郝培文，蔣　鶴，王　宏，李志剛，王　春

(長(zhǎng)安大學(xué) 道路結(jié)構(gòu)與材料交通行業(yè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，西安 710064)

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水泥對(duì)泡沫瀝青冷再生混合料強(qiáng)度影響機(jī)理

郝培文，蔣鶴，王宏，李志剛，王春

(長(zhǎng)安大學(xué) 道路結(jié)構(gòu)與材料交通行業(yè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，西安 710064)

摘要：采用掃描電鏡對(duì)摻加水泥前后回收瀝青路面材料(RAP)、新集料、泡沫瀝青膠漿微觀形貌的分布特征等進(jìn)行對(duì)比研究，進(jìn)而采用工業(yè)CT的無(wú)損檢測(cè)技術(shù)定量揭示了水泥對(duì)泡沫瀝青冷再生混合料馬歇爾試件內(nèi)部孔隙特征的影響。研究結(jié)果表明，泡沫瀝青冷再生混合料中水泥水化產(chǎn)物顯著改善了集料表面的棱角性，從而增加了瀝青與集料的粘附性；水泥水化物與瀝青形成的膠漿復(fù)合物所構(gòu)成的空間立體網(wǎng)格結(jié)構(gòu)在混合料中起到“加筋”、填充作用，且顯著增強(qiáng)了泡沫瀝青膠漿的整體穩(wěn)定性，從而提高了混合料的強(qiáng)度；水泥水化產(chǎn)物起到次級(jí)結(jié)合料的同時(shí)，還改變了混合料內(nèi)部孔隙分布特征，增加了微孔隙數(shù)量，降低了內(nèi)部孔隙的平均孔徑，從而提高了混合料的水穩(wěn)定性。

關(guān)鍵詞：泡沫瀝青冷再生混合料；水泥水化產(chǎn)物；泡沫瀝青膠漿；孔隙分布特征

0引言

近年來(lái)，隨著我國(guó)國(guó)家高速公路網(wǎng)的基本建成，我國(guó)早期建成的高等級(jí)公路陸續(xù)進(jìn)入大中修期，而因維修養(yǎng)護(hù)產(chǎn)生的路面廢舊材料也越來(lái)越多。在此背景下，瀝青路面再生技術(shù)尤其是泡沫瀝青冷再生技術(shù)以其經(jīng)濟(jì)、節(jié)能環(huán)保等獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，受到了國(guó)內(nèi)外學(xué)者的高度重視，并且得到了較為廣泛的研究與應(yīng)用。

許多學(xué)者通過(guò)大量室內(nèi)試驗(yàn)研究，從宏觀力學(xué)性能上揭示水泥對(duì)泡沫瀝青冷再生混合料的性能影響。李明[1]、田偉[2]研究了水泥對(duì)泡沫瀝青冷再生混合料強(qiáng)度的影響，結(jié)果表明增加水泥用量可提高泡沫瀝青混合料的劈裂強(qiáng)度，水泥作為活性填料，可明顯改善泡沫瀝青冷再生混合料的水穩(wěn)定性。張捷[3]、李立寒[4]、金松菊[5]等研究表明，水泥的摻加有利于提高混合料的疲勞特性，尤其有利于提高低應(yīng)力水平下泡沫瀝青混合料的疲勞壽命，在小荷載作用下水泥所引發(fā)的脆性性質(zhì)難以表現(xiàn)出來(lái)，在水泥和瀝青的綜合作用下會(huì)增強(qiáng)材料的抗疲勞性能，但在大荷載作用下由于水泥存在而帶來(lái)的脆性性質(zhì)會(huì)表現(xiàn)出來(lái)從而影響其抗疲勞性能。徐金枝[6]研究結(jié)果表明，少量的水泥在提高泡沫瀝青冷再生混合料強(qiáng)度的同時(shí)，還可以有效增強(qiáng)冷再生混合料的水穩(wěn)定性，同時(shí)發(fā)現(xiàn)不摻加水泥時(shí)泡沫瀝青混合料整體粘結(jié)性很差，與級(jí)配碎石較為接近，在較小摻量條件下逐漸增多時(shí)則有助于提高再生混合料的剛度特性及抗疲勞性能。也有部分學(xué)者從微觀角度，揭示水泥水化產(chǎn)物對(duì)混合料強(qiáng)度影響。N.Pouliot及M.H.Sadd等研究膠漿-集料界面的微觀結(jié)構(gòu)和模擬乳化瀝青水泥混凝土的微觀結(jié)構(gòu)特性[7-8]。嚴(yán)金海[9]采用掃描電鏡試驗(yàn)對(duì)水泥在乳化瀝青冷再生混合料中破乳強(qiáng)度作用機(jī)理進(jìn)行分析。

綜上所述，多數(shù)學(xué)者僅僅從宏觀力學(xué)角度，分析了水泥對(duì)泡沫瀝青冷再生混合料性能的影響，但水泥對(duì)泡沫瀝青冷再生混合料強(qiáng)度提升的機(jī)理研究并不深入。泡沫瀝青冷再生混合料中水泥水化后次級(jí)結(jié)合料分布如何，次級(jí)結(jié)合料發(fā)揮的作用如何，仍有待進(jìn)一步研究。本文為突出水泥對(duì)冷再生混合料界面強(qiáng)度的影響，引入二級(jí)界面概念：即將泡沫瀝青冷再生混合料中集料(RAP和新集料)顆粒之間形成的界面、集料顆粒與泡沫瀝青膠漿之間形成的界面、泡沫瀝青膠漿中存在的各種界面統(tǒng)稱為一級(jí)界面；而除去一級(jí)界面外，泡沫瀝青混合料中因加入水泥后在混合料中產(chǎn)生的新界面，如加入水泥后水泥水化產(chǎn)物與集料顆粒之間形成的界面、水泥水化產(chǎn)物在泡沫瀝青膠漿中形成的各種界面等則統(tǒng)稱為二級(jí)界面(secondary interfaces)。本文主要借助工業(yè)CT、掃描電鏡，從細(xì)微觀角度揭示泡沫瀝青冷再生混合料中水泥形成的二級(jí)界面對(duì)混合料強(qiáng)度的作用機(jī)理。

1實(shí)驗(yàn)

1.1原材料

1.1.1RAP

泡沫瀝青冷再生混合料設(shè)計(jì)時(shí)一般不考慮RAP料中瀝青的作用， RAP顆粒通常被作為“黑色集料”對(duì)待，將其自然風(fēng)干后即可進(jìn)行篩分試驗(yàn)。本文中采用的RAP料來(lái)源于陜西某高速公路瀝青面層銑刨料，其篩分結(jié)果見(jiàn)表1。

表1　RAP料篩分試驗(yàn)結(jié)果

1.1.2泡沫瀝青

本文選用SK90基質(zhì)瀝青，其發(fā)泡特性見(jiàn)表2。根據(jù)表2實(shí)驗(yàn)結(jié)果最終確定此種瀝青的最佳發(fā)泡溫度為150 ℃，最佳發(fā)泡用水量為1.5%。

表2　SK90基質(zhì)瀝青發(fā)泡實(shí)驗(yàn)結(jié)果

1.1.3新集料

為了確保冷再生混合料具有足夠的力學(xué)強(qiáng)度，需加入一定的新集料對(duì)RAP級(jí)配進(jìn)行改善。根據(jù)RAP篩分試驗(yàn)結(jié)果，本文選擇摻加機(jī)制砂來(lái)調(diào)整冷再生混合料級(jí)配，所選機(jī)制砂技術(shù)指標(biāo)見(jiàn)表3所示。

表3機(jī)制砂技術(shù)指標(biāo)檢測(cè)結(jié)果

Table 3 Technical indicators test results of machine-made sand

技術(shù)指標(biāo)試驗(yàn)值規(guī)范要求值表觀相對(duì)密度2.710≥2.5砂當(dāng)量/%82≥60棱角性/s20.4≥30堅(jiān)固性/%0.7≤12亞甲藍(lán)/g·kg-11.8≤25<0.075mm含量/%9.5≤10

1.1.4水泥及水

本文采用32.5普通硅酸鹽水泥，經(jīng)檢測(cè)水泥的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)均滿足規(guī)范要求。拌和泡沫瀝青冷再生混合料用水采用飲用水。

1.2配合比設(shè)計(jì)

1.2.1確定合成級(jí)配

根據(jù)RAP級(jí)配及石屑級(jí)配情況，確定合成級(jí)配。機(jī)制砂的摻量為20%，水泥以外摻的形式加入，泡沫瀝青冷再生混合料合成級(jí)配見(jiàn)表4所示。

1.2.2確定泡沫瀝青用量

以濕劈裂強(qiáng)度(濕ITS)峰值對(duì)應(yīng)的泡沫瀝青用量確定最佳泡沫瀝青用量，同時(shí)需兼顧最佳泡沫瀝青用量下的馬歇爾試件干濕ITS比不小于75%，并根據(jù)重型擊實(shí)試驗(yàn)確定泡沫瀝青冷再生混合料最佳拌合用水量。最終確定泡沫瀝青冷再生混合料最佳拌合用水率為5.0%，最佳瀝青用量為2.8%。

表4　泡沫瀝青冷再生混合料試驗(yàn)級(jí)配

2水泥對(duì)泡沫瀝青冷再生混合料微觀形貌的影響

2.1水泥對(duì)再生混合料集料表面微觀形貌的影響

為了探究水泥對(duì)泡沫瀝青冷再生混合料粗集料表面微觀形貌的影響，分別提取1.5%水泥摻量和不摻加水泥馬歇爾試件劈裂破壞界面處的RAP料、新集料用于掃描電鏡試驗(yàn)。圖1和2分別為不摻加水泥及摻加水泥集料表面的微觀形貌。

圖1　不摻加水泥RAP表面微觀形貌

通常泡沫瀝青冷再生混合料中RAP摻量在70%以上，由于其本身的棱角性比較差，而且RAP表面被1層老化的膠漿包裹，集料表面的孔隙和構(gòu)造深度早已被舊瀝青膠漿填充，再加上冷再生混合料在常溫條件下拌和，泡沫瀝青多與填料結(jié)合幾乎不可能滲入RAP表面的紋理中。由于泡沫瀝青冷再生混合料中RAP自身的特點(diǎn)以及混合料常溫下施工等原因，形成如圖1所示RAP表面的微觀形態(tài)，較光滑。根據(jù)瀝青與集料的機(jī)械粘附理論，泡沫瀝青膠漿與RAP之間這種楔入與錨固作用形成的機(jī)械粘附力就顯得很微弱，因此RAP與泡沫瀝青膠漿形成的接觸界面會(huì)成為冷再生混合料破壞的薄弱環(huán)節(jié)。

對(duì)摻加1.5%水泥后的泡沫瀝青冷再生混合料馬歇爾試件破壞界面處的RAP進(jìn)行SEM掃描，RAP界面區(qū)微觀形貌如圖1及2所示。從圖2(a)可以看出，RAP表面已被部分不連續(xù)分布的水泥水化產(chǎn)物裹附，而圖1中未被水泥裹附部分的RAP表面仍呈現(xiàn)較光滑分布。從圖2(b)可以看出，RAP表面的水泥水化產(chǎn)物呈簇狀分布，水泥水化產(chǎn)物富集于RAP表面，使界面區(qū)表面凹凸不平，并錨固到RAP集料表面的瀝青砂漿中，使混凝土RAP界面結(jié)構(gòu)由平面轉(zhuǎn)為立體結(jié)構(gòu)，這就使得摻加水泥后RAP表面的微觀形態(tài)得到了顯著改善，從而加強(qiáng)了RAP與泡沫瀝青膠漿界面之間的粘結(jié)性能。

圖2　摻加1.5%水泥后RAP表面形貌

Fig 2 Surface micro-morphology of RAP mixed 1.5% cement

綜上可知，水泥水化產(chǎn)物不僅生長(zhǎng)在泡沫瀝青顆粒表面，還能在新料表面形成簇狀嵌擠結(jié)構(gòu)，這種二級(jí)界面的產(chǎn)生，對(duì)于改善礦料表面的棱角性，改善分散的泡沫瀝青微粒在礦料表面的粘附性，提高瀝青一集料(新料、RAP)表面粘附性、彌補(bǔ)集料-膠漿界面缺陷，以及提高泡沫瀝青冷再生混合料的抗剪切性能都有著十分重要的意義。以上結(jié)果也證明了水泥水化后的次級(jí)結(jié)合料作用，即可增大再生混合料的粘聚力和內(nèi)摩阻角[6]。

2.2水泥對(duì)泡沫瀝青膠漿微觀形貌的影響

2.2.1水泥水化產(chǎn)物對(duì)泡沫瀝青膠漿的加筋作用

圖3為不摻水泥泡沫瀝青膠漿微觀形貌，由于填料表面被瀝青包裹，整個(gè)圖像填料表面顯得較為光滑，泡沫瀝青膠漿中的接觸形式只有礦粉顆粒之間的接觸、礦粉顆粒與泡沫瀝青之間的接觸，且由于填料顆粒之間的相互干涉作用，膠漿的顯微結(jié)構(gòu)顯得較為松散。

圖3　不摻加水泥泡沫瀝青膠漿SEM圖

Fig 3 Foamed asphalt mortar SEM images of RAP not mixed cement

圖4為1.5%水泥摻量的冷再生泡沫瀝青膠漿微觀掃描形貌。

圖4　摻加1.5%水泥后泡沫瀝青膠漿SEM圖

Fig 4 Foamed asphalt mortar SEM images of RAP mixed 1.5% cement

由掃描圖片可以清晰地看到，水泥摻量雖少，但針刺狀水泥水化產(chǎn)物AFt已經(jīng)嵌入到填料和瀝青的紋理中，交織形成了空間立體結(jié)構(gòu)[9-11]，同時(shí)水泥水化產(chǎn)物在填料表面較集中，這主要是由于水化產(chǎn)物向空間發(fā)展、生成時(shí)受到集料的阻礙，造成水化產(chǎn)物聚集在填料表面，顯然這種聚集勢(shì)必會(huì)加強(qiáng)填料與泡沫瀝青膠漿的界面粘結(jié)力。此外，還可以看到水泥水化產(chǎn)物貫穿于泡沫瀝青膠漿中，由于水泥自身的剛性，這種“錨固”、“加筋”作用，水泥水化產(chǎn)物和泡沫瀝青相互包裹形成的二級(jí)界面，在加強(qiáng)了膠漿與集料接觸界面剛度的同時(shí)，又提高了膠漿與集料之間的粘附，這就是隨著水泥摻量的增加泡沫瀝青膠漿強(qiáng)度提高的原因之一。

2.2.2水泥水化產(chǎn)物對(duì)泡沫瀝青膠漿的填充作用

比較圖3和4也可以看出，不摻加水泥泡沫瀝青膠漿中填料之間的接觸多為填料顆粒之間形成的嵌擠和填料顆粒與泡沫瀝青之間的相互包裹作用，由于填料顆粒之間的相互干涉，膠漿中的空隙只被一小部分瀝青和填料顆粒填充，這造成了泡沫瀝青膠漿結(jié)構(gòu)中孔隙較多、孔隙體積較大且膠漿結(jié)構(gòu)較為松散的微觀形態(tài)。而摻加1.5%水泥后泡沫瀝青膠漿中水泥水化產(chǎn)物生成的針刺狀A(yù)Ft和C-S-H呈網(wǎng)狀分布，在填料與泡沫瀝青薄膜間、填料與填料間起到了“填充”作用。

因此，泡沫瀝青冷再生混合料中加入水泥，不僅可以改善集料表面的酸堿性，同時(shí)水泥水化產(chǎn)物形成的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)與瀝青、礦粉顆粒相互包裹，也可以起到“加筋”和填充作用，從而增強(qiáng)了膠漿的整體穩(wěn)定性，提高了泡沫瀝青冷再生混合料的強(qiáng)度。

3水泥水化晶體對(duì)泡沫瀝青冷再生混合料的孔隙特征的影響

已有研究結(jié)果表明，水泥的加入可以顯著改善泡沫瀝青冷再生混合料的力學(xué)強(qiáng)度和路用性能，不過(guò)除了“加筋”、“填充”作用外，水泥對(duì)混合料空隙率還有什么樣的影響，仍待進(jìn)一步明確。本文通過(guò)對(duì)比摻加水泥與不摻加水泥馬歇爾試件的空隙率，發(fā)現(xiàn)是否摻加水泥對(duì)泡沫瀝青冷再生混合料的毛體積密度影響不大，因此水泥對(duì)冷再生混合料總空隙的影響可以忽略不計(jì)。

3.1水泥對(duì)泡沫瀝青冷再生混合料細(xì)微觀空隙特征的影響

泡沫瀝青冷再生混合料的空隙率通常可以達(dá)到8%～13%，其空隙率雖大，但幾乎不滲水，主要原因是冷再生混合料的空隙分布特征與普通瀝青混合料存在很大的差異。Colas公司采用電子自動(dòng)掃描系統(tǒng)對(duì)熱再生和冷再生兩種混合料的內(nèi)部孔隙進(jìn)行了對(duì)比，結(jié)果表明，熱再生混合料的孔隙體積大多集中在10-4～10-3mm3之間，而乳化瀝青冷再生混合料的孔隙率集中在10～5 mm3以下，且熱再生混合料的單位體積內(nèi)的孔隙數(shù)量有330個(gè)，而冷再生單位體積孔隙數(shù)量可達(dá)到7 200個(gè)[13]。本文通過(guò)工業(yè)CT掃描系統(tǒng)和VG軟件的缺陷檢測(cè)功能對(duì)不摻加水泥和1.5%水泥摻量下的泡沫瀝青冷再生混合料馬歇爾試件進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，凍融前后不同體積大小的孔隙所占比例見(jiàn)表5和圖5。具體掃描方法：將養(yǎng)生好的試件(每組4個(gè)平行試件)，進(jìn)行CT掃描，掃描完成后對(duì)CT掃描的馬歇爾斷面信息進(jìn)行三維重構(gòu)。然后，將重構(gòu)后的信息導(dǎo)入VGStudio MAX2.0軟件中的缺陷分析模塊，設(shè)定閾值后進(jìn)行空隙計(jì)算。

表5水泥對(duì)泡沫瀝青冷再生混合料孔級(jí)配的影響

Table 5 Effects of cement on hole grading of foam asphalt cold regeneration mix

比較項(xiàng)目1.5%水泥0%水泥1.5%水泥0%水泥孔隙體積/mm3凍融前所占總孔隙的比例/%凍融后所占總孔隙的比例/%≥1000.080.030.040.0350≤V<1000.090.080.080.0930≤V<500.110.140.120.1520≤V<300.180.190.170.2010≤V<200.540.620.460.785≤V<101.021.391.041.671≤V<57.6010.336.7312.190.1≤V<114.9726.0340.7660.09<0.175.4261.1750.6224.80

圖5　凍融前后泡沫瀝青冷再生混合料孔級(jí)配圖

Fig 5 Hole grading chart of foamed asphalt cold recycling mixture before and after freezing

比較凍融前后的孔級(jí)配分析可知：(1) 在總空隙率基本保持不變的條件下，不摻加水泥混合料中小于0.1 mm3的孔隙僅占總孔隙數(shù)量的61.17%，加入水泥后小于0.1 mm3的孔隙比例增加到75.4%，同樣小于1 mm3的孔隙比例由不到87.2%增加到90.3%多；(2) 從總孔隙數(shù)量來(lái)看，水泥加入后泡沫瀝青冷再生混合料的總孔隙數(shù)量由不加水泥時(shí)的5.3萬(wàn)增加到6.5萬(wàn)。混合料中大于100 mm3的平均體積由不摻水泥時(shí)的251 mm3減小到180 mm3，平均表面積由2 325.7 mm2減小到1 666.5 mm2；因此，水泥的加入在起到次級(jí)結(jié)合料作用的同時(shí)也改變了泡沫瀝青冷再生混合料的孔級(jí)配，增加了微孔數(shù)量，減少了有害孔數(shù)量，使得能夠進(jìn)入混合料內(nèi)部的水分減少，且減少了瀝青從膠漿中的剝落，對(duì)混合料的水穩(wěn)定性起到了積極作用。

3.2水泥對(duì)凍融前后泡沫瀝青冷再生混合料孔徑大小的影響

泡沫瀝青冷再生混合料，在凍融過(guò)程中臨近的那些封閉非連通的孔隙、半連通孔隙、連通空隙由于水結(jié)冰產(chǎn)生的膨脹力作用下逐漸擴(kuò)張，原來(lái)獨(dú)立封閉的閉口空隙變?yōu)殚_(kāi)口空隙或者體積更大的閉口空隙。半封閉空隙逐漸和閉口空隙連通形成開(kāi)口空隙，從而導(dǎo)致再生混合料內(nèi)部空隙大小及孔級(jí)配發(fā)生變化，進(jìn)而影響到泡沫瀝青冷再生混合料的抗凍融性能。

從界面強(qiáng)度理論角度出發(fā)，凍融循環(huán)之所以使混合料的強(qiáng)度降低，主要是凍融后泡沫瀝青冷再生混合料的界面受到破壞，如圖6所示，水泥在瀝青與集料之間形成的二級(jí)界面被破壞，原來(lái)嵌入集料與瀝青之間的針狀水泥水化產(chǎn)物被拉斷，從而造成混合料強(qiáng)度下降。

圖6　凍融后泡沫瀝青膠漿微觀形貌

Fig 6 Micro-morphology of foam asphalt mastic after freezing

通過(guò)表5實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，比較是否摻加水泥對(duì)凍融后泡沫瀝青冷再生混合料孔級(jí)配變化的影響可知，摻加水泥的泡沫瀝青冷再生混合料馬歇爾試件中小于0.1 mm3的孔隙數(shù)量百分比比不摻加水泥的增加了104.1%，而0.1～1 mm3之間孔隙所占比例則是不摻加水泥比摻加1.5%水泥的增加了32.2%，小于5 mm3的孔隙所占總孔隙數(shù)量百分比兩者僅差1%。

比較凍融前后的孔級(jí)配可知，摻加1.5%水泥凍融前后泡沫瀝青混合料馬歇爾試件小于0.1 mm3時(shí)的孔隙所占比例減小了32.8%；0.1～1 mm3的孔隙所占比例則增加了73.3%。而不摻加水泥小于0.1 mm3時(shí)的孔隙所占比例減小了51%，0.1～1 mm3的孔隙所占比例則增加了47.4%。從總孔隙數(shù)量來(lái)看，凍融后水泥摻量為1.5%的馬歇爾試件總孔隙數(shù)量約為5萬(wàn)個(gè)，而不摻水泥的馬歇爾試件總孔隙數(shù)量不足4萬(wàn)個(gè)。

另外從表6所示凍融前后是否摻加水泥對(duì)泡沫瀝青冷再生混合料的平均孔徑的影響可知，摻加1.5%水泥后馬歇爾試件平均孔徑由凍融前的0.52 mm增大到0.83 mm，增加了59.6%，而不摻加水泥馬歇爾試件平均孔徑由凍融前的0.58 mm增大到1.02 mm，增加了75.9%。

表6凍融前后是否摻加水泥對(duì)泡沫瀝青冷再生混合料的平均孔徑的影響

Table 6 Effects of cement whether adding or not on the average pore size of foam asphalt cold regeneration before and after freezing

水泥摻量/%試件編號(hào)未凍融平均孔徑/mm平均值/mm凍融后平均孔徑/mm平均值/mm012340.570.590.590.560.581.011.050.991.031.021.512340.490.530.540.510.520.830.830.840.820.83

綜合以上分析結(jié)果，再對(duì)水泥摻加與否對(duì)泡沫瀝青冷再生混合料平均孔徑的影響進(jìn)行方差分析，分析結(jié)果見(jiàn)表7。F值是回歸方程的顯著性檢驗(yàn)，表示的是模型中被解釋變量與所有解釋變量之間的線性關(guān)系在總體上是否顯著做出推斷；P值為結(jié)果可信程度的一個(gè)指標(biāo)，P值小于0.05，說(shuō)明其差異顯著，拒絕原假設(shè)。由表7中水泥摻量及凍融中P值均小于0.05，因此，認(rèn)為水泥對(duì)泡沫瀝青冷再生混合料凍融前后的孔級(jí)配和平均孔徑均具有顯著影響。由于混合料中二級(jí)界面的產(chǎn)生改變了其內(nèi)部孔隙特征，水泥水化產(chǎn)物在泡沫瀝青膠漿內(nèi)部相互交織、穿插、生長(zhǎng)的同時(shí)針狀的水泥水化產(chǎn)物貫穿了泡沫瀝青冷再生混合料的孔隙，將大孔分隔成體積更小一級(jí)的孔隙，單位面積內(nèi)孔隙數(shù)量多，孔徑也較小，這就表明水泥的加入可提高混合料的抗凍融性能，對(duì)提高泡沫瀝青冷再生混合料的水穩(wěn)定性也具有積極作用。

3.3水泥對(duì)泡沫瀝青冷再生混合料孔隙空間三維形態(tài)的影響

采用雙lg坐標(biāo)對(duì)VG計(jì)算輸出的孔隙體積和表面積結(jié)果進(jìn)行擬合，擬合結(jié)果見(jiàn)圖7-10。擬合得到的直線斜率和截距即可表征泡沫瀝青冷再生混合料孔隙在空間的三維形態(tài)。

表7凍融前后是否摻加水泥對(duì)泡沫瀝青冷再生混合料的平均孔徑的影響方差分析

Table 7 Analysis of variance of effects of cement whether adding or not on the average pore size of foam asphalt cold regeneration before and after freezing

項(xiàng)目自由度SumofsquaresMeansquareFvaluePvalue水泥摻量10.062450.0624537.57683.60188E-5是否凍融10.562650.56265338.552171.08492E-10Model20.62510.31255188.064492.54111E-10Error130.021610.00166--Correctedtotal150.64671---

圖7不摻加水泥混合料孔隙表面積與體積的雙對(duì)數(shù)回歸關(guān)系

Fig 7 The double logarithmic regression relationship in the mix pore surface area without mixing cement and volume

圖8摻加1.5%水泥混合料孔隙表面積與體積回歸關(guān)系

Fig 8 Regression relationship in the mix pore surface area mixing 1.5% cement and volume

圖9不摻水泥混合料凍融后孔隙表面積與體積回歸關(guān)系

Fig 9 Regression relationship of mix pore surface area without mixing cement and volume after free-zing

圖10摻加1.5%水泥混合料凍融后孔隙表面積與體積回歸關(guān)系

Fig 10 Regression relationship of mix pore surface area mixing 1.5% cement and volume after free-zing

由圖7-10的擬合曲線可知，是否加入水泥對(duì)泡沫瀝青冷再生混合料凍融前后的孔隙維數(shù)有很大影響，不摻加水泥凍融前后回歸直線的斜率分別為1.80256和1.53277，相比減小了14.96%，而摻加1.5%水泥后直線斜率由1.7369減小到1.7252，僅減小了0.67%。因此加入水泥不僅可以改變泡沫瀝青冷再生混合料的孔隙形狀，也可以減弱凍融循環(huán)作用下混合料內(nèi)部孔隙的變化過(guò)程。

4結(jié)論

(1)水泥水化產(chǎn)物在粗集料表面形成的二級(jí)界面——簇狀嵌擠結(jié)構(gòu)，不僅可以改善RAP表面的棱角性，彌補(bǔ)集料-膠漿界面缺陷、提高瀝青與集料之間的粘附性，而且對(duì)泡沫瀝青混合料的水穩(wěn)定性及抗剪性能也都具有重要意義。

(2)水泥水化產(chǎn)物穿插到集料紋理中，交織形成空間立體結(jié)構(gòu)并貫穿于泡沫瀝青膠漿中，不僅在泡沫瀝青冷再生混合料中起到“加筋、錨固作用”，而且在填料與泡沫瀝青薄膜間、填料與填料間起到了“填充”作用，從而增強(qiáng)了整個(gè)泡沫瀝青膠漿的穩(wěn)定性，提高了混合料強(qiáng)度。

(3)水泥的加入不僅可以改變混合料內(nèi)部孔級(jí)配，減少大孔的數(shù)量，增加微孔的數(shù)量，使混合料內(nèi)部孔隙分布更為均勻，從而阻止水分進(jìn)入混合料內(nèi)部，有效提高混合料水穩(wěn)定性，同時(shí)還可以有效保持混合料內(nèi)部孔隙三維形狀，減弱凍融循環(huán)作用下混合料內(nèi)部孔隙的變化過(guò)程，增強(qiáng)了混合料抗凍融能力。

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Influence mechanism of cement on the strength of foamed asphalt cold recycled mixture

HAO Peiwen，JIANG He，WANG Hong，LI Zhigang，WANG Chun

(Key Laboratory of Road Structure and Materials MOC PRC,Chang’an University, Xi’an 710064,China)

Abstract:Surface micro-profiles characters of RAP, new material and foamed asphalt mortar were studied by SEM, then quantitative nondestructive detection of CT was adopted to reveal the influence of the cement on internal pore characteristics of Marshall specimen made by foamed asphalt. The results indicate that cement hydration products in foamed asphalt cold recycled mixture significantly improve the aggregate angularity, therefore the adhesion between asphalt and aggregate increase; composite mastics consisting of cement hydration products and asphalt film form a spatial structural network which had fiber-reinforcement and filling effect in mixture, significantly enhance the overall stability of the foamed asphalt mortar and the strength of the mixture; As a secondary binder, cement hydration products also change the gradation of inner pore, increase the number of micro pores and reduced the average diameter of internal pore, so as to improve the water susceptibility of foamed asphalt mixture.

Key words:foamed asphalt cold recycled mixture； cement hydration products；foamed asphalt mortar； internal pore characteristics

DOI:10.3969/j.issn.1001-9731.2016.03.017

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類(lèi)號(hào)：U416.26

作者簡(jiǎn)介：郝培文(1967-)，男，內(nèi)蒙古和林人，教授，博士生導(dǎo)師，主要從事瀝青與瀝青混合料研究。

文章編號(hào)：1001-9731(2016)03-03090-07

收到初稿日期：2015-02-02 收到修改稿日期：2015-09-18 通訊作者：李志剛，E-mail: 515145816@qq.com