水泥代替礦粉對瀝青混凝土路用性能影響分析

王 衛 顧麗華

(南京理工大學泰州科技學院，江蘇泰州 225300)

0 引言

近年來隨著經濟的發展，我國的公路得到了飛速發展，而瀝青混合料由于其優異的性能在公路建設中得到了廣泛的應用。但在使用過程中也暴露了一些問題，如隨著交通量的增長，路面性能不足，會出現車轍，裂縫，龜裂等病害，同時道路安全隱患也會不斷出現，這些都對瀝青路面提出更高的使用要求。并且在我國，瀝青路面的實際使用年齡要比設計年齡短很多，大約三年就需要維修，而十年就需要大面積整修，這樣就使得國家對道路的維修費用與建造費用持平［2］。而造成這些情況主要還是因為瀝青混凝土的路用性能較差。因此，如何提高瀝青混凝土的路用性能顯得尤為重要。近年來，通過國內外的研究發現，采用不同劑量的水泥來代替礦粉作為填料，對瀝青混凝土的路用性能能夠產生較大的影響。因此，本文通過實驗來探索水泥作為填料代替礦粉對于瀝青混凝土路用性能的影響規律，以期為瀝青混凝土路用性能的改善提供依據。

1 水泥對瀝青混凝土路用性能的影響機理分析

水泥作為填料可以提高瀝青混凝土的路用性能，水泥對于瀝青混凝土的影響機理如下:

瀝青中含有一定的樹脂成分，樹脂是酸性材料，其使得瀝青具有粘結性與塑性，而水泥是堿性材料，能夠增加瀝青與集料之間的粘結力。水泥具有遇水能夠迅速硬化的性質，水泥顆粒分布在集料表面的瀝青中能夠攔截水分子并且水化，隨著水化物的增加，能夠形成保護屏障，進而使得瀝青與集料之間的粘附力增大。

另外水泥相對礦粉來說是一種活性較高的堿性材料，它不但可以滿足礦粉所具有的所有要求，而且pH值還很高。當把水泥加入瀝青中后，水泥會和瀝青產生化學反應，生成的材料粘附性比瀝青混合料更大。另外，水泥作為建筑材料，其不規則程度相對較為顯著。并且水泥表面的空隙很大，能夠使得瀝青質進入裂縫和空隙中，從而使得稠度增加，這在很大程度上提高了瀝青混凝土的高溫穩定性、低溫穩定性與水穩定性。

2 水泥含量對瀝青混凝土路用性能影響分析

2.1 實驗方案及原材料

研究瀝青混凝土的路用性能主要從高溫穩定性，低溫穩定性以及水穩定性三個方面考慮。因此可以通過馬歇爾實驗來研究瀝青混凝土的高溫穩定性，通過低溫劈裂實驗來研究瀝青混凝土的低溫穩定性，通過凍融劈裂實驗來研究瀝青混凝土的水穩定性，本次實驗方案主要分別采用水泥來代替0%，20%，40%，60%，80%，100%的礦粉作為填料進行上述實驗，進而分析實驗規律。本次實驗中采用的原材料主要有水泥，石油瀝青，礦粉，集料。水泥采用的是P.C32.5級復合硅酸鹽水泥，石油瀝青采用的是標號為70號的石油瀝青，礦粉與集料則采用普通材料。瀝青混凝土采用AC-13型，馬歇爾試件按JTG E20-2011公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程要求制備，試件直徑Ф=101.6 mm，高度(63.5±1.3)mm，采用兩面擊實各50次。對馬歇爾實驗和殘留穩定度試驗采用兩面擊實50次，對凍融劈裂試驗采用兩面擊實50次。

2.2 水泥代替量對于高溫穩定性的影響

瀝青混合料的高溫穩定性是指瀝青混凝土在高溫作用下，能夠抵抗車輛荷載但不會發生很明顯的不可恢復的變形，并且能夠保證路面平整度的特性。本次通過馬歇爾實驗來研究水泥代替礦粉對于瀝青混合料高溫穩定性的影響，分別用0%，20%，40%，60%，80%，100%的水泥代替礦粉作為填料，實驗測得穩定度和空隙率結果見圖1，圖2。

圖1 穩定度隨水泥替代礦粉量的變化規律

圖2 空隙率隨水泥替代礦粉量的變化規律

通過圖1可以發現，在AC-13型級配中以水泥代替礦粉時馬歇爾穩定度隨著水泥用量的增加先增加后下降，呈現一個開口向下的拋物線的趨勢，當水泥替代量達到60%時，穩定度與流值達到最佳。而空隙率的變化趨勢剛好相反，隨著水泥用量的增加，空隙率先下降后上升，并且在水泥用量為礦粉用量的40%時達到最小，也就是說此時，瀝青混合料最密實。

2.3 水泥代替量對于低溫穩定性的影響

低溫抗裂性能是指瀝青混合料抵抗低溫開裂的能力。本次通過低溫劈裂實驗來研究水泥代替礦粉對于瀝青混合料低溫穩定性的影響，分別用0%，20%，40%，60%，80%，100%的水泥代替礦粉作為填料，實驗測得低溫劈裂強度隨著水泥不同劑量代替礦粉的變化規律如圖3所示。

由實驗結果可以發現(見圖3)，AC-13型瀝青混凝土的劈裂強度隨著水泥代替量的增加而先增大后下降，呈現一個開口向下的拋物線的趨勢，當水泥用量達到60%時，瀝青混凝土劈裂強度最大。因此，對瀝青混凝土而言，用水泥代替40%～80%礦粉后，能夠有效提高瀝青混凝土的低溫劈裂強度，進而改善瀝青混凝土的低溫穩定性。

圖3 低溫劈裂強度隨水泥替代礦粉量的變化規律

2.4 水泥代替量對于水穩定性的影響

瀝青路面水損害是一個在道路工程中普遍存在的問題，水損害經常發生在冰凍的北方地區和多雨的南方地區。本次實驗通過凍融劈裂實驗來研究水泥代替量對于瀝青混合料水穩定的影響，分別用0%，20%，40%，60%，80%，100%的水泥代替礦粉作為填料，實驗測得影響規律如圖4所示。

圖4 凍融劈裂強度比隨水泥替代礦粉量的變化規律

由圖4可知，對AC-13型級配，摻入水泥后，瀝青混凝土的劈裂強度隨著水泥用量的增加而增大，當水泥替代量為80%時劈裂強度達到最大，然后增加的幅度開始變小，在水泥用量為80%時，劈裂抗拉強度比達到峰值。因此，通過凍融劈裂實驗研究發現，當水泥替代量為80%時，瀝青混凝土的水穩定性達到最佳。

3 結語

通過實驗可以發現當通過浸水馬歇爾實驗來檢定瀝青混凝土的高溫穩定性時，水泥代替礦粉的含量應該控制在40%～60%之間，可以使得瀝青混凝土的高溫穩定性達到最優，當把水泥代替礦粉的含量控制在40%～60%之間時，瀝青混凝土的低溫穩定性得到較好地改善，當水泥代替礦粉時，瀝青混凝土的水穩定性能夠得到較大的提高，同時根據實驗結果發現，特別是當水泥含量控制在80%時，瀝青混凝土的水穩定性達到最優，因此對于瀝青混凝土的不同路用性質，水泥代替礦粉的含量也會相對不同，在實際使用中應該充分考慮各種因素造成的影響。

［1］ 申愛琴.道路工程材料［M］.北京:人民交通出版社，2011.

［2］ 牛涵琪.水泥瀝青混合料路用性能的試驗研究［D］.長春:吉林大學碩士論文，2012.

［3］ 趙國榮.高速公路瀝青混凝土路面透水病害防治措施研究［D］.天津:河北工業大學碩士論文，2006.