夏彬彬

(合肥工業(yè)大學(xué) 交通運輸工程學(xué)院，安徽 合肥 230009)

?

油灰比對水泥乳化瀝青膠漿強度的影響

夏彬彬

(合肥工業(yè)大學(xué) 交通運輸工程學(xué)院，安徽 合肥 230009)

通過自行配制高固含量(70.64%)的乳化瀝青制備水泥乳化瀝青膠漿，研究其油灰比在0.30到1.06之間變化時，對應(yīng)的抗壓、抗折強度變化規(guī)律。結(jié)果表明：隨著油灰比的增大，抗壓強度、抗折強度都不斷減小。

油灰比；水泥乳化瀝青膠漿；抗壓強度；抗折強度

瀝青混合料是目前使用最廣泛的道路建筑材料，但是瀝青本身溫度敏感性較強，熱拌過程中的持續(xù)高溫會使其發(fā)生老化，嚴重影響了路面的使用壽命。加上它是一種典型的粘彈性材料，本身的柔性大，使用過程中也易出現(xiàn)車轍、裂縫等早期破壞現(xiàn)象[1]。水泥混凝土是脆性材料，抗折強度相對較低、剛性過大而柔性不足，另外，路面平整度較差，行車噪聲也大，只能應(yīng)用于低等級道路[2]。

采用復(fù)合手段將水泥和瀝青兩種結(jié)合起來，有望克服兩種材料的不足。早期的研究及實踐證明在普通乳化瀝青混合料中用水泥代替部分礦粉，可以使復(fù)合材料的強度及高溫穩(wěn)定性有較大的改善，水泥和乳化瀝青膠漿的組成在很大程度上決定著復(fù)合材料的性能[3-5]。本文打破傳統(tǒng)的水泥乳化瀝青復(fù)合材料的約束，使用自行配制的高固含量乳化瀝青來制備水泥乳化瀝青膠漿，研究其油灰比處于中間位置時復(fù)合材料的抗壓、抗折強度，探討水泥和乳化瀝青在更廣泛配比范圍內(nèi)變化時的力學(xué)性能，為進一步優(yōu)化復(fù)合材料性能提供參考。

1 原材料及試驗

1.1 原材料

試驗所用水泥為標號42.5的普通硅酸鹽水泥，瀝青是由中交三建集團提供的70號B級基質(zhì)瀝青。配制的乳化瀝青固含量為70.64%。

1.2 試驗方案

根據(jù)相關(guān)資料并結(jié)合前期研究[4]，按表1設(shè)計配比。

表1 水泥乳化瀝青膠漿配比

1.3 試件制備與養(yǎng)護

試驗中用于測定抗壓、抗折強度的試件養(yǎng)生時間分別為3 d和7 d，用于測定彈性的試件養(yǎng)生時間為7 d。為避免水分蒸發(fā)或吸入，將拌和成型后的試件以保鮮膜裹覆后放入溫度為20±2 ℃的恒溫室內(nèi)密封養(yǎng)護至進行性能試驗。

2 試驗結(jié)果及分析

2.1 抗壓、抗折強度試驗結(jié)果

試驗結(jié)果表明(圖1)：

(1) 同水灰比下，水泥乳化瀝青膠漿3 d和7 d的抗壓強度均隨著油灰比的增大而減小。在油灰比較小時，強度隨齡期的增長迅速上升；油灰比較大，特別是當(dāng)超過1以后，膠漿硬化后強度上升不明顯。

(2) 不同水灰比下，水泥乳化瀝青膠漿3 d和7 d的抗壓強度隨油灰比的增大變化趨勢與相同水灰比下的強度變化趨勢趨于一致，水灰比在0.29到0.44之間時，水灰比小的部分抗壓強度較高。

(3) 同水灰比下，復(fù)合膠漿的3 d和7 d抗折強度隨油灰比的增大均呈遞減趨勢，其中，油灰比為0.3，水灰比為0.29和0.34時膠漿的3 d抗折強度分別比規(guī)范[6]要求大8%和3%，7 d時，兩者的抗折強度即已達到28 d的98.6%和83.1%。

(4) 不同水灰比下，膠漿的抗折強度隨油灰比的變化強度差異不是很大，折線非常靠近，變化趨勢十分接近?？傮w來說，油灰比較小情況下的抗折強度相比油灰比大時有明顯優(yōu)勢。

圖1 抗壓、抗折強度

2.2 結(jié)果分析

在水泥乳化瀝青膠漿體系中，其主要材料為水泥和瀝青。水泥吸收外摻水或乳化瀝青中的水分發(fā)生水化反應(yīng)，并產(chǎn)生水化熱，加速了瀝青破乳和強度形成，水泥水化與乳化瀝青破乳形成瀝青膜粘附水泥石的反應(yīng)同時進行[7]。水泥漿體在水化硬化后其力學(xué)性能呈剛性和脆性，是一種無機高彈性模量材料。瀝青在力學(xué)性能上則呈明顯的粘性特征且微觀結(jié)構(gòu)為致密狀的低彈性模量有機材料。兩者結(jié)合在一起形成的膠漿力學(xué)性能介于彈性與粘性之間，其具體力學(xué)性能受到瀝青與水泥比例的影響。

當(dāng)油灰比較小時，膠漿中水泥含量較高，部分水泥得以充分水化，強度增長較快；油灰比增大，瀝青含量逐漸變大，由于瀝青提供的強度有限，而水泥的含量較少，在膠漿硬化過程中，破乳出來的瀝青將水泥包裹，水泥石之間難以形成網(wǎng)絡(luò)[8-9]，導(dǎo)致膠漿強度迅速下降，膠漿由剛向柔逐漸變化。因此，在試驗中油灰比的增大使得抗壓、抗折強度呈降低趨勢。在水灰比小時同油灰比下膠漿強度較高主要是因為膠漿中的水參與水泥水化后會形成一定的孔隙[10]，這些孔隙被瀝青顆粒填充，但水灰比較大時，部分孔隙被水占據(jù)，水分蒸發(fā)后孔隙增多，使得強度下降。

3 結(jié)束語

(1) 在其他條件不變時，減小油灰比，可以提高水泥乳化瀝青膠漿的抗壓強度、抗折強度。但是膠漿由柔變剛，材料達到極限壓應(yīng)力之后更容易發(fā)生脆性破壞。

(2) 膠漿的力學(xué)性能除受油灰比的影響之外，不同水灰比、加載速率、溫度和成型工藝等對其力學(xué)性能均有影響，有待進一步研究。

[1] 沈金安.瀝青與瀝青混合料路用性能[M].北京:人民交通出版社,2001.

[2] 郭向勇.高強混凝土脆性評價方法及其增韌措施的研究[D].武漢：武漢大學(xué),2005.

[3] 王學(xué)信,沙愛民,胡力群,等. 水泥乳化瀝青混凝土力學(xué)性能研究[J].公路交通科技,2005,22(11):57～60.

[4] 王振軍.水泥乳化瀝青混凝土漿體一集料界面區(qū)結(jié)構(gòu)與性能研究[D].西安：長安大學(xué),2007.

[5] Ohama Y. Polymer-based admixtures[J]. Cement and Concrete Composites,1998,20(2/3):189～212.

[6] 中華人民共和國鐵道部.客運專線鐵路CRTS II型板式無砟軌道水泥乳化瀝青砂漿暫行技術(shù)條件[M].北京:中國鐵道出版社,2008.

[7] 李云良,歐陽劍,王山山,等.水泥瀝青復(fù)合砂漿拌和物乳化瀝青破乳過程研究[J].哈爾濱工程大學(xué)學(xué)報,2015, 36(7):997～1000.

[8] 孔祥明,張艷榮,張敬義,等.新拌水泥瀝青漿體的流動性及顯微結(jié)構(gòu)研究[J]. 建筑材料學(xué)報, 2011,14(4):569～575.

[9] 楊進波,閻培渝,孔祥明,等.水泥瀝青膠凝材料的硬化機理研究[J].中國科學(xué):技術(shù)科學(xué),2010(8):959～964.

[10] 王振軍,李順勇.水泥乳化瀝青砂漿(CAM)的微觀結(jié)構(gòu)特征[J].武漢理工大學(xué)學(xué)報,2009(6):32～35.

2016-04-12；修改日期：2016-04-21

夏彬彬(1992- )，男，安徽蕪湖人，合肥工業(yè)大學(xué)碩士生．

U443.33

A

1673-5781(2016)03-0375-02