曹飞

摘 要：乳化水泥沥青砂浆路面中形成的骨架结构，骨料之间紧密结合，在路面中水泥石和沥青充分融合，形成内部结构空间结构更充分，分布更均匀，能够填满整个碎石空隙，多余沥青含量更极少，结构结合充分，沥青膜薄，各组成部分之间的粘聚力和凝聚力大大增强，形成这种路面强度较高，高温稳定性好，低温抗裂性、水稳性和耐久性都有所提高。

关键词：水泥；乳化沥青；贯入式；半刚性路面性能

中图分类号：TU57+8.1 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2018）26-0106-03

Abstract： The skeleton structure formed in the emulsified cement asphalt mortar pavement is closely combined with aggregates， and cement paste and asphalt are fully integrated in the pavement to form a more adequate spatial structure of the internal structure and a more uniform distribution， which can fill the entire gravel gap. The content of superfluous asphalt is less， the structural combination is sufficient， the asphalt film is thin， and the cohesion between the various components are greatly enhanced， thus forming this kind of pavement with high strength and good stability at high temperature. Finally low temperature crack resistance， water stability and durability are improved.

Keywords： cement； emulsified asphalt； penetration-type； semi-rigid pavement performance.

1 問题的提出

由于沥青结合料所具有的粘弹塑性等特殊性能，致使沥青路面的强度和流变性质均受温度影响。高温时沥青路面混合料会因粘度降低与集料颗粒间凝聚力减弱，表现出塑性，现在汽车超载严重、交通量大、部分专用车道设置等因素的影响，车辙、剥落、裂缝等成为沥青路面初期病害的主要形式，据相关调查80%的沥青路面运行初期出现车辙、裂缝，是道路损坏的顽疾，而解决一直不理想；而在降温时，沥青粘度会提高，变形能力大为降低，表现出脆性，由于收缩和外力作用下，沥青路面内部产生过大的拉应力而导致开裂[1]。

为了克服沥青路面病害成因，减少路面的早期破坏，文章从开发水泥-沥青砂浆复合材料做为结合料的半刚性路面入手，使这种路面结构具有刚柔并济的使用性能，发挥出半刚半柔性的力学特征，形成半刚性路面结构。据调查以水泥-沥青砂浆复合材料作为结合材料的半刚性路面性能较好，但是与以（改性）沥青作为结合材料的柔性路面比较，现在的用量还是较少，主要原因是施工机械及工艺不成熟[1]。因此，为了进一步研究开发推广，对半刚性水泥乳化沥青砂浆贯入式路面进行研究成为亟待要解决的问题。

2 水泥乳化沥青砂浆贯入式半刚性路面特点

水泥乳化沥青砂浆半刚性路面是把拌合的水泥、沥青砂浆、撒入摊铺好的级配碎石中渗透形成的一种路面结构，其性能特点由材料本身的性能、沥青含量、在路面结构状态及施工工艺等因素决定，但是这种半刚性路面施工方法，在水泥乳化沥青砂浆砂浆等形成的半刚性路面中形成紧密的骨架结构，和其它施工工艺形成的半刚性路面中骨架结构相比，这种新骨架结构材料结合紧密，结构稳定，强度较高等鲜明的特点。本研究仅针对水泥乳化沥青砂浆贯入式半刚性路面性能的特点进行研究[2]。

3 半刚性路面强度形成机理

水泥乳化沥青砂浆半刚性路面的强度形成主要由两方面形成：一是碎石之间的摩擦力提供的强度；二是由水泥改性沥青材料形成的粘聚力和凝聚力强度。

3.1 摩擦力提供的强度

在半刚性路面以往施工方法条件下，粗细集料先与沥青结合料拌和，或者在集料空隙中的贯入沥青乳浆，这些施工工艺使粗细集料周围充满胶结材料，经过碾压形成路面，在路面结构中承重结构形式有：“集料-沥青-集料”或“集料-薄层水泥砂浆-集料”或“集料-乳化沥青+薄层水泥石-集料”；而在新施工工艺情况下，粗集料先嵌挤锁结，最小距离的接近，最大面积的接触，骨架能提供的摩擦力达到最大，抗压强度和抗剪切强度都高得多。因此，新施工工艺所做路面的抗车辙性能更好。这是新旧工艺的根本性区别[3]。

3.2 粘聚力和凝聚力提供的强度

水泥乳化沥青砂浆贯入式半刚性路面由粘聚力和凝聚力提供的强度的形成包括水泥凝结和乳化沥青粘合两个环节，两者均为物理化学反应，而且形成过程中相互影响。

3.2.1 水泥水化

水泥水化反应初期，水泥和水拌合后随即发生水化反应，通常在5分钟内释放热量速度达到最大值。在水泥中的硅酸盐矿物和石灰膏溶于水生成钙矾石，积累在水泥成分表面形成薄膜包裹层，延缓水泥继续水化。由于水分的渗透压力，水泥颗粒外的包裹膜逐渐破裂，内部水泥继续水化。在加水后的6h～8h时间段内称为水泥的凝结期。放热速度继续增大至高峰值，大约有15%的水泥相继水化。终凝结束后水化反应持续进行一段时间，生成的各种水化产物不断地填充水泥砂浆结构中的孔隙，使胶体更加密实，强度随之增大[4]。

3.2.2 沥青乳化破乳

乳化沥青归类于热力学中的不稳定体系，平衡最终是水油分离，破乳是反应的最终结果。乳化沥青与骨料拌和时的破乳可分为在骨料外表的破乳和乳化沥青内部的凝结破乳。乳化沥青在骨料表面的破乳是乳化沥青与骨料拌合后，由于材料分子的吸附（沥青颗粒与骨料结合的力量，强度的形成的主要因素）和水份的挤出，许多沥青分子相互凝聚，成为连续整体薄膜的过程；乳化沥青自身的凝聚破乳是乳化沥青中各种成分发生不可逆的聚结破坏，不同组成成分分离，使沥青成为连续产物的过程。用于乳化沥青破乳机理分析的理论主要有表面能理论、分子吸附理论和相吸相溶理论[5]。

3.2.3 结合料在强度形成中的作用

水泥水化产物对混凝土的“加筋”作用，水泥的水化产物与沥青胶浆的相互作用最终形成了一种立体复合结构，并裹覆在集料周围，将集料紧密地结合在一起。这种复合结构向四周扩展充满骨架空隙，既保证了混凝土具有足够的强度，又防止高温情况下沥青软化时混凝土集料的变形。因此，水泥乳化沥青砂浆混合料的稳定度、抗压强度和抗车辙性能大大高于普通沥青混凝土，这使水泥乳化沥青砂浆施工工艺在半刚性路面中的应用奠定了理论基础。

4 水泥乳化沥青砂浆贯入式半刚性路面性能分析

4.1 强度和模量

道路在汽车荷载的反复作用下将在结构中形成相应的应力和变形，如果结构层的内力超过材料的容许力量，那么道路结构内部就会出现开裂或者其它破坏。如果结构层的刚度不能支撑相应的荷载要求，变形就会超过材料的最大可能应变，道路同样形成开裂或结构变化值超过其容许值。

在水泥乳化沥青砂浆半刚性路面施工中产生的骨料间紧密结构，不同骨料之间紧密结合提供大量的摩擦力，在同等汽車荷载作用下，与普通路面相比，水泥乳化沥青砂浆半刚性路面的强度最大，模量最高，抵抗破坏的能力也更强。

4.2 高温稳定性

在水泥乳化沥青砂浆半刚性路面施工中结构骨架是车辆荷载的主要承受者和受力者，由于水泥乳化沥青砂浆半刚性路面施工工艺的特点，使结构中水泥石和沥青相互融合，形成细密的石石结构，分布均匀，碎石空隙填充充分，结构中沥青结合料更薄，结构骨料间的粘聚力和凝聚力都进一步增强，与其它结构类型的路面相比，该施工工艺使水泥乳化沥青砂浆半刚性路面结构的各种强度进一步增大，模量抵抗破坏的能力进一步增高[4]。

4.3 低温抗裂性

在一般沥青路面中，沥青抵抗路面抗裂能力的贡献率为90%。在水泥乳化沥青砂浆贯入式半刚性路面中，由于形成了紧密的石石骨架结构，各种集料之间顶得很紧，加上粗集料骨架结构路面的温缩系数小于一般骨架结构路面，更小于普通沥青路面。所以，与其它各种路面相比，在相同条件下水泥乳化沥青砂浆贯入式半刚性路面出现低温裂缝会最少，性能更稳定，使用寿命更长[5]。

4.4 抗疲劳性

在水泥乳化沥青砂浆半刚性路面中，由于形成的石石结构骨架类型，是荷载的主要支撑者和传递者，降低了其它材料的作用。这种作用的降低，一是承受的荷载减小，二是变形幅度的减小。对于抗疲劳性能来讲，石石骨料结构大大增强了抗疲劳性。因此，在同等施工状态下水泥乳化沥青砂浆半刚性路面的抗疲劳性能将大大增强[7]。

5 结束语

水泥乳化沥青砂浆半刚性路面在特殊施工工艺下形成了石-石骨架结构，其结构均匀，在路面结构中水泥砂浆、粗骨料和沥青融合充分，形成相互支持的空间结构体系，能够填满整个碎石空隙，沥青含量更少，结构沥青膜更薄，集料间的粘聚力和凝聚力都进一步增强，从而使这种路面结构抵抗破坏的能力更高，高温稳定性、低温抗裂性、抗疲劳性、水稳性和耐久性都有所提高，从而可以大大延长沥青路面的使用寿命[10]。

参考文献：

[1]林珂，岳强，张金玉.半刚性面层材料的研究概况[J].山东交通学院学报，2016（6）.

[2]高英，梁富权.水泥-乳化沥青混合料研究[J].公路，2007（8）.

[3]张思源，魏建民.水泥-乳化沥青混合料配合比设计与施工技术研究[J].重庆交通学院学报，2010（1）.

[4]高英，凌天青.水泥-乳化沥青混合料性能测试方法研究[J].重庆交通学院学报，2009（2）.

[5]徐培华，沙爱民.灌注式半刚性路面面层复合材料试验研究[J].