水泥乳化沥青混合料强度机理、改进方法及路用性能研究

摘要

水泥乳化沥青混合料作为一种冷拌沥青混合料，是目前国内外应用较为广泛解决热拌沥青混合料路面所带来的能源消耗、温室气体排放等问题的一种混合料。与传统的热拌沥青混合料相比，水泥乳化沥青混合料存在强度较低和空隙率较高、水损害严重、耐久差等问题。了解水泥乳化沥青混合料的强度形成机理，改善乳化沥青与集料之间的粘结性、提高水泥乳化沥青混合料的强度是解决上述问题的关键。本文针对水泥乳化沥青混合料的强度形成机理，开展了关于水泥用量、外掺水量对水泥乳化沥青混合料强度、空隙率影响机理的研究，研究了水泥乳化沥青混合料性能的改进方法，并对其路用性能进行分析评价。 通过对不同水泥用量、不同外掺水量的乳化沥青混合料劈裂抗拉强度、空隙率研究，结合混合料胶浆的流变特性、试件的残留水量以及扫描电镜图片进行综合分析。研究发现：混合料空隙率随着外掺水量的增加呈先降低后增大的规律。水泥用量的变化对混合料空隙率没有明显影响。混合料劈裂强度随着外掺水量的增加呈先增大后降低的规律。外掺水量较多时，混合料成型时会更加密实，胶浆对集料的渗透包裹能力较好。但会导致胶浆内部孔隙较多、胶浆结构疏松。水泥用量增加可以降低混合料胶浆中的孔隙，提高胶浆密实度。降低混合料试件中的残留的可蒸发水，减少了水分对胶浆强度的影响。外掺水量较少时，水泥用量增加会降低胶浆流动性，降低胶浆对集料的包裹效果。 为提高水泥乳化沥青混合料的力学性能、降低混合料的空隙率，通过使用减水剂、使用高渗透乳化沥青、改进混合料的拌和方式、改变混合料成型方式等方法进行改进研究。研究表明：使用减水剂可以提高水泥乳化沥青混合料的强度，降低混合料空隙率。外掺水量较少时，使用高渗透乳化沥青可以提高混合料劈裂抗拉强度，降低混合料的空隙率。推荐水泥乳化沥青混合料拌和方法：首先将粗集料、细集料、矿粉、水泥搅拌均匀；然后加入外掺水进行搅拌，使得粗细集料、矿粉、水泥与外掺水充分接触，在表面形成水膜；最后加入乳化沥青进行拌和。在混合料外掺水量较低时，推荐水泥乳化沥青混合料试件成型采用一次击实成型（即试件双面各击实75次成型）的方式。 在采取改进措施的乳化沥青混合料的基础上，研究了改进后水泥乳化沥青混合料的路用性能并热拌沥青混合料进行对比分析。研究表明：改进后的水泥乳化沥青混合料满足规范中关于热拌沥青混合料对水稳定性、高温稳定性的要求，具有较强的抗车辙能力。虽然改进后的水泥乳化沥青胶浆对集料的包裹性有所提高，但其抗剥落能力仍然较低。 以上研究，明确了水泥用量及外掺水量对水泥乳化沥青混合料强度、空隙率的影响机理。初步解决了水泥乳化沥青混合料强度较低，胶浆粘结力较差等问题。改进后的水泥乳化沥青混合料具有应用于高等级路面的中面层或下面层的可行性。但其抗剥落能力较低，性能有待进一步提高。

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