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来源：职称驿站所属分类：材料科学论文 发布时间：2012-08-11浏览：49次
摘要：灌注式水泥－沥青混合料是在开级配的沥青混合料空隙内灌注添加水泥净浆或有色水泥浆而形成的一种复合材料。采用体积法设计高孔隙率的基体沥青混合料，并通过马歇尔试验确定其最佳沥青用量；通过不同水灰比和不同灌浆量的水泥浆灌注的水泥－沥青混合料的马歇尔稳定度和低温劈裂强度。
关键词：水泥-沥青混合料；灌浆；试验研究
1引言
随着我国城市道路建设的发展和人民日益增长的物质文化生活的需要，彩色路面的美化功能越来越被人们所青睐。彩色路面铺筑作为一门新的筑路技术，早在1950年代初欧美便已有所应用，1960年代后日本的应用已经形成了一定的规模。彩色路面不仅可以装饰道路，起到美化环境的作用，而且应用于不同功能的路段或车道(如公共汽车专用道，事故多发地段等)，作为交通管理的自然信号，起到了引导交通的作用。1980年代初，我国也逐渐开始对彩色沥青技术进行研究。日前，我国某些城市的繁华路段、公园等场所己铺装了彩色沥青路面。世界上多数发达国家对彩色沥青路面进行了卓有成效的研究和推广应用[1]。
灌注式彩色水泥－沥青混合料是实现彩色路面的另一途径。灌注式彩色水泥－沥青混合料是在开级配的沥青混合料空隙内灌注添加颜料的水泥净浆或有色水泥浆而形成的一种彩色复合材料。本文采用体积法设计了一种高孔隙率的沥青混合料，通过添加彩色颜料的方法调节水泥浆的色彩，对大孔隙沥青混合料灌注彩色浆体材料形成彩色水泥－沥青混合料[2]。
2水泥浆性能要求
灌注胶浆主要是以水泥乳浆为主料，掺入一定量的外掺剂，也可掺入适量的砂或粉煤灰，经过充分搅拌分散而成为具有一定稠度的混合体，其中外掺剂的性质对乳浆性能及使用效果有直接的影响[3][4]。
作为灌注沥青混合料基体的水泥浆，水泥浆的配比组成主要由水泥和水组成，这种水泥浆必须具有以下性质：
(1)很好的和易性，即良好的流动度；
(2)足够的抗压强度和抗弯拉强度；
(3)具有较小的干缩、温缩特性；
(4)在硬化过程中，体积变化要求小于0.5%；
(5)必须具有与混合料结合的良好性能；
(6)均匀性好，能保证施工时间内水泥浆均匀。
3原材料性能试验
3.1水泥
水泥采用的是湖南省新星水泥厂生产的联峰32.5普通硅酸盐水泥，参照《公路工程水泥及水泥混凝土试验规程》(JTGE30-2005)[5]中的有关方法进行检验，水泥质量合格，能够满足水泥砂浆的要求，试验结果见表3.1。
表3.1水泥检验指标
指标 初凝时间
(min) 终凝时间
(min) 7d强度(MPa) 28d强度(MPa)
抗压 抗折 抗压 抗折
32.5 290 410 18.5 3.5 32.5 5.5
3.2粉煤灰
粉煤灰表观密度见表3.2。
表3.2粉煤灰表观密度
m1(g) m2(g) V1(cm-3) V2(cm-3) 密度(g.cm-3) 平均值(g.cm-3)
1002.8 961.1 0.98 21.32 2.050 2.053
963.2 923.8 0.82 19.98 2.056
4水泥－沥青面层复合材料制备
4.1基体沥青混合料的灌注
按照前面叙述设计方法和流程制备开级配大孔隙沥青混合料基体试件，按试件规格制作好马歇尔试件后，马上把试件两端的吸油纸小心取掉，横向放置12h以上，在温度较低时(低于50℃)，把试模的底部用胶泥或其他物品封好并整平，避免灌注时漏浆。
对沥青混合料基体试件进行灌注，灌注后把试件放到振动台上夹牢进行振动，振动过程中随时补充水泥浆使空隙能充分灌满，至水泥砂浆不能灌注为止，把多余的水泥砂浆用毛刷刷掉，直到露出粗骨料为止。
4.2基体试件填隙率的确定
填隙率为浆体材料体积占基体沥青混合料孔隙体积的百分比。
首先把沥青混合料基体试件的底部封好，称其重量(试件+试模+封底物品)并贴上标签，做好记录。然后，把前面灌注好水泥浆的复合材料试件顶面多余的水泥浆用毛刷刷干净，直到表面露出粗骨料为止，试模外部用抹布擦干净，称量其重量(试件+试模+封底物品+灌入的水泥砂浆)。最后，把试件放置在试模中，在室温条件下静放1d，然后脱模测量(试模+封底物品)质量、试件的高度、直径，高度、直径不合要求的试件去除，并根据试件高度和灌入浆液的质量计算出浆体的填隙率。
4.3水泥浆水灰比的确定
水泥浆的主要组成材料包括水泥和水。配制好的水泥浆必须具有足够的均匀性、流动性和渗透性。水灰比对水泥浆的影响至关重要，水泥净浆的水灰比也是用来衡量水泥浆的稀稠的一种指标。并且直接影响到水泥浆的强度。采用较大的水灰比，水泥浆可以有效的灌入孔隙、并不会造成堵塞；但较小的水灰比，可以获得均匀、密实、强度高和耐腐蚀的路面结构，而且只有稳定的浆液能在灌浆过程种保证流动性，获得最佳的充填，因此应尽可能的降低水灰比。对浆液的最佳水灰比选择十分必要。通过不同水灰比的水泥浆灌注的水泥－沥青混合料的马歇尔稳定度和低温劈裂强度来确定水泥浆合理的水灰比。
1．水灰比对高温稳定性的影响
基体沥青混合料组成确定以后，选择水泥浆材料的配合比及技术指标是实现水泥－沥青混合料优良性能的主要条件。对采用不同水灰比的水泥浆灌注的水泥－沥青混合料进行了马歇尔试验。
按照上述设计方法和流程制各开级配大孔隙沥青混合料基体试件。根据经验[6]，用不同水灰比(0.425、0.45、0.475、0.50、0.525、0.55共五组)的水泥浆对基体沥青混合料进行灌浆。每组试件采用4-6个，在室温下静置24h后脱模后，送进温度为20℃±3℃、湿度大于90％的养护室内养护，按规定的龄期在试验前在室温中静置1～2d，测定各项物理力学性质指标。试验时灌浆试件的龄期为7d，对不同水灰比灌注的混合料进行马歇尔试验，试验结果见表4.1、图4.1。
由表4.1、图4.1可知，随着水灰比的增加，水泥－沥青混合料的稳定度呈下降的趋势。当水灰比在0.425～0.525之间时，稳定度波动范围不大，当水灰比达到0.525后，曲线斜率的绝对值突然增大，稳定度损失较多。因此，水灰比的选择可在保证基本要求的前提下，根据灌浆工艺的实际情况决定。
从本例情况来看，如水灰比控制在0.425～0.525之间，灌浆工作并无很大的困难。此外，在浆体材料中掺加适量的外掺剂可以增大浆体的流动性，便于浆体材料渗入到混合料的空隙中，也可以减少浆体材料的收缩，避免收缩裂纹出现。
图4.1水灰比与马歇尔稳定度的关系
表4.1马歇尔试验结果
水灰比 孔隙率(％) 填隙率(％) 马歇尔稳定度(kN) 流值(0.1mm)
0.55 21.8 58.2 10.02 29.9
0.55 21.8 59.5 10.38 26.1
0.55 23.2 58.3 9.38 31.0
0.55 22.3 58.7 9.90 29.0
0.55 24.6 55.3 9.86 21.7
0.55 22.3 54.0 9.33 17.9
0.525 20.8 61.1 10.83 21.6
0.525 21.6 60.2 11.27 34.5
0.525 23.2 56.0 10.65 30.7
0.525 21.9 59.1 10.30 28.9
0.525 24.8 53.7 11.21 34.7
0.50 22.7 56.3 11.86 47.7
0.50 23.5 60.3 12.54 35.5
0.50 23.1 60.7 11.80 41.6
0.475 22.7 65.7 10.82 25.9
0.475 24.0 51.9 11.19 21.0
0.475 22.5 53.9 10.84 26.8
0.475 23.1 57.2 11.21 24.6
0.475 25.3 46.9 10.63 29.3
0.45 23.7 64.8 11.30 30.2
0.45 24.8 60.3 11.84 19.9
0.45 23.1 59.4 10.34 33.4
0.425 23.4 59.4 12.54 16.3
0.425 22.8 63.6 13.40 23.3
2．水灰比对低温抗裂性的影响
对采用不同水灰比的水泥浆灌注的水泥－沥青混合料进行了低温劈裂试验(试验温度为-10℃，龄期7d)。试验结果见表4.2、图4.2。
由表4.2、图4.2可知，随着水灰比的增加，水泥－沥青混合料的低温劈裂强度呈下降的趋势。当水灰比在0.44～0.50之间时，其劈裂强度波动范围不大。从本例情况来看，建议水灰比控制在0.44～0.50之间。水灰比对水泥－沥青混合料的高温稳定性和低温抗裂性能都有显著的影响。因此，水灰比的选择可在保证基本强度要求的前提下，根据灌浆工艺的实际情况决定，建议水灰比控制在0.44～0.50之间。
图4.2水灰比与低温劈裂强度的关系
表4.2低温劈裂试验结果
水灰比 孔隙率(％) 填隙率(％) 劈裂强度(MPa)
0.55 24.1 70.2 1.35
0.55 23.5 65.6 0.91
0.55 23.9 67.5 1.18
0.55 24.4 69.3 1.27
0.55 24.0 65.7 1.18
0.525 23.6 71.9 1.37
0.525 22.7 70.0 1.42
0.525 24.7 67.3 1.27
0.525 24.1 68.1 1.47
0.525 23.9 69.3 1.38
0.50 22.7 68.2 1.42
0.50 24.8 66.8 1.29
0.50 24.6 67.1 1.34
0.50 22.7 70.3 1.56
0.50 24.2 65.5 1.38
0.50 24.0 67.6 1.40
0.475 24.8 70.3 1.30
0.475 23.8 71.8 1.42
0.475 24.0 66.3 1.47
0.475 24.6 62.9 1.38
0.475 24.3 65.8 1.42
0.45 22.3 73.9 1.60
0.45 23.3 77.2 1.52
0.45 23.9 70.3 1.53
0.45 24.8 69.4 1.45
0.45 24.4 72.3 1.61
0.45 23.7 72.6 1.54
0.425 24.1 70.0 1.59
0.425 24.4 74.7 1.63
0.425 24.3 72.3 1.61
5结语
(1)采用体积设计法设计基体沥青混合料，确定了基体沥青混合料的配合比及最佳沥青含量。实验室目标配合比结果为：粗集料：石屑：矿粉＝87.9：9.1：3.0，沥青用量2.5%。
(2)通过不同水灰比的水泥浆灌注的水泥－沥青混合料的马歇尔稳定度和低温劈裂强度来确定水泥浆合理的水灰比，水灰比的选择可在保证基本强度要求的前提下，根据灌浆工艺的实际情况决定，建议水灰比控制在0.44～0.50之间。
参考文献：
[1]许英明.彩色沥青混凝土路面施工工艺控制.路面机械与施工,2004,(5):25-26
[2]严家伋.道路建筑材料.北京:人民交通出版社,2002,44-216
[3]庞传琴,杨宇亮.半柔性混合料性能探讨[J].公路,2004,(4):108-110
[4]姚爱玲,方荣渝.灌注式半刚性复合材料路用性能试验研究[J].西安公路交通大学，2001,(3):17-20
[5]中华人们共和国行业标准:公路工程水泥及水泥混凝土试验规程(JTGE30-2005).北京:人民交通出版社,2005,40-106
[6]刘中林,田文,史建方等编著.高等级公路沥青混凝土路面新技术.北京:人民交通出版社,2002,229-239
《灌注式水泥－沥青混合料材料试验研究》
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文章名称： 灌注式水泥－沥青混合料材料试验研究
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