乳化瀝青—水泥穩定碎石半柔性基層性能研究

李 克 德

(重慶市智翔鋪道技術工程有限公司，重慶 400060)

1 概述

以乳化瀝青混合料形成的半柔性基層具有良好的強度和抗反射裂縫能力，能夠適用于各種等級的瀝青路面。由于乳化瀝青的破乳速度對瀝青混合料的拌和與強度有直接影響，因此國內在進行乳化瀝青混合料拌和時加入水泥，調節乳化瀝青破乳速度，同時提高混合料強度。

乳化瀝青和水泥是影響混合料疲勞性能和抗裂性能的主要因素，本文基于壓實試驗和馬歇爾試驗研究水泥、乳化瀝青、水對混合料強度、施工和易性的影響，確定乳化瀝青—水泥混合料的配合比。測試乳化瀝青—水泥混合料抗壓強度和低溫抗裂等力學性能，分析乳化瀝青、水泥對乳化瀝青—水泥穩定碎石路用性能的影響。

2 原材料與試驗方案

2.1 實驗材料

選擇玄武巖進行級配設計，礦粉為石灰巖礦粉，水泥選擇硅酸鹽水泥，原材料性能和指標如表1，表2所示，乳化瀝青指標見表3。

表1 集料性能指標

表2 水泥性能指標

表3 膠結料的技術指標

2.2 級配

本文選擇三種級配進行配合比設計，如圖1所示，1號級配為ATB-25級配中值，為嵌擠密實型級配；2號為AC-25級配中值，為懸浮密實型級配；3號為JTG D50—2006公路瀝青路面設計規范中懸浮密實型水穩碎石級配中值，與2號級配相比，3號級配細集料含量較高。

2.3 配合比設計

2.3.1水泥摻量

水泥對混合料的強度有顯著影響，在混合料中摻入水泥還能提高乳化瀝青的破乳速度，然而國內外研究表明，過量水泥對混合料的低溫和疲勞性能有不良影響。大量實驗表明，乳化瀝青混合料中的水泥摻量不宜大于2%。本文以1號級配為基礎成型混合料進行劈裂實驗與抗壓強度試驗，水泥摻量為1.5%和2%，乳化瀝青摻量為1.5%,2%,2.5%,3%,3.5%，試驗結果如圖2所示。

由圖2可知，水泥摻量對混合料的力學指標有顯著影響，隨著水泥摻量的提高，混合料的劈裂強度與抗壓強度均增大，以2.5%瀝青摻量為例，當水泥摻量從1.5%增大到2.5%，劈裂強度與抗壓強度提高了60%和48%。適當提高水泥摻量能夠顯著改善混合料的抗裂性能和強度，因此本文確定水泥摻量為2%。

2.3.2最佳流體含量

用水量對混合料的壓實性能有顯著影響，含水率過低或過高均會導致混合料難以壓實。以1號級配為基礎，使用5%乳化瀝青，水泥摻量為2%，調整外摻用水量為1%～6%，進行擊實試驗測試混合料最大干密度曲線，如圖3所示。由于乳化瀝青固含量為61%，因此外摻水量1%～6%對應總流體含量為6%～11%。由圖3可知，混合料的干密度隨流體含量的提高呈先增大后減小的趨勢，當流體含量為8%時，干密度達到最大值，因此確定最佳流體含量為8%。

2.3.3瀝青含量的確定

以馬歇爾穩定度、劈裂強度作為評價混合料性能的指標，基于馬歇爾方法對1號級配進行擊實試驗，測試其力學指標。乳化瀝青摻量為2.5%,3.3%,4.2%,5%,5.8%，根據乳化瀝青固含量換算瀝青摻量為1.5%，2%,2.5%,3%,3.5%，調整外摻水用量，控制總流體含量為8%，水泥摻量為2%。試驗結果如圖4所示。混合料的劈裂強度呈先增大后減小的變化趨勢，在2.5%瀝青用量時達到最大值，因此確定1號級配的最佳瀝青用量為2.5%，折合乳化瀝青用量為4.2%。按此方法確定2號、3號級配的最佳瀝青用量為3%。

3 路用性能試驗結果與分析

3.1 高溫性能

對三種級配的混合料進行車轍試驗，結果如圖5所示。

由車轍實驗可知，不同級配類型的試驗結果之間的差異較小，說明三種級配均能形成良好的嵌擠效果，此外，乳化瀝青—水泥穩定碎石混合料動穩定度均超過3萬次，明顯高于普通瀝青混合料的高溫性能指標。分析其原因是：乳化瀝青—水泥穩定碎石中水泥具有較大的比表面積，能夠吸附混合料中的瀝青，在集料表面形成具有較高強度的粘結層，使混合料在高溫條件下強度提高。

3.2 低溫性能

使用低溫梁彎曲試驗測試混合料的低溫抗裂性能，試驗結果如表4所示。由表4的數據可知，三種級配的低溫抗裂性能由高到低排序為：3號>2號>1號，其中3號級配的低溫性能相對1號級配增大了30%，級配對乳化瀝青—水泥穩定碎石混合料低溫抗裂性能有較大影響。因此，基于混合料的低溫性能考慮，使用懸浮密實型級配有利于提高混合料的低溫抗裂性能。

表4 乳化瀝青—水泥穩定碎石混合料低溫性能試驗結果

3.3 水穩定性

乳化瀝青—水泥穩定碎石瀝青含量較低，水分蒸發后混合料空隙率增大，導致混合料容易產生水損害。本文按照JTJ 052—2010公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程，使用凍融劈裂試驗測試混合料凍融循環前后的劈裂強度M1,M2，研究混合料的水穩定性，試驗結果如表5所示。

表5 乳化瀝青—水泥穩定碎石混合料凍融劈裂試驗結果

由表5可知，不同級配的乳化瀝青—水泥穩定碎石劈裂強度差異較大，1號級配和2號級配的混合料凍融循環前后的劈裂強度均大于3號級配，這是因為1號級配為骨架嵌擠型，2號級配為AC-25中值，相對3號級配粗集料含量較高，容易形成嵌擠結構，使混合料的劈裂強度增大。殘留穩定度TSR指標顯示，2號級配具有良好的水穩定性，凍融循環后混合料的劈裂強度變化幅度較低；3號和1號級配的水穩定性較差。

3.4 抗壓強度與回彈模量

采用單軸壓縮試驗測試混合料的抗壓強度與回彈模量，實驗結果如圖6所示。

從圖6可以看出：三種級配的混合料均在瀝青用量為2.5%時達到峰值抗壓強度，不同級配的瀝青混合料抗壓強度由小到大為1號<3號<2號。

測試3種級配混合料的回彈模量，并實地測試了與水泥穩定碎石、二灰碎石兩種半剛性基層材料的回彈模量，如圖7所示。

2號級配的混合料抗壓回彈模量最大，為798 MPa，3號級配的混合料抗壓回彈模量為622 MPa，不同級配之間抗壓回彈模量無顯著差異，表明級配對混合料的抗壓回彈模量影響較小。對比水泥穩定碎石、二灰碎石的抗壓回彈模量可知，采用無機結合料的混合料抗壓回彈模量是乳化瀝青—水泥穩定碎石混合料的1.5倍～2倍。

4 結語

1)水泥能夠提高混合料的強度，對低溫和疲勞性能有不利影響，通過劈裂試驗與抗壓強度試驗確定2%的水泥適用于對于乳化瀝青—水泥穩定碎石混合料。2)常規性能實驗表明，級配對混合料的高溫性能影響較小，對低溫性能和水穩定性有顯著影響；與ATB-25型級配比，懸浮密實型級配的低溫性能和水穩定性較好。3)無側限抗壓強度試驗表明，懸浮密實型級配粗細集料具有較高的抗壓強度和回彈模量，適合作為乳化瀝青—水泥穩定碎石混合料的礦料級配。ATB級配強度較差，3號級配的試驗結果表明，細集料過多對于混合料強度的形成有不利影響。