评价水泥乳化沥青稳定基层材料性能研究

1、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公司 石家庄 050051) 摘 要：针对当前水泥稳定碎石基层干缩、温缩较大引起的反射裂缝问题，提出了一种抗收缩能力较强的新型基层材料：水泥乳化沥青复合胶浆稳定碎石。分析半刚性基层的收缩机理和水泥乳化沥青稳定碎石的微观结构后，进行了与基层性能相关的室内试验，获取了最后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的干缩应力和温缩应力。通过分析比较，水泥乳化沥青稳定碎石的干缩应力和温缩应力更小，表明其抗收缩性能更好，能较好地延缓基层开裂。关键词：水泥乳化沥青稳定碎石；温缩；干缩；试验；应力 作

2、为一种新型的半刚性路面基层材料, 国内外对水泥乳化沥青复合材料进行了较多的研究。但其作为面层材料使用并不成功。当前的半刚性基层材料不可避免地存在着干缩裂缝的问题, 用水泥乳化沥青复合胶浆稳定碎石, 将它作为一种新型的基层混合料加以研究, 将是一种新的尝试。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的碎石中，是一种以水泥材料为主，形成水泥为连续相，沥青为分散相的复合材料，经拌合得到的混合料经过压实和养生, 使其抗压强度达到规定要求。 根据水泥乳化沥青的微观结构的分析，使它具备拥有较低温度敏感性、较大抗压强度、较高的耐久性和较长的疲劳寿命的初步条件后，只要设计合

3、理，添加适量，就能充分发挥沥青材料刚度较低、韧性较高的特点，从而降低混合料的刚度，提高其干缩性能，这对减少甚至消除基层的反射裂缝起到了重要作用，具有较高的工程应用价值。由于目前规范没有关于这种混合料基层的设计性能参数，为此本文通过试验来评价水泥乳化沥青稳定基层材料的各项性能指标。1 水泥乳化沥青碎石基层性能参数设计基层的强弱和好坏对整个路面的强度、使用质量和使用寿命都有十分重要的影响。因此水泥乳化沥青碎石基层作为路面基层的一种结构形式，同样需要具备以下几个基本条件：有足够的强度和刚度有足够的水温性和冰冻稳定性有足够的抗冲刷能力收缩性小（干缩、温缩）有足够的平整度与面层结合良好根据上述要求，评价

4、基层混合料的性能参数有强度、刚度指标和收缩性能指标。材料的强度包括两个方面：一方面是石料本身的强度，可用集料压碎值或集料磨耗值表示；另一方面是材料整体（混合料）的强度或刚度，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的评价指标的情况下，可参照同样为基层材料的水泥稳定碎石的评价来实施，仅是技术要求略有差别，因此强度、刚度指标采用无侧限抗压强度，间接拉伸强度即劈裂强度和抗压回弹模量，收缩指标采用干缩和温缩指标。2 性能参数试验2.1集料级配67集料级配是影响混合料性质的重要因素。本次试验选取了两种级配，分别为：现场水稳基层施工级配规范中

5、值级配，如表1所示。表1 集料的级配范围筛孔尺寸（mm）31.526.5199.54.752.360.60.075规范中值100.095.080.557.039.026.015.03.5施工级配100.099.286.060.037.824.69.40.22.2无侧限抗压强度图1-a 中级配7d无侧限抗压强度图1-b 中级配28d无侧限抗压强度从两种混合料无侧限强度的试验结果可以得出如下结论：（1）水泥剂量是影响无侧限抗压强度的决定性因素，随着水泥剂量的增加，混合料的无侧限抗压强度不断增大；添加乳化沥青后，水泥剂量对强度的影响有所减弱。（2）加入乳化沥青，混合料的无侧限抗压强度降低，乳化沥青剂

6、量越多，降低越大；无侧限抗压强度的降低说明掺加乳液可增强基层的柔性，但乳液含量不宜过高，否则强度过低。（3）水泥乳化沥青稳定碎石的早期强度不如水稳碎石，但随着龄期的增长，其强度增长幅度较水稳碎石大，到了60天以后强度已经接近水稳碎石，这应是随着乳化沥青中水分的挥发，强度逐渐增长。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 从图中可以看出，在水泥剂量相同时，加入不同剂量的乳化沥青，对混合料的劈裂强度影响不大，说明乳化沥青剂量的高低对劈裂强度影响不大。

7、此外，两种混合料的劈裂强度都随着水泥剂量的增多而增强，随着龄期的增长有所增长，但幅度不大。总体说来两种混合料的劈裂强度相当，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相应的抗拉能力。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%102311762.5%9019633.0%8248943.5%7948233.5%0%97411252.5%8879033.0%8128693.5%789849图3 60天抗压回弹模量Figure

8、3 60d compression rebound modulus从图3中不难看出：加入乳化沥青后，混合料的抗压回弹模量降低，并且乳化沥青剂量增加的越多，抗压回弹模量降低的越大。这表明水泥乳化沥青碎石刚度小于水稳碎石，应有利于延缓裂缝的产生。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长而增长，水稳碎石增长幅度较大，随着乳化沥青的增加，增长变慢。2.5干缩系数试验采用10cm×10cm×40cm的小梁试件，养生龄期为7天，养生完毕

9、后在试件上贴上电阻应变片，利用电测法测定干缩系数。试验中环境温度箱的设定温度为+40，读取应变值的时间分别为0、2、4、8、12、24、48小时，在读取应变值的同时，通过称量同处在环境箱中配比相同未贴应变片试件的质量测定试件含水量的变化情况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%0232.52.5%181.03.0%99.44.0%0182.42.5%119.93.0%84.53.5%0148.52.5%111.33.0%71.3从表2中可以明显地看出，水泥剂

10、量取4.0时，平均干缩系数比水泥剂量3.5%要大，而且随着乳化沥青的加入，各种混合料的平均干缩系数都显著降低，抗干缩性能明显提高。2.6温缩系数 试验采用10cm×10cm×40cm的小梁试件，养生龄期为28天，养生完毕后将试件放入105烘箱中烘干12h左右，然后贴上电阻应变片，利用电测法测定不同温度的应变值。试验中环境温度箱的温度设定范围为+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

11、系数4.5%010.372.5%10.433.0%10.704.0%09.762.5%10.113.0%10.473.5%09.692.5%9.863.0%10.26从表3中可以明显地看出，平均温缩系数随着水泥剂量的增加而增大，而随着乳化沥青的加入也略有增大。表明尽管沥青的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、刚度和干缩性能的决定性因素，水泥剂量越高，混合料的强度、刚度越大，干缩性能越差。（2）水泥乳化沥青稳定碎石的抗压回弹模量较水泥剂量相同的水泥稳定碎石降低明显，并且加入的乳化沥青越多，抗压回弹模量降低越大。说明加入乳化沥青后，混合料的刚度降低，更具柔性。（3）干缩试验说明各种混合料的干缩性能在加入乳化沥青后都有不同程度的提高，相同水泥剂量的情况下，加入乳化沥青越多，混合料的干缩应变和干缩系数减小的越多。（4）比起传统的水泥稳定碎石，水泥乳化沥青稳定碎石具有刚度较低，干缩性能增强的特点，克服了水泥稳定碎石的缺点，是一种能很好地能预防裂缝的基层新材料。参考文献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