蔡皓东
重庆交通大学土木工程学院 重庆 400041
摘要：半柔性路面（SFP）是一种由开级配沥青混凝土和灌浆材料组成的新型路面，是在碾压成型后的大空隙沥青混合料中灌注具有高流动性的特种水泥灌浆材料而形成的一种刚柔相济的复合路面。SFP的构造没有膨胀、收缩和施工缝，也表现出良好的抗车辙性能，且这种新型路面材料同时具有沥青混凝土柔性特性和水泥混凝土路面的高强度。本论文主要目的是基于试验评估、审查半柔性路面的设计、施工和性能。本文先在第一部分介绍了半柔性路面的概况、设计和实验室制备。第二部分，阐述现存路面设计施工过程中存在的问题及面临的挑战。通过对以往研究的回顾表明，SFP由于其显著的特点和优良的力学性能被认为是替代普通沥青混凝土路面的上乘选择，这里就对其进行探讨。
关键词：半柔性路面；发展现状；设计；挑战
0 引 言
沥青混凝土路面，具有高抗滑性，良好的服务性和行驶质量，已被广泛用作公路、高速公路和机场人行道。在过去的几十年里城市化发展与交通荷载、交通量的增加，永久性柔性路面的变形已经变得非常明显且广泛存在。另一方面，由于沥青混合料的粘结料的老化以及其对低、高温的敏感性，维修养护费用增加。在水泥混凝土路面方面的问题例如，接缝的必要性，以及其他与其构造相关的限制，不能简单的忽略，而且在路面的施工和养护阶段凝结时间慢，会对质量产生不利影响。另外值得一提的是，为了提高水泥混凝土路面的行驶质量,除了控制产生的噪声外，还需要考虑接缝的膨胀与收缩。因此，在与普通混凝土路面相比，SFP由于其易于施工和修补，而且提供了良好的行驶质量和令人满意的路用效果，是一种可靠且广泛应用的无接缝摊铺技术。
1 半柔性路面的发展现状
关于沥青路面在高温下的恶化，并考虑到它们的磨损以及对燃油的化学敏感性 ，有必要对路面新型材料进行全面的研究，这些材料要具有足够的抵抗力和持久性，以防止上述失败。 在过去的二十年里， 研究人员对半柔性路面进行了多项研究，研究表明，半柔性路面是抗重载的材料，具有较高的承载能力和抗推移变形能力，并能抵抗诸如车辙、裂缝等常见的病害。 沥青路面上出现的车辙或推挤等病害，取决于交通状况，也可能是由夏季高温所导致的。与沥青路面相比，考虑到它们的刚度，强度且其疲劳寿命显著增长，半柔性路面显然是一种解决方案。
如今，在德国、英国、意大利或荷兰等欧洲国家和中国、印度、马来西亚、新加坡等亚洲国家，SFP被用于高速公路、桥面铺装、隧道和工业区的路面，包括港口、重工业区、机场停机坪、BRT专用道等。 研究表明，半柔性路面承受重载和静载荷的性能、稳定性和耐久性均显著优于普通沥青混凝土路面。 SFP是一种新型的铺路材料，包括两个主要组成部分：(A)开级配沥青混合料；(B)水泥灌浆，其中水泥灌浆由硅酸盐水泥、沙子、添加剂如聚羧酸、羧基乳胶、高效减水剂和聚合物添加剂组成。
2 半柔性路面设计流程
半柔性路面(SFP)设计分为两个阶段：第一阶段，以20%-35%的空隙率设计与制备沥青混合料。 第二阶段制备水泥浆糊状物并将其灌入沥青混合料中,然后再让混合料在一定时间内固化。 在接下来的小节中，讨论开级配沥青混凝土和灌浆设计的程序。
2.1 开级配沥青混合料的设计与制备
开级配沥青(OGA)混合料的设计和制备与在普通沥青路面中不同。SFP中使用的OGA的最小空隙率为20 %，在实际情况下增加到30-35 %。
值得一提的是，在柔性路面上使用上述混合料会导致一些后果，如疲劳开裂、水稳性降低和低温开裂。 然而，考虑到SFP是用灌浆材料（剩余孔隙率为3-5%）对OGA混合料进行填充，故将初始空隙率20-35%作为沥青混合料的先决条件。 如果减少初始空隙率（低于20%)，并考虑到OGA混合料的渗透性，那么即使灌浆材料具有足够的流动性,也不能充分地填充沥青混合料的空隙。因此，SFP本身是不具有均匀的力学性能的。到目前为止，已有各种方法和标准被用于制备OGA混合料。 通常研究人员使用的方法为马歇尔设计方法，上述方法包括OGA混合料设计过程中的具体步骤，如下：
步骤1 根据需要进行集料、沥青和各种纤维稳定剂的选择，目的：提高沥青混合料的均匀性和稳定性。
步骤2 排水试验、渗透性试验和磨耗试验。
步骤3 最佳沥青含量的OGA混合料的施工确定，通过沥青排水试验和磨耗试验，评价沥青混合料的渗透性和空隙率。
2.1 SFP灌浆材料的设计
SFP灌浆材料的设计不同于常规水泥浆和水泥砂浆的设计。在SFP中，灌浆剂的流动性、工作性和强度对SFP的性能水平起着至关重要的作用。而在流动性不足的情况下，灌浆剂不会充分填补OGA的空隙，此时灌浆剂对抵抗载荷的可靠性降低。 灌浆材料的设计采用不同的水泥含量、砂、填料、添加剂和不同的水灰比。当采用高效减水剂时，浆液的流动性得到改善，且水灰比不变，这里值得注意的是，通过增加高效减水剂的用量将使得材料的抗折强度和抗压强度降低。 有研究结果表明，SFP对低温开裂的抗性低于普通沥青混合料，故低温易导致裂纹在SFP中的萌生和扩展。通过查阅相关资料，苯乙烯丁二烯橡胶(SBR)胶乳和中性乙烯-乙酸乙烯酯(EVA)胶乳的各种含量（即水泥重量的0.1～0.3%）已被用于制备灌浆材料，以提高SFP的低温和疲劳性能。
3 现有问题及发展方向
路面的设计与施工应考虑路基、基层、底基层条件、交通荷载、环境条件、人为因素、以及设施类型和材料等因素。由于交通量、车辆重量和轮胎压力的增加，永久变形一直都是柔性路面中需要考虑的问题。 此外，由于沥青对化学物质和燃油的敏感性，特别是在停车场、隧道、机场停机坪和快速公交车站，沥青路面更容易产生剥离和发生意外火灾。因此，从长远来看，由于沥青的敏感性，在各种因素作用下导致沥青的老化，这使得交通运输部门的路面养护和修复费用每年都在持续上涨；另一方面，本身进行混凝土路面的建造就要花费大量初始成本，而且接缝对安全和行驶质量也有着有不利影响。 此类缺陷和挑战的存在势必会对道路服务质量和使用寿命产生影响。因此，为了处理诸如接缝缺陷，行驶质量差，沥青路面的路面黑等目前存在的问题，应考虑各种因素，对新型路面材料进行全面的研究，在保证足够的耐久性的同时又能良好解决上述问题。总之，建造混凝土路面的初始成本高必须视为一个挑战，同样，也会面临包括沥青老化使得材料特性发生变化和沥青对温度的高敏感性等在内的其它挑战，这是今后需要展开研究和预测的。
4 结束语
本文是对半柔性路面发展的回顾与展望，目的是对SFP的设计、施工、工程性能有一个比较完整的了解，以及考察今后的研究方向。总的来说，由于同时具有沥青路面和混凝土路面的显著特点，SFP路用性能优良，如与混凝土路面相比，其初始施工成本较低，耐久性好，耐车辙、耐推移，耐磨损和抗冲击，耐油、耐火性好，行驶质量好。
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