评价水泥乳化沥青稳定基层材料性能研究.doc

评价水泥乳化沥青稳定基层材料性能研究

史 景
(中交远洲交通科技集团有限企业 石家庄 050051)
摘 要: 针对目前水泥稳定碎石基层干缩、 温缩较大引发反射裂缝问题, 提出了一个抗收缩能力较强新型基层材料: 水泥乳化沥青复合胶浆稳定碎石。分析半刚性基层收缩机理和水泥乳化沥青稳定碎石微观结构后, 进行了与基层性能相关室内试验, 获取了最终利用室内试验结果计算了水泥稳定碎石和水泥乳化沥青稳定碎石两种混合料作为基层应用时干缩应力和温缩应力。经过分析比较, 水泥乳化沥青稳定碎石干缩应力和温缩应力更小, 表明其抗收缩性能愈加好, 能很好地延缓基层开裂。
关键词: 水泥乳化沥青稳定碎石; 温缩; 干缩; 试验; 应力
作为一个新型半刚性路面基层材料, 中国外对水泥乳化沥青复合材料进行了较多研究。但其作为面层材料使用并不成功。目前半刚性基层材料不可避免地存在着干缩裂缝问题, 用水泥乳化沥青复合胶浆稳定碎石, 将它作为一个新型基层混合料加以研究, 将是一个新尝试。水泥乳化沥青稳定碎石是以水泥、 乳化沥青和水共同为结合料, 掺入到符合基层规范级配碎石中, 是一个以水泥材料为主, 形成水泥为连续相, 沥青为分散相复合材料, 经拌合得到混合料经过压实和养生, 使其抗压强度达成要求要求。
依据水泥乳化沥青微观结构分析, 使它含有拥有较低温度敏感性、 较大抗压强度、 较高耐久性和较长疲惫寿命初步条件后, 只要设计合理, 添加适量, 就能充足发挥沥青材料刚度较低、 韧性较高特点, 从而降低混合料刚度, 提升其干缩性能, 这对降低甚至消除基层反射裂缝起到了关键作用, 含有较高工程应用价值。因为现在规范没有相关这种混合料基层设计性能参数, 为此本文经过试验来评价水泥乳化沥青稳定基层材料各项性能指标。

1 水泥乳化沥青碎石基层性能参数设计
基层强弱和好坏对整个路面强度、 使用质量和使用寿命都有十分关键影响。所以水泥乳化沥青碎石基层作为路面基层一个结构形式, 一样需要含有以下多个基础条件:
⑴有足够强度和刚度
⑵有足够水温性和冰冻稳定性
⑶有足够抗冲刷能力
⑷收缩性小（干缩、 温缩）
⑸有足够平整度
⑹与面层结合良好
依据上述要求, 评价基层混合料性能参数有强度、 刚度指标和收缩性能指标。
材料强度包含两个方面: 首先是石料本身强度, 可用集料压碎值或集料磨耗值表示; 其次是材料整体（混合料）强度或刚度, 如回弹模量、 承载比、 抗压强度、 抗剪切强度、 抗弯拉强度或抗拉强度等。水泥乳化沥青碎石作为基层材料在没有自己评价指标情况下, 可参考一样为基层材料水泥稳定碎石评价来实施, 仅是技术要求略有差异, 所以强度、 刚度指标采取无侧限抗压强度, 间接拉伸强度即劈裂强度和抗压回弹模量, 收缩指标采取干缩和温缩指标。
2 性能参数试验
2.1集料级配[6][7]
集料级配是影响混合料性质关键原因。此次试验选择了两种级配, 分别为: 现场水稳基层施工级配——规范中值级配, 如表1所表示。
表1 集料级配范围
筛孔尺寸（mm）
31.5
26.5
19
9.5
4.75
2.36
0.6
0.075
规范中值
100.0
95.0
80.5
57.0
39.0
26.0
15.0
3.5
施工级配
100.0
99.2
86.0
60.0
37.8
24.6
9.4
0.2

2.2无侧限抗压强度

图1-a 中级配7d无侧限抗压强度

图1b 中级配28d无侧限抗压强度

从两种混合料无侧限强度试验结果能够得出以下结论:
（1）水泥剂量是影响无侧限抗压强度决定性原因, 伴随水泥剂量增加, 混合料无侧限抗压强度不停增大; 添加乳化沥青后, 水泥剂量对强度影响有所减弱。
（2）加入乳化沥青, 混合料无侧限抗压强度降低, 乳化沥青剂量越多, 降低越大; 无侧限抗压强度降低说明掺加乳液可增强基层柔性, 但乳液含量不宜过高, 不然强度过低。
（3）水泥乳化沥青稳定碎石早期强度不如水稳碎石, 但伴随龄期增加, 其强度增加幅度较水稳碎石大, 到了60天以后强度已经靠近水稳碎石, 这应是伴随乳化沥青中水分挥发, 强度逐步增加。
2.3劈裂强度

图2-a 28d劈裂强度
Figure 2-a 28d cleavage strength

图2-b 60d劈裂强度
Figure 2-b 60d cleavage strength
从图中能够看出, 在水泥剂量相同时, 加入不一样剂量乳化沥青, 对混合料劈裂强度影响不大, 说明乳化沥青剂量高低对劈裂强度影响不大。另外, 两种混合料劈裂强度都伴随水泥剂量增多而增强, 伴随龄期增加有所增加, 但幅度不大。总体说来两种混合料劈裂强度相当, 也说明水泥乳化沥青稳定碎石混合料能够提供水泥稳定碎石对应抗拉能力。
2.4抗压回弹模量
表2 抗压回弹模量试验结果
Chart 2 Test results of compression rebound modulus
水泥剂量
乳液剂量
抗压回弹模量（MPa）
28天
60天
4.0%
0%
1023
1176
2.5%
901
963
3.0%
824
894
3.5%
794
823
3.5%
0%
974
1125
2.5%
887
903
3.0%
812
869
3.5%
789
849

图3 60天抗压回弹模量
Figure 3 60d compression rebound modulus
从图3中不难看出: 加入乳化沥青后, 混合料抗压回弹模量降低, 而且乳化沥青剂量增加越多, 抗压回弹模量降低越大。这表明水泥乳化沥青碎石刚度小于水稳碎石, 应有利于延缓裂缝产生。

图4 抗压回弹模量（水泥剂量4.0％）
Figure 4 Compression rebound modulus
(cement dosage 4.0%)
图4则表明两种混合料抗压回弹模量均随龄期增加而增加, 水稳碎石增加幅度较大, 伴随乳化沥青增加, 增加变慢。
2.5干缩系数
试验采取10cm×10cm×40cm小梁试件, 养生龄期为7天, 养生完成后在试件上贴上电阻应变片, 利用电测法测定干缩系数。试验中环境温度箱设定温度为+40℃, 读取应变值时间分别为0、 2、 4、 8、 12、 24、 48小时, 在读取应变值同时, 经过称量同处于环境箱中配比相同未贴应变片试件质量测定试件含水量改变情况[8]。
表2 平均干缩系数试验结果
Tab.2 Test results of average dry shrinkage coefficient
水泥剂量
乳液剂量
平均干缩系数
4.5%
0
232.5
2.5%
181.0
3.0%
99.4
4.0%
0
182.4
2.5%
119.9
3.0%
84.5
3.5%
0
148.5
2.5%
111.3
3.0%
71.3
从表2中能够显著地看出, 水泥剂量取4.0％时, 平均干缩系数比水泥剂量3.5%要大, 而且伴随乳化沥青加入, 多种混合料平均干缩系数都显著降低, 抗干缩性能显著提升。
2.6温缩系数
试验采取10cm×10cm×40cm小梁试件, 养生龄期为28天, 养生完成后将试件放入105℃烘箱中烘干12h左右, 然后贴上电阻应变片, 利用电测法测定不一样温度应变值。试验中环境温度箱温度设定范围为+55℃～-25℃, 每个温度恒温2小时, 每隔10℃读取一次应变值[9]。
表3 平均温缩系数试验结果
Tab.3 Test results of average temperature shrinkage coefficient
水泥剂量
乳液剂量
平均温缩系数
4.5%
0
10.37
2.5%
10.43
3.0%
10.70
4.0%
0
9.76
2.5%
10.11
3.0%
10.47
3.5%
0
9.69
2.5%
9.86
3.0%
10.26
从表3中能够显著地看出, 平均温缩系数伴随水泥剂量增加而增大, 而伴随乳化沥青加入也略有增大。表明尽管沥青温度敏感性较水泥要高, 但因沥青膜被水泥胶浆裹覆, 增大幅度很小。
3 结论
（1）水泥是混合料强度、 刚度和干缩性能决定性原因, 水泥剂量越高, 混合料强度、 刚度越大, 干缩性能越差。
（2）水泥乳化沥青稳定碎石抗压回弹模量较水泥剂量相同水泥稳定碎石降低显著, 而且加入乳化沥青越多, 抗压回弹模量降低越大。说明加入乳化沥青后, 混合料刚度降低, 更具柔性。
（3）干缩试验说明多种混合料干缩性能在加入乳化沥青后都有不一样程度提升, 相同水泥剂量情况下, 加入乳化沥青越多, 混合料干缩应变和干缩系数减小越多。
（4）比起传统水泥稳定碎石, 水泥乳化沥青稳定碎石含有刚度较低, 干缩性能增强特点, 克服了水泥稳定碎石缺点, 是一个能很好地能预防裂缝基层新材料。

参考文件
[1] 沙庆林.《高等级公路半刚性基层沥青路面》[M], 人民交通出版社, 1999.
[2] 李国强. 水泥基复合半刚性面层材料及其应用研究[D]. 南京: 东南大学, 1997
[5] 邓学钧, 黄晓明.路面设计原理与方法[M]. 北京: 人民交通出版社,
[6] JTG E42-, 公路工程集料试验规程[S]． 北京: 人民交通出版社,
[7] JTJ 034-,公路路面基层施工技术规范[S]．北京: 人民交通出版社,
[8] 光同文.半刚性基层温缩裂缝控制方法研究[J], 合肥工业大学学报(自然科学版), , 26(1): 127-132