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摘要：采用水泥凈漿抗壓強度試驗和掃描電鏡觀察方法，研究了不同類型水泥與水泥瀝青混凝土路面的適應性，發現硅酸鹽水泥凈漿早期抗壓強度高，結果表明硅酸鹽水泥適合于水泥瀝青混凝土路面。通過水泥瀝青混凝土路面在彎坡橋橋面鋪裝中的應用實例，研究了添加了1.5%（占水泥質量）水泥瀝青混凝土外加劑的水泥瀝青混合料路用性能，發現水泥瀝青混合料各項指標均有提高，其中動穩定度指標大于10000次/mm，試驗結果表明水泥瀝青混凝土外加劑對水泥瀝青混凝土路面具有重要作用。...

 

水泥瀝青混凝土路面材料研究

商博明    蔡乾東    徐培華   周勝波

1.陜西長大博源公路養護科技有限公司，陜西 西安 710075；

2.長安大學，陜西 西安 710064；

3.廣西交通科學研究院，廣西 南寧 530007

    1、水泥瀝青混凝土路面CAC

    水泥瀝青混凝土路面（Cement asphalt concrete pavement，CAC）是通過采用灌注的方式，將摻有水泥瀝青混凝土外加劑CACa的水泥漿體填充在空隙率約為15%～30%的“骨架-空隙”母體瀝青混合料結構中，經水泥水化養生硬化后形成“剛柔并濟”的新型路面結構。CAC路面既具有瀝青混凝土路面主要使用品質，又具有水泥混凝土路面技術特性，結構示意如圖1。

    CAC路面可廣泛應用于高等級公路重載、長大陡坡路段的瀝青路面車轍處治、水泥混凝土橋面鋪裝、隧道路面、大型停車廠等新建或養護維修工程，也可用于瀝青路面局部瀝青處治工程，具有良好的抗車轍和耐久性能，同時有效降低路面水敏感性，施工方便、性能優越。

    2、水泥乳漿材料

    CAC路面由瀝青混合料和水泥乳漿組成，其中水泥乳漿由水泥、CACa外加劑和水組成。

    2.1 水泥

    在CAC路面結構中，水泥水化速度應滿足工程要求。水泥水化快，水化產物將粘結、附著在瀝青路表面上，無法滲透到路面孔隙中形成CAC路面結構；水泥水化慢，水泥水泥產物早期強度低，開放交通時間延長。不同類型水泥水化速度不同，較常見的水泥類型包括硅酸鹽水泥、礦渣水泥、粉煤灰水泥和復合水泥。

    2.1.1 不同類型水泥凈漿抗壓強度分析

    為了分析不同類型水泥凈漿的強度，按GB/T17671-1999將粉煤灰、礦渣和硅酸鹽水泥制備成凈漿試樣，尺寸規格為2×2×2cm，其配料如表1。

    表1  不同類型水泥材料組成

Tab.1 material composition of different type cement

    粉煤灰、礦渣化學組成如表2。

    表2 粉煤灰和礦渣成分分析  /wt%

 Tab.2 component analysis of fly ash and slag     /wt%

名稱	Al2O3	SiO2	Fe2O3	CaO	TiO2	MgO	SO3	P2O5	K2O	Loss
粉煤灰	30.15	47.31	6.50	6.58	1.22	0.56	1.51	0.43	1.27	3.05
礦渣	16.27	33.11	1.79	34.05	0.59	8.11	0.59	/	0.88	0.28

    水泥凈漿抗壓強度如表3。3d抗壓強度：硅酸鹽水泥＞粉煤灰水泥＞礦渣水泥＞礦渣粉煤灰復合水泥；7d抗壓強度：硅酸鹽水泥＞礦渣粉煤灰復合水泥＞粉煤灰水泥＞礦渣水泥；28d抗壓強度，礦渣水泥粉煤灰復合水泥＞礦渣水泥＞硅酸鹽水泥＞粉煤灰水泥。由此可見，在4種類型水泥中，硅酸鹽水泥水化速度快，早期強度高。

    表3  抗壓強度      /Mpa

    2.2.2 不同類型水泥水化微觀分析

    采用掃描電鏡觀察不同水化齡期下4種類型水泥水化產物形成過程。

    （1）3d水化

    如圖2所示，水化3d后礦渣、粉煤灰未發生明顯水化反應，硅酸鹽水泥已發生水化反應，水化產物相對致密。

    （2）7d水化

    如圖3所示，水化7d后粉煤灰中活性較好的微珠開始水化反應，礦渣仍未發生反應。

    （3）28d水化

    如圖4所示，水化28d后礦渣顆粒表面出現大量凹槽，說明礦渣顆粒已進行了水化反應，粉煤灰顆粒由于結構復雜，內部存在大量的微珠，包括沉珠、漂珠、子母珠，對于活性較高的微珠，較容易水化，活性較低的微珠很難水化，特別是粉煤灰內燃燒不充分的不規則炭顆粒，存在于水泥水化產物中，對水化產物強度增長有害。因此，水化28d時，粉煤灰水泥凈漿強度最低。

    根據不同類型水泥凈漿強度、水化產物掃描電鏡微觀分析結果，結合工程要求，CAC路面優先選擇硅酸鹽水泥。

    2.2 水泥瀝青混凝土外加劑CACa

    2.2.1 外加劑概述

    水泥遇水后迅速發生水化反應，形成膠凝產物，很難滲透到瀝青路面空隙中，因此必須添加專用的外加劑。水泥瀝青混凝土外加劑CACa是水溶性液體高分子材料，與水泥具有良好的適應性，能夠顯著增加水泥乳漿材料的分散性、滲透性和早期強度，同時與瀝青具有較好的親和性。

    CACa產品按用途可分為普適型CACa-P和早強型CACa-S兩種。普適型CACa-P產品滲透性和早期強度適中，適用于一般工程；早強型CACa-S產品可促進水泥乳漿快速凝結產生強度，適用于高海拔、寒冷、多雨地區。水泥瀝青混凝土外加劑CACa如圖5所示。

    2.2.2功能特性

    CACa產品水溶性好，溫和、無毒、無污染，使用方便，性能優越，主要功能如下：

    （1） 滲透能力強。強化水泥乳漿的滲透性能，在水泥水化之前快速滲透、填充到瀝青路面結構孔隙中，防止水泥乳漿覆蓋在路表面上。

    （2） 早期強度高。可促進水泥乳漿水化并形成強度，縮短開放交通時間。

    （3）交聯性穩定。可將水泥水化產物與瀝青混合料連接起來，形成穩定強化的路面結構。

    2.2.3 作用原理

    水泥瀝青混凝土外加劑CACa具有高滲透性、穩定性和早強性，可使水泥乳漿迅速均勻滲透填充到母體瀝青混合料內部空隙中，水泥水化產物起到物理填充作用，形成半剛半柔性路面結構。水泥瀝青混凝土外加劑CACa中含有高分子表面活性劑，可降低水泥乳漿的表面張力，從而降低了接觸角，使水泥乳漿與瀝青路面能夠充分潤濕，達到快速、均勻擴散滲透的效果；水泥瀝青混凝土外加劑CACa中的高分子表面活性劑具有特殊的分子結構，當水泥乳漿滲透、擴散、填充到瀝青路面孔隙中后，在水泥瀝青混凝土外加劑CACa的作用下，水泥乳漿及其水化產物快速與瀝青緊密結合，形成穩固的結合體；水泥瀝青混凝土外加劑CACa均勻穩定，水泥乳漿填充到瀝青路面孔隙后，水泥乳漿迅速水化凝固，產生的水化產物具有很高的強度，增加了路面的剛度。

    2.2.4 路用性能

    某高速公路彎坡橋橋面鋪裝層采用CAC-20型路面結構，母體瀝青混合料空隙率設計為20%，水泥乳漿配比：普通硅酸鹽42.5水泥；水灰比0.65； CACa外加劑占水泥質量的1.5%。水泥瀝青混凝土路面CAC路用性能檢測結果如表3所示。

    表3 水泥瀝青混凝土CAC路面路用性能檢測結果

Table 3 pavement performance test result of CAC

    3、結論

    CAC路面屬于半剛半柔型路面結構，可應用于對抗車轍性能要求較高的特殊路段；可作為下面層或基層（5～15cm）使用，也可作為瀝青路面局部離析處治技術措施，對于低等級道路也可直接作為面層使用。

    水泥乳漿材料是CAC路面的重要組成部分，通過試驗分析及掃描電鏡觀察，硅酸鹽水泥水化速度快、早期強度高，是CAC路面優選的水泥類型；CACa外加劑對水泥乳漿的滲透性、水化速度、早期強度及與瀝青混合料的結合強度起重要作用；結合工程應用情況，CACa外加劑盡管用量少，但在CAC路面起“四兩撥千斤”的作用，是CAC路面不可或缺的材料。

    參考文獻:

    商博明、粉煤灰結構及粉煤灰膠凝材料水化的微觀研究西安：西安建筑科技大學，2006.

    徐培華、宋哲玉等、灌注式半剛性路面面層復合材料試驗研究北京：中國公路學報，2002.

    徐培華、汪增凱等、灌注式半剛性路面材料室內試驗研究西安：西安公路交通大學學報，1995.

    吳敏剛、蔡乾東等著、高等級公路瀝青路面養護維修技術讀本北京：人民交通出版社，2010

    作者信息：

    第一作者：商博明、工作單位：陜西長大博源公路養護科技有限公司

    詳細地址：陜西省西安市高新區唐延路25號銀海新坐標10907室 郵編：710075

    學歷：材料學碩士。

    職稱：工程師

    簡歷：1980年10月出生，本科就讀于西安建筑科技大學無機非金屬材料專業，研究生就讀于西安建筑科技大學材料學專業，畢業后一直從事路面材料的研發和推廣工作，主要研發方向：改性瀝青材料、乳化瀝青材料、改性瀝青混合料添加劑材料、水泥瀝青混凝土外加劑材料。

    電話：15009256522

    郵箱：120912300@qq.com

(本文來源：陜西省土木建筑學會     文徑網絡：劉軍 呂琳琳 編輯  劉真 文徑 審核) 

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