水泥－乳化瀝青復合膠凝材料研究和應用現狀及前景分析

1引言

隨著我國道路建設的快速發展，膠凝材料作為一種重要的建筑材料，其性能要求也隨之不斷提高。水泥是一種剛性無機膠凝材料，具有良好的強度和穩定性，在水化反應后，具有較高的強度，但抗變形能力差，易發生開裂。而瀝青屬于柔性膠凝材料，具有良好的延展性，抵抗變形能力較強，但耐候性差、強度低，在高溫時容易軟化，低溫時又易脆裂。

基于上述傳統水泥基材料和瀝青材料在單獨使用時各自存在的局限性，水泥－乳化瀝青復合膠凝材料(Cement-Emulsified AsphaltComposite，CEAC）進人交通和建筑領域的視野。它兼具水泥的高強度、良好耐候性和耐久性，以及瀝青的柔韌性與抗變形能力，能更好地滿足工程需求。此外，水泥－乳化瀝青復合膠凝材料在一般工業固體廢棄物的資源化應用領域也可發揮出更為突出的作用。因此，對其開展深人研究具有十分重要的現實意義。

2水泥－乳化瀝青復合膠凝材料的基本特性

在水泥－乳化瀝青復合膠凝材料中，水泥水化后生成的水化硅酸鈣凝膠等產物，構成了材料中的剛性部分，為復合膠凝材料及其混合料提供了強度和耐久性。

而其中的乳化瀝青成分，在破乳后，會逐漸凝聚并相互交織，形成連續的瀝青網絡結構，賦予材料柔韌性與抗變形能力，讓整體材料在面對外力作用時，能夠通過自身的黏彈特性來緩沖和適應變形。

在上述復合體系的交互作用下，水泥-乳化瀝青復合膠凝材料具有了綜合水泥與乳化瀝青的優良性能，無論在乳化瀝青為主的道路材料中，還是在水泥為主的建筑混凝土類材料中，其強度、高溫穩定性、低溫抗裂性以及水穩定性等多方面均優于單一體系材料，這也充分體現了其在實際道路工程應用中的價值。

3國內外研究情況

在水泥-乳化瀝青復合膠凝體系中，水泥和乳化瀝青屬于兩種性質差別較大的膠凝材料，在融合過程中，兩者之間存在著復雜的交互作用：乳化瀝青中的水和乳液會影響水泥的水化過程，同時水泥的水化反應也會影響乳化瀝青的破乳過程。對此，國內外專家學者開展了一系列研究。

PouliotN等的研究顯示，在乳化瀝青摻量控制在20% 時，陰離子乳化瀝青會明顯地抑制水泥的水化反應，水化熱的產生會大幅降低;J.Plank等采用zeta電位等試驗，測定了水泥顆粒表面的吸附量等指標，研究得出，通過螯合作用，陰離子聚合物乳液吸附了水泥顆粒中的大量鈣離子，從而顯著降低了體系的zeta電位絕對值。MGretz等人在研究水泥漿液中乳化瀝青的高分子乳液的成膜過程時發現，陰離子乳液的微粒表面吸附了鈣離子，在阻礙高分子乳液大分子擴散的水泥漿液中形成界

面相，從而延緩了高分子乳液的成膜過程。

在國內，王發洲8等通過Zeta電位測定、水化熱測定、掃描電鏡等試驗，提出了水泥與陽離子乳化瀝青之間的相互作用模型。劉云鵬等研究得出，在水泥-乳化瀝青復合膠凝體系中，水泥對乳化瀝青的吸附會加快乳化瀝青的破乳；同時，水泥水化消耗的水分也會促進乳化瀝青中的瀝青乳液顆粒破乳并形成團聚。此外，水泥水化反應生成的產物會造成瀝青顆粒表面的雙電層變薄，同時引起其zeta電位降低。

綜合研究現狀發現，國內外的研究學者目前對水泥-乳化瀝青復合膠凝材料的研究主要集中于復合材料的力學性能、流變性等方面，而對乳化瀝青-水泥復合膠凝材料中各組分之間的交互作用機理還沒有明確的結論。

4工程應用現狀

4.1高鐵建設應用

水泥-乳化瀝青砂漿(Cement-AsphaltMortar，簡稱CA砂漿）作為高速鐵路板式無砟軌道的核心材料，在我國高鐵建設領域中得到廣泛應用。CA砂漿主要用作高速鐵路無砟軌道的填充材料，灌注在軌道板和混凝土底座之間的狹長、扁平的結構內[。主要作用包括：施工調整，傳遞荷載，并吸收列車在高速運行中產生的振動以及約束軌道板。其優異的緩沖性能、協調變形能力以及防水能力，有效緩解了列車高速運行帶來的振動沖擊，顯著提升了軌道結構的穩定性和耐久性。

4.2道路工程應用

4.2.1水泥－乳化瀝青穩定基層

在我國道路建設中，水泥－乳化瀝青復合膠凝材料在道路基層建設的應用取得了一定成效。水泥－乳化瀝青穩定基層，相較于傳統的半剛性基層材料，其抗壓強度能更好地應對車輛荷載帶來的壓力，有效避免了路面出現凹陷、變形等問題；解決了傳統水泥穩定材料剛度較大帶來的反射裂縫問題，使基層在承受車輛反復碾壓以及溫度變化產生的應力時，能夠通過自身的黏彈特性進行緩沖，減少了裂縫的產生與擴展，極大地增強了基層的整體穩定性。同時，在抗水損害方面，水泥本身的抗滲性結合乳化瀝青滲透到石料孔隙中形成防水層的特性，二者相輔相成，有效阻正了水分的滲入，避免了因水分侵蝕導致基層軟化、唧泥等病害的出現，保障了道路基層在復雜水文地質條件下的長期穩定，進而提升了道路整體結構質量，為面層提供了堅實可靠的支撐。

4.2.2冷再生路面技術

通過將廢舊路面材料(RAP)與水泥、乳化瀝青、水等混合，形成水泥-乳化瀝青復合膠凝體系的冷再生混合料，實現資源循環利用，這種技術不僅環保節能，還能顯著提高道路修復效率和質量。在此混合材料體系中，水泥提供早期強度，乳化瀝青改善混合料柔性，降低溫度敏感性，可有效提升道路路面的壽命和安全性。

4.3橋梁工程應用

在橋梁的橋面鋪裝層修復與加固中，通過冷拌工藝將水泥-乳化瀝青復合材料鋪筑于橋面，形成兼具剛柔特性的功能層。乳化瀝青的滲透性可填充橋面微裂縫，柔韌性則可以適應橋梁在承受交通荷載和溫度變化等產生的微小變形，避免修補處再次因應力集中而出現裂縫；C-S-H凝膠等水泥的水化產物提供剛性支撐，兩者協同作用提升抗車轍和抗疲勞性能。同時，乳化瀝青還能起到一定的防水作用，將該材料用作橋面防水及防腐涂層，可防止水分進一步侵蝕橋梁內部的鋼筋等結構，增強了橋梁結構的耐久性，有效保障了交通運輸的安全。

5不足與展望

盡管水泥－乳化瀝青復合膠凝材料在諸多方面展現出顯著優勢并取得了一定的研究與應用成果，但目前仍存在一些不足之處，有待進一步探索和完善。

5.1存在的不足

5.1.1路用性能仍有待加強

隨著現代交通流量的不斷增大以及道路使用年限的增長，水泥－乳化瀝青復合膠凝材料在道路工程的應用中面臨著更大的壓力，對材料的各方面性能提出了更高的要求。乳化瀝青的加入雖能提升材料的柔韌性，但會導致早期強度顯著降低。此外，水泥－乳化瀝青復合膠凝材料的力學性能受溫度影響較大，低溫環境下易發生脆性斷裂，而高溫環境下瀝青相的老化會加速材料性能退化。因此，如何激發復合膠凝材料中的兩種組分的最大性能優勢，是一項復雜而困難的工作。

5.1.2微觀機理與界面作用研究不足

目前對水泥水化產物與瀝青的界面相互作用機制尚不明確，乳化瀝青的破乳和水泥水化反應之間的相互影響機制也在探索中。因此，在應用中，材料設計多依賴經驗而非理論指導，常出現混合料分層或強度不均。

5.1.3規范與標準化缺失

目前，尚未形成完備的乳化瀝青-水泥復合膠凝材料的標準化體系。我國現行的標準體系中，只有針對乳化瀝青、水泥等單一材料的標準，缺乏針對水泥－復合膠凝材料的標準，同時，也缺乏設計規范、性能評價指標、檢測試驗規程、施工指南、施工設備標準等配套標準提供有力支持，限制了其工程推廣。

5.2未來展望

5.2.1技術研究方向

借助SEM、XRD等微觀分析技術，加深對水泥與乳化瀝青在不同條件下的相互作用微觀機理研究，探索材料結構與性能的關系。為滿足不同應用場景的特定性能需求，實現定向設計和精準調控材料性能，進而開發出性能更加優異、針對性更強的復合材料產品

另一方面，水泥-乳化瀝青復合膠凝材料常溫拌合和施工，奠定了其在低碳環保材料領域的應用基礎。結合粉煤灰、鋼渣等工業廢渣的資源化應用，制備綠色環保復合材料，全方位降低材料生產和使用全生命周期對環境的影響，契合我國“雙碳\"政策，助力產業綠色發展。

5.2.2應用拓展方向

在提升水泥－乳化瀝青復合膠凝材料性能的基礎上，可積極拓展在交通基礎建設、城市建設、海洋工程等領域的應用。利用其高抗壓強度和抗車轍性能，開發適用于機場跑道的高性能復合膠凝材料，滿足飛機起降的高承載、高抗沖擊等嚴苛要求。通過優化復合膠凝混合材料的孔隙結構，開發適用于海綿城市透水路面的材料，實現雨水快速滲透與地下水補給，緩解城市內澇；開發耐鹽霧腐蝕的復合材料，用于跨海大橋或海上平臺防護等，解決海水腐蝕、海浪沖擊等帶來的材料耐久性問題。

5.2.3標準化體系建設

構建“材料研發－設備配套-工程應用”一體化產業鏈，將產業鏈中的各關鍵環節分別建立標準，從材料標準、設計規范、施工指南、檢測指標等多個環節，建立水泥－乳化瀝青復合膠凝材料的標準化體系。緊跟行業發展前沿技術，結合3D打印、無人攤鋪等先進技術，制定相應施工指南，推動產業向高端方向發展。聯動工業固體廢棄物的資源化應用產業，制定相應的材料設計、檢測、施工等標準，助力產業綠色發展。

6結論

水泥－乳化瀝青復合膠凝材料雖然目前存在一定的不足，但通過持續的技術創新和應用拓展探索，其未來發展前景十分廣闊，有望在更多領域發揮關鍵作用，為推動我國乃至全球的基礎設施建設高質量發展以及相關行業的技術升級提供強有力的支撐。

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