水泥乳化瀝青穩(wěn)定碎石抗凍性能試驗研究q

1、水泥乳化瀝青穩(wěn)定碎石抗凍性能試驗研究王一琪（1.東北林業(yè)大學(xué) 土木工程學(xué)院，黑龍江 哈爾濱150040）摘要：在大量試驗研究的基礎(chǔ)上，將水泥乳化瀝青穩(wěn)定碎石試件的乳化瀝青用量、水泥劑量兩方面因素對試件抗凍性能的影響進(jìn)行了研究分析，得出了相應(yīng)的影響規(guī)律及作用機理。結(jié)果表明：乳化瀝青用量不超過3%時，經(jīng)過5次凍融循環(huán)后的無側(cè)限抗壓強度損失和質(zhì)量變化率均隨著乳化瀝青用量的增加而逐漸減??；水泥乳化瀝青穩(wěn)定碎石試件的強度損失和質(zhì)量變化率均隨著水泥劑量的增加呈逐漸減小的趨勢變化。關(guān)鍵詞：乳化瀝青，水泥穩(wěn)定碎石，抗凍性能，作用機理Abstract: On the basis of large amount

2、of experiments, the paper studied the impact to the frost resistance of speciman which was composed of cement and eumulsified alsphlt stabilized crushed stone from two factors which were volume of the emulsifie alsphlt and volume of cement,it come to the impact of laws and the mechanism of action. T

3、he results show that:when the volume of the emulsified asphalt of the speciman is less than 3%, the loss of the unconfined compressive strength and the rate of weight change after 5 freeze-thaw cycles both decrease gradually with the increase in the amount of emulsified asphalt; The loss of stength

4、and the rate of weight change both decrease gradually with the increasing cement dose .Keywords: emulsified asphalt, cement stabilized crushed stone, frost resistance, mechanism of action1 引言我國目前普遍采用的半剛性基層，存在嚴(yán)重縮裂、引發(fā)反射性開裂、抗凍性能差以及耐久性不足等問題，是導(dǎo)致路面達(dá)不到設(shè)計年限的重要原因，寒區(qū)公路更是如此。大多數(shù)的基層混合料屬于有孔隙材料,當(dāng)受到凍融循環(huán)作用的時候,混合料的孔隙

5、內(nèi)壁會受到水冰相變膨脹產(chǎn)生附加內(nèi)力的擠壓與松弛的反復(fù)作用,經(jīng)過數(shù)次凍融循環(huán)作用后,材料會失去其中一部分或全部的強度。路面的強度與使用壽命將受到半剛性基層混合料的低溫性能的直接影響 ,基層混合料的低溫性能差會引起基層強度的明顯降低,導(dǎo)致路面結(jié)構(gòu)的整體性破壞，因此，瀝青路面(特別是薄瀝青路面)的開裂破壞與半剛性基層材料的抗凍性能息息相關(guān)。該文以有效防止半剛性基層反射裂縫的產(chǎn)生為研究目的，將研究對象定為水泥穩(wěn)定碎石材料，將適量的乳化瀝青加入水泥穩(wěn)定碎石基層混合料中，既可以保持水泥穩(wěn)定碎石基層混合料強度較高的優(yōu)勢，同時又能夠降低其抗壓回彈模量，這將有助于提高水泥穩(wěn)定碎石的抗裂性能，從而使道路的使用壽命

6、得以延長，具有良好的經(jīng)濟效益。該文著重研究了乳化瀝青在加入水泥穩(wěn)定碎石混合料中時，乳化瀝青用量和水泥劑量這兩方面因素對水泥穩(wěn)定碎石試件的抗凍性能影響。2 試驗概況2.1原材料試驗本試驗采用海倫亞泰水泥廠生產(chǎn)的P.O42.5級普通硅酸鹽水泥。本試驗選用的乳化瀝青為陽離子乳化瀝青，其具體技術(shù)指標(biāo)見表1。表1 乳化瀝青技術(shù)指標(biāo)項 目單 位指標(biāo)要求檢驗結(jié)果單項評定篩上剩余量（1.18mm）%< 0.10合格蒸發(fā)殘留物殘留物含量%586361.0合格針入度（25，100g）0.1mm6012076.6合格溶解度（三氯乙烯）%9799.7合格軟化點45.8合格延度（15）cm5069.7合格破乳速度

7、/慢裂慢裂合格由公路瀝青路面設(shè)計規(guī)范JTG D50-2006中對水泥穩(wěn)定碎石的級配范圍的具體規(guī)定，經(jīng)過分析粗集料與細(xì)集料的篩分試驗結(jié)果后，對四檔集料的摻配比例進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，表2為混合料合成級配的通過百分率。表2 混合料合成級配通過百分率篩孔尺寸/mm31.526.5199.54.752.360.60.075通過率/%10096.575.848.127.317.49.32.22.2 試驗方案本試驗中的水泥劑量因素選取4.0%， 5.0%兩種水泥劑量作為對比參照項。選取了三種乳化瀝青用量2.0%，2.5%，3.0%來體現(xiàn)乳化瀝青用量因素對水泥穩(wěn)定碎石各項性能的影響。試驗中還安排了一組不加乳化瀝青

8、的基準(zhǔn)配比用來將普通水泥穩(wěn)定碎石和水泥乳化瀝青穩(wěn)定碎石混合料性能的差異形成對比。2.3 試驗方法1試件的成型與養(yǎng)生按照已確定的最大干密度和最佳含水量采用靜壓法或振動成型方法制作150mm×150mm的圓柱形試件。按同樣的方法每一組制備18個標(biāo)準(zhǔn)試件，其中的9個是凍融試件，其余的9個是不凍融的對比試件。養(yǎng)生齡期結(jié)束的前一天，將試件在室溫下飽水24小時備用。2試驗的具體步驟(1)稱量試件在浸水前的質(zhì)量。經(jīng)過24小時后浸水完畢，用毛巾將試件表面的水分擦拭干，然后測量試件的高度，同時稱量試件的質(zhì)量，精確到0.1mm。(2)測試18個試件中的9個非凍融試件的無側(cè)限抗壓強度RC；將其余的9個凍融

9、試件，按照編號放入全自動凍融試驗機中，設(shè)定-18為控制溫度，16h為凍結(jié)時間。為了有助于冷空氣流通，試件周圍應(yīng)留有空隙，大小約為20mm。(3)凍結(jié)16h后，將試件取出來，然后測其高度和質(zhì)量，記錄下來；然后馬上放回設(shè)定好的溫度為20，時間為8h的全自動凍融試驗機中進(jìn)行融化。試件融化后，將其表面的水分擦干，再次稱其質(zhì)量、并測其高度。按上述步驟將試件放入全自動凍融試驗機中進(jìn)行第二次的凍融循環(huán)試驗。試件的抗凍性指標(biāo)由下式計算： （1） （2）式中：試件經(jīng)n次凍融循環(huán)后的抗壓強度損失（%）；試件n次凍融循環(huán)后的無側(cè)限抗壓強度（）；用作對比的試件無側(cè)限抗壓強度（）；試件經(jīng)過n次凍融循環(huán)后的質(zhì)量變化率（%

10、）；試件在凍融循環(huán)前的質(zhì)量（）；試件經(jīng)過n次凍融循環(huán)后的質(zhì)量（）。3 抗凍性能試驗結(jié)果與分析3.1 抗凍性能試驗結(jié)果普通水泥穩(wěn)定碎石與水泥乳化瀝青穩(wěn)定碎石的抗凍性能試驗結(jié)果見表3。表3 水泥乳化瀝青穩(wěn)定碎石抗凍性能試驗結(jié)果試驗代碼水泥劑量/%乳化瀝青用量/%養(yǎng)護(hù)齡期/d凍融循環(huán)次數(shù)/次質(zhì)量變化率Wn/%抗壓強度未凍融/MPa抗壓強度凍融后/MPa抗凍性指標(biāo)BDR/%CEA0-44.002850.276.065.7394.55CEA2.5-44.02.52850.135.445.3798.71CEA2.0-44.02.02850.175.785.6698.00CEA3.0-44.03.02850

11、.115.11 5.0699.02CEA2.5-55.02.52850.106.376.3299.223.2 乳化瀝青用量對抗凍性能的影響圖1為三種不同乳化瀝青用量的水泥穩(wěn)定碎石試件采用28天養(yǎng)護(hù)齡期，經(jīng)過5次凍融循環(huán)試驗后，在4.0%的水泥劑量條件下得出的抗凍性能關(guān)系曲線圖。由圖可知，試件的無側(cè)限抗壓強度經(jīng)過5次凍融循環(huán)后，與未經(jīng)過凍融循環(huán)的試件相比，均存在一定程度的損失。主要原因是，在每經(jīng)過一次凍融循環(huán)后，試件內(nèi)部的空隙中會存有大量的水，這部分水在低溫結(jié)成冰時會產(chǎn)生較大的水冰相變膨脹應(yīng)力，使試件內(nèi)部的連結(jié)作用力減弱，最終導(dǎo)致試件整體結(jié)構(gòu)的破壞，同時試件經(jīng)過長時間的浸泡后，其強度也會產(chǎn)生一定

12、程度的折減。在水泥乳化瀝青穩(wěn)定碎石中加入3.0%的乳化瀝青時，經(jīng)過5次凍融循環(huán)后的強度損失僅為0.98%，是普通水泥穩(wěn)定碎石的18%。由以上數(shù)據(jù)可知，在水泥穩(wěn)定碎石混合料中加入乳化瀝青可以有效地提高其抗凍性能。 圖1 乳化瀝青用量對抗凍性能的影響 圖2 質(zhì)量變化率與乳化瀝青用量關(guān)系圖圖2為水泥劑量4.0%的水泥乳化瀝青穩(wěn)定碎石混合料試件當(dāng)乳化瀝青用量變化時試件的質(zhì)量變化率與乳化瀝青用量的關(guān)系曲線圖。由圖可知，試件的質(zhì)量經(jīng)過5次凍融循環(huán)后，與未經(jīng)過凍融循環(huán)的試件相比，存在一定程度的質(zhì)量損失。普通水泥穩(wěn)定碎石質(zhì)量變化率為0.27%，加入乳化瀝青用量為2.0%的水泥乳化瀝青穩(wěn)定碎石質(zhì)量變化率為0.1

13、7%，當(dāng)乳化瀝青用量達(dá)到3.0%時，質(zhì)量變化率為0.11%。3.3 水泥劑量對抗凍性能的影響圖3為乳化瀝青用量為2.5%時，不同水泥劑量的水泥乳化瀝青穩(wěn)定碎石試件的凍融前后強度關(guān)系圖。由圖可知，隨著水泥劑量的增大，水泥乳化瀝青穩(wěn)定碎石試件的強度也隨之增大，經(jīng)過5次凍融循環(huán)后，不同水泥劑量的試件均出現(xiàn)一定程度的強度折減現(xiàn)象，當(dāng)水泥乳化瀝青穩(wěn)定碎石試件中的水泥劑量為4.0%時，強度降低了1.29%；水泥劑量為5.0%時，強度降低了0.78%。 圖3 水泥劑量對抗凍性能的影響 圖4 質(zhì)量變化率與水泥劑量關(guān)系圖圖4為乳化瀝青用量在2.5%條件下，水泥劑量發(fā)生變化時試件的質(zhì)量變化率與水泥劑量的關(guān)系圖。從

14、圖中可以看出，水泥乳化瀝青穩(wěn)定碎石混合料在經(jīng)過凍融循環(huán)后的質(zhì)量損失隨水泥劑量的增加而減少，但幅度不大。因此，水泥乳化瀝青穩(wěn)定碎石混合料的抗凍性能隨著水泥劑量的增加而增強。4 結(jié)論（1） 乳化瀝青加入到水泥穩(wěn)定碎石中對試件的抗凍性能有一定的影響效果。（2） 當(dāng)水泥劑量為4%時，不加乳化瀝青的普通水泥穩(wěn)定碎石凍融后強度損失5.45%，乳化瀝青用量為2.0%的水泥乳化瀝青穩(wěn)定碎石經(jīng)過凍融循環(huán)后，強度損失了2.00%。在水泥乳化瀝青穩(wěn)定碎石中加入3.0%的乳化瀝青時，經(jīng)過5次凍融循環(huán)后的強度損失僅為0.98%，是普通水泥穩(wěn)定碎石的18%。由以上數(shù)據(jù)可知，在水泥穩(wěn)定碎石混合料中加入乳化瀝青可以有效地提高其抗凍性能。參考文獻(xiàn)：1 段龍梅.季凍區(qū)穩(wěn)定粒料類基層材料抗凍性能及溫縮性能試驗研究D. 吉林大學(xué)碩士學(xué)位論文，20072 李成河.水泥穩(wěn)定砂礫半剛性基層材料冰凍耐久性的研究J.黑龍江工程學(xué)院學(xué)報，2006,20（3）：15-16.3 王長安，吳育良，郭敏怡等.乳化瀝青及其乳化劑的發(fā)展與應(yīng)用J.廣州化學(xué)，2006，31(1):55-60.4 王明，張翔，孫自誠.水泥穩(wěn)定碎石基層在摻入乳化瀝青后的性能影響J.科技信息，2008（34）：293-294.5 于偉,蘭超,梁旭.水泥-乳化瀝青穩(wěn)定碎石基層路用性能研究J.山東理工大學(xué)學(xué)報