禤煒安，熊劍平，張仰鵬，曾俐豪

（1.廣西交科集團(tuán)有限公司，廣西 南寧 530007；2.廣西道路結(jié)構(gòu)與材料重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣西 南寧 530007；3.高等級(jí)公路建設(shè)與養(yǎng)護(hù)技術(shù)、材料及裝備交通運(yùn)輸行業(yè)研發(fā)中心，廣西 南寧 530007）

節(jié)能減排、降碳增效逐步成為生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)活動(dòng)的重要導(dǎo)向，道路工程從“重建輕養(yǎng)”向“建養(yǎng)并重”發(fā)展，對(duì)低碳高品質(zhì)的瀝青路面養(yǎng)護(hù)技術(shù)的需求迫切。傳統(tǒng)養(yǎng)護(hù)工程常用的熱拌瀝青混合料在拌制過(guò)程中需要消耗大量的燃料，且會(huì)產(chǎn)生大量的煙塵和廢氣，嚴(yán)重污染環(huán)境。乳化瀝青基冷拌材料在常溫環(huán)境下就能完成拌合、攤鋪、碾壓成型等工序，具有節(jié)能減排、施工便捷、適于各種氣候等優(yōu)點(diǎn)，并可改善施工條件，是道路養(yǎng)護(hù)技術(shù)的重要發(fā)展方向。

21世紀(jì)，中國(guó)開(kāi)始研究與推廣使用SBS、SBR改性乳化瀝青，這些瀝青在微表處理、黏結(jié)層和霧封層材料等領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用［1］。王偉明等［2-4］開(kāi)展了改性乳化瀝青制備技術(shù)與性能的研究，分析了新型改性乳化瀝青的技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)。唐太熊［5］研究了乳化瀝青膠漿的干燥成膜過(guò)程的影響機(jī)制和發(fā)展過(guò)程。李霞等［6-7］研究了乳化瀝青材料特性對(duì)混合料性能的影響。徐世法等［8-9］研究了環(huán)境條件對(duì)改性乳化瀝青混合料強(qiáng)度的影響。李昊隆等［10-11］對(duì)乳化瀝青基材料的早期強(qiáng)度特性進(jìn)行了研究。彭波等［12-13］對(duì)乳化瀝青混合料配合比設(shè)計(jì)方法開(kāi)展了研究。這些研究主要集中于乳化瀝青及其混合料的制備技術(shù)、基本性能等方面，但對(duì)不同條件下其強(qiáng)度發(fā)展規(guī)律的研究少見(jiàn)。膠漿組成、黏度特性對(duì)乳化瀝青混合料的施工和易性、破乳控制、力學(xué)強(qiáng)度影響的研究也較為鮮見(jiàn)。因此，開(kāi)展改性乳化瀝青混合料膠漿特性及強(qiáng)度發(fā)展規(guī)律的研究是必要的。本研究擬設(shè)計(jì)不同配合比的乳化瀝青膠漿，研究不同粉膠比、水泥替代率、養(yǎng)護(hù)時(shí)間對(duì)膠漿黏度特性的影響，分析不同膠漿的初始強(qiáng)度和在不同環(huán)境條件下乳化瀝青混合料強(qiáng)度與時(shí)間的關(guān)系，研究乳化瀝青混合料強(qiáng)度發(fā)展規(guī)律，為復(fù)合改性乳化瀝青膠漿的設(shè)計(jì)及其力學(xué)強(qiáng)度的控制提供參考。

1 原材料及試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.1 原材料

1） 乳化瀝青為自加工的SBS-SBR復(fù)合改性乳化瀝青。其中，SBS摻量為1%，SBR摻量為2%，固含量為65%，1.18 mm篩上剩余量為0.85%，蒸發(fā)殘留物軟化點(diǎn)68.5 ℃，5 d儲(chǔ)存穩(wěn)定性2.2%。

2） 集料中，粗集料采用5～10 mm、10～15 mm輝綠巖和3～5 mm石灰?guī)r，細(xì)集料采用0～3 mm石灰?guī)r；礦粉采用石灰?guī)r碎石加工。礦料技術(shù)指標(biāo)均滿足《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》（JTG F40—2004）中的相關(guān)技術(shù)要求。

3） 水泥為P·O 42.5普通硅酸鹽水泥，經(jīng)檢測(cè)，其抗壓強(qiáng)度為51.5 MPa，抗折強(qiáng)度為7.7 MPa，初凝時(shí)間為195 min，終凝時(shí)間為225 min。

1.2 混合料配合比設(shè)計(jì)

根據(jù)礦料篩分結(jié)果，進(jìn)行AC-13混合料設(shè)計(jì)，各檔礦料摻配比例為（10～15） mm∶（5～10） mm∶（3～5） mm∶（0～3） mm∶礦粉=20∶40∶6∶32∶2，水泥摻量為2%。礦料級(jí)配設(shè)計(jì)曲線如圖1所示。

圖1 礦料級(jí)配曲線Fig.1 Gradation curves of mineral material

通過(guò)試驗(yàn)確定的最佳改性乳化瀝青油石比為7.7%，在此條件下，AC-13改性乳化瀝青混合料的馬歇爾穩(wěn)定度為8.82 kN，殘留穩(wěn)定度為91.6%，凍融劈裂強(qiáng)度比為88.7%，動(dòng)穩(wěn)定度為4 655次/mm。

1.3 試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)

1） 膠漿黏度特性研究。

改性乳化瀝青膠漿的粉膠比分別取為1.0和0.8，水泥等量替代礦粉分別取為0%、10%、30%、50%、70%進(jìn)行試驗(yàn)，分析不同粉膠比、水泥替代率、持續(xù)時(shí)間等因素對(duì)改性乳化瀝青膠漿布氏黏度的影響。試驗(yàn)方案見(jiàn)表1。

表1 不同膠漿的黏度特性試驗(yàn)安排Table 1 Test schedule of viscosity characteristics of mortar system

2） 力學(xué)強(qiáng)度特性研究。

以馬歇爾穩(wěn)定度作為改性乳化瀝青混合料力學(xué)強(qiáng)度的評(píng)價(jià)指標(biāo)，研究不同膠漿組成對(duì)混合料初始馬歇爾穩(wěn)定度的影響，見(jiàn)表2。分別設(shè)計(jì)不同溫度（室溫、60 ℃、90 ℃）、濕度（20%、60%）、風(fēng)力（無(wú)風(fēng)、10 m/s）等養(yǎng)護(hù)條件，研究不同環(huán)境因素對(duì)改性乳化瀝青混合料強(qiáng)度的影響。

企業(yè)的文化建設(shè)是和企業(yè)相關(guān)的管理理念，是以企業(yè)的價(jià)值觀為依托所產(chǎn)生的，也是其長(zhǎng)久發(fā)展和不斷擴(kuò)散的過(guò)程。同時(shí)，企業(yè)的文化建設(shè)能夠彰顯出企業(yè)的核心價(jià)值，它還體現(xiàn)在企業(yè)深刻的文化觀念、長(zhǎng)久以來(lái)的歷史傳統(tǒng)、與眾不同的企業(yè)精神和嚴(yán)格遵守的道德規(guī)范、行為準(zhǔn)則這些方面上，而員工的思想行為、道德風(fēng)貌則是其具體表現(xiàn)。企業(yè)文化建設(shè)的價(jià)值觀就代表著企業(yè)的核心，是企業(yè)最中心的環(huán)節(jié)，而企業(yè)的價(jià)值觀也不僅僅局限于企業(yè)管理運(yùn)行中的各種文化現(xiàn)象和文化表現(xiàn)，更多的是企業(yè)員工在工作期間所秉持的企業(yè)理念以及企業(yè)精神。企業(yè)的文化建設(shè)不僅代表了企業(yè)生存競(jìng)爭(zhēng)發(fā)展的趨勢(shì)，更是企業(yè)不竭的動(dòng)力。

表2 不同膠漿的乳化瀝青混合料初始強(qiáng)度試驗(yàn)安排Table 2 Initial strength test schedule of emulsified asphalt mixture with different mortars

2 不同膠漿的黏度特性研究

2.1 不同膠漿的黏度測(cè)試

按照本試驗(yàn)方案制備乳化瀝青膠漿，并采用布氏黏度儀測(cè)試不同膠漿在不同時(shí)間（0、15、30、45和60 min）的布氏黏度，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 不同膠漿的黏度的試驗(yàn)結(jié)果Table 3 Viscosity test results of different mortars

2.2 粉膠比對(duì)膠漿黏度的影響

當(dāng)粉膠比分別為1.0和0.8時(shí)，5組不同水泥替代率的膠漿乳化瀝青膠漿黏度的試驗(yàn)結(jié)果如圖2所示。從圖2可以看出，在水泥替代率相同時(shí)，粉膠比為1.0的膠漿布氏黏度均大于粉膠比為0.8的。當(dāng)水泥替代率為0時(shí)，粉膠比為0.8的膠漿布氏黏度為0.325 Pa·s，粉膠比為1.0的膠漿布氏黏度為0.577 Pa·s，粉膠比為1.0的膠漿布氏黏度較粉膠比為0.8的提高了77.5%；當(dāng)粉膠比為1.0時(shí)，水泥替代率分別為10%、30%、50%的膠漿布氏黏度較粉膠比為0.8的相同水泥替代率的依次提高了82.1%、51.6%、65.4%。這表明粉膠比越大，乳化瀝青膠漿的布氏黏度越大。

圖2 不同粉膠比膠漿黏度的試驗(yàn)結(jié)果Fig.2 Viscosity test results of mortar with different powder-binder ratio

2.3 水泥替代率對(duì)膠漿黏度的影響分析

本試驗(yàn)分別在乳化瀝青膠槳中分別摻入0%、10%、30%、50%、70% 的水泥替代礦粉，分析其對(duì)膠漿材料黏度的影響，試驗(yàn)結(jié)果如圖3所示。

圖3 不同水泥替代率膠漿黏度的變化曲線Fig.3 Viscosity change curve of mortar with different cement replacement rate

從圖3可以看出，當(dāng)粉膠比相同時(shí)，隨著水泥替代率的增大，膠漿的布氏黏度值呈增大趨勢(shì)。當(dāng)粉膠比為0.8時(shí)，水泥替代率分別為10%、30%、50%、70%的膠漿布氏黏度依次是水泥替代率為0%的膠漿布氏黏度的2.56倍、3.26倍、3.45倍、4.07倍。粉膠比為1.0時(shí)，水泥替代率大于等于70%的膠漿的黏稠值，無(wú)法測(cè)出，如A5。不同粉膠比具有不同的水泥替代率臨界值，需要根據(jù)實(shí)際乳化瀝青混合料的粉膠比確定合適的水泥替代率。當(dāng)粉膠比為1.0時(shí)，建議其水泥替代率不超過(guò)50%。

2.4 持續(xù)時(shí)間對(duì)膠漿黏度的影響分析

根據(jù)本試驗(yàn)方案配制的改性乳化瀝青膠漿，分別測(cè)試試件在0、15、30、45和60 min的布氏黏度，試驗(yàn)結(jié)果如圖4所示。

圖4 不同粉膠比膠漿黏度隨時(shí)間的變化曲線Fig.4 Viscosity change curve of mortar with different powder-binder ratio with time

從圖4可以看出，當(dāng)持續(xù)時(shí)間為0～60 min時(shí)，同一粉膠比的膠漿在不同水泥替代率的膠漿布氏黏度值變化不大。當(dāng)粉膠比為1.0、水泥替代率為50%時(shí)，持續(xù)時(shí)間分別為0、30和60 min的膠漿的布氏黏度值依次為1.604、1.694和1.732 Pa?s，其最大相差值為0.128 Pa?s。其主要原因是在60 min內(nèi)，盡管有部分水泥開(kāi)始發(fā)生了水化反應(yīng)，但水化程度并不高，遠(yuǎn)未達(dá)到使水泥材料凝結(jié)的程度；其次，由于該布氏黏度在室溫條件下進(jìn)行，改性乳化瀝青破乳率不高，水分蒸發(fā)不多，因此其對(duì)膠漿材料的黏度值影響不大。

3 乳化瀝青混合料力學(xué)強(qiáng)度特性研究

3.1 不同膠漿的初始穩(wěn)定度

采用按照本試驗(yàn)方案配制的改性乳化瀝青膠漿進(jìn)行馬歇爾試驗(yàn)，測(cè)量不同配方的改性乳化瀝青膠漿的初始馬歇爾穩(wěn)定度，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 不同膠漿的馬歇爾穩(wěn)定度的試驗(yàn)結(jié)果Table 4 The Marshall stability test results of different mortars kN

由表4可知，按照不同粉膠比、不同水泥替代率制備的改性乳化瀝青膠漿，其混合料的初始穩(wěn)定度均有所差異。當(dāng)粉膠比相同時(shí)，隨著水泥替代率的提高，乳化瀝青混合料的初始馬歇爾穩(wěn)定度不斷增強(qiáng)，A4方案下的初始馬歇爾穩(wěn)定度比A1方案下的提高了1.18倍。其主要原因是在乳化瀝青膠漿體系中，水泥能夠發(fā)生水化反應(yīng)，該反應(yīng)一方面加速了水分的消耗和乳化瀝青的破乳；另一方面，水化反應(yīng)形成了水泥石，促進(jìn)了其初始馬歇爾穩(wěn)定度的提高。

當(dāng)水泥替代率相同時(shí)，對(duì)比A4與B4方案可知，膠漿粉膠比越高，初始馬歇爾穩(wěn)定度也越高。粉膠比為1.0的膠漿的初始馬歇爾穩(wěn)定度比粉膠比0.8的膠漿的馬歇爾穩(wěn)定度提高了19.0%。這是因?yàn)榉勰z比越高，其總比表面積越大，吸水量越大，乳化瀝青的破乳時(shí)間越短，促進(jìn)了膠漿初始馬歇爾穩(wěn)定度的形成。

對(duì)比不同的試驗(yàn)方案，可知：方案A4的初始馬歇爾穩(wěn)定度最高，即當(dāng)粉膠比為1.0，水泥等量替代率為50%時(shí)，乳化瀝青混合料的初始馬歇爾穩(wěn)定度較高，其值為3.32 kN。由表4還可知，初始馬歇爾穩(wěn)定度越高，其最終的馬歇爾穩(wěn)定度也越高，如：A4方案的馬歇爾穩(wěn)定度為8.08 kN，該值較A1、B4方案的5.50 kN、6.25 kN的馬歇爾穩(wěn)定度均有明顯提高。

3.2 溫度對(duì)強(qiáng)度的影響

對(duì)AC-13乳化瀝青混合料試件進(jìn)行擊實(shí)后，分別將其置于室溫、60 ℃、90 ℃ 3種不同溫度條件下養(yǎng)護(hù)1、2、3、5和7 d，再將其取出，在常溫下放置24 h，最后脫模并測(cè)試馬歇爾穩(wěn)定度，試驗(yàn)結(jié)果如圖5所示。

圖5 不同溫度下強(qiáng)度隨時(shí)間的變化曲線Fig.5 Variation curves of the Marshall strength with time at different temperatures

從圖5可以看出，當(dāng)養(yǎng)護(hù)時(shí)間相同時(shí)，養(yǎng)護(hù)溫度越高，乳化瀝青混合料的強(qiáng)度越高，90 ℃的乳化瀝青混合料的強(qiáng)度最高，60 ℃的次之，室溫養(yǎng)護(hù)的最小。當(dāng)養(yǎng)護(hù)時(shí)間為1 d時(shí)，養(yǎng)護(hù)濕度分別為60 ℃、90 ℃的乳化瀝青的馬歇爾穩(wěn)定度比室溫養(yǎng)護(hù)的乳化瀝青的馬歇爾穩(wěn)定度分別提高了1.26倍、1.88倍。這是因?yàn)樵谌榛癁r青混合料強(qiáng)度形成過(guò)程中，需要將材料體系內(nèi)的水分蒸發(fā)，還原瀝青常溫條件下半固體狀態(tài)，發(fā)揮其黏結(jié)作用。溫度升高能夠促進(jìn)水分的蒸發(fā)，加快強(qiáng)度形成。因此，在乳化瀝青混合料攤鋪碾壓后，較高的氣溫條件有利于材料強(qiáng)度的形成。

在3種不同溫度下，乳化瀝青混合料的強(qiáng)度均呈前期增長(zhǎng)較快、后續(xù)逐漸減緩甚至趨于穩(wěn)定的規(guī)律。但不同養(yǎng)護(hù)溫度的乳化瀝青混合料的轉(zhuǎn)折點(diǎn)不太一致。在室溫條件下，乳化瀝青混合料的強(qiáng)度在3 d后趨于平穩(wěn)；在60 ℃和90 ℃條件下，養(yǎng)護(hù)2 d后，乳化瀝青混合料的強(qiáng)度可基本達(dá)到最終強(qiáng)度的80%左右。

3.3 濕度對(duì)強(qiáng)度的影響

在對(duì)AC-13乳化瀝青混合料試件進(jìn)行擊實(shí)后，先將其置于室溫，濕度分別設(shè)置為60%和20%的條件中，分別養(yǎng)護(hù)1、2、3、5和7 d，再取出常溫放置24 h，最后脫模，并測(cè)試其馬歇爾穩(wěn)定度，試驗(yàn)結(jié)果如圖6所示。

圖6 不同濕度下強(qiáng)度隨時(shí)間的變化曲線Fig.6 Variation curves of the Marshall strength with time at different humidity

從圖6可以看出，當(dāng)養(yǎng)護(hù)時(shí)間相同時(shí)，養(yǎng)護(hù)濕度越小，乳化瀝青混合料的馬歇爾穩(wěn)定度越大。當(dāng)養(yǎng)護(hù)為3 d時(shí)，60%濕度的乳化瀝青混合料的馬歇爾穩(wěn)定度為3.87 kN，20%濕度的乳化瀝青混合料的馬歇爾穩(wěn)定度為4.26 kN，其增幅為10.1%。其主要原因是環(huán)境濕度越小，越有利于乳化瀝青混合料中水分蒸發(fā)，越有利于乳化瀝青破乳，縮短強(qiáng)度形成時(shí)間；而濕度越高，越不利于水分蒸發(fā)和混合料強(qiáng)度的形成。

在時(shí)間軸上，與溫度的發(fā)展規(guī)律相似，乳化瀝青混合料的強(qiáng)度均呈前期增長(zhǎng)較快、后續(xù)逐漸減緩甚至趨于穩(wěn)定的規(guī)律。由于試驗(yàn)溫度較低，其強(qiáng)度大致在3～5 d后才基本達(dá)到峰值。

3.4 風(fēng)力對(duì)強(qiáng)度的影響

在對(duì)AC-13乳化瀝青混合料試件進(jìn)行擊實(shí)后，先將其置于室溫中，濕度設(shè)為60%，風(fēng)力分別設(shè)為無(wú)風(fēng)和10 m/s的風(fēng)速，分別養(yǎng)護(hù)1、2、3、5和7 d，再將其取出，在常溫中放置24 h后，最后脫模并測(cè)試其馬歇爾穩(wěn)定度，試驗(yàn)結(jié)果如圖7所示。

圖7 不同風(fēng)力馬歇爾穩(wěn)定度隨時(shí)間變化曲線Fig.7 Variation curves of the Marshall strength with time at different wind force

從圖7可以看出，當(dāng)養(yǎng)護(hù)時(shí)間相同時(shí)，風(fēng)力越大，乳化瀝青混合料的馬歇爾穩(wěn)定度越大。與無(wú)風(fēng)環(huán)境的乳化瀝青混合料相比，風(fēng)速為10 m/s的乳化瀝青混合料在養(yǎng)護(hù)1、3、5和7 d的馬歇爾穩(wěn)定度分別提高了23.7%、17.1%、23.4%、24.4%，表明風(fēng)力對(duì)乳化瀝青混合料的強(qiáng)度形成具有良好促進(jìn)作用。其主要原因是，加大風(fēng)力，有利于乳化瀝青混合料中水分蒸發(fā)，促進(jìn)乳化瀝青混合料強(qiáng)度的形成。

與溫度、濕度的發(fā)展規(guī)律相似，隨著養(yǎng)護(hù)時(shí)間的延長(zhǎng)，乳化瀝青混合料的強(qiáng)度均呈前期增長(zhǎng)較快、后續(xù)逐漸減緩甚至趨于穩(wěn)定的趨勢(shì)。

4 結(jié)論

1） 粉膠比越大，乳化瀝青膠漿的黏度越大；隨著水泥替代率的增大，膠漿的布氏黏度值總體呈增大的趨勢(shì)，當(dāng)粉膠比1.0時(shí)，水泥替代率建議不超過(guò)50%；持續(xù)0～60 min，膠漿材料的布氏黏度值變化不大，基本維持在相同水平。

2） 通過(guò)水泥等量替代礦粉，可提高乳化瀝青混合料的初始強(qiáng)度；粉膠比越大，其乳化瀝青混合料初始強(qiáng)度越高。當(dāng)粉膠比為1.0，水泥等量替代率為50%時(shí)，乳化瀝青混合料的初始馬歇爾穩(wěn)定度為3.32kN，具有較高的初始強(qiáng)度。

3） 溫度越高，濕度越小，風(fēng)力越大，越有利于水分蒸發(fā)，加速乳化瀝青破乳，促進(jìn)乳化瀝青混合料強(qiáng)度的形成與發(fā)展。當(dāng)養(yǎng)護(hù)溫度分別為60 ℃和90 ℃時(shí)，乳化瀝青混合料馬歇爾穩(wěn)定度2 d左右，基本達(dá)到其馬歇爾強(qiáng)度峰值的80%以上。

4） 隨著養(yǎng)護(hù)時(shí)間的延長(zhǎng)，乳化瀝青混合料的強(qiáng)度逐漸增大，該強(qiáng)度總體上呈前期增長(zhǎng)較快、后續(xù)逐漸減緩甚至趨于平穩(wěn)的趨勢(shì)。