水泥對微表處路用性能影響的研究

2017-04-08 08:13:07尚志剛

城市道橋與防洪 2017年3期

尚志剛

（天津城建設計院有限公司，天津市 300122）

水泥對微表處路用性能影響的研究

尚志剛

（天津城建設計院有限公司，天津市 300122）

目前，我國的高速路網已經很完善，許多高速公路也已進入維修養護期，瀝青路面的養護技術也越來越受到重視。微表處技術自引入國內以來以節能環保、施工方便、造價低、開放交通快、使用壽命長等優勢而得到廣泛推廣。影響微表處混合料的因素有很多，就添加劑水泥這一因素進行了具體的室內試驗，并從可拌和時間、粘聚力指標、濕輪磨耗值和低溫抗裂性分析總結了水泥對微表處乳化瀝青混合料路用性能的影響規律，并對微表處施工工藝提供指導依據。

微表處；乳化瀝青；水泥；路用性能

0 引言

微表處是一種路面維修養護技術，它能夠有效的提高公路路面的平整度、抗滑和耐磨性，提高路面的使用壽命，減少養護費用，因此，在道路養護中被廣泛應用[1]。微表處混合料的性能容易受到外部環境和組成成分的影響，其中任何一種因素的變化都有可能對其性能產生較大的影響，而混合料的穩定性、耐磨耗性能等會直接影響道路的路用性能。

添加劑是影響微表處性能的一個重要因素，有效地使用添加劑不僅可以調節微表處混合料破乳速度、早期強度、開放交通時間等性能，而且還能在一定程度上改善其路用性能。添加劑一般分為促凝和緩凝兩種，促凝劑可以加速混合料的破乳速度，縮短開放交通時間，緩凝劑可以增強混合料在拌和與施工過程中的穩定性[2]。常采用的添加劑有水泥、熟石灰、無機鹽類等。本文著重從水泥這種添加劑入手，研究其對微表處乳化瀝青混合料路用性能的影響。

1 微表處乳化瀝青混合料路用性能的評價指標

1.1 可拌合時間

微表處混合料是冷拌冷鋪的混合料，施工過程中呈稀漿狀態，攤鋪后乳化瀝青迅速破乳，使混合料迅速固化成型以滿足開放交通的需要，這就要求微表處混合料必須有合理的可拌和時間。從拌和到攤鋪一般需要30～50 s，拌和后當混合料變稠，表面破乳時所需要的時間即為可拌和時間。借鑒國外技術并結合我國微表處技術的施工經驗，我國技術規范一般要求在25℃條件下可拌和時間不低于120 s。

1.2 粘聚力

微表處混合料的粘聚力是表征混合料成型速度和開放交通時間的重要指標。相同時間內，粘聚力越大，混合料成型速度越快，早期強度越高[3]。國際稀漿封層微表處技術指南中規定，30 min的粘聚力不得低于1.2 N·m（凝固時間），60 min的粘聚力不得低于2.0 N·m（開放交通時間）[4]。本文采用粘聚力儀測試微表處混合料的粘聚力。

1.3 濕輪磨耗值

濕輪磨耗試驗既可以檢驗微表處混合料各個組分的配比、確定瀝青的用量也可以對成型后混合料的耐磨耗能力、水穩定性進行評價[5]。通常采用浸水1 h的濕輪磨耗值來評價微表處混合料的耐磨耗能力，采用浸水6 d的濕輪磨耗值用于評價水穩定性。

1.4 低溫抗裂性

目前國內外尚沒有比較完善的試驗方法和指標體系來評價微表處的混合料低溫抗裂性。本文借鑒SHRP成果中的BBR試驗，用在自制膠漿小梁試件中部加載荷載時，一定時間內產生的彎曲變形來衡量微表處混合料的低溫性能，該方法可以有效地反應出瀝青膠漿的低溫柔、韌性，試件的彎曲變形越大則代表低溫抗裂性能越好。

2 混合料的選擇

本文通過對混合料進行濕輪磨耗試驗和荷載車轍試驗，確定微表處的級配組成見表1；研究中采用兩種乳化瀝青，兩種乳化瀝青的乳化劑分別為：進口乳化劑A和國產乳化劑B，兩種乳化瀝青的基質瀝青均為SK-90。采用兩種乳化瀝青拌和形成的混合料分別編號為：A和B，通過對A、B兩種混合料進行試驗來研究水泥對微表處混合料性能的影響。

表1 混合料級配組成

3 水泥對微表處混合料的影響

3.1 水泥用量對可拌和時間的影響

通常，在混合料中摻入水泥可以改善其可拌合性能，為研究水泥含量對微表處混合料對可拌和時間的影響，在保持其它試驗條件不變的情況下，在兩種混合料中摻入劑量分別為0、0.5%、1.0%、1.5%、2.0%、2.5%的硅酸鹽水泥進行拌合，通過試驗得到可拌和時間在不同水泥用量下的變化趨勢，見圖1。

圖1 可拌和時間隨水泥用量的變化趨勢

從圖1我們可以看出，水泥用量對混合料的可拌和時間影響沒有明顯的規律性。對于A混合料來說，可拌和時間隨著水泥用量的增大呈現出先增長后下降的趨勢，而B混合料則呈現出先下降后增長再下降的趨勢。這是因為水泥拌和在混合料時會發生物理和化學兩種反應，水泥極易吸水，不僅可以增大乳化瀝青的稠度還可以促進乳化瀝青破乳的速度，從而提高其早期強度。發生化學反應時，水泥的增多會降低集料表面的電勢，起到延緩破乳的作用，兩種反應哪個占主導地位，該反應就會對可拌和時間產生主導的影響。因此，施工時水泥最佳用量需要根據大量的試驗來確定，并在在可拌和時間、提高早期強度和加速破乳時間之間找到一個平衡點，使得微表處混合料的性能達到最佳。

3.2 水泥用量對粘聚力的影響

為研究水泥用量對粘聚力的影響，在混合料中分別摻入比例為0、0.5%、1.0%、1.5%、2.0%、2.5%、3%的水泥，考慮到水泥劑量對可拌和時間的影響，此處的水泥為內摻。然后對混合料分別進行粘聚力試驗，分測其在30 min和60 min的粘聚力，并觀察試件的破壞程度，試驗結果見圖2和圖3。

圖2 微表處混合料30 min粘聚力隨水泥用量的變化趨勢

圖3 微表處混合料60 min粘聚力隨水泥用量的變化趨勢

由圖2、圖3可以看出：（1）隨著水泥用量的增多，微表處混合料的30 min和60 min粘聚力都成增大的趨勢，說明混合料的成型速度和早期強度形成都會隨著水泥劑量增大而增快；（2）水泥劑量對混合料粘聚力的影響有所差異，如A混合料在1.5%～2.0%之間時增長最快，而B混合料在水泥劑量2.0%～2.5%之間時增長最快，這說明每一種混合料都對水泥用量有各自的敏感區域；（3）通過對試驗后的試件觀察發現，水泥用量越多，試件上出現的裂紋越明顯也越多，水泥用量為1%時試件沒有裂縫，2%時出現輕微裂縫，而3%時出現了較多裂縫，說明水泥用量過大會降低微表處混合料的抗裂性能，使其容易產生裂縫甚至斷裂。

3.3 水泥對濕輪磨耗值的影響

本試驗將A、B兩種混合料按照規定制作成試件，為了保證數據的可靠性，將A、B混合料分別制成6組，其中三組用于浸水1 h濕輪磨耗試驗，另外三組需成型后在25℃水中浸泡6 d再用于進行濕輪磨耗試驗。試驗結果見圖4、圖5。

圖4 水泥對1 h濕輪磨耗值的影響

圖5 水泥對6 d濕輪磨耗值的影響

從圖4可以看出，無論是A混合料還是B混合料，添加了水泥的1 h濕輪磨耗值明顯高于不加水泥的混合料，說明混合料中加入適量的水泥可以提高混合料的抗磨耗能力。從圖5可以看出添加水泥混合料6 h的濕輪磨耗值也高于不加水泥的混合料，這說明適當的加入水泥不僅可以提高混合料的耐磨耗能力還能提高其水穩定性。

3.4 水泥對低溫抗裂性的影響

本試驗分別將A、B兩種混合料利用礦粉和乳液蒸發殘留物的比例分別為 0.8:1、1.0:1、1.2:1、1.4:1、1.6:1、1.8:1進行拌和，然后再分別分成兩組，一組摻入水泥，水泥用量為膠粉的1/5，另一組不加水泥。將混合料成型成小梁，小梁的尺寸為140 mm×12 mm×7 mm，置于溫度為5℃的水中達1 h，然后進行彎曲試驗。A混合料、B混合料的試驗結果分別見圖6、圖7。

由試驗結果可以看出，隨著粉膠比的增大，添加水泥和不加水泥的A、B混合料低溫時的彎曲變形都呈現出下降的趨勢，說明粉膠比越小，混合料的低溫抗變形能力越好。而且從圖6、圖7中也可以看出，添加水泥的混合料抗變形能力強于比不添加水泥的混合料，但是粉膠比小于1.2：1時，效果更明顯，隨著粉膠比增大兩者抗變形能力越接近。所以在施工時考慮混合料的低溫抗變形能力，盡量選用較小的粉膠比，適當加入一定量的水泥能夠起到改善微表處混合料低溫抗裂性能的作用。