水泥代替礦粉對瀝青混凝土路用性能影響分析

王 衛(wèi) 顧麗華

(南京理工大學(xué)泰州科技學(xué)院，江蘇泰州 225300)

0 引言

近年來隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，我國的公路得到了飛速發(fā)展，而瀝青混合料由于其優(yōu)異的性能在公路建設(shè)中得到了廣泛的應(yīng)用。但在使用過程中也暴露了一些問題，如隨著交通量的增長，路面性能不足，會出現(xiàn)車轍，裂縫，龜裂等病害，同時道路安全隱患也會不斷出現(xiàn)，這些都對瀝青路面提出更高的使用要求。并且在我國，瀝青路面的實(shí)際使用年齡要比設(shè)計(jì)年齡短很多，大約三年就需要維修，而十年就需要大面積整修，這樣就使得國家對道路的維修費(fèi)用與建造費(fèi)用持平［2］。而造成這些情況主要還是因?yàn)闉r青混凝土的路用性能較差。因此，如何提高瀝青混凝土的路用性能顯得尤為重要。近年來，通過國內(nèi)外的研究發(fā)現(xiàn)，采用不同劑量的水泥來代替礦粉作為填料，對瀝青混凝土的路用性能能夠產(chǎn)生較大的影響。因此，本文通過實(shí)驗(yàn)來探索水泥作為填料代替礦粉對于瀝青混凝土路用性能的影響規(guī)律，以期為瀝青混凝土路用性能的改善提供依據(jù)。

1 水泥對瀝青混凝土路用性能的影響機(jī)理分析

水泥作為填料可以提高瀝青混凝土的路用性能，水泥對于瀝青混凝土的影響機(jī)理如下:

瀝青中含有一定的樹脂成分，樹脂是酸性材料，其使得瀝青具有粘結(jié)性與塑性，而水泥是堿性材料，能夠增加瀝青與集料之間的粘結(jié)力。水泥具有遇水能夠迅速硬化的性質(zhì)，水泥顆粒分布在集料表面的瀝青中能夠攔截水分子并且水化，隨著水化物的增加，能夠形成保護(hù)屏障，進(jìn)而使得瀝青與集料之間的粘附力增大。

另外水泥相對礦粉來說是一種活性較高的堿性材料，它不但可以滿足礦粉所具有的所有要求，而且pH值還很高。當(dāng)把水泥加入瀝青中后，水泥會和瀝青產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，生成的材料粘附性比瀝青混合料更大。另外，水泥作為建筑材料，其不規(guī)則程度相對較為顯著。并且水泥表面的空隙很大，能夠使得瀝青質(zhì)進(jìn)入裂縫和空隙中，從而使得稠度增加，這在很大程度上提高了瀝青混凝土的高溫穩(wěn)定性、低溫穩(wěn)定性與水穩(wěn)定性。

2 水泥含量對瀝青混凝土路用性能影響分析

2.1 實(shí)驗(yàn)方案及原材料

研究瀝青混凝土的路用性能主要從高溫穩(wěn)定性，低溫穩(wěn)定性以及水穩(wěn)定性三個方面考慮。因此可以通過馬歇爾實(shí)驗(yàn)來研究瀝青混凝土的高溫穩(wěn)定性，通過低溫劈裂實(shí)驗(yàn)來研究瀝青混凝土的低溫穩(wěn)定性，通過凍融劈裂實(shí)驗(yàn)來研究瀝青混凝土的水穩(wěn)定性，本次實(shí)驗(yàn)方案主要分別采用水泥來代替0%，20%，40%，60%，80%，100%的礦粉作為填料進(jìn)行上述實(shí)驗(yàn)，進(jìn)而分析實(shí)驗(yàn)規(guī)律。本次實(shí)驗(yàn)中采用的原材料主要有水泥，石油瀝青，礦粉，集料。水泥采用的是P.C32.5級復(fù)合硅酸鹽水泥，石油瀝青采用的是標(biāo)號為70號的石油瀝青，礦粉與集料則采用普通材料。瀝青混凝土采用AC-13型，馬歇爾試件按JTG E20-2011公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程要求制備，試件直徑Ф=101.6 mm，高度(63.5±1.3)mm，采用兩面擊實(shí)各50次。對馬歇爾實(shí)驗(yàn)和殘留穩(wěn)定度試驗(yàn)采用兩面擊實(shí)50次，對凍融劈裂試驗(yàn)采用兩面擊實(shí)50次。

2.2 水泥代替量對于高溫穩(wěn)定性的影響

瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性是指瀝青混凝土在高溫作用下，能夠抵抗車輛荷載但不會發(fā)生很明顯的不可恢復(fù)的變形，并且能夠保證路面平整度的特性。本次通過馬歇爾實(shí)驗(yàn)來研究水泥代替礦粉對于瀝青混合料高溫穩(wěn)定性的影響，分別用0%，20%，40%，60%，80%，100%的水泥代替礦粉作為填料，實(shí)驗(yàn)測得穩(wěn)定度和空隙率結(jié)果見圖1，圖2。

圖1 穩(wěn)定度隨水泥替代礦粉量的變化規(guī)律

圖2 空隙率隨水泥替代礦粉量的變化規(guī)律

通過圖1可以發(fā)現(xiàn)，在AC-13型級配中以水泥代替礦粉時馬歇爾穩(wěn)定度隨著水泥用量的增加先增加后下降，呈現(xiàn)一個開口向下的拋物線的趨勢，當(dāng)水泥替代量達(dá)到60%時，穩(wěn)定度與流值達(dá)到最佳。而空隙率的變化趨勢剛好相反，隨著水泥用量的增加，空隙率先下降后上升，并且在水泥用量為礦粉用量的40%時達(dá)到最小，也就是說此時，瀝青混合料最密實(shí)。

2.3 水泥代替量對于低溫穩(wěn)定性的影響

低溫抗裂性能是指瀝青混合料抵抗低溫開裂的能力。本次通過低溫劈裂實(shí)驗(yàn)來研究水泥代替礦粉對于瀝青混合料低溫穩(wěn)定性的影響，分別用0%，20%，40%，60%，80%，100%的水泥代替礦粉作為填料，實(shí)驗(yàn)測得低溫劈裂強(qiáng)度隨著水泥不同劑量代替礦粉的變化規(guī)律如圖3所示。

由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)(見圖3)，AC-13型瀝青混凝土的劈裂強(qiáng)度隨著水泥代替量的增加而先增大后下降，呈現(xiàn)一個開口向下的拋物線的趨勢，當(dāng)水泥用量達(dá)到60%時，瀝青混凝土劈裂強(qiáng)度最大。因此，對瀝青混凝土而言，用水泥代替40%～80%礦粉后，能夠有效提高瀝青混凝土的低溫劈裂強(qiáng)度，進(jìn)而改善瀝青混凝土的低溫穩(wěn)定性。

圖3 低溫劈裂強(qiáng)度隨水泥替代礦粉量的變化規(guī)律

2.4 水泥代替量對于水穩(wěn)定性的影響

瀝青路面水損害是一個在道路工程中普遍存在的問題，水損害經(jīng)常發(fā)生在冰凍的北方地區(qū)和多雨的南方地區(qū)。本次實(shí)驗(yàn)通過凍融劈裂實(shí)驗(yàn)來研究水泥代替量對于瀝青混合料水穩(wěn)定的影響，分別用0%，20%，40%，60%，80%，100%的水泥代替礦粉作為填料，實(shí)驗(yàn)測得影響規(guī)律如圖4所示。

圖4 凍融劈裂強(qiáng)度比隨水泥替代礦粉量的變化規(guī)律

由圖4可知，對AC-13型級配，摻入水泥后，瀝青混凝土的劈裂強(qiáng)度隨著水泥用量的增加而增大，當(dāng)水泥替代量為80%時劈裂強(qiáng)度達(dá)到最大，然后增加的幅度開始變小，在水泥用量為80%時，劈裂抗拉強(qiáng)度比達(dá)到峰值。因此，通過凍融劈裂實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)水泥替代量為80%時，瀝青混凝土的水穩(wěn)定性達(dá)到最佳。

3 結(jié)語

通過實(shí)驗(yàn)可以發(fā)現(xiàn)當(dāng)通過浸水馬歇爾實(shí)驗(yàn)來檢定瀝青混凝土的高溫穩(wěn)定性時，水泥代替礦粉的含量應(yīng)該控制在40%～60%之間，可以使得瀝青混凝土的高溫穩(wěn)定性達(dá)到最優(yōu)，當(dāng)把水泥代替礦粉的含量控制在40%～60%之間時，瀝青混凝土的低溫穩(wěn)定性得到較好地改善，當(dāng)水泥代替礦粉時，瀝青混凝土的水穩(wěn)定性能夠得到較大的提高，同時根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，特別是當(dāng)水泥含量控制在80%時，瀝青混凝土的水穩(wěn)定性達(dá)到最優(yōu)，因此對于瀝青混凝土的不同路用性質(zhì)，水泥代替礦粉的含量也會相對不同，在實(shí)際使用中應(yīng)該充分考慮各種因素造成的影響。

［1］ 申愛琴.道路工程材料［M］.北京:人民交通出版社，2011.

［2］ 牛涵琪.水泥瀝青混合料路用性能的試驗(yàn)研究［D］.長春:吉林大學(xué)碩士論文，2012.

［3］ 趙國榮.高速公路瀝青混凝土路面透水病害防治措施研究［D］.天津:河北工業(yè)大學(xué)碩士論文，2006.