水泥代替矿粉对沥青混合料性能的影响分析

       在沥青混合料中掺加水泥，分析用水泥替代部分或全部矿粉对沥青混合料性能产生的影响，试验结果表明：掺加水泥使沥青混合料的水稳定性和高温稳定性都有了明显提高，而对沥青混合料的抗裂性尤其是低温抗裂性影响不大。 
　　关键词：沥青混合料；水泥代替矿粉；影响分析 
　　随着我国道路交通建设的发展，高等级道路中沥青路面的应用越来越广泛，然而水损害作为沥青路面的主要病害，也越来越引起人们的关注。水损害会使沥青路面出现大面积松散、剥落和坑洞等破坏，其根本原因是沥青与集料的粘附性不良，从而使沥青从集料表面发生剥落而引发的。 
　　当前使用水泥替代部分或全部矿粉是减小水损害、提高沥青与集料粘附性的主要方法之一，也是国际公认的最有效方法。我国在上世纪80年代末的一些援外工程中就曾经用水泥替代部分矿粉来提高沥青混合料的水稳定性，并取得了良好的效果。本文通过沥青混合料室内试验对水泥代替矿粉的技术性能进行初步评价。 

　　一、试验材料与试验方法   

　　1、试验材料 
　　水泥：32.5R普通硅酸盐水泥；粗集料：砂岩，毛体积相对密度为2.682；细集料：石灰岩，毛体积相对密度为2．706；矿粉：石灰岩矿粉，表观相对密度为2.720；沥青：ESS070号沥青。试验级配采用上海常用的表面抗滑级配LK一0M；油石比为4.7％”；水泥分别以0，2％，4％和6％的掺量替代矿粉(矿粉总掺量占沥青混合料总质量的6％)。 
　　2、试验方法 
　　（1）水稳定性试验 
　　拌和沥青混合料，用水泥替代部分或全部矿粉，掺量分别占沥青混合料总质量的0，2％，4％和6％(矿粉总掺量为沥青混合料总质量的6%)．通过冻融劈裂试验来评价不同掺量的水泥对沥青混合料水稳定性的影响，冻融劈裂试验参照JTG E20--2011，T 0729--2000进行。 
　　（2）高温稳定性试验 
　　拌和沥青混合料，用水泥替代部分或全部矿粉，掺量与水稳定性试验时相同．通过车辙试验来评价不同掺量的水泥对沥青混合料高温稳定性的影响，车辙试验参照JTG E20--2011，T 0719—2011进行。 
　　（3）抗裂性试验 
　　按照JTG E20--2011，T 0703--2011成型车辙板，然后将其切割成沥青混凝土梁，尺寸为长250mm±2.0mm、宽30mm±2.0mm、高35mm±2.0mm，跨径为200 mm±0.5mm，在试验机上进行弯曲试验来评价不同掺量的水泥对沥青混合料抗裂性的影响．加载方式采用应变控制，试验温度分别为-10℃±0.5℃和15℃±0.5℃，具体方法参照JTG E20--2011，T 0715—2011进行。 

　　二、试验结果与分析 

　　1、沥青混合料的水稳定性 
　　试验结果表明，添加水泥能明显提高沥青混合料的水稳定性，并且其冻融劈裂强度比(TSR)随着水泥掺量的增加而显著提高，冻融循环前的劈裂强度则变化不大。然而，当水泥掺量为6％时，虽然沥青混合料的TSR值最高，但是它在冻融循环前后的劈裂强度却都下降了，故这不能说明其水稳定性好．添加水泥可以提高沥青混合料水稳定性的原因是由于水泥为碱性材料，而沥青中含有少量羧酸(carboxylic)与亚砜(sulfoxide)，使沥青呈弱酸性，所以当水泥均匀分布到沥青混合料中时，水泥与沥青就会发生反应而生成具有较强吸附性的产物。这些产物能牢固地粘附在集料表面而不剥落，由此也就提高了沥青混合料的水稳定性．另外，当水泥掺量为0，2％，4％与6％时，所测出的沥青混合料的空隙率分别为6.7％，7.0％，7.0％与8.3％．也就是说，当水泥掺量较高时(6％)，沥青混合料的空隙率也较大．这是因为水泥的比表面积较大，其吸附能力要强于矿粉，当它的掺量较大时就会吸附大量沥青，使沥青混合料变干，变硬，难以压实，空隙率变大，从而导致沥青混合料的粘结力降低，劈裂强度减小。 
　　2、高温稳定性的影响 
　　在相同石料、相同沥青和相同击实温度的情况下，如果没有水的存在，水泥对混合料高温稳定性不会有改善，反而会有所降低。这里击实温度是一个关键。一般来说，添加水泥后会使混合料变硬，不易碾压，有些研究表明需要提高击实温度，但是击实温度的高低直接涉及沥青的性质，在没有明确证据说明水泥和沥青产生反应，提高沥青粘度的情况下，暂不应提高击实温度，这还有待于进一步研究。当有水参与的情况下，掺加水泥后会明显改善沥青混合料的高温稳定性。由此可见，用水泥替代矿粉后，对混合料高温性能的改善，关键在于是否有水的存在。应该说，沥青混合料在自然条件下总会与大量的水接触，因此掺加水泥后对提高沥青混合料的高温稳定性有一定益处。 
　　3、沥青混合料的抗裂性 
　　 “水泥掺量”对“弯拉破坏的劲度模量”无显著性影响；而“温度”对“弯拉破坏的劲度模量”影响显著。因此使用水泥对沥青混合料的抗裂性能尤其是低温抗裂性能的影响并不明显。 
　　过去关于添加水泥对沥青混合料抗裂性能是否有影响一直存在着争议，有些人认为水泥为脆性材料，添加水泥会使混合料变硬，从而降低沥青混合料的低温性能．但在我国北方或南方的有些高速公路修建沥青路面时曾采用水泥替代全部或部分矿粉，经过几年使用后情况良好。又如加拿大研究人员经过8年的试验观测发现，在寒冷地区用水泥取代全部矿粉并不比全部使用矿粉的沥青路面有更多的裂缝。通过试验与数据分析证明，使用水泥替代部分或全部矿粉对沥青混合料的抗裂性并无显著影响。 
　　总之， 使用水泥可以改善沥青与集料的粘附性，提高沥青混合料的水稳定性；使用水泥可以明显改善沥青混合料的高温稳定性，提高沥青路面的抗车辙能力；使用水泥对沥青混合料的抗裂性尤其是低温抗裂性无显著影响；对于LK—OM级配来说，水泥的最佳掺量为其占沥青混合料总质量的3％～4％。不同级配混合料的水泥掺量需要通过试验来确定，一般不能超过6％，而且水泥的标号与品种对此也有一定影响，有必要作进一步的研究。 

（此图为我司施工的莲湖锦城项目）

声明：所载内容来源互联网、微信公众号等公开渠道，我们对文中观点保持中立，仅供参考、交流之目的。转载的稿件版权归原作者和机构所有。

扫描下方的二维码，点击关注“万鸿道路”，了解更多资讯哦~