水泥乳化瀝青砂漿貫入式半剛性路面強(qiáng)度形成機(jī)理

匡國 王海有

【摘 要】本文介紹了水泥乳化瀝青砂漿貫入式半柔性路面結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，并進(jìn)一步闡述了水泥乳化瀝青砂漿貫入式半柔性路面強(qiáng)度形成的機(jī)理及其特征。

【關(guān)鍵詞】水泥乳化瀝青砂漿；貫入式；半剛性路面；強(qiáng)度形成機(jī)理

[文章編號]1619-2737（2016）05-18-273

【Abstract】This article describes the characteristics of emulsified asphalt cement mortar penetration semi-flexible pavement structure， and further elaborated mechanism and characteristics of emulsified asphalt cement mortar penetration semi-flexible pavement strength of the formation.

【Key words】Emulsified asphalt cement mortar；Penetration formula；Semi-rigid pavement；Strength Mechanism

1. 前言

（1）水泥乳化瀝青砂漿貫入式半剛性路面的施工方法是：首先把級配碎石攤鋪在下承層上，整平穩(wěn)壓后把拌和好的水泥乳化瀝青砂漿貫入碎石間隙中，然后經(jīng)過養(yǎng)生、碾壓等成型即成為半剛性路面。

（2）水泥乳化瀝青砂漿貫入式半剛性路面混合料是在集料中加入一定比例的水泥，利用水泥水化吸水加速乳化瀝青破乳，水泥水化物和瀝青交織裹覆集料形成的立體網(wǎng)絡(luò)，提高乳化瀝青混凝土的早期強(qiáng)度和高溫穩(wěn)定性。水泥乳化瀝青砂漿貫入式半剛性路面混合料以乳化瀝青和水泥這兩種性質(zhì)差異很大的材料作為結(jié)合料，其強(qiáng)度和剛度均比普通瀝青混凝土高，但比水泥混凝土低，其力學(xué)特點(diǎn)在于剛?cè)岵?jì)，以柔性為主，兼具剛性，所以也被稱為半柔性路面材料或半剛性路面材料。

2. 水泥乳化瀝青砂漿貫入式半剛性路面強(qiáng)度形成機(jī)理

水泥乳化瀝青砂漿貫入式半剛性路面的強(qiáng)度主要由兩部分構(gòu)成：一是由骨料之間的摩擦力提供的強(qiáng)度；二是由水泥瀝青復(fù)合材料的粘聚力和凝聚力提供的強(qiáng)度。

2.1 摩擦力提供的強(qiáng)度。

（1）在半剛性路面?zhèn)鹘y(tǒng)施工工藝情況下，粗集料都要么先與膠結(jié)料（瀝青或水泥或兼而有之）拌和，要么在骨架空隙型的瀝青路面中貫入乳漿，這些都使粗集料周圍沾滿膠結(jié)料，然后再做成路面，這樣形成的路面結(jié)構(gòu)中承重骨架形式是：“石——瀝青——石”、或“石——薄層水泥石——石”、或“石——瀝青+薄層水泥石——石”；而在水泥乳化瀝青砂漿貫入式半剛性路面中，粗集料先嵌擠鎖結(jié)，最小距離的接近，最大面積的接觸，水泥乳化瀝青砂漿在貫入的過程中不會把粗骨料形成的骨架撐開，骨架形式基本是：“石——石”。 “石——石”骨架結(jié)構(gòu)與“石——瀝青——石”或“石——薄層水泥石——石”或“石——瀝青+薄層水泥石——石”相比，骨架能提供的摩擦力達(dá)到最大，抗壓強(qiáng)度和抗剪切強(qiáng)度都高得多。

（2）圖1是在瀝青混凝土路面上做水泥乳化瀝青砂漿路面取心的照片，上部為水泥乳化瀝青砂漿貫入式路面結(jié)構(gòu)，骨料排列緊密，形成“石——石”骨架結(jié)構(gòu)；下部為瀝青混凝土路面結(jié)構(gòu)，骨料懸浮于瀝青膠漿中，形成“石——瀝青——石”結(jié)構(gòu)。

2.2 粘聚力和凝聚力提供的強(qiáng)度。

水泥乳化瀝青砂漿貫入式半剛性路面由粘聚力和凝聚力提供的強(qiáng)度的形成包括水泥水化和乳化瀝青破乳兩個(gè)環(huán)節(jié)，兩者均為物理——化學(xué)反應(yīng)，而且相互之間是交叉進(jìn)行的。

2.2.1 水泥水化。

水泥水化在水泥表面的鋁酸鹽礦物和石膏溶于水生成鈣礬石，沉積在水泥顆粒表面形成薄膜包裹層，水泥顆粒相互吸引，形成絮狀結(jié)構(gòu)，終凝結(jié)束水化反應(yīng)仍在繼續(xù)進(jìn)行，生成的各種水化物不斷地填充水泥漿絮凝結(jié)構(gòu)中的孔隙，使膠體更加緊密，強(qiáng)度逐漸增大。

2.2.2 瀝青乳化破乳。

乳化瀝青屬于熱力學(xué)不穩(wěn)定體系，最終平衡應(yīng)該是油水分離，破乳是其必然結(jié)果。乳化瀝青與集料拌和時(shí)的破乳可分為在集料表面的破乳和乳化瀝青自身的聚結(jié)破乳。乳化瀝青在集料表面的破乳是乳化瀝青與礦料接觸后，由于離子電荷的吸附（這是瀝青顆粒與集料結(jié)合的一種重要力量，促使強(qiáng)度的形成）和水份的擠出，許多瀝青微滴相互聚結(jié)，成為連續(xù)整體薄膜的過程；乳化瀝青自身的聚結(jié)破乳是乳化瀝青中膠團(tuán)因發(fā)生不可逆的聚結(jié)破壞，油水分離，最終使瀝青成為連續(xù)相的過程。

2.2.3 結(jié)合料在強(qiáng)度形成中的作用。

2.2.3.1 水泥的作用。

水泥在路面混合料強(qiáng)度形成過程中的重要作用除了加速乳化瀝青的破乳速率以外，還有以下以下幾方面：（1）水泥水化產(chǎn)物形成空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)對混凝土的“加筋”作用，；（2）水化物切斷混凝土內(nèi)部相連的微孔，形成均勻密實(shí)，孔隙閉合的整體，提高了混凝土的總體強(qiáng)度，同時(shí)水泥水化時(shí)體積增加，生成的水化產(chǎn)物填充了乳液中水分蒸發(fā)形成的空隙，使混凝土更加密實(shí)，也相應(yīng)地提高了混凝土的穩(wěn)定性和耐久性；（3）加入少量水泥后，乳化瀝青與集料粘附等級將會提高，乳化瀝青一集料粘附性能得到提高。

2.2.3.2 水泥、乳化瀝青共同的作用。

（1）在水泥乳化瀝青砂漿貫入式半剛性路面新拌混合料中，水泥的水化作用和乳化瀝青的破乳這兩個(gè)過程是同時(shí)發(fā)生，相互促進(jìn)，交互作用，所形成的水泥石和瀝青相互填充，相互包裹，相互交叉，是一種新型的二級網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，填充于骨料所形成的一級網(wǎng)架之間，而且與骨料緊密膠結(jié)，形成剛?cè)嵯酀?jì)的空間網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，強(qiáng)化了路面抵抗變形的能力。

（2）水泥水化產(chǎn)物使得水泥漿體中固相比列增大，提高早期強(qiáng)度，同時(shí)較多的反應(yīng)產(chǎn)物會填補(bǔ)漿體一集料界面區(qū)內(nèi)的空隙，增強(qiáng)界面區(qū)強(qiáng)度，提高路面整體性能。因而，與瀝青混凝土相比，水泥乳化瀝青砂漿貫入式路面具有較高的強(qiáng)度；但由于乳化瀝青中的瀝青含量較高，油分較大，而且瀝青與水泥的粘附性比與集料的粘附性強(qiáng)，故水泥乳化瀝青混合料中的部分乳化瀝青與水泥會凝聚成團(tuán)，對混合料強(qiáng)度的形成產(chǎn)生一定影響，防止路面強(qiáng)度過高。

2.3 水泥乳化瀝青混合料漿體——集料界面區(qū)結(jié)構(gòu)特征。

（1）在乳化瀝青混合料中，是否使用水泥將引起混合料路用性能的變化，也會使?jié){體及漿體一集料界面區(qū)微觀結(jié)構(gòu)和性能發(fā)生變化；漿體及界面區(qū)結(jié)構(gòu)與性能的變化又可以解釋混合料路用性能變化的原因或機(jī)理。

（2）在乳化瀝青混合料中，摻加水泥后的乳化瀝青混合料漿體一集料界面間距減小，界面區(qū)出現(xiàn)較為明顯的凝膠，增加了漿體-集料界面的粘附性能；而且乳化瀝青混凝土摻加水泥后，界面區(qū)單純的光滑的瀝青漿體變的有突起，立體結(jié)構(gòu)較強(qiáng)，與集料的粘附面積增大。因此，相同乳化瀝青用量條件下，隨著水泥用量的增加，混合料水灰比降低，生成了較多的凝膠物質(zhì)，增加了漿體本身的強(qiáng)度及漿體一集料界面粘附性能，提高了混凝土的穩(wěn)定度、抗壓強(qiáng)度等力學(xué)性能，改善了路面的高溫穩(wěn)定性、低溫抗裂性和水穩(wěn)性等性能。

3. 小結(jié)

綜上所述，水泥乳化瀝青砂漿貫入式半剛性路面的強(qiáng)度主要是由骨料之間的摩擦力和水泥乳化瀝青的凝聚力及粘聚力形成的。

水泥乳化瀝青砂漿貫入式半剛性路面形成了“石-石”結(jié)構(gòu)，并且改善了水泥乳化瀝青混合料漿體——集料界面區(qū)結(jié)構(gòu)特征，骨料之間的摩擦力和骨膠之間的粘結(jié)力都達(dá)到最大值，路面獲得了強(qiáng)大的抗壓強(qiáng)度和抗剪強(qiáng)度，路面的承載能力和高溫穩(wěn)定性大幅度提高。因此，水泥乳化瀝青砂漿貫入式半剛性路面結(jié)構(gòu)能夠保證路面具有足夠的強(qiáng)度，有效防止高溫下瀝青軟化時(shí)混合料產(chǎn)生過大的變形或者位移。

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