摘要:通過與熱瀝青混合料相比較，分析并得到乳化瀝青混合料的相異之處。采用三軸試驗法應用摩爾一庫侖包絡線方程分析乳化瀝青混合料強度，混合料初期強度主要來源于內摩阻力，內聚力隨時間推移慢慢提高;分析了水泥在乳化瀝青混合料強度形成過程中的作用，分析表明:水泥的水化作用和礦粉作用是混合料技術性能提高的主要因素。

關鍵詞:水泥-乳化瀝青混合料乳化瀝青混合料強度機理

乳化瀝青混合料是一種復雜的復合材料，壓實不久的混合料是由初步開始破乳并恢復瀝青性質的乳化瀝青、較多數(shù)量的水、粗集料、細集料和礦粉構成，某些情況下還包括較少量的水泥;壓實成型的混合料，在行車荷載和環(huán)境溫度作用下，水分不斷蒸發(fā)、乳化瀝青不斷破乳并恢復瀝青黏結性質。30d后，乳化瀝青混合料含有很少量水分，強度發(fā)育幾乎全部完成，理論上將最終達到與熱瀝青路面相同的路用效果。

乳化瀝青混合料與熱瀝青混合料的明顯區(qū)別在于:

a)乳化瀝青混合料中含有水分。這是和熱瀝青混合料的最大不同。由于含有水分，所以乳化瀝青混合料就有一個破乳、水分蒸發(fā)的過程，鋪筑完成后大約30d，強度才能完全形成;熱瀝青混合料在攤鋪碾壓成型后，溫度急速冷卻，瀝青迅速由勃稠態(tài)轉人玻璃體態(tài)，分散體系也由具有較大空隙的散堆狀態(tài)變?yōu)槊軐嵳w狀態(tài)，強度就完全形成。

b)乳化瀝青完全恢復黏結性能后，乳化劑可看作一種瀝青添加劑，部分乳化劑與瀝青互溶、部分乳化劑存在于瀝青與礦料界面之間，乳化劑對瀝青性質的影響，對瀝青與礦料勃附性的影響可能有利也可能不利;熱瀝青中的添加物一般都對混合料技術性能起到改善作用。c)乳化瀝青混合料完全成型后，殘留在瀝青和礦料表面的水與侵人熱瀝青混合料中的水對混合料路用性能影響的異同。前者是水預先存在于瀝青一集料界面(或者存在于集料孔隙)，后者是水主動侵人原來完全干燥的瀝青一集料界面。

d)在相同材料配合比的情況下，拌制熱瀝青混合料工藝的控制因素是瀝青與骨料的加熱溫度，而乳化瀝青混合料拌制時控制因素為瀝青乳液類型、含水量以及拌和時間等。

e)在乳化瀝青混合料配合比設計中，水是一個重要因素;某些情況下，還要考慮水泥的添加，水泥是改善乳化瀝青混合料技術性能的重要因素。

f)乳化瀝青與熱瀝青混合料設計方法中的試驗不同川。

鑒于以上不同點，并由于在理論上乳化瀝青混合料將最終取得與熱瀝青混合料相同的路用性能，因此，在乳化瀝青混合料配合比設計、拌和、攤鋪、壓實等過程中，應以熱瀝青混合料為基礎，進行相應的試驗、工藝等的修正、創(chuàng)新。

乳化瀝青在常溫下具有良好的流動性，拌和時能直接與濕潤骨料戮附，可以在常溫條件下與骨料拌制成乳化瀝青混凝土，在常溫下進行攤鋪壓實。乳化瀝青混合料強度構成因素同樣是材料的內聚力和內摩阻力。不同的是，內聚力和內摩阻力有一個變化過程，在混合料初期和后期各自對強度的貢獻不同。內聚力主要是由瀝青的豁聚力及瀝青與礦料的薪附力組成，內摩阻力主要是由骨料之間的嵌擠和摩擦構成?；旌狭峡辜魪姸热匀豢梢酝ㄟ^三軸試驗方法應用摩爾一庫侖包絡線方程求得。

乳化瀝青混合料必須經過乳液與骨料的黏附、分解破乳、水分蒸發(fā)之后才能完全恢復原有的黏結性能，并在壓實作用下，瀝青與骨料緊密黏結在一起形成強度。

起初攤鋪碾壓的乳化瀝青混合料，由于瀝青翁結力較低，所以混合料內聚力較低;同時混合料中存在較多水分，由于水的貓度低于瀝青，水分在混合料中甚止起著“潤滑”作用，降低骨料間內摩阻力。混合料初期強度主要來源于混合料內摩阻力，內摩阻力的貢獻遠大于內聚力。在其他條件相同情況下，粗級配混合料初期強度高于密級配，而后期強度遠低于細級配。因此，為提高混合料初期強度，所選用的礦料級配中必須含有足夠的粗集料來形成嵌擠骨架，提供較高的內摩阻力。乳化瀝青混合料試驗證明:粉用量是影響強度的一個重要因素，礦粉應有較高的含量，可達5%一8%。而本研究采用了工程中常用的AC16一I型級配，但在礦粉和大于4.75mm粒徑礦料用量取高限。

加人水泥之后，水泥一乳化瀝青混合料成型強度(包括穩(wěn)定度和無側限抗壓強度，與普通乳化瀝青混合料相比)的增長幅度比水泥一乳化瀝青混合料初期強度小，主要是因為水泥的黏結作用和水泥石的形成在初期幾乎已經完成，并且由此產生的強度在混合料強度中占相當大部分;后期強度主要是由瀝青黏結作用的繼續(xù)發(fā)揮，強度繼續(xù)增大。

①大部分水泥吸收混合料或乳液中的水分發(fā)生水化反應，并產生水化熱，加速了乳化瀝青破乳和強度形成，縮短了強度形成時間。纖維狀的水化生成物向周圍空間發(fā)展，填充混合料中水分蒸發(fā)遺留下來的空隙。

正是因為如此，與比普通乳化瀝青混凝土相比，水泥一乳化瀝青混合料的空隙率較小、密度較大。而空隙率和密度與初始無側限抗壓強度一起構成反映混合料初期強度的重要指標。水泥水化反應與乳化瀝青破乳形成瀝青膜貓附石料同時進行，因而水化物與瀝青膜既相互獨立又相互滲透地交織在一起，形成空間立體網絡結構裹覆在礦料周圍，將礦料緊密地結合在一起。

這種空間結構即保證了混合料具有足夠的強度，又防止了高溫情況下瀝青軟化時混合料過大的變形。因而，水泥一乳化瀝青混合料強度高且高溫穩(wěn)定性好，隨著水泥水化反應的不斷進行，生成的水化物切斷混合料內部相連空隙，形成均勻、密實、孔隙閉合的整體，提高了混合料的總體強度和抗水剝落性。

②另一小部分水泥由于水分不足，不能發(fā)生水化反應，在混合料中起活性礦粉作用。其與瀝青分子發(fā)生化學吸附，形成一層結構力學膜，使瀝青以更薄的結構瀝青形式存在，大大提高了瀝青與骨料間的黏附性。正因如此，在水泥一乳化瀝青混合料中乳化瀝青用量比普通乳化瀝青混合料更少，一般情況下，普通乳化瀝青混合料比熱瀝青混合料瀝青用量少10%一20%，水泥一乳化瀝青混合料瀝青用量比熱瀝青少20%一30%。由于瀝青用量減少，混合料中自由瀝青數(shù)量也減少，使混合料抗變形能力增強。

隨著水分蒸發(fā)和行車荷載壓實，乳化瀝青混合料密實度逐步增加，裹覆在骨料表面的瀝青、乳化劑的分布狀態(tài)進一步調整、強度不斷增強，30d后幾乎完全形成強度。此時混合料具有熱瀝青混合料同樣的路用性能，內聚力和內摩阻力同時起到重要作用，尤其是內聚力得以充分發(fā)揮。

資料顯示，在其他條件相同情況下，粗級配混合料初期強度高于細級配，而后期強度遠低于密級配。說明內摩阻力在初期強度中起主要作用，在后期強度增長中雖然都有大幅增長;在強度形成過程中，內聚力的增長率和幅度都高于內摩阻力。3乳化瀝青混合料強度的影響因素

a)養(yǎng)生條件。養(yǎng)生條件主要是指溫度、風等環(huán)境因素。在強度形成過程中，溫度越高、風力越大，乳化瀝青破乳速度越快，水分蒸分越快，越有利于強度形成。

b)拌和總用水量。在滿足拌和時間和裹覆均勻的條件下，用水量不宜過大。水過多，混合料過稀，容易產生離析、流淌、不易壓實等現(xiàn)象，不易實現(xiàn)初期強度的要求;水過少，不易拌和均勻、破乳過快，不易壓實。

c)瀝青用量。確定最佳油石比，對早期和后期強度都有重要影響。

d)水泥用量。乳化瀝青混合料中的水泥，不但起到礦粉作用，更起到改性劑的作用。加人水泥之后，無論早期強度還是成型強度都有較大提高，說明由于水泥水化和水泥石的形成促使乳液盡快破乳，有效提高了混合料早期強度，并改善了混合料的高溫穩(wěn)定性。Schmidt和Nakamory等根據(jù)室內試驗和試驗路驗證指出，水泥一乳化瀝青混合料抗疲勞性能較差，只有限制水泥用量小于3%時，疲勞開裂的可能性才能減少。

e)乳化瀝青。用性能良好的乳化瀝青拌制的混合料相應較好，要能夠滿足施工要求。

f)集料級配。集料級配和集料性質對乳化瀝青混合料強度尤其是初期強度影響很大。骨架一密實結構對早期和后期強度都有利，礦粉的用量是一個重要因素。

g)壓實。由于混合料中有較多水分和初始黏結力較低，必須采用一種合理的壓實方式。實驗室中分兩次擊實，在施工中先輕壓后重壓。

乳化瀝青混合料與熱瀝青混合料既有共同點又有明顯區(qū)別，因此，乳化瀝青混合料配合比設計、試驗方法等應以熱瀝青混合料為基礎，進行相應的試驗、工藝等。

a)乳化瀝青混合料的強度形成有其自身特點。在強度形成過程中，內聚力的增長率高于內摩阻力。

b)瀝青混合料初期強度主要來源于內摩阻力。因此，混合料設計中應選用能夠提供較大內摩阻力的級配以提高乳化瀝青混合料的初始強度。

c)水泥的水化作用和礦粉作用是混合料技術性能提高的主要因素。