尚志剛

（天津城建設(shè)計(jì)院有限公司，天津市 300122）

水泥對(duì)微表處路用性能影響的研究

尚志剛

（天津城建設(shè)計(jì)院有限公司，天津市 300122）

目前，我國的高速路網(wǎng)已經(jīng)很完善，許多高速公路也已進(jìn)入維修養(yǎng)護(hù)期，瀝青路面的養(yǎng)護(hù)技術(shù)也越來越受到重視。微表處技術(shù)自引入國內(nèi)以來以節(jié)能環(huán)保、施工方便、造價(jià)低、開放交通快、使用壽命長等優(yōu)勢(shì)而得到廣泛推廣。影響微表處混合料的因素有很多，就添加劑水泥這一因素進(jìn)行了具體的室內(nèi)試驗(yàn)，并從可拌和時(shí)間、粘聚力指標(biāo)、濕輪磨耗值和低溫抗裂性分析總結(jié)了水泥對(duì)微表處乳化瀝青混合料路用性能的影響規(guī)律，并對(duì)微表處施工工藝提供指導(dǎo)依據(jù)。

微表處；乳化瀝青；水泥；路用性能

0 引言

微表處是一種路面維修養(yǎng)護(hù)技術(shù)，它能夠有效的提高公路路面的平整度、抗滑和耐磨性，提高路面的使用壽命，減少養(yǎng)護(hù)費(fèi)用，因此，在道路養(yǎng)護(hù)中被廣泛應(yīng)用[1]。微表處混合料的性能容易受到外部環(huán)境和組成成分的影響，其中任何一種因素的變化都有可能對(duì)其性能產(chǎn)生較大的影響，而混合料的穩(wěn)定性、耐磨耗性能等會(huì)直接影響道路的路用性能。

添加劑是影響微表處性能的一個(gè)重要因素，有效地使用添加劑不僅可以調(diào)節(jié)微表處混合料破乳速度、早期強(qiáng)度、開放交通時(shí)間等性能，而且還能在一定程度上改善其路用性能。添加劑一般分為促凝和緩凝兩種，促凝劑可以加速混合料的破乳速度，縮短開放交通時(shí)間，緩凝劑可以增強(qiáng)混合料在拌和與施工過程中的穩(wěn)定性[2]。常采用的添加劑有水泥、熟石灰、無機(jī)鹽類等。本文著重從水泥這種添加劑入手，研究其對(duì)微表處乳化瀝青混合料路用性能的影響。

1 微表處乳化瀝青混合料路用性能的評(píng)價(jià)指標(biāo)

1.1 可拌合時(shí)間

微表處混合料是冷拌冷鋪的混合料，施工過程中呈稀漿狀態(tài)，攤鋪后乳化瀝青迅速破乳，使混合料迅速固化成型以滿足開放交通的需要，這就要求微表處混合料必須有合理的可拌和時(shí)間。從拌和到攤鋪一般需要30～50 s，拌和后當(dāng)混合料變稠，表面破乳時(shí)所需要的時(shí)間即為可拌和時(shí)間。借鑒國外技術(shù)并結(jié)合我國微表處技術(shù)的施工經(jīng)驗(yàn)，我國技術(shù)規(guī)范一般要求在25℃條件下可拌和時(shí)間不低于120 s。

1.2 粘聚力

微表處混合料的粘聚力是表征混合料成型速度和開放交通時(shí)間的重要指標(biāo)。相同時(shí)間內(nèi)，粘聚力越大，混合料成型速度越快，早期強(qiáng)度越高[3]。國際稀漿封層微表處技術(shù)指南中規(guī)定，30 min的粘聚力不得低于1.2 N·m（凝固時(shí)間），60 min的粘聚力不得低于2.0 N·m（開放交通時(shí)間）[4]。本文采用粘聚力儀測(cè)試微表處混合料的粘聚力。

1.3 濕輪磨耗值

濕輪磨耗試驗(yàn)既可以檢驗(yàn)微表處混合料各個(gè)組分的配比、確定瀝青的用量也可以對(duì)成型后混合料的耐磨耗能力、水穩(wěn)定性進(jìn)行評(píng)價(jià)[5]。通常采用浸水1 h的濕輪磨耗值來評(píng)價(jià)微表處混合料的耐磨耗能力，采用浸水6 d的濕輪磨耗值用于評(píng)價(jià)水穩(wěn)定性。

1.4 低溫抗裂性

目前國內(nèi)外尚沒有比較完善的試驗(yàn)方法和指標(biāo)體系來評(píng)價(jià)微表處的混合料低溫抗裂性。本文借鑒SHRP成果中的BBR試驗(yàn)，用在自制膠漿小梁試件中部加載荷載時(shí)，一定時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的彎曲變形來衡量微表處混合料的低溫性能，該方法可以有效地反應(yīng)出瀝青膠漿的低溫柔、韌性，試件的彎曲變形越大則代表低溫抗裂性能越好。

2 混合料的選擇

本文通過對(duì)混合料進(jìn)行濕輪磨耗試驗(yàn)和荷載車轍試驗(yàn)，確定微表處的級(jí)配組成見表1；研究中采用兩種乳化瀝青，兩種乳化瀝青的乳化劑分別為：進(jìn)口乳化劑A和國產(chǎn)乳化劑B，兩種乳化瀝青的基質(zhì)瀝青均為SK-90。采用兩種乳化瀝青拌和形成的混合料分別編號(hào)為：A和B，通過對(duì)A、B兩種混合料進(jìn)行試驗(yàn)來研究水泥對(duì)微表處混合料性能的影響。

表1 混合料級(jí)配組成

3 水泥對(duì)微表處混合料的影響

3.1 水泥用量對(duì)可拌和時(shí)間的影響

通常，在混合料中摻入水泥可以改善其可拌合性能，為研究水泥含量對(duì)微表處混合料對(duì)可拌和時(shí)間的影響，在保持其它試驗(yàn)條件不變的情況下，在兩種混合料中摻入劑量分別為0、0.5%、1.0%、1.5%、2.0%、2.5%的硅酸鹽水泥進(jìn)行拌合，通過試驗(yàn)得到可拌和時(shí)間在不同水泥用量下的變化趨勢(shì)，見圖1。

圖1 可拌和時(shí)間隨水泥用量的變化趨勢(shì)

從圖1我們可以看出，水泥用量對(duì)混合料的可拌和時(shí)間影響沒有明顯的規(guī)律性。對(duì)于A混合料來說，可拌和時(shí)間隨著水泥用量的增大呈現(xiàn)出先增長后下降的趨勢(shì)，而B混合料則呈現(xiàn)出先下降后增長再下降的趨勢(shì)。這是因?yàn)樗喟韬驮诨旌狭蠒r(shí)會(huì)發(fā)生物理和化學(xué)兩種反應(yīng)，水泥極易吸水，不僅可以增大乳化瀝青的稠度還可以促進(jìn)乳化瀝青破乳的速度，從而提高其早期強(qiáng)度。發(fā)生化學(xué)反應(yīng)時(shí)，水泥的增多會(huì)降低集料表面的電勢(shì)，起到延緩破乳的作用，兩種反應(yīng)哪個(gè)占主導(dǎo)地位，該反應(yīng)就會(huì)對(duì)可拌和時(shí)間產(chǎn)生主導(dǎo)的影響。因此，施工時(shí)水泥最佳用量需要根據(jù)大量的試驗(yàn)來確定，并在在可拌和時(shí)間、提高早期強(qiáng)度和加速破乳時(shí)間之間找到一個(gè)平衡點(diǎn)，使得微表處混合料的性能達(dá)到最佳。

3.2 水泥用量對(duì)粘聚力的影響

為研究水泥用量對(duì)粘聚力的影響，在混合料中分別摻入比例為0、0.5%、1.0%、1.5%、2.0%、2.5%、3%的水泥，考慮到水泥劑量對(duì)可拌和時(shí)間的影響，此處的水泥為內(nèi)摻。然后對(duì)混合料分別進(jìn)行粘聚力試驗(yàn)，分測(cè)其在30 min和60 min的粘聚力，并觀察試件的破壞程度，試驗(yàn)結(jié)果見圖2和圖3。

圖2 微表處混合料30 min粘聚力隨水泥用量的變化趨勢(shì)

圖3 微表處混合料60 min粘聚力隨水泥用量的變化趨勢(shì)

由圖2、圖3可以看出：（1）隨著水泥用量的增多，微表處混合料的30 min和60 min粘聚力都成增大的趨勢(shì)，說明混合料的成型速度和早期強(qiáng)度形成都會(huì)隨著水泥劑量增大而增快；（2）水泥劑量對(duì)混合料粘聚力的影響有所差異，如A混合料在1.5%～2.0%之間時(shí)增長最快，而B混合料在水泥劑量2.0%～2.5%之間時(shí)增長最快，這說明每一種混合料都對(duì)水泥用量有各自的敏感區(qū)域；（3）通過對(duì)試驗(yàn)后的試件觀察發(fā)現(xiàn)，水泥用量越多，試件上出現(xiàn)的裂紋越明顯也越多，水泥用量為1%時(shí)試件沒有裂縫，2%時(shí)出現(xiàn)輕微裂縫，而3%時(shí)出現(xiàn)了較多裂縫，說明水泥用量過大會(huì)降低微表處混合料的抗裂性能，使其容易產(chǎn)生裂縫甚至斷裂。

3.3 水泥對(duì)濕輪磨耗值的影響

本試驗(yàn)將A、B兩種混合料按照規(guī)定制作成試件，為了保證數(shù)據(jù)的可靠性，將A、B混合料分別制成6組，其中三組用于浸水1 h濕輪磨耗試驗(yàn)，另外三組需成型后在25℃水中浸泡6 d再用于進(jìn)行濕輪磨耗試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果見圖4、圖5。

圖4 水泥對(duì)1 h濕輪磨耗值的影響

圖5 水泥對(duì)6 d濕輪磨耗值的影響

從圖4可以看出，無論是A混合料還是B混合料，添加了水泥的1 h濕輪磨耗值明顯高于不加水泥的混合料，說明混合料中加入適量的水泥可以提高混合料的抗磨耗能力。從圖5可以看出添加水泥混合料6 h的濕輪磨耗值也高于不加水泥的混合料，這說明適當(dāng)?shù)募尤胨嗖粌H可以提高混合料的耐磨耗能力還能提高其水穩(wěn)定性。

3.4 水泥對(duì)低溫抗裂性的影響

本試驗(yàn)分別將A、B兩種混合料利用礦粉和乳液蒸發(fā)殘留物的比例分別為 0.8:1、1.0:1、1.2:1、1.4:1、1.6:1、1.8:1進(jìn)行拌和，然后再分別分成兩組，一組摻入水泥，水泥用量為膠粉的1/5，另一組不加水泥。將混合料成型成小梁，小梁的尺寸為140 mm×12 mm×7 mm，置于溫度為5℃的水中達(dá)1 h，然后進(jìn)行彎曲試驗(yàn)。A混合料、B混合料的試驗(yàn)結(jié)果分別見圖6、圖7。

由試驗(yàn)結(jié)果可以看出，隨著粉膠比的增大，添加水泥和不加水泥的A、B混合料低溫時(shí)的彎曲變形都呈現(xiàn)出下降的趨勢(shì)，說明粉膠比越小，混合料的低溫抗變形能力越好。而且從圖6、圖7中也可以看出，添加水泥的混合料抗變形能力強(qiáng)于比不添加水泥的混合料，但是粉膠比小于1.2：1時(shí)，效果更明顯，隨著粉膠比增大兩者抗變形能力越接近。所以在施工時(shí)考慮混合料的低溫抗變形能力，盡量選用較小的粉膠比，適當(dāng)加入一定量的水泥能夠起到改善微表處混合料低溫抗裂性能的作用。

圖6 A混合料在不同粉膠比下的彎曲變形

圖7 B混合料在不同粉膠比下的彎曲變形

4 結(jié) 語

本文通過試驗(yàn)研究了水泥用量對(duì)混合料可拌和時(shí)間、粘聚力的影響以及水泥對(duì)混合料耐磨耗能力、水穩(wěn)定性和低溫抗裂性能的改善作用，并得到以下結(jié)論：

（1）水泥用量對(duì)可拌和時(shí)間的影響沒有明顯的規(guī)律性，具體施工過程中要對(duì)可拌和時(shí)間、破乳時(shí)間、早期強(qiáng)度綜合考慮通過試驗(yàn)來確定最佳用量。

（2）增大水泥用量可以提高混合料的早期強(qiáng)度和粘聚力，但是過多的水泥會(huì)導(dǎo)致成型后的混合料出現(xiàn)較多裂縫。

（3）適量水泥可以起到提高微表處混合料抗磨耗能力、水穩(wěn)定性和低溫抗裂性。

[1]交通部公路科學(xué)研究院.微表處和稀漿封層技術(shù)指南[M].北京:人民交通出版社,2006.

[2]代樹杰.甘肅省公路微表處混合料性能及養(yǎng)護(hù)時(shí)機(jī)研究[D].陜西西安:長安大學(xué),2009.

[3]徐劍.瀝青路面微表處養(yǎng)護(hù)技術(shù)的研究[D].江蘇南京:東南大學(xué), 2002.

[4]Alessandro Giannattasio.New Surface agents for C.IR Modified emulsion[A].ISSA annual meeting.Florida[C].2005.

[5]歐振平.微表處技術(shù)在高速公路養(yǎng)護(hù)工程中的應(yīng)用[D].廣東廣州:華南理工大學(xué),2011.

U414

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1009-7716（2017）03-0196-03

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2017.03.054

2017-01-10

尚志剛（1976-），男，黑龍江黑河人高級(jí)工程師，從事道路設(shè)計(jì)工作。