费站、公交站点和城市道路交叉口等路段时还可以起到引导交通的作用。半柔性路面材料主要由两部分组成，分别是大空隙基体沥青混合料和水泥灌浆料。凌森林等1-2对半柔性路面的进展进行了研究，总结提出灌注式半柔性路面的大空隙基体沥青混合料空隙率一般在20%35%之间，水泥剂灌浆材料主要由水泥、水、细砂、粉煤灰、硅灰、高效减水剂和其他外加剂等组成。陶丽萍3提出对母体沥青混合料中最佳沥青用量主要利用谢伦堡析漏试验和肯塔堡飞散试验确定。王旭龙4提出基体沥青混合料的空隙率为20%28%，水泥灌浆料中可加入过 0.6 mm 筛的标准砂和矿粉等。孙雅珍等5对影响水泥灌浆料各项性能的多种因素
7、开展研究。王巍等6对半柔性路面的水泥灌浆料的配比进行优化设计，分析各因素对水泥灌浆料力学性能和体积稳定性的影响规律。刘长翛7研究采用无机颜料掺入水泥胶浆制成彩色水泥胶浆，颜料掺量设计为 3%5%。曹朋辉等8研究颜料掺量控制在 4%6%。马培建等9对 24%的空隙率基体沥青混合料进行灌浆，对半柔性材料的高温稳定性、低温抗裂性和水稳定性进行研究。蔡海泉10对半柔性材料的耐油蚀性进行了研究。何家张等11对半柔性路面材料的抗渗性能和抗滑性能进行试验检测。张晓燕等12对半柔性材料的低温性收稿日期：2022-05-11作者简介：王一锋（1981），男，江苏宜兴人，工程师。2022 年第 6 期山东交通科技
8、-75-能开展了研究，得出低温性能不良的原因可能是水泥石刚性过强，并在此研究基础上对水泥灌浆料进行改良。1 基体沥青混合料设计1.1 基体沥青混合料的基本要求（1）沥青胶结料具有较强的黏结强度，保证骨架结构的稳定性；（2）混合料级配以粗集料为主，形成骨架-空隙结构，具有良好的内摩阻力；（3）混合料应具有较大空隙率，保证灌浆充分。1.2 基体沥青混合料的设计采用体积法进行基体沥青混合料的设计。选取4.75 mm 筛孔作为粗细集料区分粒径，并选取 13.2 mm作为基体沥青混合料的最大公称粒径。半柔性路面材料基体沥青混合料空隙率一般为 20%30%。选择 22%、25%、28%为设计空隙率，混合料
9、级配 见表 1。表 1 基体沥青混合料级配组成空隙率/%筛孔/mm矿粉用量/%16 13.2 9.5 4.75 2.36 1.18 0.6 0.3 0.15 0.075221009470.4 26.21612.6 9.4 7.7 6.65.43.325100 91.8 60.0 18118.4 5.9 4.6 3.72.82.528100 87.5 33.2 6.63.32.4 1.7 1.310.81.5根据矿料级配以及油石比计算公式，计算设计每种空隙率三种油石比并制备马歇尔试件进行肯塔堡飞散试验和谢伦堡析漏试验确定最佳沥青用量。相关试验结果见图 1 图 3。飞散损失析漏损失60504030
10、20100.50.40.30.20.10.03.5 3.9 4.3油石比/%飞散损失/%析漏损失/%0.05 41.8 35.7 40.20.09 0.16飞散损失析漏损失6050403020100.50.40.30.20.10.03 3.5 3.9油石比/%飞散损失/%析漏损失/%42.636.840.90.09 0.170.24飞散损失析漏损失9080706050400.60.50.40.30.20.12 2.5 3油石比/%飞散损失/%析漏损失/%810.220.30.3979.278.4图 1 空隙率 22%的飞散、析漏试验结果图 2 空隙率 25%的飞散、析漏试验结果图3 空隙率28
11、%的飞散、析漏试验结果从肯塔堡飞散试验结果分析，按油石比 3.9%、设计空隙率 22%和油石比 3.5%、设计空隙率 25%的两组配合比制备的马歇尔试件的飞散损失40%。从谢伦堡析漏试验结果分析，所有试件析漏损失 均0.4%，满足 道路灌注式半柔性路面技术规程（T/CECS G-D51-012019）13中析漏损失 0.8%的技术要求。结合两试验结果确定设计空隙率 22%的级配最佳沥青用量为 3.9%；设计空隙率 25%的级配最佳沥青用量为 3.5%。2 高性能彩色水泥灌浆料设计2.1 高性能彩色水泥灌浆料性能要求与指标半柔性沥青混凝土中水泥灌浆料起填充基体沥青混合料骨架空隙的作用，应该具有的
12、性能要求：（1）流动性；（2）抗折强度、抗压强度；（3）与基体沥青混合料的结合性能；（4）收缩性能。参照道路灌注式半柔性路面技术规程（T/CECS G-D51-012019）13提出高性能彩色水泥灌浆料指标，见表 2。表 2 高性能彩色水泥灌浆料指标要求技术指标技术要求试验方法流动度/s10 14T 05087 d 抗折强度/MPa 2T 05067 d 抗压强度/MPa 15T 05062.2 配合比设计为保证高性能彩色水泥灌浆料性能要求，参照以往研究确定本研究中的高性能彩色水泥灌浆料的基本组成材料为水泥、细砂（0.15 0.3 mm）、矿粉、减水剂、颜料和水。设计不同配合比制备相应试件测试
13、其抗折强度、抗压强度和流动度。其中细砂、矿粉以代替水泥的形式掺入，减水剂作为外加剂掺入，颜料作为外加剂掺入。相关试验结果见表 3。王一锋，史菊花，薛 礼：彩色半柔性路面材料的设计与性能研究-76-表 3 不同配比强度、流动度试验结果水灰比砂用量/%减水剂掺量/%矿粉掺量/%7 d 抗折强度/MPa7 d 抗压强度/MPa流动度/s0.500003.414.711.30.505004.015.812.40.500103.515.711.00.5000104.317.012.70.4500105.218.612.90.5500103.214.311.9配合比除第一组和最后一组外均满足表 2 中的高
14、性能彩色水泥灌浆料指标要求。试验结果表明细砂、矿粉的少量掺入能够提高抗折、抗压强度，但降低了流动性能。减水剂的加入提高了抗压强度，对抗折强度和流动度影响较小。水灰比的变小会提高抗压、抗折强度，但降低流动性能。RGB 色彩体系为工业界的一种颜色标准，通过对红（R）绿（G）蓝（B）三个颜色通道的变化和叠加得到各式各样的颜色，其中R、G、B值是代表红、绿、蓝三通道的颜色。利用 RGB 色彩体系对色彩效果进行分析，选择流动度为 11.0 s 的一组灌浆料设计掺入 2%5%的红色颜料（主要成分 Fe2O3），制备试件测试其抗折强度对其断面统一拍照。从照片中随机选取 5 个像素点提取 RGB 值分别计算
15、R、G、B 的平均值。掺入红色颜料后红色越明显色彩效果越好，因此引入 r 值，通过比较 r 值大小确定颜色效果，从而确定颜料掺量：r=R/（R+G+B）.（1）表 4 不同掺量强度、r 值结果颜料掺量/%RGB7 d 抗折强度/MPa7 d 抗压强度/MPar/%211361403.516.552313865463.416.455411557333.416.656511750313.117.059试验结果表明，颜料掺量控制在 3%4%时，对抗折抗压强度影响不大，颜色效果也较为理想。为保证灌入后颜色效果较好，建议颜料掺量为 4%。3 彩色半柔性路面材料服役性能研究基体沥青混合料选用油石比 3.9
16、%、设计空隙率22%和油石比 3.5%、设计空隙率 25%的两组级配并按此成型相应马歇尔试件和车辙板试件进行灌浆。灌浆料选择外加减水剂、颜料掺量为 4%的一组灌浆料，其流动度为 11.2 s，便于灌浆。3.1 高温性能以动稳定度作为高温环境下材料服役特性指标，在标准测试环境（60、0.7 MPa）的基础上，参照 道路灌注式半柔性路面技术规程（T/CECS G-D51-012019）13中的技术要求增加测试环境（70、1.1 MPa）进行试验。试验结果见表 5。表 5 车辙试验结果空隙率/%动稳定度/（次mm-1）60、0.7 MPa70、1.1 MPa2521 0009 6002210 1614 700所有试验的动稳定度 4 000，其高温性能良好。空隙率 25%的动稳定度比空隙率 22%的大，可能是由于空隙率 22%的试件存在灌入不充分的问题。3.2 水稳定性采用浸水马歇尔试验与冻融劈裂试验来研究半柔性路面材料的水稳定性能。试验结果见图 4。100806040200100806040200残留稳定度/%空隙率/%残留稳定度冻融劈裂残留强度比/%冻融劈裂残留强度比252290.680.
