油灰比对水泥乳化沥青胶浆强度的影响

夏彬彬

(合肥工业大学 交通运输工程学院，安徽 合肥 230009)



油灰比对水泥乳化沥青胶浆强度的影响

夏彬彬

(合肥工业大学 交通运输工程学院，安徽 合肥 230009)

通过自行配制高固含量(70.64%)的乳化沥青制备水泥乳化沥青胶浆，研究其油灰比在0.30到1.06之间变化时，对应的抗压、抗折强度变化规律。结果表明：随着油灰比的增大，抗压强度、抗折强度都不断减小。

油灰比；水泥乳化沥青胶浆；抗压强度；抗折强度

沥青混合料是目前使用最广泛的道路建筑材料，但是沥青本身温度敏感性较强，热拌过程中的持续高温会使其发生老化，严重影响了路面的使用寿命。加上它是一种典型的粘弹性材料，本身的柔性大，使用过程中也易出现车辙、裂缝等早期破坏现象[1]。水泥混凝土是脆性材料，抗折强度相对较低、刚性过大而柔性不足，另外，路面平整度较差，行车噪声也大，只能应用于低等级道路[2]。

采用复合手段将水泥和沥青两种结合起来，有望克服两种材料的不足。早期的研究及实践证明在普通乳化沥青混合料中用水泥代替部分矿粉，可以使复合材料的强度及高温稳定性有较大的改善，水泥和乳化沥青胶浆的组成在很大程度上决定着复合材料的性能[3-5]。本文打破传统的水泥乳化沥青复合材料的约束，使用自行配制的高固含量乳化沥青来制备水泥乳化沥青胶浆，研究其油灰比处于中间位置时复合材料的抗压、抗折强度，探讨水泥和乳化沥青在更广泛配比范围内变化时的力学性能，为进一步优化复合材料性能提供参考。

1 原材料及试验

1.1 原材料

试验所用水泥为标号42.5的普通硅酸盐水泥，沥青是由中交三建集团提供的70号B级基质沥青。配制的乳化沥青固含量为70.64%。

1.2 试验方案

根据相关资料并结合前期研究[4]，按表1设计配比。

表1 水泥乳化沥青胶浆配比

1.3 试件制备与养护

试验中用于测定抗压、抗折强度的试件养生时间分别为3 d和7 d，用于测定弹性的试件养生时间为7 d。为避免水分蒸发或吸入，将拌和成型后的试件以保鲜膜裹覆后放入温度为20±2 ℃的恒温室内密封养护至进行性能试验。

2 试验结果及分析

2.1 抗压、抗折强度试验结果

试验结果表明(图1)：

(1) 同水灰比下，水泥乳化沥青胶浆3 d和7 d的抗压强度均随着油灰比的增大而减小。在油灰比较小时，强度随龄期的增长迅速上升；油灰比较大，特别是当超过1以后，胶浆硬化后强度上升不明显。

(2) 不同水灰比下，水泥乳化沥青胶浆3 d和7 d的抗压强度随油灰比的增大变化趋势与相同水灰比下的强度变化趋势趋于一致，水灰比在0.29到0.44之间时，水灰比小的部分抗压强度较高。

(3) 同水灰比下，复合胶浆的3 d和7 d抗折强度随油灰比的增大均呈递减趋势，其中，油灰比为0.3，水灰比为0.29和0.34时胶浆的3 d抗折强度分别比规范[6]要求大8%和3%，7 d时，两者的抗折强度即已达到28 d的98.6%和83.1%。

(4) 不同水灰比下，胶浆的抗折强度随油灰比的变化强度差异不是很大，折线非常靠近，变化趋势十分接近。总体来说，油灰比较小情况下的抗折强度相比油灰比大时有明显优势。

图1 抗压、抗折强度

2.2 结果分析

在水泥乳化沥青胶浆体系中，其主要材料为水泥和沥青。水泥吸收外掺水或乳化沥青中的水分发生水化反应，并产生水化热，加速了沥青破乳和强度形成，水泥水化与乳化沥青破乳形成沥青膜粘附水泥石的反应同时进行[7]。水泥浆体在水化硬化后其力学性能呈刚性和脆性，是一种无机高弹性模量材料。沥青在力学性能上则呈明显的粘性特征且微观结构为致密状的低弹性模量有机材料。两者结合在一起形成的胶浆力学性能介于弹性与粘性之间，其具体力学性能受到沥青与水泥比例的影响。

当油灰比较小时，胶浆中水泥含量较高，部分水泥得以充分水化，强度增长较快；油灰比增大，沥青含量逐渐变大，由于沥青提供的强度有限，而水泥的含量较少，在胶浆硬化过程中，破乳出来的沥青将水泥包裹，水泥石之间难以形成网络[8-9]，导致胶浆强度迅速下降，胶浆由刚向柔逐渐变化。因此，在试验中油灰比的增大使得抗压、抗折强度呈降低趋势。在水灰比小时同油灰比下胶浆强度较高主要是因为胶浆中的水参与水泥水化后会形成一定的孔隙[10]，这些孔隙被沥青颗粒填充，但水灰比较大时，部分孔隙被水占据，水分蒸发后孔隙增多，使得强度下降。

3 结束语

(1) 在其他条件不变时，减小油灰比，可以提高水泥乳化沥青胶浆的抗压强度、抗折强度。但是胶浆由柔变刚，材料达到极限压应力之后更容易发生脆性破坏。

(2) 胶浆的力学性能除受油灰比的影响之外，不同水灰比、加载速率、温度和成型工艺等对其力学性能均有影响，有待进一步研究。

[1] 沈金安.沥青与沥青混合料路用性能[M].北京:人民交通出版社,2001.

[2] 郭向勇.高强混凝土脆性评价方法及其增韧措施的研究[D].武汉：武汉大学,2005.

[3] 王学信,沙爱民,胡力群,等. 水泥乳化沥青混凝土力学性能研究[J].公路交通科技,2005,22(11):57～60.

[4] 王振军.水泥乳化沥青混凝土浆体一集料界面区结构与性能研究[D].西安：长安大学,2007.

[5] Ohama Y. Polymer-based admixtures[J]. Cement and Concrete Composites,1998,20(2/3):189～212.

[6] 中华人民共和国铁道部.客运专线铁路CRTS II型板式无砟轨道水泥乳化沥青砂浆暂行技术条件[M].北京:中国铁道出版社,2008.

[7] 李云良,欧阳剑,王山山,等.水泥沥青复合砂浆拌和物乳化沥青破乳过程研究[J].哈尔滨工程大学学报,2015, 36(7):997～1000.

[8] 孔祥明,张艳荣,张敬义,等.新拌水泥沥青浆体的流动性及显微结构研究[J]. 建筑材料学报, 2011,14(4):569～575.

[9] 杨进波,阎培渝,孔祥明,等.水泥沥青胶凝材料的硬化机理研究[J].中国科学:技术科学,2010(8):959～964.

[10] 王振军,李顺勇.水泥乳化沥青砂浆(CAM)的微观结构特征[J].武汉理工大学学报,2009(6):32～35.

2016-04-12；修改日期：2016-04-21

夏彬彬(1992- )，男，安徽芜湖人，合肥工业大学硕士生．

U443.33

A

1673-5781(2016)03-0375-02