水泥灌浆取代细集料对路面性能影响评价分析

水泥灌浆取代细集料对路面性能影响的评价

摘要：集料是构成沥青混合料的主要结构，细集料起填充作用，对沥青混合料的路用性能影响很大；水泥作为一种硬化材料灌入沥青碎石使“柔”变“刚”，大大提升整体材料的刚度，对路面性能同样影响很大。本文通过将沥青混合料中细集料成分去掉，转而向沥青混合料空隙灌入水泥，对比分析两者的高温稳定性参数，低温稳定性等其他路用性能来综合评价两者的优劣，为道路施工选材提供依据。

关键词： 细集料 ； 水泥 ； 沥青混合料 ； 路用性能；

前言：

集料是构成沥青混合料的主要结构，细集料起填充作用，对沥青混合料的路用性能影响很大，但是细集料的添加会导致裹附集料的沥青用量相应增加，如果沥青过少，或导致集料从表面剥离，大大降低沥青混凝土地面的耐久性，影响服务性能，但是沥青增加过多会造成抗剪强度降低，在高温条件下会产生泛油，拥包等病害现象，如果作为表面层，天然存在的孔隙率会导致水损害，水进入沥青混合料会与沥青结合，降低沥青与集料的粘结力，造成材料损伤；水泥作为一种硬化材料灌入沥青碎石使“柔”变“刚”，大大提升整体材料的刚度，水泥硬化后强度大，能大大缓解重交通大荷载对路面承载力的考验，提升路面整体的承载力，若果作为表面层使用，将流动性符合规范的水泥砂浆灌入一定的孔隙率中能够使结构密实度大大提高，剩余孔隙率只有2%-3%，对路面性能同样影响很大。综合比较，用水泥砂浆灌入一定孔隙率的母体沥青混合料中，具有沥青混凝土无可比拟的优势。

本文试验分为三组，分别在沥青碎石的基础上添加细集料制备沥青混凝土和灌入水泥胶浆，通过车辙试验，间接拉伸试验对比三组材料的动稳定度和劈裂参数，从而评价水泥和细集料对路面性能贡献的优劣，为道路施工选材提供参照。

备注：本文所制备试件统一制成标准马歇尔试件。

1．材料选择：

本文粗集料统一选择粒径9.5-13.2mm石灰岩，为避免流淌，沥青选用国产基质沥青AH-70#，水泥胶浆为满足流动性要求，配比在满足力学强度等的基础上加入粉煤灰，为水泥：水：粉煤灰=48.2:35.3:16.5，细集料为防止粒径干涉，能较好与粗集料形成密实骨架结构，选用玄武岩石屑级配如下：

表1 玄武岩石屑级配图

方孔筛/mm 2.360 1.180 0.600 0.30 0.150 0.75

用量/% 11.5 21.6 24.2 22.7 16.8 3.2

2．对比分组：

2.1分组制备试件

本文选取粒径9.5-13.2mm粗集料与沥青拌合制备沥青碎石混合料不灌浆作为参照组1，油石比为2.5%,制备标准马歇尔试件，在此基础上，添加本文指定级配细集料并加入相应沥青制备沥青混凝土，配合比为：粗集料：细集料：沥青=83.6：13.6：2.8，作为对比组1，在参照组1制备好碎石混合料后，灌入147.5g水泥浆，用振荡器震荡均匀，作为对比组2。

2.2．理论灌浆量与实际值比较：

通过试验结合计算得出连通空隙率为19.6%，结合公式：理论灌浆质量=试件体积×连通空隙率×砂浆密度（1.83 g/cm3），算出理论灌浆量152.6g，与实际灌浆量对比相差152.6-147.5=5.1g/152.6g=3.34%，说明灌浆量符合预期

3．试验研究：

3.1车辙试验：

在高温条件下，沥青混合料裹付集料的沥青呈塑形流动状态，导致结构表面和下面层抗剪切能力下降，故评价沥青混合料高温性能可以从材料抗剪切应变切入，常用的有简单剪切试验或单轴和三轴试验。这是从车辙产生的力学机理角度来评价的，但目前国内常用的还是车辙试验来评价沥青混合料高温稳定性。从现象来反映本质。

3.11试验概况：

《公路沥青路面设计规范》规定：对于高速公路、一般公路的表面层和中间层的沥青混凝土作配合比设计时，应进行车辙试验，以检验沥青混凝土的高温稳定性。本文采用车辙试验来分析混合料的高温稳定性。由于水泥灌入沥青碎石，但材料整体仍偏向柔性，故可以按此规定用车辙试验分析高温稳定性能。

动稳定度作为沥青混合料抗车辙能力的指标，是通过某个时间段内沥青混合料变形曲线的斜率计算，现行规范中规定为45min到60min。从车辙试验记录仪自动记录的变形曲线上读取45min及60min的车辙变形，并按式计算。沥青混合料的车辙试验是在规定尺寸的板块状压实试件上，试件尺寸为 300mm×300mm×50mm。试验方法和步骤见《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》。

3.12试验结果：

试验结果如下表所示：

表2

试件车辙深度与动稳定度结果表

时间

分组类别 1min 3min 5min 10min 20min 30min 45min 60min 动稳定度次/mm

粗集料+沥青 0.186 0.515 0.828 0.932 1.131 1.642 2.046 2.814 735

粗集料+细集料+沥青 0.145 0.505 0.652 0.731 0.796 0.850 0.947 1.323 1634

粗集料+沥青+水泥灌浆 0.126 0.492 0.588 0.601 0.713 0.805 0.917 0.950 14588

图1 车辙深度折线图

3.13.试验结果分析：

（1）.从以上三种材料的车辙深度和动稳定度来看，不加细集料不灌浆的试件车辙深度最大，加入细集料的次之，水泥灌浆半柔性混合料的车辙深度最小，动稳定度也最大，所以数据得出三者的高温稳定性性水泥灌浆沥青碎石＞填入细集料的沥青混凝土＞不加细集料的沥青碎石。 （2）.加入细集料使沥青碎石混合料更密实，空隙率更小，能在一定程度提高整体的抗车辙能力，但是效果明显没有灌入水泥的沥青碎石好，加入了水泥，使整体结构刚性大大增加，抵抗剪切变形的能力随之增强，所以得出此结果在预料中。

3.2间接拉伸试验：

常用以评价沥青混合料低温抗裂性能的方法有间接拉伸试验和蠕变弯曲试验，对于蠕变弯曲试验，制成标准试件在0℃下进行。试验完成可得蠕变弯曲曲线，该曲线分为蠕变迁移，蠕变稳定和蠕变破坏三个阶段，根据蠕变稳定阶段在t2-t1对应的蠕动变形可得蠕变速率，该指标可评价混合料的低温稳定性。本文采用间接拉伸试验比选混合料低温稳定性好坏。

3.21试验概况：

加载条加静载于圆柱形试件的轴向，试件按一定的变形速率加载，施加的压缩荷载，垂直、水平变形通过LVDT 得到（如图 3.6）。从而可获得沥青混合料劈裂强度和变形数据。本实验试验温度控制在10℃

本文试件尺寸采用标准马歇尔试件尺寸，即直径 101.6mm，高度 63.5mm，条宽度为 12.7mm，加载速率采用 1mm/min。泊松比μ取值0.25，劈裂抗拉强

度R T，破坏拉伸应变εT及破坏劲度模量S T按下式计算。

RT=0.006287PT/h （1）

εT=XT×（0.0307+0.0936）/（1.35+5μ） （2）

ST=PT×（0.27+1.0μ）/（h+XT） （3）

3.22.试验结果输出：

试验结果见下表：

表3

试件间接拉伸试验参数结果表

组别 劈裂抗拉强度（MPa） 破坏拉伸应变ε

（×10-3） 破坏劲度模量（102Mpa）

粗集料+沥青 0.82 2.085 199.75

粗集料+细集料+沥青 1.56 4.106 368.24

粗集料+沥青+水泥灌浆 2.12 5.250 548.39

图2 间接拉伸结果柱状图

3.23实验数据分析：

无论是劈裂抗拉强度，还是破坏拉伸应变和破坏劲度模量，从以上图表都可以看出灌浆水泥沥青具有优势，比加入细集料的沥青混凝土要超出不少，劈裂强度高0.56MPa，其他两项也都高很多，所以综合来看灌浆水泥沥青混合料低温抗裂性能远远优于沥青混凝土。 4.结论：

（1）本文选择单一级配矿料，油石比2.5%，制成沥青碎石混合料，通过密度试验测的并计算其混合料孔隙率为21.5%，有效空隙率通过公式得到19.6%。理论灌浆量为152.6g，实际灌浆量为147.5g，比较得出相差仅为约3%，说明理论灌浆公式可行，可以用来指导施工。

（2）高温稳定性性水泥灌浆沥青碎石＞填入细集料的沥青混凝土＞不加细集料的沥青碎石。 （3）灌浆水泥沥青混合料低温抗裂性能远远优于沥青混凝土。其劈裂抗拉强度，破坏拉伸应变，破坏进度模量均高于13-AC沥青混凝土，且高于30%以上。

参考文献

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