水泥改性乳化沥青混凝土力学性能与微观机理

不同水泥掺量下的乳化沥青混凝土力学性能分析引言沥青作为温度敏感性较高的材料，用于路面时在高温和重载车辆的反复作用下会出现波浪、拥包、车辙、裂缝等问题，影响使用性能和寿命［1-2］。

国内外许多学者对水泥乳化沥青混合料进行研究，期望其能够兼顾水泥路面和沥青路面的优越性。

水泥乳化沥青混凝土的优点：（1）混合料的早期强度比传统高。

因为加入的水泥可以与乳化沥青破乳后的水分发生化学反应，强度形成速度快，很好地平衡了乳化沥青破乳憎水的难题。

（2）能够减少传统沥青混合料经过高温加热对能源的大量消耗，降低建设成本，减少路面施工对自然环境带来的废气污染。

据粗略估算，乳化沥青可以比热拌沥青混合料节省20%左右的沥青用量，且能够减少50%以上的燃料消耗，节约施工成本。

同时，水泥乳化沥青在常温下就能施工，可减少热拌沥青混合料高温加热产生的有害气体，明显改善施工条件，节能环保。

与常规乳化沥青相比，水泥的加入和掺量至关重要，水泥掺量对乳化沥青混凝土力学性能影响分析是非常有价值的［3］。

1 水泥乳化沥青混凝土强度形成机理［4-5］水泥乳化沥青混凝土主要是通过在乳化沥青中加入水泥，水泥发生水化吸水过程，从而加快乳化沥青的破乳速度，进一步生成水泥水化物，水化物与沥青相互交织融合并裹附在集料表面，最终形成具有一定咬合作用的结构性网络结构，进而提高乳化沥青混凝土的早期强度即力学性能。

水泥的主要作用：（1）水泥水化产物在混合料中起到“加筋”效果。

乳化沥青混凝土中的结合料主要就是破乳后的沥青，粘度比较小、亲润性好，便于包裹在集料表面。

当在乳化沥青中加入水泥后，水泥便可以与破乳后的水分充分发生化学反应，形成水化产物，该产物可以很好的对矿粉进行包括，且可以形成密实的水泥-沥青胶浆，有效改善集料和胶浆之间的过渡方式。

由于沥青膜和水化产物的相互交织，可以覆盖集料周围的同时，形成立体网络结构，在乳化沥青中起到类似于“加筋”的效果，提高材料的强度，可以有效控制高温条件下沥青变形大的问题。

改性乳化沥青混合料路用性能评价探讨王立志【摘要】乳化沥青混合料可用于常温条件下公路的铺筑,具有节省能源、便于储运、施工便捷而且延长施工季节等优点.近年来,随着乳化沥青技术的发展,逐渐在我国公路建设中推广应用起来.设计开发了AC-13和AC-16两种级配乳化沥青混合料,并对其路用性能进行试验研究.研究表明,所设计的乳化沥青混合料具有较好的路用性能.【期刊名称】《山西交通科技》【年(卷),期】2016(000)005【总页数】4页(P1-4)【关键词】改性乳化沥青;冷拌冷铺沥青;混合料;路用性能【作者】王立志【作者单位】山西省交通规划勘察设计院,山西太原 030012【正文语种】中文【中图分类】U414.75近年来，我国基础设施建设随着国家经济提升得到了空前的发展。

然而，在进行基础设施建设的过程中，所面临的能源消耗与环境保护的问题也亟待解决。

其中，公路建设作为基础设施建设的重要组成之一，具有里程长、体量大，资源占用多、能源消耗大的特点。

目前，国内的高速公路建设在材料选择方面主要采用沥青混合料，建设过程中需要生产大量的沥青混合料，而沥青混合料的生产则造成了大量能源和资源的消耗，并对周边环境造成污染。

在可持续发展战略环境下，我国对冷拌沥青混合料技术的发展与应用也逐渐重视起来，在道路预防性养护、道路维修中，冷拌沥青混合料已经得到了较大规模的应用。

但是，该项技术在我国新建路面结构上的应用尚属空白，若能研究开发一种新型冷拌沥青混合料，性能满足相关技术要求，拓展冷拌沥青混合料在新建道路上的应用范围，无论从技术还是经济角度上都具有十分重要的意义。

1 原材料选择及检测乳化沥青混合料是由集料、乳化沥青、填料等材料组成的一种多相复合材料，各种原材料的性质与混合料的各项路用性能密切关联，而原材料种类繁多，因此根据路面的使用性能和要求，严格选择改性乳化沥青混合料所需材料十分必要。

1.1 集料集料在改性乳化沥青混合料中起到整体骨架和填充作用，试验粗集料采用玄武岩，细集料为石灰岩。

乳化沥青橡胶混凝土的力学性能乳化沥青橡胶混凝土的力学性能摘要：乳化沥青橡胶混凝土被认为是一种兼具环保性和高强度特性的新型建筑材料。

本文综述了乳化沥青橡胶混凝土的力学性能研究现状。

通过对其材料组成、制备工艺及其在实际应用中的性能表现进行综述，总结了乳化沥青橡胶混凝土的力学性能特点以及存在的问题。

最后，结合传统混凝土研究方法，提出了乳化沥青橡胶混凝土未来的研究方向。

关键词：乳化沥青橡胶混凝土、力学性能、环保、高强度、材料组成一、引言随着城市化进程的加速，城市基础设施建设愈发重要。

而道路工程作为交通运输的重要组成部分，其材料选用和工程施工质量直接关系到交通安全和运输效率。

然而，传统沥青混凝土以及普通混凝土存在的环境污染、脆性易碎、耐磨性不足等问题，大大限制了其在城市道路建设中的应用。

乳化沥青橡胶混凝土，作为一种新型的建筑材料，其兼具环保、高强度、耐久性好的特点，早已引起了人们的关注。

其产生广泛的原因在于其主要成分为废旧轮胎橡胶和乳化沥青，可以很好地解决环境污染问题。

此外，新型材料采用抗裂纤维材料形成骨架结构，保证了其强度、稳定性等方面的性能。

然而，乳化沥青橡胶混凝土作为一种新材料，其力学性能特点、优缺点及应用价值等方面的研究还需进一步加强。

因此，本文旨在综述乳化沥青橡胶混凝土的力学性能研究现状，总结其性能特点及存在的问题，并探讨未来的研究方向。

二、材料组成及制备工艺乳化沥青橡胶混凝土的基本组成为水泥、砂、石和废旧轮胎橡胶，这些材料按照一定比例混合形成。

其中，废旧轮胎橡胶是乳化沥青橡胶混凝土的主要成分，其代替了传统混凝土中的粗骨料。

制备工艺主要包括以下几个步骤：首先，将废轮胎橡胶颗粒进行预处理，如去除异物，清洗干净；其次，将处理好的轮胎橡胶颗粒与水泥、砂、石等材料进行混合；随后，按照一定比例加入减量稳定剂、增黏剂等添加剂助剂，再加入乳化沥青并进行充分搅拌；最后，混合物放入浇筑模具中进行振捣成型。

三、性能特点及存在问题乳化沥青橡胶混凝土的主要性能特点有以下几点：1. 环保性好。

乳化沥青混凝土强度形成机理研究摘要:通过与热沥青混合料相比较，分析并得到乳化沥青混合料的相异之处。

采用三轴试验法应用摩尔一库仑包络线方程分析乳化沥青混合料强度，混合料初期强度主要来源于内摩阻力，内聚力随时间推移慢慢提高;分析了水泥在乳化沥青混合料强度形成过程中的作用，分析表明:水泥的水化作用和矿粉作用是混合料技术性能提高的主要因素。

关键词:水泥-乳化沥青混合料乳化沥青混合料强度机理乳化沥青混合料是一种复杂的复合材料，压实不久的混合料是由初步开始破乳并恢复沥青性质的乳化沥青、较多数量的水、粗集料、细集料和矿粉构成，某些情况下还包括较少量的水泥;压实成型的混合料，在行车荷载和环境温度作用下，水分不断蒸发、乳化沥青不断破乳并恢复沥青黏结性质。

30d后，乳化沥青混合料含有很少量水分，强度发育几乎全部完成，理论上将最终达到与热沥青路面相同的路用效果。

乳化沥青混凝土与热拌沥青混合料不同的组成特点乳化沥青混合料与热沥青混合料的明显区别在于:a)乳化沥青混合料中含有水分。

这是和热沥青混合料的最大不同。

由于含有水分，所以乳化沥青混合料就有一个破乳、水分蒸发的过程，铺筑完成后大约30d，强度才能完全形成;热沥青混合料在摊铺碾压成型后，温度急速冷却，沥青迅速由勃稠态转人玻璃体态，分散体系也由具有较大空隙的散堆状态变为密实整体状态，强度就完全形成。

b)乳化沥青完全恢复黏结性能后，乳化剂可看作一种沥青添加剂，部分乳化剂与沥青互溶、部分乳化剂存在于沥青与矿料界面之间，乳化剂对沥青性质的影响，对沥青与矿料勃附性的影响可能有利也可能不利;热沥青中的添加物一般都对混合料技术性能起到改善作用。

c)乳化沥青混合料完全成型后，残留在沥青和矿料表面的水与侵人热沥青混合料中的水对混合料路用性能影响的异同。

前者是水预先存在于沥青一集料界面(或者存在于集料孔隙)，后者是水主动侵人原来完全干燥的沥青一集料界面。

d)在相同材料配合比的情况下，拌制热沥青混合料工艺的控制因素是沥青与骨料的加热温度，而乳化沥青混合料拌制时控制因素为沥青乳液类型、含水量以及拌和时间等。

摘要：沥青混凝土混合料和水泥混凝土是我国目前主要的道路面层材料。

这两种面层材料各有其特点和不足，在力学性能和工作特性上有一定的互补性。

在水泥和沥青两种结合料的基础上开发出兼有两者优势，克服两者不足的新的半刚性面层材料具有广阔的应用前景。

关键词：水泥乳化沥青混凝土试验研究一、前言本课题通过室内试验对水泥乳化沥青混凝土进行了初步试验研究、配合比组成设计研究，并对该材料的强度、模量、高温车辙、低温性能以及水稳性进行了测试，室内试验表明水泥乳化沥青混凝土具有优良的路用性能。

本课题于2006年4月在河南省泌阳县贾楼乡境内省道S234线平顶山一桐柏二级公路大修工程中铺筑了200米水泥乳化沥青混凝土试验路。

试验路路面面积900m2。

二、试验路布置及施工水泥乳化沥青混凝土试验路位于平桐公路k137+300～k137+500的东半幅。

（一）试验段施工时间及天气情况2006年4月18日下午～4月19日全天，施工时天气晴朗，白天平均气温为20℃。

（二）施工机械试验路铺筑过程中使用的施工机械见表1。

（三）试验路水泥乳化沥青混凝土材料组成1、原材料（1）乳化沥青采用驻马店市公路局物资处生产的中裂型阳离子乳化沥青，其中乳剂为河南漯河化工厂生产的RH-CD1中裂型阳离子乳化剂,各项指标均符合BC-2标准,沥青含量为47%,筛上剩余量(1.18mm)<0.3%。

（2）水泥采用驻马店市省建水泥厂生产的豫南牌普通硅酸盐水泥32.5#水泥，初凝时间2.27小时，终凝时间4.24小时，其它技术指标符合要求。

（3）混合料中粗集料为河南省驻马店市香山石子厂生产的石灰矿石，压碎值为8%。

（4）细集料为河南省驻马店泌阳县立新采砂厂生产的河砂，细度模数为2.46，含泥量及杂质含量均符合标准粗砂的要求。

原材料中石料、砂及矿粉的级配见表2和图1。

（2）混合料配合比根据相关室内试验结果，结合工地现场提供的原材料，确定了试验路采用的混合料配合比及混合料中集料级配见表3、表4和图2。

改性乳化沥青的机理研究摘要：随着我国公路养护事业的蓬勃发展，改性乳化沥青在我国公路工程中得到了迅速的推广。

改性乳化沥青的实质就是将乳化技术和改性技术相结合，因此要想大力推广改性乳化沥青之前，首先要明晰改性乳化沥青的改性机理与乳化机理。

本文深入研究了改性乳化沥青的改性机理和乳化机理。

关键词：改性乳化沥青；改性机理；乳化机理1 前言二十世纪九十年代以来，我国公路事业迅猛发展，为了提高路面的性能，延长路面的寿命，重交通沥青以及聚合物改性沥青在高速公路建设维护中得到大量的运用。

近年来，随着我国公路养护事业的蓬勃发展，乳化沥青技术的不断进步，施工工艺的逐渐成熟，改性乳化沥青在我国公路工程中也得到了快速的发展。

2 改性机理沥青改性的机理，简单的讲在于采用一定的工艺流程，使聚合物颗粒被分割分散到沥青当中，在沥青基体中形成“互穿立体网络”结构，使沥青的弹性、流变形和抗老化性等特性显著提高，从而满足路用性能的要求。

1. 相容性改性沥青的相容性好是指改性剂以微细的颗粒均匀、稳定地分布在沥青中，不发生分层、凝聚或离析等现象。

2. 溶胀聚合物加入到沥青中后，一般并不发生化学反应，但是在沥青中轻质组分的作用下，改性剂体积胀大，即发生溶胀。

聚合物溶胀后表现出区别于聚合物又不同于沥青的界面性质。

在高剂量聚合物情况下，聚合物在沥青中的溶胀程度降低，但可形成网状结构，使沥青性质发生显著的改善。

3. 新胶体结构的形成从表面能的角度来看，分散相被分散的越细，其比表面能就越高，根据能量最低原理，体系有自动降低表面能的趋势，分散相有选择地吸附沥青中能够降低其表面能的物质在两相表面上以降低表面能。

当出现这种情况必然会打破沥青原有的胶体结构，引起原沥青中多个组成重新分配，在新的条件下重新建立新的平衡。

综上可知，只有具备适当的相容性，又有良好的界面性质才能得到性质优良的改性材料。

用聚合物改善沥青的性质同样也应满足良好的界面性质与很好的分散状态，这样才能使改性剂自身特有的性质充分体现出来，达到明显的改性效果。

《新型路面材料》结课论文水泥乳化沥青混凝土的特性及应用The characteristics and application of cement emulsifiedasphalt concrete摘要乳化沥青水泥混凝土是一种新型路面材料，能够把沥青稳定类和水泥混凝土路面材料的特性结合起来，形成一种新的、具有综合柔性和刚性路面结构层次优点的新型材料，具有较好的路用性能，具有广阔的应用前景。

关键词：水泥乳化沥青混凝土；路用性能；工程应用目录1 前言 (2)1.1 水泥乳化沥青混凝土概述 (2)1.2 国内外研究现状 (4)2 原材料的技术特点 (4)2.1 组成原材料的要求 (4)2.2 原材料对混合料的影响 (5)3 水泥乳化沥青混凝土硬化机理 (6)3.1 水泥水化机理 (6)3.2 水泥的凝结和硬化过程 (6)3.3 沥青与集料的作用 (7)3.4 沥青裹附水泥颗粒后的水化机理 (7)4 水泥乳化沥青混凝土路用性能特点 (8)4.1 强度 (8)4.2 稳定性 (8)4.3 低温抗裂性 (9)4.4 水稳定性 (9)5 工程应用 (10)5.1 水泥乳化沥青混凝土处理桥头跳车 (10)5.2 水泥乳化沥青混凝土在路面基层的应用 (10)5.3 水泥乳化沥青混凝土在改造工程中的应用 (11)6 展望 (11)7 参考文献 (12)水泥乳化沥青混凝土的应用研究1 前言1.1 水泥乳化沥青混凝土概述1.1.1 水泥乳化沥青混凝土的发展背景我国在建城市道路和高速公路路面类型基本可分为两大类，即水泥混凝土路面和沥青混凝土路面。

水泥混凝土路面具有刚度大承载能力强，弯拉强度高疲劳寿命长；高温稳定性好，在持续高温作用下，不会产生过大的塑性变形影响路面平整度和行车安全；耐候性、耐久性优良，有较强的抗水损害能力强；并且其原材料来源广泛，对周围地区的土壤和地下水无污染，而且水泥混凝土路面能够节省车辆的燃油消耗，经济性较好等优点。

乳化沥青-水泥复合材料的制备及其性能探究一、引言乳化沥青-水泥复合材料是一种将乳化沥青和水泥两种材料结合而成的新型复合材料。

乳化沥青作为一种优良的修补剂和防水剂，具有良好的黏结性和粘附性。

而水泥作为一种广泛使用的建筑材料，具有较高的抗压强度和耐久性。

将两者结合可以综合发挥各自的优势，提高材料的综合性能，广泛应用于汽车道路、桥梁和地下设施的修复和改造。

二、乳化沥青-水泥复合材料的制备方法1.原材料筹办制备乳化沥青-水泥复合材料的主要原材料包括乳化沥青、水泥、石英砂和膨胀剂。

乳化沥青应选择质量稳定、黏度适中的产品；水泥选择强度高、品质可靠的平凡硅酸盐水泥；石英砂要求细度适中、颗粒匀称；膨胀剂应具有良好的膨胀性能。

2.协作比设计依据所需的性能要求，设计乳化沥青-水泥复合材料的协作比。

一般来说，乳化沥青和水泥的比例为1:1，石英砂的用量为水泥的2倍，膨胀剂按照总协作料的5%掺入。

3.制备过程(1)将乳化沥青和水泥按照协作比掺入搅拌机中，在搅拌机中进行一段时间的搅拌，使其充分混合。

(2)加入适量的水，继续搅拌，使混合物变得匀称。

(3)将石英砂加入搅拌机中，继续搅拌，保证石英砂匀称分离在乳化沥青-水泥混合物中。

(4)最后加入膨胀剂，进行最后的搅拌，使材料达到匀称的膨胀状态。

三、乳化沥青-水泥复合材料的性能探究1.力学性能测试通过拉伸试验、压缩试验和弯曲试验等方法，测试乳化沥青-水泥复合材料的抗拉强度、抗压强度和弯曲强度等力学性能。

试验结果表明，添加乳化沥青能够显著提高复合材料的抗拉强度和弯曲强度，水泥的添加更能增加复合材料的抗压强度。

2.耐久性测试接受冻融循环试验和浸泡试验等方法，对乳化沥青-水泥复合材料的耐久性进行测试。

结果显示，复合材料在冻融循环和浸泡条件下能够保持较好的抗裂性能和耐久性，说明其具有良好的抗水、抗盐、抗碱性能。

3.微结构观察通过扫描电子显微镜观察乳化沥青-水泥复合材料的微观结构特征。

观察结果显示，乳化沥青和水泥能够形成较好的结合界面，有利于复合材料的黏结强度和抗裂性能。

水泥乳化沥青混合料的特性及施工技术要求作者：许建兵来源：《新材料产业》 2012年第11期文/ 许建兵江苏龙腾工程设计有限公司水泥乳化沥青混合料是在普通乳化沥青混合料中用水泥代替部分矿粉，经冷拌、冷铺、碾压后形成的一种以柔性为主兼具刚性的半柔性路面材料。

符合普通乳化沥青混合料使用的各种组分材料，均适用于水泥乳化沥青混合料。

一、水泥乳化沥青混合料的强度形成过程水泥与乳化沥青2种胶结料混合后在电镜的观察下相互之间没有生成新的物质，其复合是一种物理复合，没有发生化学反应。

水泥乳化沥青混凝土中由于水泥代替部分矿粉，水泥与乳化沥青中的水相发生了水化反应，水化产物主要为氢氧化钙﹝Ca(OH)2﹞和C-S-H凝胶，水化产物中还含有其他晶体物质，例如钙钒石等。

乳液微滴破乳成膜与水泥水化产物的生成同时发生，破乳成膜作用包裹水泥颗粒，推迟了水泥的水化进程。

呈网状和簇状的水泥水化产物与少量未水化的水泥熟料及沥青胶浆，通过物理混合互相交织，生成水泥沥青胶浆。

除水化产物以外，胶浆中没有明显的新晶体物质生成。

胶浆中水泥的含量较低，水化产物也较少，胶浆中存在部分没有水化的硅酸二钙（2C a O·S i O2）水泥熟料组分。

这是由于2CaO·SiO2与水反应相对缓慢和沥青微滴吸附包裹水泥颗粒，阻碍了水分和水泥的接触，推迟和妨碍了水化进程，但2CaO·SiO2与沥青胶结料之间发生物理吸附作用，增加沥青胶浆的粘度，起到与矿粉的相似作用。

二、水泥乳化沥青混合料的工程特性1. 性能改善在冷再生沥青混合料中加入一定比例的水泥替代矿粉，水泥在水的作用下水化，水化作用加速了乳化沥青的破乳。

与普通沥青胶浆相比，水泥沥青胶浆粘度增大，内聚力和粘结力提高，水泥沥青胶浆与矿质集料界面之间的微观结构性能得到明显改善，界面的粘结力得到提高，同时水泥乳化沥青混合料的力学性能和混合料的早期强度也得到提高。

由于水泥与乳化沥青一起充当结合料，同时由于水泥具有活性成分，又是老化沥青混合料的辅助再生剂。

收稿日期:2007208205基金项目:陕西省交通科技项目(00218G )作者简介:沙爱民(19642),男,安徽宣城人,教授,博士研究生导师,工学博士,E 2mail :aiminsha @ 。

第28卷　第4期2008年7月长安大学学报(自然科学版)　Journal of Chang πan University (Natural Science Edition )Vol.28　No.4J ul.2008文章编号:167128879(2008)0420001206水泥乳化沥青混凝土胶浆2集料界面微观结构沙爱民1,2,王振军1(1.长安大学材料科学与工程学院,陕西西安710061;2.长安大学特殊地区公路工程教育部重点实验室,陕西西安710064)摘　要:论述了水泥乳化沥青混凝土性能及胶浆2集料界面微观结构的研究进展,探讨了界面微观结构研究中存在的问题,提出了水泥在界面微观结构中的功能,展望了界面微观结构的研究方法和发展方向。

研究结果表明:胶浆2集料界面微观结构直接影响混凝土整体性能,水泥能够明显改善界面微观结构;应针对有机和无机结合料共同特点,综合现行微观试验手段,建立胶浆2集料界面微观结构模型,通过界面微观结构全面预测和改善混凝土宏观路用性能。

关键词:道路工程;水泥乳化沥青混凝土;胶浆2集料界面;微观结构;综述中图分类号:U414.75 文献标志码:A Microstructure of mastics 2aggregate interface incement emulsif ied asphalt concreteSHA Ai 2min 1,2,WAN G Zhen 2jun 1(1.School of Materials Science and Engineering ,Chang πan University ,Xi πan 710061,Shaanxi ,China ;2.Key Laboratory for Special Area Highway Engineering of Ministry ofEducation ,Chang πan University ,Xi πan 710064,Shaanxi ,China )Abstract :The advances of cement emulsified asp halt co ncrete performance and mastics 2aggregate interface micro struct ure were presented ,some problems in st udy on interface microst ruct ure were discussed ,t he f unctions of cement in interface micro st ruct ure were p ut forward ,t he st udy met hods and t he developing t rends of interface micro st ruct ure were reviewed.The researches show t hat mastics 2aggregate interface micro st ruct ure has a direct influence on t he whole performances of cement emulsified asp halt co ncrete and cement has an evident improvement on interface micro struct ure.According to t he coexist t rait s of t he organic binder and t he inorganic binder ,wit h t he help of t he current micro st ruct ure test apparat uses ,a mastics 2aggregate interface microstruct ure model must be developed in order to predict and imp rove t he macroperformance of cement emulsified asp halt concrete by t he interface microst ruct ure.2figs ,31ref s.K ey w ords :road engineering ;cement emulsified asp halt concrete ;mastics 2aggregate interface ;micro st ruct ure ;review0　引　言无论是从路面的整体性能要求方面,还是从节能环保要求方面,都希望得到性能不受温度和水分的影响、行车舒适性好、易于维修、能够在常温甚至低温下成型、成型能耗低以及污染小的节能环保材料,也就是说,希望得到兼有沥青混凝土和水泥混凝土优点的材料。

工程技术水泥—乳化沥青冷再生混合料的机理及性能研究【摘要】在水泥—乳化沥青冷再生混合料的形成过程中，由于冷再生混合料中废旧材料的存在，会影响到其结构性能。

本文主要是结合工程实际，通过对浸水马歇尔试验和冻融劈裂试验的分析，研究了水泥—乳化沥青冷再生混合料的机理及性能，希望以此提高其使用性能。

【关键词】水泥—乳化沥青；冷再生；浸水马歇尔；冻融劈裂目前，我国已经修建的绝大部分工程进入了另一个阶段，每年等待翻修的沥青路面的数量仍然在增加。

在这个过程中，会导致大量的废旧沥青混合料产生，将其废弃会导致资源的浪费，不利于资源的可持续利用。

在另一方面，可能会造成严重的环境污染，威胁生态。

于是，衍生了一种冷再生技术将这些废弃料加以利用。

实践证明，通过冷再生技术，使旧料和一部分新料适当配合，重新拌合，从而满足道路工程方面的需要。

这样，工程建设的质量也得到了提高。

一、水泥—乳化沥青冷再生混合料的强度形成机理水泥—乳化沥青再生混合料是一种特殊的材料，它是由多种原材料混合而成的，其中包括乳化沥青胶结料、水泥、矿粉等，它具有一定的强度，在路面工程的建设中发挥了应有的作用。

水泥—乳化沥青再生混合料强度的形成不是迅速的，它需要一定的时间来进行，据实践观察，它需要经历两个过程，即水泥的水化作用和乳化沥青的破乳，缺一不可。

水泥的水化作用包含两个方面的内容。

首先，在水泥形成水泥砂浆的过程中，将沥青混合料的空隙填满，导致整体结构相对稳定，路面不容易遭到破坏。

其次，水泥水化所产生的水泥纤维扩散，也能够将混合料中的空隙填满，这对水泥和乳化沥青造成了一定的影响。

其容易产生物理吸附和化学吸附，导致产物和沥青之间形成一层薄膜，最后交织在一起。

在这之后，连同细集料，会导致空间网络的形成，增强水泥和乳化沥青的结合力、水泥产物的凝结力及沥青的粘聚力，这三种力结合在一起，使路面的骨架更加结实。

乳化剂分子是一种亲和力比较强的物质，它对于水和油基的作用力比较强。

水泥乳化沥青复合材料粘弹性能及微观作用机理研究进展秦先涛;祝斯月;何晓鸣;张争奇;姜艺【摘要】水泥乳化沥青复合材料兼具水泥和乳化沥青胶结料的优良性能,作为一种复合胶结材料可使水泥乳化沥青混凝土成为道路铺面材料选择之一.从水泥乳化沥青复合材料的粘弹性能和微观作用机理两方面概括了水泥乳化沥青复合材料的研究进展,综述了采用不同仪器方法和不同水泥乳化沥青沥青质量比(C/A)的水泥乳化沥青复合材料的粘弹性能研究情况以及水泥乳化沥青复合材料粘弹性能的模拟表征方法,并概述了水泥乳化沥青复合材料的微观结构和两者相互作用的研究进展.最后,总结了当前水泥乳化沥青复合材料及其混凝土研究中存在的不足,并提出了相应的改善措施和未来研究方向.【期刊名称】《河北工业大学学报》【年(卷),期】2018(047)006【总页数】7页(P87-93)【关键词】水泥乳化沥青复合材料;粘弹性能;微观结构;相互作用机理【作者】秦先涛;祝斯月;何晓鸣;张争奇;姜艺【作者单位】武汉轻工大学土木工程与建筑学院,湖北武汉 430023;长安大学公路学院,陕西西安 710064;武汉轻工大学土木工程与建筑学院,湖北武汉 430023;武汉轻工大学土木工程与建筑学院,湖北武汉 430023;长安大学公路学院,陕西西安 710064;武汉轻工大学土木工程与建筑学院,湖北武汉 430023;普渡大学建筑工程管理学院,西拉法叶 47906【正文语种】中文【中图分类】U414.990 引言水泥乳化沥青混凝土是采用水泥和乳化沥青复合作为胶结材料，与适宜级配的集料一起经过冷拌、冷铺和碾压而形成的一种道路铺面材料.显而易见，水泥乳化沥青混凝土实现了显著降低生产施工过程中能源消耗及污染物排放的目标，同时利用材料体系中乳化沥青破乳时释水和水泥水化时需水的特点促进复合材料的强度发展，并吸收了沥青混凝土的柔性和水泥混凝土的刚性特征，具有节能减排、性能互补、可施工性强等突出优势[1-3].截止目前，关于水泥乳化沥青混凝土的研究中国内学者的研究成果占比较重，国外研究成果甚少；且大多数研究侧重于混凝土的宏观力学性能和路用性能方面，而专门针对该混凝土中胶结材料——水泥乳化沥青复合材料的研究较少. 然而水泥乳化沥青复合材料作为水泥乳化沥青混凝土中的胶结材料，其性能优异对混凝土的路用性能和耐久性能等有直接影响.从材料特性上来看，水泥乳化沥青复合材料的粘弹性能和微观特征之间是相互依赖、相互影响的.因此，本文重点对国内外关于水泥乳化沥青复合材料的粘弹性能和微观特征的研究现状进行综合评价，在此基础上，就如何把水泥和乳化沥青两种胶结材料有机结合起来作为一种复合材料进行整体研究和评价、如何改善其综合性能等未来应重点加强的研究方向进行展望.1 水泥乳化沥青复合材料粘弹性能及其模拟1.1 水泥乳化沥青粘弹性能测试水泥乳化沥青复合材料作为一种胶结材料，没有像针入度、延度、软化点等类似的规范性指标来评价其性能优劣，因此，在水泥乳化沥青复合材料制备时缺乏合适的方法指标来表征和判断其材料组成的合理性.当水泥与乳化沥青的组成比例在一定范围内变化时，水泥乳化沥青复合材料表现为粘弹性材料.尤其是不同材料组成和不同龄期时，该复合材料的粘弹性能具有明显的变化.目前专门针对水泥乳化沥青复合材料粘弹性能的研究还较少，按对象用途来看，分为用于高速铁路板式无砟轨道结构中轨道板与路基之间的水泥沥青砂浆弹性垫层和用于各等级公路中不同层位的水泥乳化沥青混凝土，且前者在已有研究成果中所占比例更大.因此，以下关于水泥乳化沥青粘弹性的研究综述也侧重于水泥沥青砂浆.水泥沥青砂浆是由水泥和沥青共同充当胶凝材料，与细骨料拌和后在高速铁路无砟轨道结构中作为弹性垫层，起着填充、支撑、承力和传力的作用，并为轨道提供适当的刚度和弹韧性.水泥沥青砂浆中水泥硬化后的力学性能呈刚性特征，而沥青为典型的粘弹性材料，两者复合使用后得到的水泥沥青复合材料体系必然呈现出与两者均不同的力学性能.因此，水泥沥青砂浆中水泥（C）、沥青（A）含量间的比例（C/A或A/C）是决定复合材料性能的关键因素.目前，关于此方向的研究最大的区别在于研究仪器的不同，总结如以下3类：1）动态黏弹谱仪.采用动态黏弹谱仪可以分析出水泥沥青胶凝材料的动态模量、滞后角与加载频率的关系.刘永亮[4～5]采用动态黏弹谱仪研究了水泥沥青胶凝材料的动态力学行为和水泥沥青砂浆的静动态力学行为，该研究的特点在于对比分析了3 种不同A/C 比（A/C=0.9、0.5 和0.2）时水泥沥青胶凝材料的性能，结果表明随着A/C的增大，水泥沥青胶凝材料的储存模量减少，模量对频率的敏感性增大；且水泥沥青砂浆的粘弹性越发显著，抗压强度、弹性模量和破坏能相应减少.但该研究仅针对标准养护室养护24 h、拆模后继续在室温环境中养护6 d后的试件，并未考虑胶凝材料动态力学行为与龄期的关系.2）旋转粘度仪.采用旋转粘度仪测试水泥乳化沥青复合材料粘弹性能的研究较多，虽然不同人员研究时采用的仪器型号不同，但原理是相同的.例如，王发洲[6～7]采用Brookfield R/S CC型流变仪研究了新拌水泥乳化沥青（CA）浆体的流变特性，试验结果表明CA浆体属于非牛顿流体，随着沥青乳液与水泥质量比、硅灰和流变助剂掺量的增大，CA浆体的粘度增加.张艳荣[8]采用Brookfield DV-Ⅲ+ULTRA 研究了两种类型的乳化沥青以及不同乳化沥青含量在0 ℃、20 ℃和40 ℃的流变性能，通过初始屈服应力及其随时间发展趋势来判断新拌水泥乳化沥青砂浆的流变特性.显然，上述研究受所用仪器限制无法对粘弹性材料的多项其它参数进行全面采集和分析，因此，评价参数过于单一，制约了对水泥沥青砂浆的流变性能更深入地研究.3）动态剪切流变仪.相较于旋转粘度仪，动态剪切流变仪能采集更多的参数.Brown[9]采用动态剪切流变仪（DSR）测试了不同水泥或熟石灰含量的乳化沥青胶浆的粘弹性能，分析了惰性填料和化学活性填料对胶浆性能的不同影响.结果表明与水泥和熟石灰相比，石灰石粉对乳化沥青的粘弹特性影响可以忽略不计.不同水泥含量的水泥乳化沥青胶凝材料的流变性能区别较大，但测试试样为乳化沥青完全破乳后的复合材料.该研究应是最早且为数不多的将DSR应用于水泥乳化沥青胶浆研究的文献之一，但比较可惜的是文中仅利用DSR 采集了不同水泥或石灰掺量时乳化沥青胶浆的粘度作为唯一评价指标对胶浆粘弹性能进行分析，研究的广度和深度均不足.从上述分析可以看出现阶段关于水泥乳化沥青材料粘弹性能的研究成果比较少见，而且仅有的研究成果呈现出两方面的特点.第一，仅有的研究成果中大多是基于高速铁路板式无砟轨道结构中充当轨道板与路基之间的弹性垫层展开的，研究的方法和关注的重点均与道路铺装材料有着较大的差别.第二，对复合材料粘弹性能的研究均针对已完全固化稳定之后的材料.显然，由于水泥乳化沥青复合材料组成特性（乳化沥青的破乳、水泥的水化）导致其包括粘弹性能在内的多方面性质不可避免地对时间具有依赖性.事实上，弄清楚水泥乳化沥青复合材料性能的依时演化规律有利于更深入地了解材料强度发展特点，为指导现场施工、开放交通等决策提供理论依据.1.2 水泥乳化沥青粘弹性能的模拟Burgers模型由Kelvin模型元件和Maxwell模型元件串联组成，如图1所示，该模型可以同时说明蠕变、蠕变恢复和应力松弛等力学行为，因此Burgers 模型可以更完整地描述材料的粘弹特性，Burgers 模型的本构方程为式中：ε(t)为应变；σ0 为恒定的应力（Pa）；G0 、η0 为Maxwell 模型中的弹性模量（Pa）和粘性系数（Pa·s）；G1、η1为Kelvin 模型中的弹性模量（Pa）和粘性系数（Pa·s）；t为蠕变时间（s）.由上式可知，Burgers模型中应变响应实际上分为瞬时弹性部分γe、延迟弹性部分γde 和粘性部分γv，如图2所示.图1 Burgers 模型示意图Fig.1 Schematic plot of Burgers model图2 蠕变与蠕变恢复示意图Fig.2 Schematic plot of creep and recovery由于针对水泥乳化沥青复合材料粘弹性能的研究本身不多，因此，关于其粘弹性能的模拟及本构方程的建立等方面的研究更少，文献[4]中通过实验获得3种不同A/C比（A/C=0.9、0.5和0.2）的水泥沥青胶凝材料的动态模量实测值.然后，通过Burgers模型和拟合计算得到式（1）中的各项参数值，且拟合曲线与试验数据之间相关性好，从而实现了对复合胶凝材料的本构表征和完全模拟.该研究证明了Burgers模型应用于对水泥乳化沥青复合材料粘弹性能进行模拟是可行的，也为水泥乳化沥青复合材料这种具备特殊粘弹性能材料的进一步研究提供了基础.更值得关注的是，通过Burgers模型模拟可以得到在现有仪器无法测得的更广泛温度或荷载频率范围内水泥乳化沥青复合材料的动态力学性能.事实上，水泥乳化沥青作为一种具有粘弹性特征的复合胶结材料，其宏观力学性能与其本构关系是密切相关的，因此，借助粘弹性能测试和Burgers模型对水泥乳化沥青复合材料进行分析，并以此为基础提出合适的评价指标来表征水泥乳化沥青复合材料性能是当前最需深入的研究方向.2 水泥乳化沥青复合材料微观结构和相互作用机理水泥乳化沥青复合材料的粘弹性能、微观结构和宏观性能三者之间是密切相关、相辅相成的.在水泥乳化沥青复合胶凝材料及混凝土研究发展到一定阶段之后，出于进一步了解水泥乳化沥青混凝土微观结构特征并改善混凝土性能的目的，研究人员开始转向从微观角度对混凝土特征及水泥乳化沥青相互作用机理进行探索.实际上，基于其微观结构特征来看，水泥乳化沥青复合材料中水泥和沥青能否形成相互贯穿、相互依托的稳定空间立体交叉网络结构是该材料性能优异与否的核心所在，也是该材料区别于其它胶结材料料的一种独特的优异微观结构.2.1 水泥乳化沥青复合材料的理想微观结构文献[10]中对水泥乳化沥青复合材料的微观结构做出了系统的研究，提出2种原本独立的材料形成良好的空间网状结构的前提条件主要包括：1）水泥浆体和乳化沥青都能形成各自独立的网络结构；2）2种网络能相互贯穿；3）相互贯穿存在的两种网络能稳定存在.图3所示的4种典型微观结构是在实际过程中水泥与聚合物所形成的复合材料可能出现的情况，具体分析如下：1）当体系中聚合物相对较多时，在复合材料中形成以聚合物为骨架的空间结构，这种情况下复合材料在宏观性能上表现为以聚合物性能为主，而水泥在体系中仅仅起到填充作用，不能与聚合物材料一起发挥出复合效应；2）当水泥在复合材料中所占比例较大时，在材料内部形成以硬化水泥浆体为空间骨架的结构，因此，此时复合材料的宏观性能表现为水泥的特性，聚合物所能起到的作用为塑化作用和填孔增韧等作用，同样没有发挥出材料的复合效应；3）在水泥与聚合物比例合适的前提下，若拌和顺序或工艺条件不理想，也很难形成理想的水泥聚合物互穿网络结构；4）当水泥与聚合物具有合适的比例，而且采用适宜的施工工艺时，复合材料的微观结构达到一种理想的状态.即水泥和聚合物各自本身形成良好的网络结构，且2种网络相互交联相互贯穿，使2种网络在很多点形成较强的黏结，最大程度地发挥出了材料的复合效应.图3 不同水泥聚合物配比时复合材料微观结构示意图[10]（阴影部分代表水泥，白色部分代表聚合物）Fig.3 Diagram of microstructure of composite materials with different cement and polymer ratio（the shaded area indicates polymer,while blank areaindicates cement）2.2 水泥乳化沥青复合材料微观结构观测和分析在水泥乳化沥青复合材料中，当水泥与乳化沥青用量在不同范围内变化时会遵循图3中的规律而呈现出不同的微观形貌特征.现阶段，受益于微观观测和分析仪器的快速普及，关于水泥乳化沥青复合材料的微观结构取得了相对较多的研究成果，最常见的研究仪器为扫描电子显微镜（SEM），再辅以X射线衍射、电子探针、红外光谱等分析技术，也有少数研究采用X射线断层扫描技术（CT）.Giuliani和Montepara等人[11～12]为了弄清波特兰水泥在乳化沥青冷再生混合料中的有利作用，采用微观结构观察和分析之后认为水泥并不是惰性填料，而在混合料中起到了较大的加筋作用，提高了现场冷再生混合料的性能.Pouliot 等人[13]通过扫描电镜观察发现沥青微滴很均匀地的分散于水泥水化产物中.肖晶晶引入CT 扫描技术系统研究了水泥乳化沥青混合料细观空隙特征[14].X 射线断层扫描技术（CT）和扫描电镜（SEM）观测结果表明随着乳化沥青用量的增加，试件水平断面上的平均单个空隙面积和空隙总面积均有所减小；水泥用量超过3%时，混合料内部可视空隙率显著增加，且大尺寸空隙比例增高；由于水泥与乳化沥青的相互作用导致水泥乳化沥青的内部结构比热拌沥青混合料要疏松.上述关于水泥乳化沥青复合材料微观结构的研究均侧重于定性分析复合材料中水泥水化产物与沥青的分布特征，对于研究初期认识和理解水泥乳化沥青复合材料的宏观性能起到了促进作用. 沙爱民、王振军等人也采用微观观测和物相分析技术相结合的方法对水泥乳化沥青混凝土微观特征进行了大量研究，取得了丰硕的成果[15～26]，与前面研究所不同之处在于他们在研究方向上另辟蹊径，侧重于浆体-集料界面区微观结构与性能.其主要研究结论有：胶浆-集料界面微观结构直接影响混凝土整体性能，建立了胶浆-集料界面微观结构模型，通过界面微观结构全面预测和改善混凝土宏观路用性能；提出了界面区结构形成机理，并将其归纳为6个方面的原因；采用扫描电镜（SEM）、电子探针（EPMA）和红外光谱（IR）等微观试验手段，研究提出了水泥乳化沥青砂浆（CAM）的微观结构特征；石灰岩矿粉、较高强度水泥以及合理的粉胶比有利于复合胶浆微观结构的改善；提出了水泥在乳化沥青混合料微观结构改善中的4个作用.无论是其它常见胶结材料，还是水泥乳化沥青复合材料，胶结材料与集料界面区的微观结构特征近年来一直是研究的热点，也被证明是影响宏观性能的重要因素.因此，上述研究为水泥乳化沥青复合材料微观结构特征的系统研究以及拓展研究奠定了良好的基础.2.3 水泥和乳化沥青相互作用机理除了从微观结构的角度对水泥乳化沥青复合材料进行剖析和研究以外，研究人员也尝试从复合材料体系中水泥和乳化沥青这两种性质截然不同的胶结料之间的相互作用机理来解释其性能.杨进波等人[27]分析了水泥沥青胶凝材料的水化硬化机理.复合材料中没有新的物质生成，说明水泥与沥青没有发生化学反应.在水泥沥青胶凝材料硬化体中，沥青膜包覆在水泥水化产物形成的骨架上，是连续相，且形成互穿体系.另外，乳化剂会延缓水泥的水化过程.张艳荣借助SEM建立了水泥沥青胶浆中沥青微滴和水泥颗粒相互作用的示意图[8]，如图4所示，乳化沥青微滴首先在水泥颗粒表面聚集并压缩，逐渐形成部分连续的沥青膜包裹在水泥颗粒周围，并借助光学显微镜在放大400倍时实际观测到这种结构.此外，还通过图5阐述了阴离子乳化沥青和阳离子乳化沥青与水泥颗粒结合的区别.新拌水泥浆的孔隙溶液中阴离子主要是OH-和SO42-，而阳离子大部分为Ca2+[28].由于包裹在阴离子沥青微滴周围的阴离子表面活性剂中富含SO32-、SO42-等，可与Ca2+相结合形成螯合物.因此，当阴离子乳化沥青加入到新拌水泥浆中时，除了正在水化中水泥颗粒的带正电荷表面外，水泥颗粒带负电荷的部位也可以通过Ca2+的桥接作用而吸附在阴离子乳化沥青微滴表面，且所能吸附的阴离子乳化沥青微滴数量要远超过带正电荷水泥颗粒表面的吸附数量.而当阳离子乳化沥青加入到新拌水泥浆中时，由于高流动性和较差的螯合力使得孔隙溶液中的OH-和SO42-不能发挥出像阴离子乳化沥青中那样的效果.所以，即使水泥颗粒表面负电荷占大部分比例，但正在水化中的水泥对阴离子乳化沥青的吸附效果要比对阳离子乳化沥青强.图4 水泥与乳化沥青凝聚示意图Fig.4 Schematic illustration of the agglomeration of asphalt emulsionin fresh CA paste图5 沥青微滴在水泥颗粒表面吸附示意图Fig.5 Schematic illustration of adsorption of asphalt particles on the cement grain王发洲[29]采用SEM观察了不同乳化沥青/水泥比例（A/C）的水泥乳化沥青浆体的微观结构，并采用Ze⁃ta电位测定仪研究不同浆体中水泥颗粒Zeta电位的变化规律.当A/C大于0.4时，A/C变化对Zeta电位与水化放热影响不大.最后，提出了水泥与阳离子乳化沥青的相互作用模型：在水泥与乳化沥青拌和的最开始，两者以相互独立的颗粒形式稳定且分散地存在；其次是乳化沥青自由溶液中富余的乳化剂分子率先吸附在水泥颗粒表面；紧接着带正电荷的乳化沥青颗粒与水泥颗粒表面带负电荷的表面区域相互吸引而吸附于水泥颗粒上，这阻止了部分水泥的水化；最后，乳化沥青逐渐失去稳定性，在水泥颗粒表面破乳凝结.关于水泥和乳化沥青相互作用机理的这部分研究对于解释水泥乳化沥青复合材料从开始拌合到最终凝结硬化完成过程中微观结构、粘弹性能的变化具有十分重要的指导意义，同时也为将来研究优化水泥乳化沥青复合材料提供了参考.3 总结与展望纵观国内外关于水泥乳化沥青的研究综述可以发现，现阶段共同的特点是研究的切入点均是通过对比研究不同水泥或乳化沥青用量下混凝土的强度、模量等力学性能以及高温稳定性、低温抗裂性、水稳定性等路用性能或疲劳性能，推荐合适的水泥乳化沥青比例和用量.应该说这种思路在研究初期对水泥乳化沥青混合料的研究和应用起到了极大的推动作用，但随着研究的深入也应该看到这种思路下存在着对水泥乳化沥青复合材料本身研究不足的缺陷.鉴于此，采用合适的方法和指标对水泥乳化沥青复合材料进行研究评价是迫切需要的.但水泥乳化沥青复合材料作为一种胶结材料，并没有像针入度、延度、软化点等类似的指标来评价其性能优劣，因此，在水泥乳化沥青复合材料制备时缺乏合适的方法指标来表征和判断其材料组成的合理性.针对水泥乳化沥青复合材料的粘弹性能研究中，当水泥与乳化沥青的组成比例在一定范围内变化时，水泥乳化沥青复合材料表现为粘弹性材料.尤其是不同材料组成和不同龄期时，该复合材料的粘弹性能具有明显的变化.这种情况下，如何就水泥乳化沥青复合材料的粘弹性能，特别是粘弹性能随时间的演变规律展开详细的研究是在未来研究工作中需要加强的.此外，以水泥乳化沥青复合材料粘弹性能为基础，建立其本构方程，并基于此对水泥乳化沥青复合材料特性进一步解析，对于正确理解和定量评价该材料综合性能并提高其宏观性能具有重要理论意义.此外，水泥乳化沥青复合材料及混合料性能的增强改善将是该材料在未来研究和工程应用中的重点突破方向.首先，可在水泥乳化沥青混合料中使用性能更优异的SBS改性乳化沥青，利用SBS改性沥青在复合材料体系中形成更稳定牢固的沥青网络.其次，注重改善水泥和乳化沥青两相界面间的结合和增强问题，例如纤维具有良好的加筋增强、增韧作用，这无论是在沥青混合料中抑或是水泥混凝土中都得到了验证和极为广泛的应用，对于水泥乳化沥青复合材料而言，纤维理应能在两种原本相对独立的胶结料之间起到桥接、成网的作用，对提高混凝土性能起到极大地推动作用.当然，SBS改性乳化沥青和纤维增强的应用必将使水泥乳化沥青复合材料的粘弹性能及微观特征发生新的变化.但到目前为止，还未有纤维增强水泥乳化沥青复合材料及混凝土的研究.因此，水泥乳化沥青复合材料及其混合料性能的增强改善仍需要更系统、深入的研究，使其能成为各等级公路路面面层的可选择材料之一.参考文献：【相关文献】[1] Qin X 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