水泥掺量对乳化沥青冷再生水泥稳定材料性能的影响

为实现废旧水泥稳定基层材料的高效再生利用,在确定乳化沥青冷再生水泥稳定材料最佳配合比的基础上,研究了不同水泥掺量对乳化沥青冷再生水泥稳定材料力学及路用性能的影响规律,从而比选确定最佳水泥掺量,最后利用扫描电子显微镜观察了乳化沥青冷再生水泥稳定材料的微观形貌,对其强度形成机理进行了分析。结果表明：本文中最佳水泥掺量为1.5%,对应的最佳乳化沥青掺量为4.5%,最佳含水率为5.69%,此时劈裂强度为0.6 MPa,抗压强度为3.58 MPa,抗压回弹模量约为1032 MPa,劈裂强度为0.51 MPa。在添加水泥以后,水泥的水化产物与乳化沥青结合形成网状结构加强了集料之间的粘结强度,进一步提升了冷再生混合料的抗压强度、劈裂强度和高、低温性能。     

冷再生混合料力学强度影响因素探究

采用垂直振动成型方法制备试件,研究乳化沥青类型、水泥掺量、纤维类型及掺量对冷再生混合料力学强度的影响。结果表明:与普通中裂乳化沥青冷再生混合料相比,丁苯橡胶(styrene butadiene rubber, SBR)、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(styrene butadiene styrene,SBS)改性乳化沥青冷再生混合料力学强度可分别至少提高15%、9%;掺1.5%水泥的冷再生混合料的抗剪强度至少可提高85%;与不掺纤维冷再生混合料相比,掺0.4%聚酯纤维的冷再生混合料力学强度至少可提高8%。因此,根据力学性能最优原则,选取SBR改性乳化沥青作为冷再生混合料的胶结料,考虑材料经济性问题,建议冷再生混合料中水泥掺量为1.5%,建议选用0.4%掺量的聚酯纤维来提升冷再生混合料的力学强度。     

泡沫沥青和水泥对冷再生混合料性能的影响机理

为了研究水泥与泡沫沥青两种粘结料对冷再生混合料性能的影响及作用机理,采用力学性能试验、路用性能试验分析了泡沫沥青用量和水泥掺量对冷再生混合料力学特性与路用性能的影响,基于数字图像处理技术、SEM微观图像测试和工业CT无损检测技术,分析了泡沫沥青的分散性状及水泥对泡沫沥青冷再生混合料的强度影响机理。结果表明,增大水泥掺量有助于提高泡沫沥青冷再生混合料的力学性能、高温稳定性与水稳定性,但过多的水泥不利于泡沫沥青冷再生混合料的低温性能,推荐水泥掺量控制为1%~1.8%较为适宜。在3.0%泡沫沥青用量时ITS、UCS、内摩擦角Φ、黏聚力C均达到峰值。泡沫沥青冷再生混合料中的沥青呈独特的“点焊”状分散方式,随泡沫沥青用量增大,试件破坏界面泡沫沥青所占的面积（FFAC）增大,FFAC与ITS两者之间有良好的二次函数关系。水泥水化后形成的加筋结构增大了空隙级配中小于0.1 mm3微孔的数量,减小了冷再生混合料的平均空隙直径,水泥水化后形成的状加筋嵌挤结构具有抑制冻融作用下冷再生混合料内部空隙增大的作用,并且维持空隙级配的稳定。     

水泥乳化沥青混合料初期强度影响因素及机理

为了探究水泥乳化沥青初期强度影响因素,进行了水分损失试验、掺加材料需水率试验、马歇尔稳定度试验、孔隙率测定试验以及扫描电镜试验。在聚类分析理论基础上,研究了粉煤灰、硅粉、水泥和乳化沥青掺量,以及养护条件、孔隙率、水分损失对混合料初期强度的影响。研究结果表明:随着粉煤灰掺量、硅粉掺量、孔隙率以及水分损失的增加,水泥用量减少,混合料的马歇尔稳定度不断降低。养护条件对混合料初期强度没有显著影响。内部空间结构松散程度和黏结状态是影响混合料初期强度的主要因素,粉煤灰、硅粉、乳化沥青的掺加使微观结构面变得松散,影响混合料的整体强度。养护条件的变化并不能显著改善微观结构面的黏结状态。混合料的初期强度影响因素中,影响程度依次为:水泥掺量孔隙率12 h水分损失硅粉掺量乳化沥青掺量粉煤灰掺量。     

垂直振动成型冷再生混合料疲劳特性研究

为深入研究乳化沥青冷再生混合料的疲劳特性,采用更符合混合料现场压实工况的垂直振动法成型圆柱体试件.研究了RAP掺量、成型方法及浸水环境对冷再生混合料疲劳特性的影响,应用Weibull分布建立冷再生混合料疲劳方程,并借助扫描电镜揭示了冷再生的疲劳抗裂机理.结果表明:新集料掺量对冷再生混合料疲劳性能有显著影响,疲劳性能随新集料掺量的增加呈抛物线变化趋势,当新集料掺量为20%时抗疲劳性能最优;垂直振动法设计冷再生混合料在应力作用下的抗疲劳性能及对应力变化敏感性优于马歇尔法;与未浸水试件相比,不同应力水平下浸水试件的疲劳寿命均缩短,对应力变化更加敏感;水泥-乳化沥青胶浆相互渗透胶结,并将集料紧密黏结,形成较致密的网状结构,有效改善胶浆与集料的界面协调变形,延缓裂缝发展.     

乳化沥青冷再生混合料的透水性与空隙特征

为了研究乳化沥青冷再生混合料的透水性与空隙特征之间关系,通过测定渗透系数来评价其透水性,并利用工业CT扫描观测其内部细观空隙结构.根据乳化沥青冷再生混合料养生过程中空隙率的变化,探究水泥和水对其空隙形成的影响.结果发现,乳化沥青冷再生混合料在较高的空隙率下具有相对较低的透水性;其平均空隙尺寸略小于同级配的热拌沥青混合料,且大空隙较少,小空隙较多;乳化沥青冷再生混合料的空隙由压实空隙和养生空隙构成,水分的蒸发和水泥用量对养生空隙的形成具有显著的影响,随着水分的蒸发和水泥的水化,乳化沥青冷再生混合料内部形成了许多养生空隙;乳化沥青冷再生混合料的空隙尺寸以及分布特征是造成其低透水性的重要因素.     

水泥乳化沥青混合料性能试验

对不同乳化沥青用量和水泥掺量的水泥乳化沥青混合料进行了试验研究,通过测试不同乳化沥青用量和水泥掺量时混合料的间接拉伸强度、抗压强度、静态回弹模量以及冻融劈裂强度比、浸水残留稳定度、动稳定度、最大弯拉应变、飞散损失率等指标,得到了乳化沥青用量和水泥掺量变化对混合料强度和路用性能的影响规律。研究结果表明:乳化沥青用量和水泥掺量对混合料的强度及路用性能影响显著,掺加水泥后混合料的抗压强度、高温性能和水稳定性显著提高,其中残留稳定度提高约20%,抗压强度提高35%,动稳定度成倍增长,但混合料的低温弯拉应变降低约12%;水泥乳化沥青混合料中,水泥掺量为3%、乳化沥青用量为8%时,混合料的强度和路用性能相对较好。     

乳化沥青冷再生混合料抗剪特性及其永久变形预估

基于单轴贯入试验和无侧限抗压强度试验,得出了乳化沥青冷再生混合料在常温和高温条件下的抗剪强度、黏聚力与内摩擦角等抗剪特性参数,分析了水泥质量分数、乳化沥青类型及其质量分数、沥青旧料掺量对抗剪性能的影响规律,并进行了有限元计算和室内车辙试验研究.结果表明:随着水泥质量分数增加,乳化沥青冷再生混合料各抗剪指标均有增加,当水泥质量分数为0~1.5%时增幅明显;乳化沥青质量分数增加后,抗剪强度降低,相比于常温条件,高温条件下乳化沥青质量分数影响更显著;乳化沥青类型对抗剪参数影响不明显;沥青旧料掺量降低后,抗剪强度、黏聚力指标均明显提高,但内摩擦角基本不变;基于层变形叠加的永久变形通用模型应用于乳化沥青冷再生混合料变形预估时,需要进行修正,修正后具有较高的准确度.     

结合工程实例就乳化沥青厂拌冷再生配合比设计探讨

冷再生配合比设计一直处于模糊的摸索阶段,对工程现场铣刨RAP材料进行了冷再生配合比设计,既利用土工基层配合比设计中最大干密度和最佳含水量的理念,也充分结合热沥青混合料的配合比设计中马歇尔空隙率、稳定度、劈裂强度等理念,确定了厂拌乳化沥青冷再生配合比。即RAP料占87%,石屑(0～5mm)占13%,水泥掺量为1.5%,最佳含水率7%,最佳沥青用量为2.5%。     

水稳碎石铣刨料冷再生混合料力学性能分析

随着我国早期建设的大量水泥稳定碎石基层沥青路面逐渐步入服役后期,力学性能降低,急需对其进行大规模养护维修。在众多养护维修技术中,泡沫沥青冷再生技术旧料利用率高、节能减排效益好、工程成本低,是半刚性基层维修的有效途径。为此,本文分析了泡沫沥青和水泥掺量对泡沫沥青冷再生混合料劈裂强度、抗压强度和抗压回弹模量等力学性能的影响规律。研究结果表明,随着泡沫沥青掺量的增加冷再生混合料的力学强度先升高后降低,存在一个峰值。随着水泥掺量的增加冷再生混合料的力学强度逐渐升高,且增长速率逐渐减慢。通过综合比选,确定了最佳水泥掺量为1.5%,对应的最佳泡沫沥青掺量为3.3%,此时干劈裂强度为0.6MPa,抗压强度为3.53MPa,抗压回弹模量为1354MPa。     

冻融循环作用下泡沫和乳化沥青冷再生混合料损伤特性与细观机理

为了揭示冻融循环作用下泡沫沥青和乳化沥青冷再生混合料的疲劳损伤规律,设计了冻融循环试验方案,基于劈裂强试验、无侧限抗压强度试验、贯入剪切试验研究冻融循环作用对泡沫/乳化沥青冷再生混合料力学性能的劣化影响,以工业CT无损检测技术为研究平台,研究冻融循环作用对泡沫/乳化沥青冷再生混合料微细观空隙级配、空隙直径的影响规律。结果表明,冻融循环作用显著降低了泡沫/乳化沥青冷再生混合料的力学性能,总体上,泡沫沥青与乳化沥青冷再生混合料表现出了基本相同的力学性能,乳化沥青比泡沫沥青冷再生混合料有更好的抗损害性能。随着冻融循环次数增加,泡沫/乳化沥青冷再生混合料的平均空隙直径和最大空隙直径增大,大空隙数目增加,小空隙比例和空隙数目减小,随着平均空隙直径增大,泡沫/乳化沥青冷再生混合料劈裂强度、贯入剪切强度均呈指数函数关系减小。冻融循环作用下,泡沫/乳化沥青冷再生混合料内部微空隙数目减少、平均空隙直径增大是其力学性能衰减的主要原因之一。     

乳化沥青冷再生混合料配合比设计及性能分析

为了提出乳化沥青冷再生混合料的配合比,以九景(九江—景德镇)高速公路改建项目为例,通过室内试验,研究了水泥含量、乳化沥青含量对混合料劈裂强度、马歇尔稳定度的影响,确定了最佳配合比,并分析了乳化沥青冷再生混合料的力学和路用性能。结果表明:乳化沥青冷再生混合料的抗压回弹模量均大于1 000 MPa,增加压实功可提高其水稳定性,击实75次时的劈裂强度比可达到78.5%,动稳定度可达到2400次/mm,低温应变大于2 000με。此外,为乳化沥青冷再生混合料提出了室内试验指标的参考标准。     

用水泥路面碎石化后回收粒料再生的冷拌沥青混合料的性能

采用乳化沥青作为结合料,将回收水泥路面碎石化后破碎的粒料再生成冷拌沥青混合料。首先,通过马歇尔稳定度试验和劈裂强度试验确定再生混合料的最佳乳化沥青用量;然后,分别通过车辙试验和冻融劈裂试验评价了再生混合料的高温稳定性和水稳定性。结果表明,用回收水泥路面碎石化后破碎的粒料再生成的冷拌沥青混合料具有较高的力学强度,优良的高温性能和水稳定性,满足JTG F41—2008《公路沥青路面再生技术规范》要求。     

掺稻壳灰乳化沥青冷再生混合料性能研究

为了研究稻壳灰是否能够作为填料在乳化沥青冷再生混合料中使用,将不同掺量的稻壳灰和矿粉加入混合料中分别作为试验组和对照组.采用间接拉伸试验、低温劈裂试验、高温车辙试验和冻融劈裂试验分别测试了混合料的力学性能、低温性能、高温性能和水稳定性,采用电镜扫描和EDX能谱分析得到了稻壳灰的微观结构和主要元素成分.研究结果表明,稻壳...     

聚丙烯纤维对高寒地区水稳基层冷再生混合料性能的影响

为了改善高寒地区水泥稳定冷再生混合料的抗冻和抗干缩性能,提高水泥稳定冷再生技术在市政道路中的应用效果。研究了聚丙烯纤维对水泥稳定冷再生混合料的低温抗冻性、抗干缩开裂能力、抗拉和抗压强度性能的影响。聚丙烯纤维在水泥稳定碎石中起到加筋作用,增强了水泥稳定冷再生混合料的强度、韧性和抗裂性。综合分析得出在标准养护条件下,振动成型法成型的水泥稳定再生混合料的聚丙烯纤维最佳掺量为0.9 kg/m³,最佳纤维长度为12 mm。结合包头等高寒地区全年的气候情况,设计了具有代表性的不同养护条件,研究高寒地区环境对聚丙烯纤维水泥稳定冷再生混合料性能的影响。聚丙烯纤维水泥稳定冷再生混合料在恶劣养护条件下仍能保持较高的力学性能,在确保混合料抗压强度、抗拉强度、抗冻性满足规范要求的情况下,聚丙烯纤维的加入可以减少0.5%的水泥用量。聚丙烯纤维水泥稳定冷再生混合料有效地解决了高寒地区低温、低湿度和昼夜温差大导致水泥稳定冷再生基层易发生的强度不足和开裂等病害,延长了冬季可施工时间。     

乳化沥青碾压贫混凝土路面基层材料研究

通过4种乳化沥青掺量的碾压贫混凝土工作性能观测,借助微机控制万能试验机测试无侧限抗压强度、间接抗拉强度和劈裂回弹模量,进行5次冻融循环实验,并借助扫描电镜观察乳化沥青与水泥浆体的微观结构特征。结果表明,乳化沥青掺量增加,降低了贫混凝土的工作性能、无侧限抗压强度、间接抗拉强度和劈裂回弹模量,乳化沥青微粒分散不均匀和局部黏聚成膜是引起贫混凝土力学性能离散的主要原因;增大乳化沥青掺量,贫混凝土抗冻性指标略有提高;水泥水化产物与沥青相互交织,改善了沥青与其它固化颗粒的界面性能;6%掺量的乳化沥青贫混凝土满足我国对沥青路面半刚性基层强度和回弹模量的要求。     

HPMC对水泥稳定全深式冷再生材料的性能影响研究

针对水泥稳定全深式冷再生混合料的泌水、施工操作时间短、黏结力不足等诸多问题,通过在水泥胶砂试件中添加羟丙基甲基纤维素醚(HPMC),研究HPMC对水泥胶砂试件抗折及抗压强度的影响;进而探讨在再生混合料中掺入HPMC的可行性,重点研究了不同掺量的HPMC对水泥稳定全深式冷再生材料的性能影响。研究发现:HPMC由于引气作用会降低水泥水化后水泥胶砂试件的抗折及抗压强度;水泥在HPMC溶于水后的分散液中进行水化,与水泥先水化再掺入HPMC相比,水泥胶砂试件抗折及抗压强度有所增大。掺入HPMC,对水泥稳定全深式冷再生材料的无侧限抗压强度有削弱作用;再生混合料具有一定黏聚性能不易离析,且在常温及高温下保水性能较好,基本无泌水现象。     

泡沫沥青二次冷再生混合料不同稳定剂的应用

分别采用泡沫沥青与水泥作为稳定剂对泡沫沥青冷再生路面进行二次冷再生试验研究.研究表明,以泡沫沥青作稳定剂进行二次冷再生混合料设计形成的泡沫沥青二次冷再生混合料,其抗拉性能、水稳性能与二次冷再生混合料中细料含量有关;高温稳定性能与铣刨料用量、铣刨料中沥青老化程度以及二次冷再生混合料中细料含量有关.以水泥作稳定剂进行二次冷再生混合料设计,采用7d无侧限抗压强度能够很好地确定新添加骨料比例,适量的新添加骨料能明显增大二次冷再生混合料的7d无侧限抗压强度.根据室内研究成果,对试验路段进行辅筑,证明两种二次冷再生技术可行,辅筑路段路用性能良好.