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[摘 要] 当今在公路工程中水泥改进沥青混合料抗水损害能力的办法主要有三种:添加消石灰代替一定的矿粉;添加水泥代替一定矿粉;添加抗剥落剂。对于采用消石灰的办法，一方面由于缺乏消石灰在高速公路上大量使用的技术标准，消石灰的质量不便于控制;另一方面，江苏地区没有供应消石灰的市场。对于采用抗剥落剂的办法，一方面由于其造价贵，另一方面，抗剥落剂的长期粘附性较差，加上近来许多专家提出抗剥落剂使用后的短期粘附性也不甚理想。本文通过对水泥改進沥青混合料抗水损害研究，探索运用江苏地区的花岗岩作为沥青混合料原材料，从而可以降低江苏地区的沥青混合料的造价。
[关键词] 水泥 沥青混合料 抗水损害
1、水泥增强粘结力的作用机理
沥青混合料的水损害是指沥青路面在水存在的条件下，经受行车荷载和温度胀缩的反复作用，水分逐步浸入到沥青与集料的界面上，同时由于水动力的作用，沥青膜渐渐地从集料表面剥离，并导致集料之间的粘结力丧失而发生路面破坏的过程［2］。通过水泥改进沥青与集料的粘附性机理如下:由于水泥的pH＞12呈强碱性，而沥青中含有少量羧酸(carboxylic)与亚砜(sulfoxide)，使沥青呈弱酸性，所以当水泥均匀分布到沥青混合料中时，水泥与沥青就会发生反应而生成具有较强吸附性的产物，这些产物能牢固地粘附在集料表面而不剥落，由此也就提高了沥青混合料的水稳定性;另一方面能使集料表面活化，降低集料表面的负电荷，降低表面能，而表面能小的集料不与氢键结合，从而使集料表面更不易被水所浸润，提高了集料与沥青间抵抗水剥离的能力。
2、原材料的性能及级配要求
2.1原材料检测
2.1.1沥青
混合料结合料采用壳牌70#基质沥青，根据文献［3］中的试验方法对原材料进行检测，其性能指标检测结果见表1。
2.1.2集料、矿粉以及水泥
集料为0～3、3～7、7～12、12～16的四档花岗岩。对其各项性能指标的测试结果列于表2～3。矿粉采用石灰岩磨细的矿粉，水泥采用江苏地区某牌，其各项性能指标满足规范的相关要求。
2.2混合料级配要求
根据文献5的要求对原材料进行级配设计，经计算矿料比例为:12～16mm∶7～12mm∶3～7mm∶0～3mm的矿粉为26%∶27%∶18.2%∶24%∶4.8%，调整出的级配见表4。
3、试验方案和方法
在AC－13C混合料目标配合比确定的基础上，将水泥以33.3、66.6、4.8%的3种比例等量取代矿粉，矿料中矿粉含量为4.8%，则水泥分别占矿料总量的1.6、3.2、4.8%。通过水泥取代矿粉后的最佳油石比，是在对比组最佳油石比的基础上，增大油石比变化范围，再由马歇尔试验结果综合确定［4］，试验结果见表5。在对比组和水泥取代后的AC－13C混合料目标配合比确定后，按JTJ052－200《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》［3］规定的方法分别成型试件进行马歇尔试验、浸水马歇尔试验及冻融劈裂试验。
4、试验结果分析
4.1浸水马歇尔试验检测和分析
水泥部分或全部取代矿料后，尽管矿料级配未发生改变，但改变了沥青用量，也就在一定程度上改变了混合料的内部结构组成。按JTJ052－200《公路工程沥青及沥青混合料试验规程［3］规定进行AC－13C混合料的马歇尔试验。结果见表5。
从表5看出，AC－13C混合料中的矿粉被水泥取代后，混合料的体积参数及力学特性均有不同程度的变化。添加一定的水泥，有使AC混合料的密实度提高、空隙率减小的趋势。水泥取代矿粉后AC－13C混合料的马歇尔稳定度有显著提高。在取代量为3.2%时马歇尔稳定度达到最大值15.53kN，比未取代的马歇尔稳定度提高了17.3%。随水泥取代矿粉量的增加，流值逐渐增大，这表明，水泥取代矿粉后可能会提高AC混合料的低温抗裂能力，进而提高混合料的耐水性能。从表5看出，沥青混合料的浸水残留稳定度随着水泥掺量的增加而逐步提高。当水泥掺量为4.8%时，出现了残留稳定度大于100%的现象，这是由于水泥的水化反应随着浸水时间的增加，而变得充分，从而增加了整个混合料的强度。
4.2冻融劈裂试验
对表5中的混合料类型，分别进行浸水马歇尔实验。实验结果如下表6。
试验结果表明，添加水泥能明显提高沥青混合料的水稳定性，并且其冻融劈裂强度比(TSR)随着水泥掺量的增加而显著提高，冻融循环前的劈裂强度则变化不大。然而，当水泥掺量为4.8%时，虽然沥青混合料的TSR值最高，但是它在冻融循环前后的劈裂强度却都下降了，故这不能说明其水稳定性好。也就是说，对于提高沥青混合料的抗水损害性能而言，水泥的掺量存在着最佳值。
另外，当水泥掺量为0、1.6、3.2、4.8%时，所测出的沥青混合料的空隙率分别为6.4、7.2、7.4、8.5%。说明，随着水泥掺量的增加，沥青混合料的空隙率也较大。这是因为水泥的比表面积较大，其吸附能力要强于矿粉，当它的掺量较大时就会吸附大量沥青，使沥青混合料变干，变硬，难以压实，空隙率变大，从而导致沥青混合料的粘结力降低，劈裂强度减小［5］。
5、结语
通过对不同掺量水泥的沥青混合料进行抗水损害性能实验，说明水泥可以改善沥青与集料的粘附性，提高沥青混合料的水稳定性。对于江苏地区采用AC－13C混合料而言，建议，水泥的最佳掺量为其占沥青混合料总质量的2～4%。不同级配混合料的水泥掺量需要通过试验来确定，一般不能超过5%。■
参 考 文 献
［1］范传斌，罗炼，齐文喆．掺水泥沥青混凝土粘附性试验及工程实践［J］．广东公路交通，2004．
［2］姚立阳，张振华．沥青混凝土路面水损害机理及其防治措施［J］．平顶山工学院学报，2008．
［3］JTJ052－2000，公路工程沥青及沥青混合料试验规程［S］．
［4］艾长发，陈炯，刘东，等．提高花岗岩沥青混合料水稳定性措施研究［J］．中南公路工程，2007．
［5］汤寄予，高丹盈，夏丹，等．用水泥改善开级配路面抗滑磨耗层耐水性的试验研究［J］．新型建筑材料，2008．
[关键词] 水泥 沥青混合料 抗水损害
1、水泥增强粘结力的作用机理
沥青混合料的水损害是指沥青路面在水存在的条件下，经受行车荷载和温度胀缩的反复作用，水分逐步浸入到沥青与集料的界面上，同时由于水动力的作用，沥青膜渐渐地从集料表面剥离，并导致集料之间的粘结力丧失而发生路面破坏的过程［2］。通过水泥改进沥青与集料的粘附性机理如下:由于水泥的pH＞12呈强碱性，而沥青中含有少量羧酸(carboxylic)与亚砜(sulfoxide)，使沥青呈弱酸性，所以当水泥均匀分布到沥青混合料中时，水泥与沥青就会发生反应而生成具有较强吸附性的产物，这些产物能牢固地粘附在集料表面而不剥落，由此也就提高了沥青混合料的水稳定性;另一方面能使集料表面活化，降低集料表面的负电荷，降低表面能，而表面能小的集料不与氢键结合，从而使集料表面更不易被水所浸润，提高了集料与沥青间抵抗水剥离的能力。
2、原材料的性能及级配要求
2.1原材料检测
2.1.1沥青
混合料结合料采用壳牌70#基质沥青，根据文献［3］中的试验方法对原材料进行检测，其性能指标检测结果见表1。
2.1.2集料、矿粉以及水泥
集料为0～3、3～7、7～12、12～16的四档花岗岩。对其各项性能指标的测试结果列于表2～3。矿粉采用石灰岩磨细的矿粉，水泥采用江苏地区某牌，其各项性能指标满足规范的相关要求。
2.2混合料级配要求
根据文献5的要求对原材料进行级配设计，经计算矿料比例为:12～16mm∶7～12mm∶3～7mm∶0～3mm的矿粉为26%∶27%∶18.2%∶24%∶4.8%，调整出的级配见表4。
3、试验方案和方法
在AC－13C混合料目标配合比确定的基础上，将水泥以33.3、66.6、4.8%的3种比例等量取代矿粉，矿料中矿粉含量为4.8%，则水泥分别占矿料总量的1.6、3.2、4.8%。通过水泥取代矿粉后的最佳油石比，是在对比组最佳油石比的基础上，增大油石比变化范围，再由马歇尔试验结果综合确定［4］，试验结果见表5。在对比组和水泥取代后的AC－13C混合料目标配合比确定后，按JTJ052－200《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》［3］规定的方法分别成型试件进行马歇尔试验、浸水马歇尔试验及冻融劈裂试验。
4、试验结果分析
4.1浸水马歇尔试验检测和分析
水泥部分或全部取代矿料后，尽管矿料级配未发生改变，但改变了沥青用量，也就在一定程度上改变了混合料的内部结构组成。按JTJ052－200《公路工程沥青及沥青混合料试验规程［3］规定进行AC－13C混合料的马歇尔试验。结果见表5。
从表5看出，AC－13C混合料中的矿粉被水泥取代后，混合料的体积参数及力学特性均有不同程度的变化。添加一定的水泥，有使AC混合料的密实度提高、空隙率减小的趋势。水泥取代矿粉后AC－13C混合料的马歇尔稳定度有显著提高。在取代量为3.2%时马歇尔稳定度达到最大值15.53kN，比未取代的马歇尔稳定度提高了17.3%。随水泥取代矿粉量的增加，流值逐渐增大，这表明，水泥取代矿粉后可能会提高AC混合料的低温抗裂能力，进而提高混合料的耐水性能。从表5看出，沥青混合料的浸水残留稳定度随着水泥掺量的增加而逐步提高。当水泥掺量为4.8%时，出现了残留稳定度大于100%的现象，这是由于水泥的水化反应随着浸水时间的增加，而变得充分，从而增加了整个混合料的强度。
4.2冻融劈裂试验
对表5中的混合料类型，分别进行浸水马歇尔实验。实验结果如下表6。
试验结果表明，添加水泥能明显提高沥青混合料的水稳定性，并且其冻融劈裂强度比(TSR)随着水泥掺量的增加而显著提高，冻融循环前的劈裂强度则变化不大。然而，当水泥掺量为4.8%时，虽然沥青混合料的TSR值最高，但是它在冻融循环前后的劈裂强度却都下降了，故这不能说明其水稳定性好。也就是说，对于提高沥青混合料的抗水损害性能而言，水泥的掺量存在着最佳值。
另外，当水泥掺量为0、1.6、3.2、4.8%时，所测出的沥青混合料的空隙率分别为6.4、7.2、7.4、8.5%。说明，随着水泥掺量的增加，沥青混合料的空隙率也较大。这是因为水泥的比表面积较大，其吸附能力要强于矿粉，当它的掺量较大时就会吸附大量沥青，使沥青混合料变干，变硬，难以压实，空隙率变大，从而导致沥青混合料的粘结力降低，劈裂强度减小［5］。
5、结语
通过对不同掺量水泥的沥青混合料进行抗水损害性能实验，说明水泥可以改善沥青与集料的粘附性，提高沥青混合料的水稳定性。对于江苏地区采用AC－13C混合料而言，建议，水泥的最佳掺量为其占沥青混合料总质量的2～4%。不同级配混合料的水泥掺量需要通过试验来确定，一般不能超过5%。■
参 考 文 献
［1］范传斌，罗炼，齐文喆．掺水泥沥青混凝土粘附性试验及工程实践［J］．广东公路交通，2004．
［2］姚立阳，张振华．沥青混凝土路面水损害机理及其防治措施［J］．平顶山工学院学报，2008．
［3］JTJ052－2000，公路工程沥青及沥青混合料试验规程［S］．
［4］艾长发，陈炯，刘东，等．提高花岗岩沥青混合料水稳定性措施研究［J］．中南公路工程，2007．
［5］汤寄予，高丹盈，夏丹，等．用水泥改善开级配路面抗滑磨耗层耐水性的试验研究［J］．新型建筑材料，2008．