水泥乳化沥青稳定碎石抗冻性能试验研究
王一琪
（1.东北林业大学土木工程学院，黑龙江哈尔滨150040）
摘要：在大量试验研究的基础上，将水泥乳化沥青稳定碎石试件的乳化沥青用量、水泥剂量两方面因素对试件抗冻性能的影响进行了研究分析，得出了相应的影响规律及作用机理。结果表明：乳化沥青用量不超过3%时，经过5次冻融循环后的无侧限抗压强度损失和质量变化率均随着乳化沥青用量的增加而逐渐减小；水泥乳化沥青稳定碎石试件的强度损失和质量变化率均随着水泥剂量的增加呈逐渐减小的趋势变化。
关键词：乳化沥青，水泥稳定碎石，抗冻性能，作用机理
Abstract: On the basis of large amount of experiments, the paper studied the impact to the frost resistance of speciman which was composed of cement and eumulsified alsphlt stabilized crushed stone from two factors which were volume of the emulsifie alsphlt and volume of cement,it come to the impact of laws and the mechanism of action. The results show that:when the volume of the emulsified asphalt of the speciman is less than 3%, the loss of the unconfined compressive strength and the rate of weight change after 5 freeze-thaw cycles both decrease gradually with the increase in the amount of emulsified asphalt; The loss of stength and the rate of weight change both decrease gradually with the increasing cement dose .
Keywords: emulsified asphalt, cement stabilized crushed stone, frost resistance, mechanism of action
1 引言
我国目前普遍采用的半刚性基层，存在严重缩裂、引发反射性开裂、抗冻性能差以及耐久性不足等问题，是导致路面达不到设计年限的重要原因，寒区公路更是如此。大多数的基层混合料属于有孔隙材料,当受到冻融循环作用的时候,混合料的孔隙内壁会受到水冰相变膨胀产生附加内力的挤压与松弛的反复作用,经过数次冻融循环作用后,材料会失去其中一部分或全部的强度。路面的强度与使用寿命将受到半刚性基层混合料的低温性能的直接影响 ,基层混合料的低温性能差会引起基层强度的明显降低,导致路面结构的整体性破坏，因此，沥青路面(特别是薄沥青路面)的开裂破坏与半刚性基层材料的抗冻性能息息相关。该文以有效防止半刚性基层反射裂缝的产生为研究目的，将研究对象定为水泥稳定碎石材料，将适量的乳化沥青加入水泥稳定碎石基层混合料中，既可以保持水泥稳定碎石基层混合料强度较高的优势，同时又能够降低其抗压回弹模量，这将有助于提高水泥稳定碎石的抗裂性能，从而使道路的使用寿命得以延长，具有良好的经济效益。该文着重研究了乳化沥青在加入水泥稳定碎石混合料中时，乳化沥青用量和水泥剂量这两方面因素对水泥稳定碎石试件的抗冻性能影响。
2试验概况
2.1原材料试验
本试验采用海伦亚泰水泥厂生产的P.O42.5级普通硅酸盐水泥。
本试验选用的乳化沥青为阳离子乳化沥青，其具体技术指标见表1。
表1 乳化沥青技术指标
项 目
单 位 指标要求 检验结果
单项评定 筛上剩余量（1.18mm ）
% < 0.1 0 合格 蒸发残留物
残留物含量
%
58～63 61.0 合格 针入度（25℃，100g ） 0.1mm 60～120 76.6 合格 溶解度（三氯乙烯）
% ﹥97 99.7 合格 软化点 ℃ 45.8 合格 延度（15℃） cm ≥50 69.7 合格 破乳速度
/
慢裂
慢裂
合格
由《公路沥青路面设计规范》JTG D50-2006中对水泥稳定碎石的级配范围的具体规定，
经过分析粗集料与细集料的筛分试验结果后，对四档集料的掺配比例进行适当的调整，表2为混合料合成级配的通过百分率。
表2 混合料合成级配通过百分率 筛孔尺寸/mm 31.5 26.5 19 9.5 4.75 2.36 0.6 0.075 通过率/%
100
96.5
75.8
48.1
27.3
17.4
9.3
2.2
2.2 试验方案
本试验中的水泥剂量因素选取4.0%， 5.0%两种水泥剂量作为对比参照项。选取了三种乳化沥青用量2.0%，2.5%，3.0%来体现乳化沥青用量因素对水泥稳定碎石各项性能的影响。试验中还安排了一组不加乳化沥青的基准配比用来将普通水泥稳定碎石和水泥乳化沥青稳定碎石混合料性能的差异形成对比。 2.3 试验方法
1．试件的成型与养生
按照已确定的最大干密度和最佳含水量采用静压法或振动成型方法制作Φ150mm×150mm 的圆柱形试件。按同样的方法每一组制备18个标准试件，其中的9个是冻融试件，其余的9个是不冻融的对比试件。养生龄期结束的前一天，将试件在室温下饱水24小时备用。
2．试验的具体步骤
(1)称量试件在浸水前的质量0m 。经过24小时后浸水完毕，用毛巾将试件表面的水分擦拭干，然后测量试件的高度，同时称量试件的质量1m ，精确到0.1mm 。
(2)测试18个试件中的9个非冻融试件的无侧限抗压强度R C ；将其余的9个冻融试件，按照编号放入全自动冻融试验机中，设定-18℃为控制温度，16h 为冻结时间。为了有助于冷空气流通，试件周围应留有空隙，大小约为20mm 。
(3)冻结16h 后，将试件取出来，然后测其高度和质量，记录下来；然后马上放回设定好的温度为20℃，时间为8h 的全自动冻融试验机中进行融化。试件融化后，将其表面的水分擦干，再次称其质量、并测其高度。按上述步骤将试件放入全自动冻融试验机中进行第二次的冻融循环试验。
试件的抗冻性指标由下式计算：
100DC
R BDR Rc
=
? （1）
00
W 100n
n m m m -=
? （2） 式中：BDR —试件经n 次冻融循环后的抗压强度损失（%）；DC R —试件n 次冻融循环后的无侧限抗压强度（MPa ）；C R —用作对比的试件无侧限抗压强度（MPa ）；Wn —试件经过n 次冻融循环后的质量变化率（%）；0m —试件在冻融循环前的质量（g ）；n m —试件经过n 次冻融循环后的质量（g ）。
3 抗冻性能试验结果与分析
3.1 抗冻性能试验结果
普通水泥稳定碎石与水泥乳化沥青稳定碎石的抗冻性能试验结果见表3。
表3 水泥乳化沥青稳定碎石抗冻性能试验结果
试验代码 水泥剂量 /% 乳化沥青用量 /% 养护龄期 /d 冻融循环次数/次 质量变化 率Wn/% 抗压强度 未冻融/MPa 抗压强度 冻融后/MPa 抗冻性指标 BDR/% CEA0-4 4.0 0 28 5 0.27 6.06 5.73 94.55 CEA2.5-4 4.0 2.5 28 5 0.13 5.44 5.37 98.71 CEA2.0-4 4.0 2.0 28 5 0.17 5.78 5.66 98.00 CEA3.0-4 4.0 3.0 28 5 0.11 5.11 5.06 99.02 CEA2.5-5
5.0
2.5
28
5
0.10
6.37
6.32
99.22
3.2 乳化沥青用量对抗冻性能的影响
图1为三种不同乳化沥青用量的水泥稳定碎石试件采用28天养护龄期，经过5次冻融循环试验后，在4.0%的水泥剂量条件下得出的抗冻性能关系曲线图。由图可知，试件的无侧限抗压强度经过5次冻融循环后，与未经过冻融循环的试件相比，均存在一定程度的损失。主要原因是，在每经过一次冻融循环后，试件内部的空隙中会存有大量的水，这部分水在低温结成冰时会产生较大的水冰相变膨胀应力，使试件内部的连结作用力减弱，最终导致试件整体结构的破坏，同时试件经过长时间的浸泡后，其强度也会产生一定程度的折减。在水泥乳化沥青稳定碎石中加入3.0%的乳化沥青时，经过5次冻融循环后的强度损失仅为0.98%，是普通水泥稳定碎石的18%。由以上数据可知，在水泥稳定碎石混合料中加入乳化沥青可以有效地提高其抗冻性能。
4.0
4.44.8
5.25.6
6.06.46.80.0
0.5
1.0 1.5
2.0 2.5
3.0乳化沥青用量/%
无侧限抗压强度/M p a
0.00
0.050.100.150.200.250.300.00.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0
乳化沥青用量/%
质量变化率W n /%
图1 乳化沥青用量对抗冻性能的影响 图2 质量变化率与乳化沥青用量关系图
图2为水泥剂量4.0%的水泥乳化沥青稳定碎石混合料试件当乳化沥青用量变化时试件的质量变化率与乳化沥青用量的关系曲线图。由图可知，试件的质量经过5次冻融循环后，与未经过冻融循环的试件相比，存在一定程度的质量损失。普通水泥稳定碎石质量变化率为0.27%，加入乳化沥青用量为2.0%的水泥乳化沥青稳定碎石质量变化率为0.17%，当乳化沥青用量达到3.0%时，质量变化率为0.11%。 3.3 水泥剂量对抗冻性能的影响
图3为乳化沥青用量为2.5%时，不同水泥剂量的水泥乳化沥青稳定碎石试件的冻融前后强度关系图。由图可知，随着水泥剂量的增大，水泥乳化沥青稳定碎石试件的强度也随之增大，经过5次冻融循环后，不同水泥剂量的试件均出现一定程度的强度折减现象，当水泥乳化沥青稳定碎石试件中的水泥剂量为4.0%时，强度降低了1.29%；水泥剂量为5.0%时，强度降低了0.78%。
4.8
5.25.6
6.06.46.8
4.0
5.0
水泥剂量/%
无侧限抗压强度/M p
a
0.00
0.020.040.060.080.100.120.14
4.0
5.0
水泥剂量/%
质量变化率W n
图3 水泥剂量对抗冻性能的影响 图4 质量变化率与水泥剂量关系图 图4为乳化沥青用量在2.5%条件下，水泥剂量发生变化时试件的质量变化率与水泥剂量的关系图。从图中可以看出，水泥乳化沥青稳定碎石混合料在经过冻融循环后的质量损失随水泥剂量的增加而减少，但幅度不大。因此，水泥乳化沥青稳定碎石混合料的抗冻性能随着水泥剂量的增加而增强。
4 结论
（1） 乳化沥青加入到水泥稳定碎石中对试件的抗冻性能有一定的影响效果。
（2） 当水泥剂量为4%时，不加乳化沥青的普通水泥稳定碎石冻融后强度损失5.45%，乳
化沥青用量为2.0%的水泥乳化沥青稳定碎石经过冻融循环后，强度损失了2.00%。在水泥乳化沥青稳定碎石中加入3.0%的乳化沥青时，经过5次冻融循环后的强度损失仅为0.98%，是普通水泥稳定碎石的18%。由以上数据可知，在水泥稳定碎石混合料中加入乳化沥青可以有效地提高其抗冻性能。
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作者简介：王一琪（1987）、女、汉族、籍贯：哈尔滨
东北林业大学土木工程学院2010级在读硕士研究生
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电子邮箱：qi.qijiayou@https://www.doczj.com/doc/345303854.html,
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