水泥對(duì)瀝青料性能影響的試驗(yàn)分析

施全敏

(河南中州路橋建設(shè)有限公司,河南 周口 466000)

0 引言

瀝青是道路施工中常用的路面材料,為了增強(qiáng)瀝青的穩(wěn)定性,通常選擇添加抗剝離材料。目前,市面上的抗剝離材料主要有堿性礦料及抗剝離劑兩種。堿性礦料主要包括水泥、石灰、粉煤灰等,抗剝離劑主要有Berol胺、A型抗剝離劑、AST-3抗剝離劑等[1]。目前水泥摻量對(duì)瀝青混合料性能影響的研究主要集中在水穩(wěn)定性方面,對(duì)其他方面的影響研究還比較少,故此針對(duì)不同水泥摻量對(duì)瀝青混合料力學(xué)性能、高溫穩(wěn)定性、水穩(wěn)定性、低溫抗裂性等性能的影響展開試驗(yàn),為在瀝青路面施工中合理使用水泥積累經(jīng)驗(yàn)。

1 原材料

1)水泥。試驗(yàn)用的水泥為P·O42.5水泥,各項(xiàng)性能指標(biāo)測(cè)試如表1所示。

表1 P·O42.5水泥性能測(cè)試結(jié)果Tab.1 Results of P·O42.5 cement performance test

2)瀝青。選用AC-13C型瀝青混合料級(jí)配,具體技術(shù)指標(biāo)如表2所示。石料選用石灰?guī)r集料。粗集料的針片狀顆粒含量為6.1%,壓碎值為144.4%,細(xì)集料含泥量為0.5%,均滿足《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》(JTGF40—2004)中的技術(shù)要求。

表2 瀝青技術(shù)指標(biāo)Tab.2 Asphalt technical index

2 試驗(yàn)方案及試件制作

將P·O42.5水泥按0%、1%、2%、3%、4% 5種摻量與乳化瀝青混合,制備出相應(yīng)的試件。每種摻量的試件數(shù)量為5個(gè),具體試件制作方法如下:根據(jù)實(shí)際工程經(jīng)驗(yàn),確定乳化瀝青最佳摻量為7.3%,按5種水泥摻量進(jìn)行混合,制備出5組不同的試件,對(duì)試件雙面各擊實(shí)50次,將其放入60 ℃烘箱中進(jìn)行試模養(yǎng)生,試件養(yǎng)生應(yīng)≥40 h并至恒重。待5組試件養(yǎng)生結(jié)束后,再對(duì)試件雙面擊實(shí)25次并側(cè)放到地上,在室溫環(huán)境下冷卻12 h以上,脫模進(jìn)行測(cè)試[2]。

3 試驗(yàn)過(guò)程及結(jié)果分析

3.1 15 ℃劈裂試驗(yàn)

開展15 ℃劈裂試驗(yàn)前需先把試件完全浸沒到25 ℃水浴中,浸泡23 h,再將試件取出來(lái)浸泡到15 ℃的恒溫水浴中1 h,將試件取出并馬上對(duì)其做15 ℃劈裂試驗(yàn)[3]。不同水泥摻量下瀝青混合料的15℃劈裂試驗(yàn)結(jié)果如表3所示,瀝青混合料劈裂強(qiáng)度隨水泥摻量變化的規(guī)律如圖1所示。

圖1 瀝青混合料劈裂強(qiáng)度隨水泥摻量變化的規(guī)律Fig.1 Law of asphalt mixture splitting strength changing with cement content

表3 不同水泥摻量下瀝青混合料的15 ℃劈裂試驗(yàn)結(jié)果Tab.3 Results of 15 ℃ splitting test of asphalt mixture with different cement content

從圖1可以看出,隨著瀝青混合料中摻加水泥量的不斷增大,其劈裂強(qiáng)度也隨之不斷增加。水泥摻量低于2%時(shí),瀝青混合料劈裂強(qiáng)度增長(zhǎng)幅度大,但瀝青混合料的劈裂強(qiáng)度達(dá)不到規(guī)范中劈裂強(qiáng)度≥0.5的要求。而當(dāng)水泥摻量超過(guò)2%之后,瀝青混合料劈裂強(qiáng)度增幅減緩且強(qiáng)度提高并不明顯。

3.2 車轍試驗(yàn)

圖2 瀝青混合料高溫穩(wěn)定性隨水泥摻量變化的規(guī)律Fig.2 High temperature stability of asphalt mixture changes with cement content

表4 不同水泥摻量下瀝青混合料的車轍試驗(yàn)結(jié)果Tab.4 Rutting test results of asphalt mixture with different cement content

動(dòng)穩(wěn)定度是判斷瀝青混合料高溫穩(wěn)定性的重要指標(biāo),動(dòng)穩(wěn)定越高,則瀝青混合料高溫穩(wěn)定性越強(qiáng),反之則越弱。綜合表4和圖2可以得出,隨著瀝青混合料中水泥摻量的增加,混合料的動(dòng)穩(wěn)定度不斷增大,說(shuō)明在瀝青混合料中摻入水泥可有效增強(qiáng)其高溫穩(wěn)定性。但是在水泥摻量低于2%時(shí),瀝青混合料車轍試驗(yàn)結(jié)果不滿足規(guī)范中有關(guān)改性瀝青混合料車轍>2 400次/mm的要求,且當(dāng)水泥摻量高于2%后,瀝青混合料的動(dòng)穩(wěn)定度增幅減緩。

3.3 低溫彎曲試驗(yàn)

低溫彎曲試驗(yàn)中,將試件制作成250 mm×30 mm×35 mm的棱柱形小梁試件,將試件置于-10 ℃恒溫水槽中保溫45 min,待試件達(dá)到試驗(yàn)溫度后使用壓力機(jī)對(duì)其施加荷載,直至試件破壞,記錄彎拉應(yīng)變值,以此來(lái)判斷試件的低溫抗裂性[5]。具體試驗(yàn)結(jié)果如表5所示,瀝青混合料彎拉應(yīng)變隨水泥摻量變化的規(guī)律如圖3所示。

圖3 瀝青混合料彎拉應(yīng)變隨水泥摻量變化的規(guī)律Fig.3 Bending tension strain of asphalt mixture changes with cement content

表5 低溫彎曲試驗(yàn)結(jié)果Tab.5 Results of low temperature bending test

從表5和圖3可以看出,隨著瀝青混合料中水泥摻量的增加,彎拉應(yīng)變不斷減小,且兩者呈線性關(guān)系,這說(shuō)明瀝青混合料中摻入水泥會(huì)增大其脆性并減小瀝青混合料的低溫抗裂性。在水泥摻量超過(guò)2%之后,試件的彎拉應(yīng)變值未達(dá)到規(guī)范中彎拉應(yīng)變≥2 800 με的要求。

3.4 浸水馬歇爾試驗(yàn)及凍融劈裂試驗(yàn)

3.4.1 浸水馬歇爾試驗(yàn)

根據(jù)《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》(JTGE20—2011) 、《瀝青混合料馬歇爾穩(wěn)定度試驗(yàn)》(T0709—2011)等規(guī)范中的相關(guān)要求,制作標(biāo)準(zhǔn)馬歇爾試件,并進(jìn)行浸水馬歇爾試驗(yàn),獲得不同水泥摻量下試件的標(biāo)準(zhǔn)穩(wěn)定度及浸水穩(wěn)定度,具體如表6所示。隨水泥摻量的增加,試件穩(wěn)定度的變化規(guī)律如圖4所示。

圖4 試件穩(wěn)定度隨水泥摻量變化的規(guī)律Fig.4 Stability of test piece varies with cement content

表6 浸水馬歇爾測(cè)試結(jié)果Tab.6 Results of immersion Marshall test

綜合圖4和表6可知,試件的標(biāo)準(zhǔn)穩(wěn)定度及浸水穩(wěn)定度均隨著水泥摻量的增加而增大,但是在水泥摻量超過(guò)2%之后,增幅減小。由此可知,隨水泥摻量的增加,瀝青混合料的水穩(wěn)定性逐漸增強(qiáng),但摻量超過(guò)2%后水穩(wěn)定性增強(qiáng)不明顯。

3.4.2 凍融劈裂試驗(yàn)

根據(jù)規(guī)程T0702方法,將試件制作成直徑101.6 mm、高63.5 mm的圓柱形試件,裝進(jìn)塑料袋中并在袋中加10 mL的水,再放入恒溫冰箱中,于溫度-18 ℃冷凍16 h。冷凍結(jié)束后立即取出試件放到60 ℃恒溫水槽中,取下塑料袋,保溫24 h,按50 mm/min的速率進(jìn)行加載。試驗(yàn)過(guò)程中要詳細(xì)記錄凍融前后的劈裂強(qiáng)度及強(qiáng)度比,具體結(jié)果如表7所示。凍融前后劈裂強(qiáng)度隨水泥摻量變化的規(guī)律如圖5所示。

圖5 試件凍融前后劈裂強(qiáng)度隨水泥摻量變化的規(guī)律Fig.5 Variation of the splitting strength of specimens with cement content before and after freeze-thaw

表7 凍融劈裂試驗(yàn)結(jié)果Tab.7 Results of freeze-thaw splitting test

綜合圖5和表7可知,隨著水泥摻量的增加,試件凍融前后的劈裂強(qiáng)度均呈線性增長(zhǎng),但水泥摻量低于2%時(shí),強(qiáng)度比不滿足規(guī)范中強(qiáng)度比≥75%的要求,水泥摻量超過(guò)2%后,試件劈裂強(qiáng)度增幅不明顯。

4 結(jié)論

在瀝青混合料中摻入水泥,瀝青混合料的力學(xué)性能、高溫穩(wěn)定性及水穩(wěn)定性均會(huì)增強(qiáng),但低溫抗裂性會(huì)降低。水泥摻量小于2%時(shí),瀝青混合料的性能均達(dá)不到規(guī)范要求,而當(dāng)水泥摻量超過(guò)2%后,瀝青混合料性能滿足規(guī)范要求,但性能增長(zhǎng)不顯著。為了確保瀝青混合料的性能滿足規(guī)范要求及施工經(jīng)濟(jì)性要求,建議水泥摻量控制在2%左右,同時(shí)可防止因水泥摻量過(guò)大而出現(xiàn)瀝青收縮開裂的問(wèn)題。